проектирование и эксплуатация роботизированных технологических комплексов (РТК) для обработки деталей типа тел вращения.

число пластин: 24
размеры пластин: АБ=220252; lb=220220; E=110; D=190±0,2.




15. Выбор и расчет захватного устройства ПР
Захватные устройства (ЗУ) промышленных роботов предназначены для захватывания и удержания в требуемом положении деталей. Эти детали могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разными физическими свойствами, поэтому ЗУ принадлежат к числу сменных элементов ПР.
ПР имеют набором типовых загрузочных устройств, которые можно применять в зависимости от требований конкретного рабочего задания. К ЗУ предъявляются требования общего характера и специальные, связанные с конкретными условиями работы. К числу обязательных требований относятся надежность захватывания и удержания объекта, стабильность базирования, недопустимость повреждений или разрушения объектов. Прочность ЗУ должна быть высокой при малых габаритных размерах и массе. Особое внимание должно быть обращено на надежность крепления ЗУ к руке ПР. При обслуживании одним ПР нескольких единиц оборудования применение широкодиапазонных ЗУ или их автоматическая смена может оказаться единственно возможным решением, если одновременно обрабатываются детали различных конфигурации и массы. Поэтому к ЗУ для ПР, работающих в условиях серийного производства, предъявляются дополнительные требования: широкодиапазонность, обеспечение захватывания близко расположенных деталей, легкость и быстрота замены. В ряде случаев необходимо автоматическое изменение усилия удержания объекта в зависимости от массы детали.
Сборочный чертеж захватного устройства изображен на листе 1 графической части.
Схват имеет одну пару губок , зажим и разжим которых осуществляется за счет осевого движения тяги с жестко связанной с ней зубчатой рейкой3. Рейка находится в зацеплении с зубчатыми секторами, нарезанными на рычагах зажимных губок. К тыльной стороне каждой из губок прикреплены плоские пружины , противоположные концы которых жестко связаны с рычагом5. Под действием пружин рычаги 5 поворачиваются до упора выступающей части в рычаги зажимных губок. При этом упоры нажимают на конечные выключатели. Если губка коснется какого-либо препятствия, то пружина немного прогнется и повернет рычаг так, что его выступ выйдет из соприкосновения с рычагом губки, а упор освободит контакт конечного выключателя7; движение манипулятора при этом блокируется.
Расчет механического ЗУ включает нахождение сил, действующих в местах контакта заготовки и губок; определение усилий привода; проверку отсутствия повреждений поверхности детали при захватывании; расчет на прочность деталей ЗУ.
Сила схватывания [6, стр.508]:
(7.1)
где - реакция на n – ю губку захвата;
- коэффициент трения губки захвата с заготовкой (=0,15).

Для определения угла α1 на рис. 4 изображена схема профилирования губок захватного устройства при захвате заготовки диаметром 200 мм.
По этой схеме определяем угол α1: α1=40º.




Рисунок 7. Схема профилирования губок захватного устройства:


Тогда,

Суммарная сила схватывания:

Для определения силы, которую должен развивать привод захватного устройства, необходимо знать удерживающий момент относительно осей поворота губок.



Н∙м
Зная удерживающий момент относительно осей поворота губок, можно определить силу привода захватного устройства Рз:
Н
где ( – КПД шарниров (( = 0,94);
m – модуль зубчатого сектора;
z – полное число зубьев сектора (колеса);
К – коэффициент запаса (К = 1,6 при эксцентриситете до 2,5 мм).





16. Разработка компоновочной схемы РТК
Структуру РТК разрабатываем на основе результатов комплексного анализа технологических операций и процессов, выбора модели ПР и его функций.
ПР в составе РТК механической обработки выполняет следующие функции:
загрузку, разгрузку основного оборудования;
ориентацию заготовки в пространстве перед установкой в приспособление;
укладка в приемное устройство.
Операция установки заготовки включает в себя захватывание ее из подающего устройства (тактового стола), ориентацию в пространстве, перемещение к станку и установ в приспособление (патрон). Цикл начинается с опроса станка о готовности повторения цикла и получения обратной команды о готовности приспособления станка (для токарных станков команды о том, что приспособление и патрон ориентированы в данном положении), о нахождении рабочих органов станка в исходном положении. Кроме того, производится опрос и поступает обратная команда о наличии заготовки в подающем устройстве. После установки заготовки на станок проводят опрос о наличии заготовки в приспособлении, затем дается команда на закрепление и проверяется правильность положения ее. Включают привод главного движения. После окончания обработки и получения обратной команды об этом дается команда на раскрепление заготовки в зажимном приспособлении станка. ПР переносит заготовку к приемному устройству.
По результатам анализа выполняем схему размещения РТК. На схеме указываем рабочее пространство робота, предлагаемые способы подачи деталей и расположение вспомогательного оборудования. Это позволяет определить, достаточно ли места отведено для размещения оборудования.
РТК состоит из токарного станка мод. 16К20ФЗ, промышленного робота, тактовый стол для размещения на нем заготовок и деталей, технологического оснащения и общей системы управления. Заготовки доставляются транспортной тележкой и перегружаются автоматически. В рассматриваемом примере заготовка с тактового стола роботом передается для обработки на станок. Затем робот снимает обработанную с одной стороны заготовку, поворачивает ее на 180° и снова устанавливает для обработки с другой стороны. Обработанная со второй стороны заготовка передается роботом на то же место тактового стола. В состав технологического оснащения РТК входят: трехкулачковый патрон, схват промышленного робота, определенный заранее набор инструментального обеспечения. Вместе с технологическом оборудованием они составляют ресурсы, имеющиеся в распоряжении технолога до начала проектирования технологического процесса.
Рабочая планировка РТК изображена на листе 2 графической части. Планировка обеспечивает:
- возможность выполнения ПР манипуляционных действий в соответствии с технологической характеристикой;
- оптимальное расположение основного и вспомогательного оборудования в пределах зоны обслуживания ПР в соответствии с технологическим процессом;
- возможность обслуживания и ремонта ПР, основного технологического и вспомогательного оборудования;
- возможность ведения наблюдения за оборудованием, входящим в состав РТК, не заходя в рабочую зону ПР;
- безопасность обслуживания РТК в соответствии с нормами промышленной гигиены;
- расстояние между оборудованием и колоннами проходов и проездов в соответствии с государственными нормами проектирования машиностроительных заводов.

17.Разработка циклограммы работы РТК и расчет времени цикла
Чтобы обеспечить согласованное функционирование ПР и технологического оборудования, необходимо согласовать циклы их работы. Для этих целей разработаем циклограмму работы РТК, состоящую из типовых переходов. Длительность отдельных переходов определяется исходя из величин перемещений рабочих органов станка и робота и скоростей соответствующих перемещений.
18. Определение допустимых скоростей позиционирования
Для определения скорости линейного позиционирования Vxp в диапазоне перемещений Lх = 0,8...2 м (Lх – вылет консоли руки робота) может быть использована эмпирическая формула [12]:
,
где – погрешность позиционирования, мм;
М – масса объекта манипулирования, кг.
м/с.
Скорость вертикального перемещения руки обычно неодинакова при движении вверх и вниз. Однако при правильном уравновешивании масс это различие меньше и скорость можно рассчитать по формуле:
,
где az – коэффициент, зависящий от конструкции привода (при гидравлическом приводе az = 3);
Lz – длина пути при вертикальном перемещении, м;
М – масса перемещаемого объекта, кг.


Для определения допустимой быстроходности устройств поворота всей руки относительно вертикальной или горизонтальной оси может быть использована формула:
,
где ω – угловая скорость, рад/с;
φ – угол поворота руки, рад;
δ –погрешность углового позиционирования.
При повороте руки на угол 90º:
рад/с = 7.5 º/с;
при загрузке станка:
рад/с = 1.8 º/с;

19. Определение времени позиционирования
В большинстве ПР используется закон изменения скорости движения близкий к трапецеидальному. При трапецеидальном законе изменения скорости время Тi отдельного движения может быть определена по формуле:
,
где L – длина перемещения по i-й координате;
ak – ускорение при торможении или разгоне, м/с2;
К – коэффициент, зависящий от соотношения ускорений при разгоне и торможении;
Vo – скорость позиционирования по i-й координате.
Наиболее часто встречается случай, когда разгон и торможение осуществляются с одинаковым по модулю ускорением, при этом К = 1. Опыт использования ПР показал [12], что оптимальные скорости перемещения исполнительных устройств достигаются при ускорении ak = 4...5 м/c.
Для вращательного движения время перемещения можно определить по следующей формуле:
,
где L – длина дуги (траектории перемещения заготовки),
ω – угловая скорость, º/с;
R – радиус поворота, м;
α – угол поворота, º.
При расчете времени необходимого для загрузки/разгрузки оборудования, учтем, что напольный робот обладает всего пятью степенями подвижности. Ограниченные возможности манипулятора создают определенные трудности при загрузке в патрон станка цилиндрических деталей с большим отношением длины к диаметру. Эти трудности связаны с тем, что при малом зазоре между патроном и заготовкой и большой требуемой глубиной загрузки необходимы сложные спланированные движения одновременно по нескольким осям. При этом значительно увеличивается число точек позиционирования, усложняется процесс программирования и отладки.
Процесс загрузки смоделируем на ЭВМ с помощью программы MODEL. Ниже представлены исходные данные и результаты моделирования для загрузки детали в патрон диаметром 95 мм (первый установ), а затем – диаметром 85 мм (второй установ) (табл. 6-9).
Таблица 6
Разбивка процесса разгрузки/загрузки на итерации
Исходные данные Диаметр патрона, мм 100
Диаметр заготовки, мм 85
Глубина загрузки, мм 100
Длина заготовки, мм 160
Расстояние между осями робота и патрона, мм 1100
Угловая скорость поворота руки, град/с 1,8
Скорость втягивания (выдвижения) руки, мм/с 760
Таблица 7
Результаты моделирования
№ Вылет
манипулятора Угол поворота
руки робота, град. Координаты X1 X2 1 1092,5 90 8,248146Е-0,5 1092,5 2 1092,5 89,8 3,813561 1092,5 Разгрузка производится за 0,1209795 с.

Таблица 8
Разбивка процесса разгрузки/загрузки на итерации
Исходные данные Диаметр патрона, мм 100
Диаметр заготовки, мм 95
Глубина загрузки, мм 20
Длина заготовки, мм 160
Расстояние между осями робота и патрона, мм 1100
Угловая скорость поворота руки, град/с 1,8
Скорость втягивания (выдвижения) руки, мм/с 760
Таблица 9
Результаты моделирования
№ Вылет
манипулятора Угол поворота
руки робота, град. Координаты X1 X2 1 1092,5 90 8,248146Е-0,5 1092,5 2 1092,5 89,8 3,813561 1092,5 Разгрузка производится за 0,1209795 с.

Используя формулы и результаты расчетов на ЭВМ, выполним расчет времени каждого движения, совершаемого ПР за цикл работы. Результаты расчетов представлены в таблице 10.

Таблица 10
Результаты расчетов времени позиционирования
№ Действие ПР Перемещение Затрачиваемое время, с 1 2 3 4 1 Выдвижение руки r = 350 мм 0,65 2 Зажим схватом заготовки 0,5 3 Поднятие руки r = 409 мм 0,6 4 Поворот руки против ч/с φ = 90º 4,2 5 Поворот руки вокруг своей оси против ч/с α = 90º 0,15 6 Выдвижение руки r = 350 мм 0,65 7 Загрузка станка 2,9 8 Зажим патрона 0,5 9 Разжим схватом заготовки 0,5 10 Втягивание руки r = 350 мм 0,65 11 Простой в связи с обработкой 88 12 Выдвижение руки r = 350 мм 0,65 13 Зажим схватом заготовки 0,5 14 Разжим патрона 0,5 15 Разгрузка станка 0,12 16 Поворот руки вокруг своей оси по ч/с α = 180º 0,3 17 Втягивание руки r = 350 мм 0,65 18 Поворот руки по ч/с на угол φ = 90º 4,2 19 Опускание руки r = 409 мм 0,6 20 Разжим схватом заготовки 0,5 21 Поднятие руки r = 409 мм 0,6 22 Поворот тактового стола 2
tц = ∑ti = 109,9 с.
По результатам расчетов строим циклограмму работы РТК (Лист 3 графической части).
20. Расчет номинальных показателей РТК
Проверка полученных результатов по проектированию РТК производится при помощи программы ROBOT. Программа ROBOT предназначена для расчета номинальных показателей роботизированной ячейки с радиальным роботом [11], а именно, номинальной производительности, длительности транспортного и общего цикла обслуживания (в градусах). При этом учитывается динамика движения ПР.
В качестве исходных данных используются:
- параметры зоны обслуживания;
- угловые и радиальные координаты рабочих позиций и их число, включая загрузку-разгрузку;
- скоростные параметры робота (ускорение разгона, ускорение торможения, скорость поворота, скорость выдвижения руки);
- маршрут обслуживания рабочих позиций (последовательность посещаемых номеров позиций).
Робот обслуживает рабочие и вспомогательные позиции последовательно в соответствии с заданным маршрутом. Длительность цикла обслуживания всех позиций ячейки определяется суммированием времен транспортирования из позицию в позицию, разгрузки или загрузки-разгрузки позиции, времени выполнения операции в данной позиции, если ПР ожидает окончания этой операции.
Результаты расчета номинальных показателей РТК на программе ROBOT представлены ниже
.








Заключение
Разработанный РТК предназначен для изготовления указанных в задании деталей в условиях серийного производства. В состав РТК входит ТОЦ SBL600-310-2S-2T, промышленный робот Fanuc M-10iA(Япония) и тактовый стол. Технологическая оснастка: трехкулачковый патрон, схват промышленного робота, инструментальная наладка.
Номинальная производительность РТК – 12 деталей в час, что удовлетворяет необходимому годовому выпуску 30000 деталей. При необходимости увеличения партии выпуска возможна переналадка РТК путем добавления в его состав еще одного станка. Кроме того, после быстрой переналадки, возможно использование разработанного РТК для выпуска других деталей типа валов подобных указанной в задании и имеющих размеры, лежащие в некотором диапазоне.















Список использованной литературы
1.Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1988. - 292 с.
2.Промышленные роботы: Каталог/Под ред. Ю.Г. Козырева. - М.: НИИМАШ, 1982. - 101 с.
3.Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей: Учебное пособие /Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А., Павлов и др.; Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева. - М.: Машиностроение, 1986. - 140 с.
4.Справочник по промышленной робототехнике. В 2-х кн. Кн.1: Пер. с англ./Под ред. Ш. Нофа.- М.: Машиностроение, 1989. - 480 с.
5.Справочник по промышленной робототехнике. В 2-х кн. Кн.2: Пер. с англ./Под ред. Ш. Нофа.- М.: Машиностроение, 1990. - 480 с.
6.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1986. - 656 с.
7.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.
8.Фролов Н.Н. Технология обработки деталей на станках с ЧПУ: Учебное пособие. - Тула, 1991. - 130 с.
9.Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.Н., Оснастка для станков с ЧПУ. Справочник.- 2-е издание перераб. и доп.-М.: Машиностроение,1990-512 с.
10.Справочник инструментальщика /И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ.ред. И.А.Ординарцева.-Л.:Машиностроение.Ленингр.отдел.,1987.-846 с.
11.Отчет о научно-исследовательской работе "Разработка комплексной САПР станочных систем и технологических процессов для обработки тел вращения". Тула, 1988.
12.Кузнецов М.М. и др. Проектирование автоматизированного производственного оборудования: Учеб. Пособие для вузов/М. М. Кузнецов, Б.А. Усов, В.С. Стародубов.- М.: Машиностроение, 1987.- 288 с.












3