Разработка робототехнического комплекса токарной обработки

Тольяттинский государственный университет

Машиностроительный факультет

Кафедра «Технология машиностроения»

Курсовая работа

по автоматизации

На тему: «Разработка робототехнического комплекса токарной обработки»

Студент: Храмов Д.С.

Группа: ТМ-502

Преподаватель: Бойченко О.В.

Тольятти 2006 г.

Содержание

Введение

1. Выбор заготовок

2. Разработка технологического процесса обработки деталей

3. Разработка теоретических схем базирования крепления заготовок на станке, в захватном устройстве и на транспортере-накопителе

4. Разработка наладок при обработке заготовок на токарном оборудовании

5. Расчет и проектирование транспортера-накопителя и разработка наладок размещения на нем заготовок

6. Выбор промышленного робота для использования в РТК токарной обработки

7. Расчет захватного устройства и разработка конструкции его размещения на руке промышленного робота

8. Компонование средств автоматизации загрузки и транспортной системы совместно с используемым токарным оборудованием

9. Разработка циклограмм работы оборудования, входящего в РТК

Заключение

Список литературы

Введение

Около 80% продукции машиностроения выпускается в условиях единичного и серийного производства, производительность которых уступает массовому. Кроме того, основная задача современного производства в машиностроении – повышение эффективности механообрабатывающих производств на предприятии с широкой и постоянно обновляемой номенклатурой выпускаемой продукции. Для достижения этих целей требуется создание производственных систем механообработки повышенной гибкости с высокими технологическими показателями работы.

Цель данной курсовой работы – решение инженерных задач по изучению и разработке средств автоматизации машиностроения; углубление и закрепления полученных знаний при изучении промышленных роботов и робототехнических комплексов.

1. Выбор заготовок

Выбор метода получения заготовки.

1.1.1 Заготовку детали 1 «упор» 938.01.03.028 можно получить штамповкой или из проката. Эффективнее и экономически выгоднее будет принять заготовку из проката – круг ГОСТ 2590-71/45-б-2 ГОСТ 1050-74. На рис. 1.1 показана конструкции заготовки.

рис. 1.1 Заготовка детали «упор»

1.1.2 Заготовку детали 2 «хвостовик» 766.36.70.15 можно получить штамповкой или из проката. Эффективнее и экономически выгоднее будет принять заготовку из проката – круг ГОСТ 2590-71/В Ст3 по 5 I ГОСТ 535-71. На рис. 1.2 показана конструкция заготовки.

рис. 1.2 Заготовка детали «хвостовик»

1.1.3 Заготовку детали 3 «бобышка» 766.12.42.02 можно получить штамповкой или из проката. Эффективнее и экономически выгоднее будет принять заготовку из проката – круг В60 ГОСТ 2590-71/В Ст3 по 5 I ГОСТ 535-71. На рис. 1.3 показана конструкция заготовки.

рис. 1.3 Заготовка детали «хвостовик»

2. Разработка технологического процесса обработки деталей

Классификация поверхностей деталей.

Упор Таблица 2.1

Хвостовик Таблица 2.2

Бобышка Таблица 2.3

Требования к обрабатываемым поверхностям. Таблица 2.4

Технологический процесс токарной обработки деталей. Таблица 2.5

Маршрут обработки деталей.

Упор Таблица 2.6

Хвостовик Таблица 2.7

Бобышка Таблица 2.8

3. Разработка теоретических схем базирования крепления заготовок на станке, в захватном устройстве и на транспортере накопителе

Разработаем теоретические схемы базирования, крепления заготовок на токарном стане с ЧТУ, в захватном устройстве при транспортировке и загрузке, на приспособлениях транспортера-накопителя деталей.

4. Разработка наладок при обработке заготовок на токарном оборудовании

При разработки наладки на токарном оборудовании необходимо точно определиться с выбором станка и приспособления на основании выше изложенного получим:

По [3,стр.12] выбираем модель токарного станка с учетом конструктивных параметров и технических требований обрабатываемых деталей.

Принимаем станок-полуавтомат с оперативной системой управления – TZC32N1.

Так же производим выбор токарного трехкулачкового механизированного патрона с учетом:

- модели станка с ЧПУ: TZC32N1;

- конструктивных параметров обрабатываемых деталей и их заготовок ();

По [3, с.15] выбираем патрон: РИКХ-315.

Данный патрон обеспечивает самоустановку кулачков по заготовке при ее обработке в центрах, а также центрирование заготовки при обработке в патроне. Патрон оснащен плавающим центром. Зажим и разжим детали в патроне производится от гидравлического привода, установленного на заднем конце шпинделя станка. При обработке в центрах производится дополнительный поджим центром задней бабки, действующей также от гидропривода.

Чертеж наладки представлен на листе А2.

5. Расчет и проектирование транспортера-накопителя и разработка наладок размещения на нем заготовок

На основе конструктивных параметров обрабатываемых деталей, технологического процесса их обработки и выбранного станка с ЧПУ выбираем модель и типа размер тактового транспортера-накопителя.

Тактовый транспортер-накопитель предназначен для хранения запасов заготовок и подачи их в зону захвата загрузочным устройством. На транспортере-накопителе расположены перемещаемые пластины-тележки для размещения заготовок и обработанных деталей в приспособлениях.

Так как самая тяжелая заготовка имеет массу 3,3 кг, выбираем модель тактового транспортера-накопителя СТ 150.

Основные характеристики тактового транспортера-накопителя СТ 150:

габаритные размеры транспортера L*B*H: 2250*650*800 мм;

грузоподъемность одной пластины: 10 кг;

размеры пластин А*Б: 150*225 мм;

размеры пластин l*b: 150*150 мм.

- число пластин 24

Во время смены детали на транспортере-накопителе пластины неподвижны и точность позиционирования определена точностью шагового перемещения пластины.

Разработаем базирующие и установочные регулируемые и нерегулируемые элементы на пластине для размещения и базирования заготовок и деталей. Базирующие и установочные элементы являются элементами установочного приспособления и крепятся на пластине. Базирующие и установочные элементы должны обеспечивать размещение на них обработанных деталей и их заготовок с возможностью предварительной регулировки и переналадки.

Чертеж транспортера накопителя представлен на листе А1.

6. Выбор промышленного робота для использования в РТК токарной обработки

Автоматизация загрузки и смены обрабатываемых деталей осуществляется с помощью промышленного робота модели «Универсал-60.01».

Основное назначение – для разгрузки-загрузки основного и вспомогательного технологического оборудования.

Технические характеристики промышленного робота:

Номинальная грузоподъемность, кг 60

Число степеней подвижности 6

Число рук/захватов на руку 1/1

Тип привода Электрогидравлический

Устройство управления Позиционное ПУР-2М

Число программируемых координат 6

Средство программирования перемещений Обучение

Погрешность позиционирования, мм ±3

Максимальный радиус обслуживания R, мм 2044

Масса, кг 2340

Линейное перемещение, мм

х (со скоростью 0,4 м/с) 1000

у (со скоростью 0,08 м/с) 400

Угловые перемещения, º:

φ (со скоростью 45º/с) 340

θ (со скоростью 10º/с) 40

α (со скоростью 90º/с) 360

β (со скоростью 70º/с) 190

Страна изготовитель СССР

7. Расчет захватного устройства и разработка конструкции его размещения на руке промышленного робота

Расчет реакции в губках

Расчет производится для самой тяжелой детали, т.е. для «Хвостовика» (766.36.70.15). Диапазон размеров деталей (заготовок) захватываемых губками: d=40…60 мм. Определяем точки приложения реакций в губках для детали.

Масса заготовки: m=3.3 кг; вес заготовки:

P=m*g,

где g - ускорение свободного падения, м/

Тогда: Р=3,3*9,8=32,3Н

Расчетная нагрузка с учетом коэффициента запаса k=3:

Q=k*P=3*32,3=96,9Н

Реакции в губках:

где l=80мм – расстояние между губками; с=40 мм – расстояние до центра масс детали.

Подставляем значения, получаем:

Определение сил воздействия губок на деталь.

Составляем схемы сил рис. 4.1, действующих на деталь, и определяем силы зажима:

где - реакция на губках захватного устройства,

- коэффициент трения.

Подставляем значения, получаем:

На первой паре губок:

На второй паре губок:

рис. 4.1 Действие сил

Определение конструктивных параметров привода и захватного устройства в целом

Рассчитаем усилие, которое должен развивать силовой привод для надежного закрепления детали, согласно схемы изображенной на рис. 4.2

рис. 4.2 Кинематическая схема зажимного устройства

Вычислим требуемое усилие по формуле:

где n – число пар губок в захватном устройстве n=2;

N – наибольшая нормальная сила необходимая для удержания заготовки N=

А и В – плечи захватного механизма А=95 мм, В=20 мм.

В качестве привода принимаем пневмоцилиндр одностороннего действия с рабочим давлением р=0,4 МПа.

Диаметр поршня цилиндра:

где - давление сжатого воздуха, МПа.

Тогда:

Принимаем стандартное значение (с запасом): D=35 мм.

Компонуем захватное устройство и пневмоцилиндр, конструктивно определяем ход поршня и другие параметры.

Диаметр штока принимаем конструктивно D=15 мм.

Чертеж захватного устройства представлен на листе А1.

8. Компонование средств автоматизации загрузки и транспортной системы совместно с используемым токарным оборудованием

На основании предыдущих расчетов подготавливаем общий вид РТК. Для этого определяем взаимно-координатное расположение средств автоматизации загрузки в робототехническом комплексе.

Разрабатываются схемы компоновки в 2-х видах (сверху и сбоку), где показывается траектория движения захватного устройства относительно исходного положения. В исходном положении показываются опорные точки станка, промышленного робота, транспортера-накопителя и захватного устройства. Так как применяется один и тот же РТК, то разрабатываем одну схему, например для детали «хвостовик» (766.36.70.15).

На схеме принимаем следующие обозначения:

Ост – ноль станка;

Опр – ноль промышленного робота;

Озу – ноль захватного устройства.

Отр – ноль транспортера-накопителя;

Чертеж схемы движения захватного устройства представлена на листе А2.

9. Разработка циклограммы работы оборудования, входящего в РТК

Разрабатываем циклограмму последовательности выполнения перемещений захватным устройством в процессе загрузки, разгрузки и транспортирования деталей в аналитическом виде.

Для этого задаем начальное положение механизмов:

деталь обработана, но не снята.

Для описания формулы циклограммы принимаем следующие обозначения интервалов затрат времени на выполнение движения узлами РТК:

- поворот руки промышленного робота ПР с захватным устройством ЗУ на угол вниз

- выдвижение руки с ЗУ вперед;

- захват детали ЗУ;

- разжим кулачков патрона;

- отвод заднего центра;

- ПР перемещается вправо (вынимается деталь из патрона);

- рука ПР с ЗУ поднимается на угол вверх;

- поворот руки ПР с ЗУ в горизонтальной плоскости на угол 90º вправо;

- рука ПР с ЗУ опускается на угол вниз;

- разжим ЗУ;

- отвод руки с ЗУ назад;

- подвод тележки транспортера-накопителя с заготовкой и отвод тележки транспортера накопителя с обработанной деталью;

Деталь не обработана.

- выдвижение руки с ЗУ вперед;

- захват заготовки ЗУ;

- рука ПР с ЗУ поднимается на угол вверх;

- поворот руки ПР с ЗУ в горизонтальной плоскости на угол 90º влево;

- рука ПР с ЗУ опускается на угол вниз;

- ПР перемещается влево (вставляется деталь в патрон);

- зажим кулачков патрона;

- подвод заднего центра;

- разжим ЗУ;

- отвод руки с ЗУ назад;

- рука ПР с ЗУ поднимается на угол вверх;

- обработка заготовки в положение установа 1;

- рука ПР с ЗУ опускается на угол вниз;

- выдвижение руки с ЗУ вперед;

- захват обработанной детали;

- разжим кулачков патрона;

- отвод заднего центра;

- ПР перемещается вправо (вынимается полудеталь из патрона);

- ЗУ поворачивается вокруг своей оси на угол 180º;

- ПР перемещается влево (вставляется деталь в патрон);

- зажим кулачков патрона;

- подвод заднего центра;

- разжим ЗУ;

- отвод руки с ЗУ назад;

- рука ПР с ЗУ поднимается на угол вверх;

- обработка заготовки в положении установа 2.

Формула циклограммы в аналитическом виде:

Fц=

Заключение

В данной курсовой работе было выполнено следующее:

подобраны элементы РТК для обработки трех деталей типа вал в условиях средне серийного производства;

спроектировано захватное устройство;

разработаны наладки захватного устройства при установке деталей на станке с ЧПУ и на транспорте-накопителе;

разработаны чертежи общего вида РТК и составлена циклограмма обработки деталей.

Литература

1. Горбацевич А.Ф. и др. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Минск: Высш. Школа, 1975, 288с.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1985. 656 с. ил.

3. Средства автоматизации загрузки и разгрузки деталей РТК для токарной обработки: метод. Указания/сост. Царев А.М. – Тольятти: ТолПИ, 1991.