Разработка промышленного робота

1. Задание

 

В расчетно-графической работе по выданному чертежу разработать  маршрут обработки заготовки, из маршрутной технологии выбрать одну операцию по усмотрению и ее автоматизировать. Определить операционный накопитель в  соответствии с формой, станок, промышленный робот, захватное устройство и обосновать, более подробно рассчитать схват. Тип  производства – мелкосерийное производство.

 

2. Краткая характеристика типа производства

 

Тип производства классифицируется по ГОСТ 14.004-83 в зависимости от широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска продукции.

Мелкосерийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, периодически повторяющимися партиями и относительно небольшим объемом выпуска.

Используется универсальное, специализированное и специальное  оборудование, широко используются станки с ЧПУ, обрабатывающие центры.

 

3. Выбор вида заготовки

 

Необходимо стремиться, чтобы  форма и размеры исходной заготовки  были максимально близки к форме  и размерам детали. Метод изготовления заготовки определяется назначением  и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, объемом  и серийностью выпуска, а также  экономичностью изготовления.

          Для изготовления корпуса в условиях мелкосерийного производства в качестве заготовки можно использовать заготовку, полученную методом литья в песчаные формы с механической формовкой (рис.1).

 

Материал заготовки: Сталь 30ХГСА ГОСТ 4543-71

Масса заготовки:  6,2  кг

 

 

Рис.1 Заготовка

 

4. Разработка технологического маршрута обработки заготовки

Для условий мелкосерийного производства необходимо применение оборудования, которое позволяет производить переналадку на различные виды изделий и в то же время обладает достаточными параметрами точности и производительности. Таким требованиям отвечают станки с ЧПУ.

На эскизе детали (рис.2) обозначим поверхности, полученные после обработки. Составляем оптимальный технологический маршрут (таблица 1).

 

Рис.2 Эскиз детали

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1- Маршрутная карта  технологического процесса

№ операции	Наиме-нование опера-ции	Краткое содержание операции	Техноло-гические базы	Тип оборудова-ния
05	Фрезер-но-сверли-льно-расточ-ная	1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, 16,17,18,19	22	ИР500МФ4
10	Фрезер-но-сверли-льно-расточ-ная	20,21	1,17,5,23	ИР500МФ4
15	Терми-ческая обрабо-тка	-	-	Печь С100
20	Гальво-ничес-кое покры-тие	-	-	Гальванованна

 

          В данной работе будем автоматизировать операцию 10 «Фрезерно-сверлильно-расточную».

 

 

5. Уточнение выбранного технологического оборудования

 

От правильного выбора станочного оборудования зависит производительность изготовления детали, экономное использование  производственных площадей, механизации, автоматизации ручного труда, электроэнергии и себестоимости изделия.

На операцию 10 «Фрезерно-сверлильно-расточную» назначаем станок многоинструментальный сверлильно-фрезерно-расточной станок модели ИР500МФ4 (рис.4).

 

Модель ИР500МФ4. Многоинструментный сверлильно-фрезерно-расточный станок мод. ИР500МФ4 ,выпускаемый Ивановским заводом тяжелого станкостроения им. 50-летия СССР, предназначен для обработки  корпусных деталей на поворотном столе. На станке производятся сверление, зенкерование, развертывание, растачивание точных отверстий по координатам, фрезерование по контуру с линейной и круговой интерполяцией, нарезание резьбы метчиками. Класс точности станка - Н.

 

 

Рис.4 Станок ИР500МФ4

 

          Все узлы станка смонтированы на общей жесткой станине. Бесконсольная шпиндельная бабка расположена внутри портальной стойки. Поворотный индексируемый стол перемещается по отдельной станине. Горизонтальный шпиндель станка смонтирован в отдельном корпусе на двух прецизионных подшипниках (один - с цилиндрическими роликами, другой - упорно-радиальный); это способствует высокой точности, жесткости и виброустойчивости. Встроенный поворотный делительный стол позиционируется в автоматическом режиме. Для установки и крепления детали на поверхности стола предусмотрена координатная сетка резьбовых

отверстий. Отдельно стоящее  гидромеханическое поворотное (на 180°) устройство автоматической смены столов-спутников  позволяет исключить из технологического цикла время на установку и  снятие детали. Устройство автоматической смены инструмента, расположенное  вне рабочей зоны, состоит из инструментального  магазина барабанного типа с кодированными  гнездами и манипулятора. Выбор инструмента  возможен в любой последовательности.В  станке применена трехкоординатная комбинированная система ЧПУ  мод. Fanuc-3000 и Fanuc-3000C с линейной и круговой интерполяцией (число одновременно управляемых координат - 2).

Программа может вводиться  в устройство ЧПУ на перфоленте или  вручную (с помощью буквенно-цифровой клавиатуры на пульте), а также посредством  программного накопителя, телетайпа  или от центральной ЭВМ. В качестве датчиков обратной связи по всем координатам  использованы резольверы, установленные  на валах электродвигателей. Дискретность задания размеров - 0,002 мм.

 

Таблица 2-Технические характеристики станка ИР500МФ4

 

Наименование параметров	Ед. измерения	Величины
Класс точности		Н
Наибольшая масса обрабатываемого  изделия	кг	700
Размеры рабочей поверхности  стола	мм	500x500
Число индексируемых позиций  стола		72
Точность поворота стола	град.	угл.с ±3
Пределы частоты вращения шпинделя (89 ступеней)	об/мин	21,2-3000
Мощность главного привода	кВт	14
Наибольшее перемещение: поперечное, стола (ось X) вертикальное, шпиндельной бабки (ось Y) продольное, стойки (ось Z)	мм	800 500 500
Точность позиционирования по осям X, Y, Z	мм	0,025
Пределы подач стола, шпиндельной бабки, стойки	мм/мин	1-2000
Число инструментов в магазине		30
Наибольшая масса оправки  с инструментом	кг	15
Время смены инструмента	с	6
Габаритные размеры станка	мм	6000x3700x3100
Масса (без электрошкафов, устройства ЧПУ, гидростанции и принадлежностей)	кг	500

 

 

6. Выбор станочного приспособления

 

Станочным приспособлением  в машиностроении называют дополнительные устройства к металлорежущим станкам, применяемые для установки и  закрепления заготовок, обрабатываемых на металлорежущих станках.

Станочное приспособление должно обеспечивать полную ориентацию заготовки. При этом базовые поверхности  должны плотно прилегать к установочным элементам приспособления. Обрабатываемая заготовка должна лишаться шести степеней свободы.

Выбор станочных приспособлений зависит от формы, габаритных размеров и технических требований, предъявляемых  к обрабатываемым деталям, а также  от типа производства и программы  выпуска изделий.

На операции 10 «Фрезерно-сверлильно-расточная» будем использовать приспособление, которое будет обеспечивать не только закрепление заготовки, но и ее поворот.

 

7. Выбор промышленного робота

 

Промышленный робот (ПР) –  это автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного  устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и  устройства программного управления для  выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.

Применение ПР в производственных процессах позволяет освободить человека от выполнения тяжелых, однообразных и опасных для жизни операций. Экономическая эффективность применения роботов определена производительностью  устройства и сроком действия. К  ПР применяют требования высокой  подвижности, быстрой переналадки  на новую программу, универсальности, долговечности и надежности.

ПР состоит из следующих  частей: исполнительного устройства робота, выполняющего все его двигательные функции (в общем случае это манипулятор  и устройство передвижения), устройства управления и рабочего органа (сварочные  клещи, захватное устройство и др.)

 

1. Выбор ПР по грузоподъемности

 

          Классификация ПР по грузоподъемности:

• сверхлегкие (до 1,0 кг)
• легкие (1,0..10 кг)
• средние (10..200 кг)
• тяжелые (200...1000 кг)
• сверхтяжелые (более 1000 кг)

 

Исходя из массы заготовки (6,2 кг) выбираем легкий ПР.

 

2. Кинематическая схема ПР

 

Основой конструкции любого манипулятора является его кинематическая структура, которая представляет собой  совокупность звеньев – источников движения и кинематических связей между  ними, обеспечивающих движения, необходимые для обслуживания технологического оборудования.

Выбор кинематической схемы  ПР связан с необходимым числом степеней подвижности и взаимным расположением  их механизмов. Кинематическая схема  ПР также определяет форму и размер рабочей зоны.

Рабочая зона характеризует  досягаемость рабочим органом различных  точек пространства.

Форма и размеры рабочей  зоны ПР определяются расположением  технологического оборудования, обслуживаемого промышленным роботом, числом рабочих  позиций, местом захватывания и максимальным перемещением детали, а также формой, размерами участков траектории движения захватного устройства.

В пределах объема рабочей  зоны располагается обслуживаемое  промышленным роботом технологическое  оборудование.

В данной работе выбираем ПР с криволинейной цилиндрической системой координат (КЦСК).

На рисунке 5 приведена кинематическая схема ПР с тремя степенями подвижности I – III (I – вращательная, II, III – поступательные (показаны стрелками)).

Рис.5 Кинематическая схема ПР в КЦСК

 

КЦСК обеспечивает пространственное перемещение манипулятора, ограниченное зоной в форме полого цилиндра или его части с параметрами R и h. При ограничении полного поворота используется угол α.