ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Автоматизация производственных процессов и построение циклограммы

робото-технических комплексов

Цель работы: ознакомиться с составом и назначением средств автоматизации производственных процессов применительно к металлообрабатывающим робототехническим комплексам.

Технические средства и программное обеспечение:

1.IBM-PC или совместимый компьютер;

2.Операционная система Microsoft Windows;

3.Пакет офисных программ Microsoft Office;

Средства для эскизирования:

1.Линейка инструментальная;

2.Штангенциркуль;

3.Карандаш.

Теоретические сведения:

Автоматизация производства — это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам.

Различают частичную, комплексную и полную автоматизацию производства.

Частичная автоматизация производства, точнее — автоматизация отдельных производственных операций, осуществляется в тех случаях, когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его.

Частично автоматизируется, как правило, действующее производственное оборудование. По мере совершенствования средств автоматизации и расширения сферы их применения было установлено, что частичная автоматизация наиболее эффективна тогда, когда производственное оборудование разрабатывается сразу как автоматизированное. К частичной автоматизации производства относится также автоматизация управленческих работ.

При комплексной автоматизации производства участок, цех, завод, электро-

станция функционируют как единый взаимосвязанный автоматизированный комплекс. Комплексная автоматизация производства охватывает все основные производственные функции предприятия, хозяйства, службы; она целесообразна лишь при высокоразвитом производстве на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением надёжного производственного оборудования, действующего по заданной или самоорганизующейся программе, функции человека при этом ограничиваются общим контролем и управлением работой комплекса.

10

Полная автоматизация производства является высшей ступенью автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля ком- плексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления. Она проводится тогда, когда автоматизируемое производство рентабельно, устойчиво, его режимы практически неизменны, а возможные отклонения заранее могут быть учтены, а также в условиях недоступных или опасных для жизни и здоровья человека.

Наибольший эффект автоматизация дает в основном в массовом и крупносерийном производстве, однако и мелкосерийное и даже индивидуальное производство не исключают возможности использования автоматических систем.

При переходе к автоматизированному производству является анализ конструкции изделия, который состоит из следующих шагов:

1.определение степени пригодности деталей, входящих в изделие, к автоматической загрузке и выявление технологических возможностей автоматизированного изготовления изделия;

2.заключается в оценке подготовленности изделия к автоматизированному производству с учетом автоматического выполнения основных и вспомогательных операций технологического процесса.

Технические средства и устройства

Технические средства и устройства автоматизации производства делятся на основные, т.е. те, с помощью которых реализуется автоматизация производственного процесса и вспомогательные, с помощью которых информация, сформулированная на этапах анализа и модернизации технологического процесса (ЭВМ и периферийные устройства), передается устройствам автоматизации.

К основным техническим устройствам автоматизации производственных процессов можно отнести транспортные устройства. Транспортные устройства предназначены для выполнения таких операций, как загрузка полуфабрикатов, заготовок, инструмента, приспособлений и изделий для хранения на склад и их выгрузку по требованию; перемещение этих предметов со складов к рабочим местам (сборочным позициям, станкам) и обратно, а также межоперационные перемещения заготовок между станками.

Для перемещения грузов широко применяют ленточные транспортеры.

Для размещения заготовок, выдачи их на позицию захвата роботом в ориентированном положении предназначены подающие устройства.

Частью обобщенной операции подачи объекта в рабочую машину является загрузка, которая включает в себя комплекс элементарных операций по автоматическому подводу объектов в рабочую позицию. Базирование и закрепление их относится к другой части операции ввода.

Для загрузки непрерывных заготовок используют загрузочные устройства. К непрерывным заготовкам относят прутки, трубы, проволоку, ленту и другие аналогичные материалы, предназначенные для переработки в дискретные изделия.

11

Для загрузки прутковых и трубных токарных автоматов применяют в основном

цанговые и силовые устройства подачи; клещевые и шариковые устройства полу-

чили значительно меньшее распространение.

Для подачи ленты, проволоки, листового материала наибольшее применение находят роликовые устройства.

К средствам формирования и первичной обработки информации относятся клавишные устройства для нанесения данных на носители информации механическим, оптическим или магнитным способами; накопленная информация передаётся на последующую обработку или воспроизведение.

Исполнительные устройства состоят из пусковой аппаратуры, исполнительных гидравлических, пневматических или электрических механизмов (сервомоторов) и регулирующих органов, воздействующих непосредственно на автоматизируемый процесс. Важно, чтобы их работа не вызывала излишних потерь энергии и снижения кпд процесса.

Построение циклограммы РТК

В автоматизированном производстве металлообрабатывающие станки работают в составе робото-технических комплексов. Для обеспечения совместной работы ПР и металлорежущего оборудования необходимо согласовать работу систем управления роботом и станком. Станки должны быть оснащены автоматизированными устройствами с регулируемым усилием зажима для закрепления заготовки. Для обработки заготовок несимметричной формы в оборудовании следует предусмотреть возможность останова шпинделя в заданном положении.

Компоновка и параметры рабочей зоны металлорежущего оборудования, а

также конструкция приспособлений должны обеспечивать беспрепятственный доступ руки робота в зону резания для установки, заготовки и снятия детали. Конструкция станины, компоновка станка и точки крепления станочных приспособлений должны обеспечивать возможность загрузки и разгрузки станка с фронтальной или тыльной стороны (в зависимости от конкретной планировки РТК).

При создании РТК важным является решение проблемы автоматизации удаления стружки. Короткая и дробленая стружка должна удаляться из зоны резания активно (путем выдувания, отсоса или смывания) или пассивно (под действием силы тяжести).

Управление автоматизированными перемещениями пинолей, прижимов,

зажимных элементов приспособлений и другой оснастки подобного назначения должно иметь блокировку, допускающую перемещение этих элементов только при исходном положении инструмента и при отсутствии вращения заготовки, поддерживаемой этими элементами.

12

2.Составить ориентировочную компоновку участка изготовления изделия в условиях автоматизированного производства в составе робототехнического комплекса.

3.Построить диаграмму Ганта для выбранного металлообрабатывающего оборудования.

14

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 Автоматизированные транспортные устройства и механизмы

Цель работы: ознакомиться с типами устройств, предназначенных для выполнения таких операций, как загрузка полуфабрикатов, заготовок, инструмента, приспособлений и изделий для хранения на склад и их выгрузку по требованию; перемещение этих предметов со складов к рабочим местам (сборочным позициям, станкам)

и обратно, а также межоперационные перемещения заготовок между станками.

Технические средства и программное обеспечение:

1.IBM-PC или совместимый компьютер;

2.Операционная система Microsoft Windows;

3.Пакет офисных программ Microsoft Office;

Средства для эскизирования:

1.Линейка инструментальная;

2.Штангенциркуль;

3.Карандаш.

Теоретические сведения:

В современных условиях механического, механосборочного цеха машиностроительного завода необходимо решить комплексную задачу автоматизации транспортных операций (подачи заготовок к основному технологическому оборудованию) при загрузки:

1.материалов;

2.заготовок;

3.режущего инструмента;

4.приспособлений.

Кроме того, транспортные устройства используются при межоперационных перемещениях заготовок между станками.

Такое многообразие транспортных операций создало предпосылки к созданию комплексной транспортной системы, управляемой от единой ЭВМ.

В качестве транспортных средств применяют:

1.автоматизированные тележки;

2.штабелеры;

3.конвейеры;

4.кантователи;

5.поворотные столы;

6.роботы;

7.конвейеры для удаления стружки и т.д.

15

дра 13, шток смещается в крайнее правое положение и перемещает ПС с заготовкой на платформу 7, где уже находится ПС с новой заготовкой.

Чтобы поменять ПС местами, платформа поворачивается на 180° (на стойке 15) зубчатым колесом 3, сопряженным с рейкой 4, приводимой в движение гидроцилиндрами 5 и 16.

Платформу 7 точно выверяют относительно поворотного стола станка с помощью регулировочных болтов 2 и 17, ввернутых в выступы базовой плиты 7, неподвижно закрепленной на фундаменте.

На рис. 7 показаны наиболее широко применяемые схемы загрузочных устройств.

Рис. 7. Схемы компоновок загрузочных устройств: а – поворотное, б – с раздельной платформой, в – с одной стороны стола.

В поворотном загрузочном устройстве (рис. 4, а) для смены столовспутников 3 стол 2 станка1 перемещается по одной или двум координатам в позицию смены заготовок, в которой он стыкуется с загрузчиком 4, после чего на свободную платформу загрузчика со станка перемещается спутник с обработанной деталью. Затем загрузчик 4 поворачивается на 180° и с другой его платформы на станок перемещается спутник с новой заготовкой.

Загрузочные устройства с раздельными платформами 4, расположенными с двух противоположных сторон от стола станка (рис. 4, б) обычно применяются в достаточно крупных ГПМ с шириной столов-спутников не менее 1000 мм.

Широко распространено загрузочное устройство с платформами 4 расположенными с одной стороны стола и установленными на подвижном или неподвижном основании (рис. 4, в). Загрузочные устройства оснащаются механизмами перемещения (гидроцилиндрами, винтовыми или цепными передачами) сто- лов-спутников.

На ГПМ для обработки деталей типа тел вращения в качестве загрузочного устройства используются промышленные роботы, которые одним захватом могут переносить заготовки различного диаметра.

Система автоматической смены столов-спутников ГПМ состоит из двух частей:

1.загрузочного устройства,

2.накопителя столов-спутников.

Транспортные устройства (ТУ) - бывают:

1.стационарные,

2.подвижные.

Стационарные − конвейеры, подъемники, которые установлены неподвижно на полу.

17

Подвижные − тележки (электрокары, самоходные тележки, работающие по автоматическому циклу, робокары и т.д.). По способу транспортирования ТУ делятся на непрерывного и прерывистого действия.

Непрерывные ТУ выполняются:

1.ленточными,

2.цепными и роликовыми,

3.вибрационные,

4.лотковые самотечные, которые применяют для легких заготовок. Прерывистые ТУ (шаговые) бывают 2-х типов:

1.с убирающимися упорами (собачками),

2.с поворачивающимися захватными устройствами.

ВГПС при большой серийности используют конвейерные ТУ, а при малой серийности - автоматические тележки (рис. 8): рельсовые - для деталей больших размеров и безрельсовые, управляемые от ЭВМ перемещающиеся по заданному маршруту (по магнито-электропроводу и т. д.).

Рис. 8. Транспортная тележка

Тележка состоит из основания 1 с ромбовидным размещением колес 6, 9, что повышает маневренность тележки и упрощает устройство разворота. С торцов основания смонтированы подвижные бамперы 5 для автоматического торможения и остановки в случае возникновения препятствия.

В основании расположены приводы на колеса 9, состоящие из редукторов 8, электродвигателей 7 с питанием от аккумуляторных батарей. На основании монтируется грузовая платформа 2 для транспортирования и загрузки-выгрузки столовспутников 3 с заготовками 4.

Расчет количества средств механизации

Количество элементов напольно-тележечного транспорта (электротележ-

ки, электроштабелеры, погрузчики и т.п.) определяют по формуле:

(5)

где Q – годовой грузооборот, т;

qэ – грузоподъемность электротележки, т;

Тэ – общее время пробега (оборот) электротележки, мин;

18

К1 – коэффициент неравномерности; К2 = 0,8 - коэффициент использования грузоподъемности;

Фдо – действительный годовой фонд времени работы оборудования при соответствующем числе смен, час;

m = 1 или 2 коэффициент, учитывающий одно или двухстороннюю систему перевозок;

Общее время пробега электро-тележки:

Тэ = Тпр Тп Тр Тз, (6) где Тпр – время пробега эл. тележки в оба конца, мин;

Тп – время погрузки, мин (принимаем равным 0,07 – 0,15 на 1 т, чел.-ч); Тр – время на разгрузку, мин (принимаем равным 0,07 на 1 т чел.-ч); Тз – время случайных задержек (примерно 10% на каждый рейс), мин; Время пробега эл. тележки в оба конца:

(7)

где l – среднее расстояние при маршрутных перевозках;

v – среднетехническая скорость электрокара (принимаем равным 3,6…5 км/ч). При расчете подвесных конвейеров используют скоростьили производительность:

где Q – производительность конвейера в шт/час;- такт работы в мин;τ

l – шаг подвесок в м;

n – количество изделий на одной подвеске, шт.

Для конвейеров, обслуживающих станочные линии, скорость принимается 1 – 6 м/мин (при массе изделий 30 – 50 кг скорость принимают не более 3 м/мин). При необходимости создания запаса на конвейере в расчет вводят коэффициент увеличения производительности (до 5). При обслуживании подвесным конвейером сушильных, моечных или лакокрасочных камер скорость его определяется:

(9)

где L – общая длина рабочего участка камеры; То – технологическое время обработки.

Расчет производительности конвейера

Конвейер (транспортер) - наиболее распространенная транспортирующая машина в кузнечно-штамповочных и литейных цехов на машиностроительных предприятиях. Конвейеры предназначены для перемещения холодных и горячих заготовок в горизонтальном и наклонном направлениях при угле подъема, не превышающем 2/3 угла естественного откоса в движении. Производительность конвейеров,

19

где F - площадь поперечного сечения потока материала на тележке, м2; V - скорость движения материала, м/с (табл. 3);

γ- плотность материала, т/м3 , (табл. 3);

С- коэффициент, учитывающий снижение производительности в зависимости от

угла наклона конвейера, угол наклона конвейера β (рис. 10) принимать по табл. 3. Значения коэффициента С определять по графику (рис. 11, кривая 1).

Рис. 9. Схема ленточного конвейера

Площадь сечения материала на ленте подсчитывается следующим образом. Многочисленные исследования и многолетний опыт эксплуатации ленточных конвейеров показали, что поперечное сечение материала на плоской ленте без бортов

представляет собой треугольник с углом при основании ρ3, равным половине угла

естественного откоса в движении ρ2, и длиной основания Вo меньшей ширины лен-

ты В (рис. 11 а). 0 = 0,85 ∙ ; 3 = 0,5 ∙ 2 = 0,35 ∙ 3, (11)

где ρ1 - угол естественного откоса в покое. Площадь сечения материала на желобчатой ленте (рис. 11, б) можно рассматривать как сумму площадей треугольника и трапеции.

Длину среднего ролика В1 определяют через ширину ленты В1 = 0,38В. Угол наклона боковых роликов a принимать из табл. 3.

Рис. 10. Схема к определению поперечного сечения материала на тележке конвейера

Рис. 12. График для определения значения коэффициента С для 1) ленточного конвейера; 2) винтового конвейера.

20

Рис. 16. Ввод исходных данных

Рис. 17. Результаты расчета

22