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

№ Вид поверхности № поверхности
1 ОКБ 1
2 ВКБ 9
3 ИП 2, 8,
4 С 3, 4, 5, 6, 7

Хвостовик Таблица 2.2

№ Вид поверхности № поверхности
1 ОКБ 1
2 ВКБ 7
3 ИП 3, 6
4 С 2, 4, 5

Бобышка Таблица 2.3

№ Вид поверхности № поверхности
1 ОКБ 1
2 ВКБ 4
3 ИП 3
4 С 2, 5, 6,

Требования к обрабатываемым поверхностям. Таблица 2.4

Упор № поверхности IT Rz

1 14 20

2 14 20

3 14 40

4 14 80

5 14 40

6 14 40

7 14 40

8 11 20

9 14 40
Хвостовик 1 14 80

2 14 40

3 12 40

4 14 40

5 14 40

6 8 10

7 14 80
Бобышка 1 14 80

2 14 40

3 12 40

4 14 80

5 14 80

6 14 80

Технологический процесс токарной обработки деталей. Таблица 2.5

№ дет. Оборудование или исполнительные узлы Операция Переход Установ. № пов.
1

Полуавтомат токарный патронно-центровой с ЧПУ модели TZC32N1 Патрон

РИКХ-315

Токарная 015 Точить Ш60 до Ш44 на длину 34мм за 6 проходов, подрезать торец на Ш60 в размер 34мм. 1 установ 2, 3



Точить Ш60 до Ш40 за 8 проходов на длине 34мм; точить конус под углом 15є на длине 26мм; подрезать торец Ш60 в размер 34мм. 2 установ 4, 5, 6, 7, 9

2

Точить Ш55 до Ш42 на длину 124мм за 4 прохода, точить канавку Ш39,8, точить фаску на Ш55 шириной 15мм. 1 установ 4, 5, 6



Точить фаску 45є на Ш50; точить Ш55 до 50 на длине 71мм за 2 прохода. 2 установ 2, 3
3

Точить фаску 45є на Ш60; 1 установ 7



Точить Ш60 до Ш50 за 3 прохода на длине 60мм; подрезать торец Ш60 в размер 60мм. Точить фаску 45є на Ш50; 2 установ 2, 3, 4

Маршрут обработки деталей.


Упор Таблица 2.6

№ операции Наименование операции Оборудование
005 Заготовительная Отрезной станок
010 Центровально-подрезная Центровально-подрезной станок
015 Токарная Токарный полуавтомат
020 Фрезерная Горизонтально-фрезерный станок
025 Сверлильная Сверлильный станок

Хвостовик Таблица 2.7

№ операции Наименование операции Оборудование
005 Заготовительная Отрезной станок
010 Центровально-подрезная Центровально-подрезной станок
015 Токарная Токарный полуавтомат

Бобышка Таблица 2.8

№ операции Наименование операции Оборудование
005 Заготовительная Отрезной станок
010 Центровально-подрезная Центровально-подрезной станок
015 Токарная Токарный полуавтомат

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, є:

φ (со скоростью 45є/с) 340

θ (со скоростью 10є/с) 40

α (со скоростью 90є/с) 360

β (со скоростью 70є/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 90є 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 90є 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 180є;

- 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


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

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.

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