Базовая компоновка РТК на сверлильную операцию для обработки вала-шестерни в среднесерийном производстве

Базовая компоновка РТК на сверлильную операцию для обработки вала-шестерни в среднесерийном производстве

Содержание

Введение

. Исходные данные для разработки РТК

. Выбор основного оборудования

. Выбор промышленного робота для РТК

. Выбор вспомогательного оборудования для РТК

. Анализ возможных вариантов компоновок РТК

. Построение и расчет элементов траектории захватного устройства ПР

. Расчет допустимых скоростей перемещения заготовки (детали)

. Построение циклограммы функционирования РТК

. Определение основных показателей РТК

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Прогрессивное развитие технологических процессов в области технологии машиностроения должно проходить путем механизации и автоматизации, обеспечивающих непрерывный рост производительности труда, снижению себестоимости выпускаемой продукции и повышению ее качества.

Интенсивное развитие наиболее прогрессивных областей техники вызывает частое обновление продукции. В последнее время практически во всем мире появились тенденции увеличить разнообразие выпускаемых изделий. А применение технологического оборудования с ЧПУ обеспечивает необходимую гибкость производства изделий.

В настоящее время разнообразное технологическое оборудование с ЧПУ и робототизированные технологические комплексы объединяют в единые производственные комплексы с помощью транспортной и управляющей систем, обеспечивающих функционирование этих комплексов в автоматическом режиме в течении заданного интервала времени, и обладающих свойством автоматической переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах. Эти комплексы называют ГПС.

Робототизированным технологическим комплексом (РТК) называется совокупность промышленного робота, основного оборудования, непосредственно выполняющего операции технологического процесса и вспомогательного оборудования автономно функционирующая.

В данном курсовом проекте будет разрабатываться базовая компоновка РТК на сверлильную операцию для обработки вала-шестерни в среднесерийном производстве, позволяющая сократить время на выполнение операции и повысить качество изготавливаемых деталей.

1. Исходные данные для разработки РТК

робототизированный технологический комплекс захватное

К исходным данным относят:

рабочий чертеж детали;

рабочий чертеж заготовки;

годовой объем выпуска деталей (N=3600 шт.);

маршрутный технологический процесс.

Деталь представлена на рисунке 2

Материал детали - сталь 45 ГОСТ 1050-88.

Твердость детали - 220…270HB.

Масса детали - 9 кг.

В соответствии с объемом выпуска, массой детали, а также норм времени на каждую операцию принимаем среднесерийный тип производства.

Для среднесерийного производства заготовку экономически целесообразно получать штамповкой на КГШП, что повышает коэффициент использования материала и уменьшает время на обработку, так как заготовка наиболее приближена по форме и размерам к детали. Соответственно, увеличивается производительность выпускаемой продукции и уменьшается ее себестоимость.

Рисунок 1 - Рабочий чертеж заготовки

Рисунок 2 - Рабочий чертеж детали

Маршрутный технологический процесс обработки детали приводим в таблице 1.

Таблица 1 - Маршрутный техпроцесс изготовления вала-шестерни

. Выбор основного оборудования

В данном курсовом проекте необходимо выбрать основное оборудование, которое входит в состав РТК. К такому оборудованию относится оборудование, используемое непосредственно для выполнения операций технологического процесса (металлорежущие станки, прессы, нагревательные печи и т.д.).

Станки должны встраиваться в РТК без каких-либо серьезных конструктивных изменений. Данным требованиям отвечают станки, имеющие полностью автоматизированный цикл работы, в том числе переключение скоростей и подач, а также устройства для автоматической смены инструмента. Также необходимо учитывать и технологические возможности этих станков.

Станок модели 2206ВМФ4 полностью соответствует заданным требованиям.

Основными характеристиками станка являются:

размеры рабочей поверхности стола - 630×800 мм;

наибольшая масса обрабатываемой заготовки - 800 кг;

программируемые перемещения по осям:- 630 мм;- 630 мм;- 800 мм.

точность позиционирования по осям:, Y - 0,012 мм;- 0,016 мм.

расстояние от оси шпинделя до рабочей поверхности стола - 95…725 мм;

расстояние от торца шпинделя до центра стола - 165…795 мм;

вместимость инструментального магазина - 30;

время смены инструмента - 8 с;

частота вращения шпинделя - 31,5…2500 мин-1;

рабочие подачи по осям X, Y, Z - 1…4000 мм/мин;

скорость быстрых перемещений по осям X, Y, Z - 10000 мм/мин;

наибольшее усилие подачи по осям X, Y, Z - 15 кН;

мощность электродвигателя привода главного движения - 11 кВт;

габаритные размеры:

длина - 3470 мм;

ширина - 3170 мм;

высота - 2930 мм.

масса- 12000 кг.

Разработаем подробный план сверлильной операции, выполняемый на станке данной модели. План представим в виде эскиза (рисунок 3), на котором показана последовательность выполнения сверлильной операции, траектория движения рабочего инструмента. Основными линиями показана траектория движения рабочего хода инструмента, а пунктиром показана траектория движения по ускоренному перемещению, со скоростью быстрого движения.

На эскизе также представлено:

схему установа заготовки;

положение нуля детали;

положение нуля шпинделя;

опорные точки траектории движения режущего инструмента;

положение исходной точки.

Координаты опорных точек, необходимые для расчета элементов траектории, сводим в таблицу 2.

Рисунок 3 - Траекторию движения режущего инструмента

Таблица 2 - Координата опорной точки

В миллиметрах

Назначаем режимы резания на сверлильную операцию 45:

Засверливание двух отверстий, сверление двух отверстий Ø10, зенкование в них фасок и нарезание резьбы М12. Станок 2206ВМФ4. Режущий инструмент: сверло центровочное Ø4; Р6М5; сверло Ø10; Р6М5; зенковка Р6М5; метчик М12; Р6М5.

Переход 1. Засверливание двух отверстий.

Определяем величину припуска

,(1)

где D - диаметр сверла, мм.

 мм

Подачу принимаем S=0,06 мм/об [1, с. 381, таблица 35].

Определяем скорость резания

,(2)

где - поправочный коэффициент [1, с. 383, таблица 38];

m, q, y - показатели степеней [1, с. 383, таблица 38];

Т - период стойкости, мин [1, с. 384, таблица 40];

Kv - общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.

=,(3)

где Кmv- коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

Кlv - коэффициент, учитывающий глубину сверления [1, с. 385, таблица 41];

Кuv- коэффициент, учитывающий материал инструмента [1, с. 361, таблица 6].

 (4)

где Кг - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости [1, с. 359, таблица 2];

 - предел прочности материала, МПа;

nv - показатель степени [1, с. 359, таблица 2].

,

,

Определяем частоту вращения шпинделя

,(5)

 мин-1

Принимаем n=2500 мин-1.

Определяем действительное значение скорости резания

Определяем крутящий момент

,(6)

где - поправочный коэффициент [1, с. 385, таблица 42];

q, y - показатели степеней [1, с. 385, таблица 42];

Kp - общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.

,(7)

,

 Н·м

Определяем мощность резания

,(8)

 кВт

Определяем мощность электродвигателя станка

Nдв =  кВт, (9)

гдеhст - коэффициент полезного действия станка;

Кп - коэффициент перегрузки.

Получившаяся мощность меньше мощности главного привода станка равной 11 кВт.

Определяем минутную подачу

,(10)

 мм/мин

Определяем основное время

,(11)

где L - длина резания, мм.

Определяем длину резания

,(12)

где y - величина врезания, мм.

 мм,

 мин

Переход 2. Сверление отверстия Ø10.

Определяем величину припуска

,

где D - диаметр сверла, мм.

 мм

Подачу принимаем S=0,11 мм/об [1, с. 381, таблица 35].

Определяем скорость резания

,

где - поправочный коэффициент [1, с. 383, таблица 38];, q, y - показатели степеней [1, с. 383, таблица 38];

Т - период стойкости, мин [1, с. 384, таблица 40];- общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.

=,

где Кmv- коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

Кlv - коэффициент, учитывающий глубину сверления [1, с. 385, таблица 41];

Кuv- коэффициент, учитывающий материал инструмента [1, с. 361, таблица 6].

где Кг - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости [1, с. 359, таблица 2];

nv - показатель степени [1, с. 359, таблица 2].

,

,

Определяем частоту вращения шпинделя

,

 мин-1

Принимаем n=1650 мин-1.

Определяем действительное значение скорости резания

Определяем крутящий момент

,

где - поправочный коэффициент [1, с. 385, таблица 42];

q, y - показатели степеней [1, с. 385, таблица 42];

Kp - общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.

,

,

 Н·м

Определяем мощность резания

,

 кВт

Определяем мощность электродвигателя станка

дв =  кВт,

Получившаяся мощность меньше мощности главного привода.

Определяем минутную подачу

,

 мм/мин

Определяем основное время

,

где L - длина резания, мм.

Определяем длину резания

,

 мм,

 мин

Переход 3. Зенкование фасок.

Припуск t=1,6 мм.

Подачу принимаем S=0,17 мм/об [1, с. 381, таблица 35].

Определяем скорость резания

,

где - поправочный коэффициент [1, с. 383, таблица 39];

m, q, y, x - показатели степеней [1, с. 383, таблица 39];

,

,

Определяем частоту вращения шпинделя

,

 мин-1

Принимаем n=840 мин-1.

Определяем действительное значение скорости резания

Определяем крутящий момент

,

x, q, y - показатели степеней [1, с. 385, таблица 42];

Kp - общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.

,

,

 Н·м

Определяем мощность резания

,

 кВт

Определяем мощность электродвигателя станка

дв =  кВт,

Получившаяся мощность меньше мощности главного привода станка.

Определяем минутную подачу

,

 мм/мин

Определяем основное время

Определяем длину резания

,

 мм,

 мин

Переход 4. Нарезание резьбы.

Подачу принимаем S=1,25 мм/об.

Определяем скорость резания

,

где  - поправочный коэффициент [1, с. 431, таблица 118];- номинальный диаметр резьбы, мм;, q, y - показатели степеней [1, с. 431, таблица 118];

Т - период стойкости, мин [1, с. 431, таблица 118].

=,(13)

где Кmv- коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала [1, с. 433, таблица 119];

Кtv - коэффициент, учитывающий точность нарезаемой резьбы [1, с. 433, таблица 119];

Кuv- коэффициент, учитывающий материал инструмента [1, с. 433, таблица 119].

,

Определяем частоту вращения шпинделя

,

 мин-1

Принимаем n=405 мин-1.

Определяем действительное значение скорости резания

Определяем крутящий момент

,(14)

где  - поправочный коэффициент [1, с. 433, таблица 120];, y - показатели степеней [1, с. 433, таблица 120];- шаг резьбы, мм;- общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания [1, с. 433, таблица 119].

 Н·м

Определяем мощность резания

,

 кВт

Определяем мощность электродвигателя станка дв =  кВт,

Получившаяся мощность меньше мощности главного привода станка.

Определяем минутную подачу

,

 мм/мин

Определяем основное время

(15)

Определяем длину резания

,

 мм,

 мин

Рассчитаем время перемещения инструмента по выбранной траектории

, (16)

где tр.х. - время выполнения рабочего хода траектории;

n - количество рабочих ходов;

tх.х. - время выполнения холостого хода траектории;

m - количество холостых ходов;

Переход 1.

Определяем время холостого хода

, (17)

где Lх.х. - величина траектории холостого хода, мм;

Sм.б - минутная подача быстрых перемещений, мм/мин.

 мин

Переход 2.

Определяем время холостого хода

 мин

Переход 3.

Определяем время холостого хода

 мин

Переход 4.

Определяем время холостого хода

 мин

Соответственно

 мин

Определяем время автоматической смены инструмента - (8 c) 0,13 мин.

, (18)

где t - время смены одного инструмента, мин;

i - количество используемых на операции инструментов.

 мин

Время зажима или разжима заготовки в приспособлении - 0,05 мин.

. Выбор промышленного робота для РТК

Для выбора промышленного робота, работающего в составе РТК, необходимо отметить основные требования, которым должен соответствовать промышленный робот:

обеспечение заданной грузоподъемности;

размеры рабочей зоны промышленного робота должны определяться размерами, формой и положением рабочих зон обслуживаемого оборудования;

система управления промышленного робота выбирается с учетом способа позиционирования рабочего органа, количества управляющих координат, объема памяти;

захватное устройство ПР выбирается с учетом конструктивно-технологических параметров объекта манипулирования.

грузоподъемность промышленного робота должна превышать массу объекта манипулирования не менее чем на 10%.

Формы и размеры рабочей зоны должны быть такими, чтобы загрузка и выгрузка заготовки из рабочей зоны основного и вспомогательного оборудования осуществлялась беспрепятственно.

Для разгрузки-загрузки станка модели 2206ВМФ4 могут быть использованы ПР с прямоугольной и цилиндрической системой координат.

Для промышленного робота, работающего в составе РТК, число степеней подвижности в наибольшей степени зависит от формы, размеров и положения рабочей зоны оборудования и относительного положения ограничительных поверхностей, образующих зону загрузки-разгрузки.

Погрешность позиционирования влияет на процесс установки заготовки в приспособлении, как основного, так и вспомогательного оборудования.

В соответствии с выше изложенным выбираем промышленный робот модели “JOB’ oT-10”.

грузоподъемность - 50 кг;

число степеней подвижности - 5;

число программируемых координат - 5;

привод основных движений - электромеханический;

система управления - позиционная;

средство программирования - обучение;

погрешность позиционирования - ±2 мм

наибольший вылет руки - 2500 мм;

линейное перемещение, мм: = 1170;= 1000.

скорость линейного перемещения, м/с:= 0,6;= 0,5.

угловые перемещения, °:

φ = 300;

α = 350;

β = 180.

угловая скорость, °/с:

φ =60;

α =60;

β = 60.

- масса - 2400 кг.

Рисунок 4 - Схема ПР

На рисунке 5 представим схему захвата заготовки.

Рисунке 5 - Схема захвата заготовки

4. Выбор вспомогательного оборудования для РТК

Основными функциями вспомогательного оборудования является:

функция накопления;

функция транспортирования и поштучной выдачи изделий;

функция ориентации и переориентации изделий.

Основным требованием к выбору вспомогательного оборудования для РТК является: заготовка при поступлении и удалении должна занимать требуемое положение относительно захватного устройства ПР, а рабочая зона вспомогательного оборудования должна пересекаться с рабочей зоной промышленного робота.

В состав проектируемого РТК в качестве вспомогательного оборудования будет входить тактовый стол. На пластины тактового стола устанавливаются приспособления с заготовками. В качестве приспособления для базирования используются призмы, которые выбираются в зависимости от величины диаметров заготовки, устанавливаемой на ней. Выбираем призмы 7033-0108 ГОСТ 12197-66.

Представим схему укладки заготовки в призму на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема укладки заготовки в призму

В состав проектируемого РТК будет входить тактовый стол СТ 350, служащий для хранения заготовок (готовых деталей) и подачи их в зону (из зоны) захвата ПР. Время поворота тактового стола Тв=3,5 с. Представим схему тактового стола СТ 350 и пластины к нему на рисунке 7.

Рисунок 7 - Схема тактового стола СТ 350 и пластины к нему

. Анализ возможных вариантов компоновок РТК

При анализе возможных вариантов компоновок РТК мы будем сравнивать компоновочные схемы линейного типа и кольцевого типа.

При линейной компоновке обслуживаемое оборудование расположено в один ряд. Роботизированный технологический комплекс такого типа строится на базе напольных и портальных роботов.

Рисунок 8 - Компоновочная схема линейного типа

- Станок;

- Промышленный робот;

- Тактовый стол.

Представленная линейная схема компоновки оборудования имеет следующие преимущества:

экономия производственной площади;

удобство обслуживание оборудования;

обеспечение беспрепятственного перемещения захватного устройства;

удобство загрузки-разгрузки основного и вспомогательного оборудования.

В кольцевой компоновке оборудование располагается непосредственно вокруг робота.

Кольцевая компоновка РТК дает:

удобство загрузки-разгрузки основного и вспомогательного оборудования;

беспрепятственное перемещение захватного устройства ПР;

возможность расстановки оборудования с учетом удобства подхода к нему оператора или наладчика;

оборудование располагается вокруг робота, что приводит к экономии производственной площади;

кольцевая компоновка РТК дает очень высокую точность позиционирования (углового 7’’).

Рисунок 9 - Компоновочная схема кольцевого типа

В данной курсовой работе мы принимаем компоновочную схему кольцевого типа как более предпочтительную.

. Построение и расчет элементов траектории захватного устройства ПР

Построение траектории выполним в виде графического изображения пути перемещения геометрического центра захватного устройства ПР. Начало траектории свяжем с нулевой (исходной) точкой, определенной в соответствии с исходным положением ПР.

Рисунок 10 - Траектория перемещения захватного устройства ПР

Таблица 3 - Элементы траектории перемещения захватного устройства

7. Расчет допустимых скоростей перемещения заготовки (детали)

Определяем допустимую скорость линейного позиционирования в диапазоне вылета руки промышленного робота

,(19)

где Lx - вылет руки ПР, м;

 - погрешность позиционирования, мм;

М - масса объекта манипулирования, кг.

Определяем скорость вертикального перемещения ПР при условии уравновешивания масс

,(20)

где  - коэффициент, зависящий от конструкции привода;

Lz - длина пути при вертикальном перемещении, м.

Определяем допустимую угловую скорость при повороте руки ПР относительно вертикальной оси

, (21)

где  - угловая скорость, рад/с;

 - угол поворота руки, рад;

 - погрешность углового позиционирования, с.

рад/с

. Построение циклограммы функционирования РТК

Циклограмма функционирования РТК включает в выбранной последовательности все действия, выполняемые основным и вспомогательным оборудованием, а также ПР, необходимые для обработки заготовки.

Построение циклограммы функционирования РТК обеспечивает:

быстроту определения рабочего цикла Тр;

значение цикловой производительности Qц;

существенное представление о том как возможно произвести сокращение Тр за счет совмещения времени выполнения отдельных переходов и сокращении длительности не совмещенных переходов.

После того, как мы определи все движения ПР и установили последовательность их выполнения, нам необходимо определить время выполнения каждого движения

,(22)

,(23)

где  - углы поворотов механизмов, рад;

 - линейные перемещения механизмов, м;

 - скорость углового перемещения механизма по соответствующей координате, рад/с;

 - скорость линейного перемещения механизма по соответствующей координате, м/с.

Рисунок 11 - Циклограмма работы РТК

9. Определение основных показателей РТК

Основные показатели, характеризующие работу РТК следующие:

цикловая производительность Qц;

коэффициент относительной загруженности ПР Кгр;

коэффициент использования ПР Кир;

коэффициент использования основного оборудования Кио;

коэффициент нагруженности ПР Кнр;

режим работы робота.

Определяем цикловую производительность

,(24)

где  - длительность рабочего цикла, ч.

Определяем коэффициент относительной загруженности

,(25)

где  - среднее значение рабочей нагрузки, кг;

 - грузоподъемность робота, кг.

Определяем коэффициент использования ПР

,(26)

где  - время работы ПР за рабочий цикл, с.

Определяем коэффициент использования основного оборудования

,(27)

где  - время работы основного оборудования за рабочий цикл, с.

Рассчитав значения коэффициентов, по [2, стр.379, таблица 3] устанавливаем, что режим работы ПР "легкий" при этом коэффициент нагруженности Кнр =1,1.

Заключение

Применение промышленных роботов при обслуживании станков с ЧПУ позволяет исключить участие рабочего в выполнении вспомогательных операциях и полностью автоматизировать процесс механической сборки.

Анализ линейной и кольцевой компоновки показал, что для данного РТК наиболее удовлетворяющая всем условиям эксплуатации является компоновочная схема кольцевого типа. Она позволяет ПР совершать перемещения при подаче заготовки от тактового стола к станку и назад с большей точностью. Время рабочего цикла можно уменьшить за счет рационально назначенных режимов резания.

Режим работы ПР, в составе РТК, соответствует области применения РТК.

Список использованной литературы

1 Справочник технолога-машиностроителя. Т.2 / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова.- М.: Машиностроение, 1985.

Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справ. - М.: Машиностроение, 1988. - 392с.: ил.