Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Казанский национальный исследовательский технический университет

им. А.Н. Туполева (КНИТУ-КАИ)

_______________________________________________________

Кафедра

«Технологии машиностроительных производств»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Оборудование автоматизированных производств»

Тема: Разработка автоматизированной производственной системы

Студент: Ефремова О.В.

(Ф.И.О.)

Группа: 1552

Руководитель: Горшенин Г.С.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Казанский национальный исследовательский технический университет

им. А.Н. Туполева (КНИТУ-КАИ)

З А Д А Н И Е

на курсовую работу по дисциплине

«Оборудование автоматизированных производств»

Студенту Ефремовой О. В. Группы 1552 направления 15.03.05

Тема курсовой работы: Разработка автоматизированной производственной системы (_______) для изготовления деталей типа __________

(для очно-заочной формы обучения – шифр: _______)

Исходные данные:

1. чертеж детали;

2. базовый технологический процесс с трудоемкостью _______________;

3. годовая программа _________;

4. сменность работы ______

5. _________________________

В курсовой работе должны быть отражены следующие вопросы:

1. Введение (раскрыть актуальность, полезность и необходимость проектирования роботизированного технологического комплекса).

2. Анализ конструкции детали и технологического процесса ее изготовления.

3. Разработка технологического процесса изготовления детали в условиях автоматизированного производства.

4. Выбор технологического оборудования, промышленного робота, накопителя деталей.

5. Выбор структуры РТК и разработка компоновки.

6. Разработка алгоритма работы РТК.

7. Построение траектории движения схвата(ов) промышленного робота (ПР).

8. Временные связи в РТК.

9. Циклограмма работы РТК.

10. Оценка эффективности работы РТК

11. Специальная часть (Разработка захватного устройства, станочного автоматизированного приспособления, средств контроля, управляющей программы промышленного робота, компьютерное моделирование работы ГПС (РТК), автоматизированной транспортной системы,________________________________)

12. Выводы

13. Список использованной литературы.

14. Приложение

15. Оглавление

Графическая часть должна содержать: чертеж детали, планировку РТК, циклограмму, материал специальной части курсовой работы.

Дополнительные требования: _________________________________________________

___________________________________________________________________________

Руководитель___________________(____________________)

Дата выдачи _________________ Дата сдачи _____________________

АННОТАЦИЯ

 

В данной курсовой работе мы ознакомились с роботизированными технологическими комплексами (РТК), произвели анализ компоновочной схемы РТК. Описали ее достоинства и недостатки, выбрали промышленный робот для данного типа системы координат. Составили оптимальный алгоритм функционирования РТК для обработки 10 деталей. Построили циклограмму работы РТК и произвели расчет коэффициентов загрузки оборудования.

 

СОДЕРЖАНИЕ

1.Введение………………………………………………………………………………………………………………………………..6. 2.Цель КР…………………………………………………………………………………………………………………………………….7. 3. Анализ исходных данных………………………………………………………………………………………………………8. 4.Выбор оборудования……………………………………………………………………………………………………………..9. 5.Выбор промышленного робота…………………………………………………………………………………………….11. 6.Выбор загрузочного устройства……………………………………………………………………………………………..14. 7. Анализ компоновочных схем РТК…………………………………………………………………………………………15. 8. Алгоритм работы РТК………………………………………………………………………………………………………………17. 9. расчет параметров работы……………………………………………………………………………………………………..18. 10. Циклограмма РТК…………………………………………………………………………………………………………………..22. 11. Оценка производительности РТК………………………………………………………………………………………….24. 12. Заключение…………………………………………………………………………………………………………………………….28. 13. Список литература………………………………………………………………………………………………………………….30. Приложение: Техпроцесс на деталь «фланец»

Введение

Роботизированные технологические  системы (РТК) это автономно действующая совокупность технологических средств производства, включающая набор основного технологического и вспомогательного оборудования (в том числе один или несколько промышленных роботов, которые выполняют вспомогательные операции) и обеспечивающая полностью автоматизированный цикл работы внутри комплекса и связь его с входными и выходными потоками остального производства.

РТК создают предпосылки для  перехода к качественно новому уровню автоматизации – создание автоматических производственных систем, работающих с минимальным участием человека. Сегодня РТК применяются практически во всех отраслях народного хозяйства, однако, наибольшее распространение они получили в промышленности, прежде всего – в машиностроении. Одно из основных преимуществ РТК – возможность быстрой переналадки для выполнения задач, различающихся последовательностью и характером манипуляционных действий. РТК наиболее эффективны в условиях частой смены объектов производства. Одной из причин разработки и внедрения РТК является, конечно, экономия средств. По сравнению с традиционными средствами автоматизации РТК обеспечивают большую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков комплектации и пуска производства. Целесообразность применения РТК, прежде всего, должна диктоваться интересами человека, его безопасностью и удобствами работы (особенно на участках с опасными, вредными для здоровья условиями труда).

Основные предпосылки расширения применения РТК следующие: повышение  качества продукции и объемов  ее выпуска благодаря снижению времени выполнения операций и обеспечению постоянного режима “без усталости”, росту коэффициента сменности работы оборудования, интенсификации существующих и стимулированию создания новых высокоскоростных процессов и оборудования; изменению условия труда работающих путем освобождения от неквалифицированного, монотонного, тяжелого и вредного труда, улучшения условий безопасности, снижение потерь рабочего времени от производственного травматизма и профессионально-технических заболеваний; экономия и высвобождение рабочей силы.

Автоматизация производства в машиностроении представляет собой самостоятельную  комплексную задачу, связанную с  созданием нового современного оборудования, технологических процессов, систем организации производства при систематическом повышении прибыли, улучшении условий труда и сокращении в потребности рабочей силы. Производить организационно-технические мероприятия значительного объема ради единичного внедрения промышленного робота не рентабельно. Только расширенное применение промышленных роботов в составе сложных роботизированных технологических систем оправдано  технически, экономически и социально.

Цель курсовой работы

Курсовая работа по «Оборудованию автоматизированных производств» это конструкторско – технологическая

Работа, целью которой является закрепление технологических знаний и приобретение навыков а именно автоматизации процесса механической обработки в виде разработки роботизированного технологического комплекса (РТК), средств автоматизации транспортировки и загрузки-разгрузки заготовок (деталей) с соответствующими расчетами.

Курсовая работа выполняется с использованием знаний полученных по дисциплинам «Основы технологии машиностроения», «Оборудование машиностроительных производств», «Технологическая оснастка», «Управление системами и процессами», «Формообразующий инструмент», «Математическое моделирование и оптимизация» и др.

Анализ исходных данных

Анализируя базовый технологический процесс очевидно, что для автоматизации процесса изготовления детали необходимо фрезерный станок с ЧПУ и роботизированный комплекс. Тем самым сокращая время и увеличивая точность изготовления детали.

Станок с системой ЧПУ позволяет за одну установку обработать полностью заготовку и получить готовую продукцию. А роботизированный комплекс позволит перемещать и устанавливать заготовку (деталь) на рабочий стол станка, что значительно облегчит труд фрезеровщика. Технологический процесс, с применением РТК исключает такой человеческий фактор как физическая усталость. По заданию на необходимо исследовать технологический процесс в деталь «фланец» , внести изменения для удобства ее обработки. Я предлагаю операцию расточку и фрезерование совместить в одну операцию, так как они взаимозаменяемы. Контрольно измерительный инструмент – штангель – циркуль использовать не целесообразно так как размер детали задается системой РТК. Фланец труб изготавливаются из различных материалов . Фланцы имеют обработанные поверхности, изготавливаются из литого чугуна и чугуна с шаровидным грифом, но наиболее используемый материал, это кованная углеродистая сталь.

 Выбор оборудования

В технологическом процессе необходимо получить изделие, представляющее собой плоскую фигуру, следовательно, рационально использовать фрезерный станок. Выберем вертикально-фрезерный станок с ЧПУ NV4000 DCG Mori Seiki . Для целесообразности, быстроты обработки детали, мы берем сразу 2 станка и 2 робота. Рис. 1. Вертикально-фрезерный станок с ЧПУ NV4000 DCG Mori Seiki Вертикально-фрезерный станок с ЧПУ NV4000 DCG Mori Seiki предназначен для выполнения всех видов фрезерных работ, сверления, зенкерования и растачивания отверстий в деталях из черных, цветных и высокопрочных металлов и сплавов в условиях единичного и мелкосерийного производства. Вертикально-фрезерные станки оснащены системой ЧПУ FANUC, автоматической системой смазки, имеют возможность плавного изменения частоты вращения шпинделя. По техническим характеристикам данные станки имеют одно из лучших соотношение цена-качество среди оборудования подобного класса.  Такие характеристики станка, как 3-х осевое параллельное управление, высокоуровневое программирование (макрокоды), графический дисп­лей, гарантируют превосходную точность исполне­ния команд и позволяют оператору быстро добиться желаемого результата. Сервопривод постоянного тока с цифровым управлением обеспечивает точ­ные и быстрые перемещения по всем 3-м осям. Большое количество операций таких, как фрезеро­вание, растачивание, сверление, нарезание резьбы и т.п., можно осуществить за одну установку детали. Стол и суппорт станка отливаются из специального высокопрочного чугуна. Они компактны, имеют большую область загрузки, высокую жесткость и от­личные антивибрационные характеристики, способ­ные обеспечить самую высокую точность обработки на станках подобного класса. Конструкция включает в себя мощный высокомоментный шпиндель и встроенную систему подачи СОЖ в зону резания, что обеспечивает высокоскоростные режимы реза­ния. Как дополнительное оборудование может быть заказан поворотный стол (4-я ось), управляемый центральной системой ЧПУ станка. С помощью него возможна 4-осевая обработка контуров любой слож­ности. Применяются во многих отраслях промышленности: в автомобильной, энергетическо-машиностроительной, станкостроительной, приборостроительной областях. Благодаря небольшим размерам и универсальности используются на любых участках механообработки. Технические характеристики данного станка приведены в таблице 1. Таблица 1. Технические характеристики вертикально-фрезерного станка

Модификация	NV4000 DCG
Перемещение по оси X (продольное перемещение шпиндельной бабки), мм (дюйм)	600 (23.6)
Перемещение по оси  Y (поперечное перемещение шпиндельной бабки), мм (дюйм)	400 (15.7)
Перемещение по оси  Z (вертикальное перемещение шпиндельной бабки), мм (дюйм)	400 (15.7)
Рабочая поверхность, мм (дюйм)	700 x 450 (27.6 x 17.7)
Допустимая нагрузка на стол, кг	350 (770)
Макс. частота вращения шпинделя, мин-1	12,000[20,000][30,000]

2. Выбор промышленного робота

В целях увеличения производительности производства данного типа деталей, без ухудшения качества, целесообразно использовать элементы автоматизированного производства, в частности использование промышленных роботов.  Выберем промышленный робот KUKA KR5 sixx R850 (рис. 3). Рис. 3. Промышленный робот KUKA KR5 sixx R850 Роботы KUKA широко используются на заводах для выполнения операций по сварке, погрузке, паллетизации, упаковке, обработке и прочих автоматизированных операций, а также в больницах в области хирургии головного мозга и рентгенографии. Имея радиус действия до 850 мм, этот малогабаритный шестиосевой робот включает в себя высокую скорость и точность движений с дальним обзором. Он также использует все преимущества самой надежной и ходовой в мире управляющей платформы фирмы KUKA, основанной на использовании ПК. Технические характеристики выбранного промышленного робота: Рис. 3 Структурная схема робота

3.3. Выбор загрузочно-накопительного устройства В качестве ЗНУ выберем дисковое бункерное загрузочное устройство с крючками (рис. 5). Рис. 5. Загрузочно-накопительное устройство В дисковом устройстве с захватными органами 2 в виде крючков предметы обработки (ПО) расположены в бункере 5, снабженном предбункером 4. Благодаря последнему можно иметь большой запас ПО, однако эта масса не воздействует на процессы в бункерном ЗУ, так как с помощью задвижки 3 к рабочим органам поступает лишь строго дозированная порция ПО. Благодаря наклону дна бункера, изменяющемуся поперечному сечению бункера и за счет сил трения и тяжести ПО к моменту захвата занимают благоприятное для захвата положение, располагаясь открытой частью вперед, что и определяет массовый захват. Это устройство не является удобным так как деталь может сорваться с крючка. Захваченные крючками ПО транспортируются к лотку-магазину 6, причем правильное положение ПО сохраняется с помощью специальной трубки 1. Если перед входом в трубку по какой-либо причине ПО не занимает требуемого положения, то под действием амортизатора вибратора он сбрасывается или меняет положение. Выдача предметов обработки происходит под действием силы тяжести в лоток. Если лоток будет переполнен, то либо ПО не будет выдан в лоток, останется на захватном органе и совершит еще один цикл движения до выдачи, либо ПО упрется в ПО в лотке, захватный орган остановится и начнет работать амортизатор-вибратор. Амортизатор-вибратор будет работать и в том случае, когда заготовка застрянет, например, на входе трубки 1. После обработки заготовки на станке робот перемещает полученную деталь на паллеты так, чтобы она заняла ориентированное положение. Таким образом второе ЗНУ, для готовых деталей, будет представлять собой многоярусные паллеты. Это устройство является более удобным. (Рис. 6).   Рис. 6. Загрузочно-накопительное устройство

1 АНАЛИЗ КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ РТК

    В данной курсовой работе рассматривается линейная компоновка РТК с одноместными пристаночными накопителями и промышленным роботом портального типа с декартовой системой координат. Такие роботы применяются для обслуживания основного технологического оборудования, для автоматизации вспомогательных  операций установки – снятия заготовок, деталей, инструмента, оснастки, а так же на транспортно-складских и других операциях. Данный РТК содержит три станка с пристаночными накопителями (поз. Б, В, Г), промышленный робот и входной и выходной накопители (поз. А и Д). Для выхода из станка ПР должен выполнить вертикальное перемещения z до уровня z=h₀-h₂. Для выхода в рабочую зону пристаночного накопителя ПР помимо вертикальных перемещений должен выполнить перемещение Х=L_A. Работа по входу в накопитель – последовательно в обратном порядке. Работа с межучастковыми накопителями – аналогично в соответствии с их расположением.

 Данная компоновка РТК достаточно  компактна, занимает небольшую  площадь. В отличие от компоновки  напольного типа данная компоновка  использует промышленный робот  портального типа, что не требует дополнительных затрат при монтаже робота. Преимуществом этой компоновки является так же и то, что такой робот позволяет работать с заготовками, расположенными на плоскости в несколько слоев. Преимуществом такой компоновки РТК является большая численность оборудования обслуживаемого одним роботом, а так же не большие габариты робота.

Типовые компоновочные схемы ГПС

ГАЦ 1-го уровня автоматизации для изготовления промышленных роботов, созданный на Московском станкостроительном объединении "Красный пролетарий", показан на рис. 5. Цех состоит из участков станков, собранных по группам: многоцелевых с накопителем 1 спутников, токарных 10, сверлильных 2 и других, оснащенных промышленными роботами. Предусмотрен участок уникального оборудования и участок сборки промышленных роботов. Транспортная система, связывающая участки станков со складом мелких и средних заготовок 8 и складом крупных заготовок 9, выполнена на базе робокаров 7, перемещающихся по заданной траектории, обеспеченной прокладкой низкочастотного кабеля в полу. Транспортная система включает в себя три основных робокара и один запасной. От автоматизированного склада робокар с грузом может быть по заданию ЭВМ (на рисунке не показана) направлен по любому из рабочих маршрутов. Вдоль указанных маршрутов расположены позиции 3 выгрузки поддонов с грузом, поступающим со склада, и погрузки поддонов с грузом, возвращающимся с производственных участков в склад. Здесь же располагаются видеотерминалы Т для связи операторов участка со складом. На рассматриваем нами участке стоят 2 РТК которые для удобства обрабатывают деталь «фланец» с разных сторон.

Рис. 4 - Схемы расположения промышленных роботов в ГПМ:

Рис. 5 - План гибкого автоматизированного участка 1-го уровня автоматизации

 Возврат робокара на склад с рабочих маршрутов осуществляется по маршруту 4, свободному от позиций выгрузки-погрузки. Перемещение робокара осуществляется в одном направлении, без реверсирования. Робокары. возвращающиеся по маршруту 4, а также от позиций у автоматизированных складов, могут быть направлены по маршруту 5 для подзарядки у станции зарядки 6. Предусмотрен также резервный маршрут для расположения излишних в данный момент робокаров. Оперативные накопители поддонов и приемные позиции поддонов у станков и автоматизированных складов выполнены в виде роликовых конвейеров. Автоматизированная транспортно-складская система осуществляет складирование, комплектование и доставку по запросу операторов в производственные участки заготовок, режущего и мерительного инструмента, оснастки и технической документации в поддонах после выполнения предыдущего задания. Переналадку станков для выполнения нового задания (изготовления партии новых изделий), включая смену приспособления, инструмента, подачу и закрепление очередной заготовки и ее выгрузку со станка в тару, осуществляет оператор также, как в автономно эксплуатируемых ГПМ.