Автоматизация (ГПМ)

 
 
 
 
 
 
 
 

1.4 Выбор  устройства загрузки-выгрузки заготовок 

    Загрузка  станков является основной функцией автоматизации производства, и как она обеспечивает материальный поток — поступление заготовок на позицию обработки и съём обработанных деталей.

    В качестве устройства загрузки — выгрузки заготовок могут служить различные промышленные роботы, которые классифицируются по следующим признакам:

• специализации;
• грузоподъёмности;
• числу степеней подвижности;
• возможности передвижения;
• способу установки на рабочем месте;
• видам системы координат;
• видам системы управления;
• способу программирования.

    Устройство  загрузки — выгрузки заготовок для  разрабатываемого ГПМ должно обладать следующими характеристиками:

• грузоподъёмность больше 12,7 кг (масса заготовки составляет 12,7 кг);
• четырьмя степенями подвижности (без захвата):

    а) вертикальное перемещение;

    б) горизонтальное перемещение;

    в) поворот руки вокруг своей оси на 340°;

    г) поворот руки вокруг оси на 180° для того чтобы развернуть заготовку с целью ее обработки с обеих сторон;

    -  цикловой системой управления (т.к. положения заготовок и деталей фиксированы в местах загрузки и выгрузки);

    - три программируемые координаты.

    Подбираем промышленный робот, удовлетворяющий  вышеперечисленным характеристикам. Им более полно соответствует промышленный робот ПР FANUC M-20iA. Схема робота представлена на рисунке 1.4.1, а технические характеристики – в таблице 1.4.

    

 

    Рисунок 1.4 – Схема ПР FANUC M-20iA 

Таблица 1.4 – Технические характеристики ПР FANUC M-20iA

 

    Для выбранной модели робота определяем тип захватного устройства (схвата). Исходя из конфигурации заготовки(масса 12,7 кг, размер 97×220 мм, тип заготовки вал), выбираем двухпальцевый клещевой тип схвата (по [2], с.9, таблица 3). Вариант исполнения схвата предсттавлен на рисунке 1.4.2.

    

    Рисунок 1.4.2 – Двухпальцевый клещевой схват. 

    Необходимо, чтобы деталь надежно удерживалась при ее переносе. Определим силу зажима на пальцах схвата. Схема схвата с приложенными к нему силами представлена на рисунке 1.4.3.

    

    Рисунок 1.4.3 – Схема схвата 

    Силы  на поверхностях контакта определим  по формуле 

    где  - линейное ускорение, указанное в характеристиках промышленного робота (для роботов с сервоприводом 25 м/с²);

      – ускорение свободного падения  (9,8 м/с²);

      – масса переносимого объекта,  кг.

    Подставив значения в формулу, получим 

    Требуемая сила зажима заготоки при ее перемещении  определяется по формуле 

    где k -  коэффициент запаса (2-2,5).

    Подставив значения в формулу, получим 
 
 

    1.5 Выбор накопителей или устройств  подачи/приема заготовок 

    Поскольку заготовки поступают на станочный  модуль в ориентированном положении, то в качестве устройства подачи заготовок  можно использовать прямолинейный  лотковый магазин (лоток), эскиз которого представлен на рисунке 1.5.1.

 

 Рисунок 1.5.1 – Эскиз лотка

    Расчет  ширины лотка производится для предотвращения заклинивания и потери ориентации заготовок  при движении по лотку (рисунок 1.5.2).

 

 Рисунок 1.5.2 – Схема ширины лотка 

    Ширину  лотка можно определить по формуле 

    где  – длина заготовки, мм;  – зазор между заготовкой и бортами лотка.

    Величина  зазора между заготовкой и бортами  лотка определяется по формуле  

    где – диаметр заготовки, мм; f – коэффициент трения материала заготовки и лотка, принимается 0,1 - 0,2.

    Подставив численные значения, получим: 
 

    Высота  стенки лотка Н рассчитывается по формуле 

    Подставив численные значения, получим: 

    Заготовки в лотке перемещаются общей массой. Механизм поштучной выдачи предназначен для отсекания от общего потока одной  заготовки. Наиболее часто применяются  механические механизмы поштучной  выдачи. Выберем по [2], с.54, таблица 17 механический вид механизма с вращательным движением отсекателя, роль которого выполняет звездочка, простого действия. Схема механизма представлена на рисунке 1.5.3. 

 

    Рисунок 1.5.3 – Схема механического вида механизма с вращательным движением отсекателя, роль которого выполняет звездочка:

    1 – лоток; 2 – заготовка; 3 – звездочка. 

    Необходимо  рассчитать длину лотка по числу  помещаемых в него заготовок. Требуемую  емкость лотка можно определить по формуле  

    где – время автономной работы модуля (2 смены – 960 мин.),

      – количество заборов деталей  за время работы модуля (),

      – штучное время изготовления  одной детали, мин.

    Подставив численные значения, получим 

    Найдем  длину лотка L 

    Для выгрузки деталей используем ящичную  тару, так как на выходе положение  деталей неориентированное. Размеры  тары (длину, ширину и высоту) принимаем 500×300×300мм исходя из размеров помещаемой в нее детали (218×94×218 мм). Максимальная масса тары вместе с деталями не должна превышать 30 кг (т.е. 5 деталей в таре), так как дальнейшее перемещение тары будет осуществляться человеком.  
 
 
 
 
 
 
 

    1.6 Структурная схема станочного  модуля и описание его работы 

    Разрабатываемый станочный модуль для изготовления детали «клапан» можно представить в виде схемы, изображенной на рисунке 1.6. Она включает в себя следующие элементы:

• 2 токарных станка с ЧПУ модели 16Б16Т1;
• автоматизированную технологическую оснастку;
• лоток;
• промышленный робот модели ПР FANUC M-20iA;
• ящичная тара для приёма обработанных деталей;
• позицию для ориентации заготовок;

    - систему управления, координирующую работу элементов модуля.

    Работа  СМ начинается с загрузки в лоток заготовок, которые предварительно сориентированы. После этого отсекатель отделяет от всех заготовок находящихся в лотке крайнюю заготовку, которая под действием силы тяжести докатывается до упоров, которые проводят вторичную ориентацию. Затем промышленный робот берет заготовку и устанавливает ее на первый станок. Далее ПР берет следующую заготовку и устанавливает ее на второй станок. После окончания обработки одной стороны заготовки на первом станке, робот забирает ее, переворачивает и устанавливает на станок для обработки второй стороны. Далее робот после окончания обработки одной стороны заготовки на втором станке забирает заготовку, переворачивает ее и устанавливает на станок для обработки второй стороны. После завершения работы первого станка робот относит обработанную деталь в ящичную тару с деталями. После завершения работы второго станка робот так же относит обработанную деталь в ящичную тару с деталями. После того как она заполнится до конца (это означает, что партия деталей обработана) работа системы останавливается, а для ее продолжения необходимо подать в лоток новую партию заготовок, установить пустую тару и запустить систему. 
 

 

    Рисунок 1.6 – Схема построения компоновки станочного модуля 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2 Разработка систем управления  ГПМ

    2.1 Проектирование структуры системы  управления модулем 

    Объектами управления разрабатываемого станочного модуля в соответствии со схемой, представленной на рисунке 1.6 являются:

• токарные станок с ЧПУ модели 16Б16Т1;
• краны схвата промышленного робота ПР FANUC M-20iA;
• краны каретки схвата промышленного робота ПР FANUC M-20iA;
• лоток;

-   звездочка отсекателя.

    В качестве устройств управления элементами промышленного робота ПР FANUC M-20iA используем программируемые логические контроллеры (ПЛК), т.к. движения всех его рабочих органов просты и легко программируемы. Управление станками производится с помощью ЭВМ.

     Между объектами и устройствами установлена  двусторонняя связь (управляющее воздействие - обратная связь) благодаря чему возможна автоматизация процесса обработки. Например, система управления подает роботу команду «переместить руку вниз» эта команда и есть управляющее воздействие на орган робота, отвечающий за перемещение его руки вниз. При этом рука начинает передвигаться вниз до тех тор, пока не сработает датчик, установленный в нужном положении. Срабатывание датчика и будет сигналом обратной связи. После ее поступления система управления дает сигнал отключения подачи руки робота вниз.

     Управляющее воздействие на объекты управления осуществляется ПЛК, а обратная связь между ними упорами. В связке робот - отсекатель наличие обратной связи необязательно, поскольку отсекатель выполняет только одно действие за небольшой промежуток времени. 

     2.2 Разработка алгоритма функционирования  системы управления модулем 

    Возможные позиции промышленного робота приведены  в виде эскизов с их описанием  на рисунках 2.2.1 и 2.2.2.

Рисунок 2.2.1 – Эскизы возможных позиций  ПР 
 
 
 
 
 

Рисунок 2.2.2 – Эскизы возможных позиций  ПР 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    
 
 
 
 

              

             
 
 
 

2.3 Построение  циклограммы работы модуля 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Технологическая  подготовка операции механической  обработки для гибкого производственного  модуля