Анализ производительности роботизированного технологического комплекса механообработки

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

Кафедра: “Технология машиностроения”

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

По курсу: «Автоматизация производственных процессов»

 

Тема работы: “Анализ производительности роботизированного технологического комплекса механообработки”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              Выполнил:                                                          Щурко В.В                                                            

                                                                                            Группа 103419           

 

              Руководитель:                                                     Романчук С.И. 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013

АННОТАЦИЯ

 

В данной курсовой работе мы ознакомились с роботизированными технологическими комплексами (РТК), произвели анализ компоновочной схемы РТК. Описали ее достоинства и недостатки, выбрали промышленный робот для данного типа системы координат. Составили оптимальный алгоритм функционирования РТК для обработки 10 деталей. Построили циклограмму работы РТК и произвели расчет коэффициентов загрузки оборудования.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.
1. Анализ компоновочной схемы  РТК.
2. Оптимальный алгоритм функционирования  РТК.
3. Расчеты геометрических и кинематических параметров.          4. Описание циклограммы работы РТК.
5. Оценка и анализ производительности РТК.
6. Расчет коэффициентов загрузки оборудования.
Заключение.
Литература.

 

 
ВВЕДЕНИЕ

Роботизированные технологические  системы (РТК) это автономно действующая совокупность технологических средств производства, включающая набор основного технологического и вспомогательного оборудования (в том числе один или несколько промышленных роботов, которые выполняют вспомогательные операции) и обеспечивающая полностью автоматизированный цикл работы внутри комплекса и связь его с входными и выходными потоками остального производства.

РТК создают предпосылки для  перехода к качественно новому уровню автоматизации – создание автоматических производственных систем, работающих с минимальным участием человека. Сегодня РТК применяются практически во всех отраслях народного хозяйства, однако, наибольшее распространение они получили в промышленности, прежде всего – в машиностроении. Одно из основных преимуществ РТК – возможность быстрой переналадки для выполнения задач, различающихся последовательностью и характером манипуляционных действий. РТК наиболее эффективны в условиях частой смены объектов производства. Одной из причин разработки и внедрения РТК является, конечно, экономия средств. По сравнению с традиционными средствами автоматизации РТК обеспечивают большую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков комплектации и пуска производства. Целесообразность применения РТК, прежде всего, должна диктоваться интересами человека, его безопасностью и удобствами работы (особенно на участках с опасными, вредными для здоровья условиями труда).

Основные предпосылки расширения применения РТК следующие: повышение  качества продукции и объемов  ее выпуска благодаря снижению времени выполнения операций и обеспечению постоянного режима “без усталости”, росту коэффициента сменности работы оборудования, интенсификации существующих и стимулированию создания новых высокоскоростных процессов и оборудования; изменению условия труда работающих путем освобождения от неквалифицированного, монотонного, тяжелого и вредного труда, улучшения условий безопасности, снижение потерь рабочего времени от производственного травматизма и профессионально-технических заболеваний; экономия и высвобождение рабочей силы.

Автоматизация производства в машиностроении представляет собой самостоятельную  комплексную задачу, связанную с  созданием нового современного оборудования, технологических процессов, систем организации производства при систематическом повышении прибыли, улучшении условий труда и сокращении в потребности рабочей силы. Производить организационно-технические мероприятия значительного объема ради единичного внедрения промышленного робота не рентабельно. Только расширенное применение промышленных роботов в составе сложных роботизированных технологических систем оправдано  технически, экономически и социально.

 

1 АНАЛИЗ КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ РТК

 

    В данной курсовой работе рассматривается линейная компоновка РТК с одноместными пристаночными накопителями и промышленным роботом портального типа с декартовой системой координат. Такие роботы применяются для обслуживания основного технологического оборудования, для автоматизации вспомогательных  операций установки – снятия заготовок, деталей, инструмента, оснастки, а так же на транспортно-складских и других операциях. Данный РТК содержит три станка с пристаночными накопителями (поз. Б, В, Г), промышленный робот и входной и выходной накопители (поз. А и Д). Для выхода из станка ПР должен выполнить вертикальное перемещения z до уровня z=h₀-h₂. Для выхода в рабочую зону пристаночного накопителя ПР помимо вертикальных перемещений должен выполнить перемещение Х=L_A. Работа по входу в накопитель – последовательно в обратном порядке. Работа с межучастковыми накопителями – аналогично в соответствии с их расположением.

 Данная компоновка РТК достаточно  компактна, занимает небольшую  площадь. В отличие от компоновки  напольного типа данная компоновка  использует промышленный робот  портального типа, что не требует дополнительных затрат при монтаже робота. Преимуществом этой компоновки является так же и то, что такой робот позволяет работать с заготовками, расположенными на плоскости в несколько слоев. Преимуществом такой компоновки РТК является большая численность оборудования обслуживаемого одним роботом, а так же не большие габариты робота.

 

 

Рисунок 2 -  Рабочая зона РТК: портальный ПР в декартовой системе координат

 

Таблица 1 – Технические характеристики ПР М40.П.05.03

 

-  Модель робота                                                      М40.П.05.03       -  Страна изготовления                                            СНГ - Грузоподъемность      40 кг - Число степеней подвижности       5 - Способ программирования       Обучение - Погрешность позиционирования       ±1,0 мм - Перемещение по X       10800 мм Скорость по X       2,5 м/с - Перемещение по Y       1500 мм - Скорость  по Y       2,5 м/с -Перемещение по Z                                         2000 мм - Скорость по Z    0,4 м/c - Привод основных движ.                               Г - Система управлен.                                        П.УМП-331 - Объем памяти      0,5 Кбайт - Длина монорельса      18 м - Масса                                                            3000кг

 

Данный промышленный робот работает в декартовой системе координат.

Данная система координат имеет 3 основных преимущества:

 Одним из преимуществ этой  системы координат, в отличие  от угловой, заключается в том, что она является менее сложной с математической точки зрения по сравнению с угловой системой координат. Расчет декартовой системы координат занимает меньше времени.

При движении робота в декартовой системе координат, в связи с  тем, что робот совершает только прямолинейные перемещения, не возникает кориолисовых ускорений, которые пагубно воздействуют на динамику манипулятора.

Еще одним преимуществом декартовой системы координат по сравнению  с угловой системой является то, что в данной системе координат достигается большая точность позиционирования, чем в угловой.

 

2 ОПТИМАЛЬНЫЙ АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РТК

Алгоритм функционирования РТК  должен обеспечить заданный маршрут  механической обработки детали. Для  обеспечения максимальной производительности РТК необходимо предусмотреть, чтобы основное время работы станков перекрывало время необходимое для операций вспомогательного оборудования.

В соответствии с заданием каждая деталь обрабатывается последовательно на трех станках  согласно технологическому маршруту механической обработки.

Исходное  положение робота примем при координате Z=h₀  и положение в позиции А, захват разжат.

Робот берет заготовку из входного накопителя А и переносит ее на станок В и загружает его. Затем снова возвращается к входному накопителю А, берёт заготовку из него и переносит ее на пристаночный накопитель станка В. Далее робот ждёт окончания обработки на станке В. После обработки заготовки на станке В, робот берет ее и переносит на станок Б, загружает его. Затем снова возвращается к станку В, берет заготовку из пристаночного накопителя В и одновременно загружает станок В. Затем перемещается к входному накопителю А, берёт заготовку и переносит ее на пристаночный накопитель станка В. Затем робот поворачивается к станку Б и ждёт окончания обработки на станке Б.

Далее робот осуществляет перемещения по следующему циклу: разгрузка станка Б, перемещение к станку Г и его загрузка, перемещение к станку В и его разгрузка, перемещение обработанной детали от станка В на станок Б и его загрузка, перемещение к пристаночному накопителю В, его разгрузка с одновременной загрузкой станка В; перемещение к входному накопителю А, его разгрузка, перемещение к пристаночному накопителю В и его загрузка; перемещение к станку Г и ожидание окончания обработки на станке Г; разгрузка станка Г, перемещение к выходному накопителю Д и его загрузка; перемещение к станку Б и ожидание окончания обработки на нём. Данный цикл повторяется 7 раз.

После окончания 7 цикла входной  накопитель А пуст.

Далее робот разгружает станок Б, поворачивается к станку Г и загружает его. Затем робот перемещается к станку В, разгружает его и переводит заготовку на операцию выполняемую на станке Б, перемещается назад к станку В, разгружает последнюю деталь из пристаночного накопителя В и загружает на обработку в станок В и поворачивается к станку Г. Ждёт окончания обработки на станке Г. По завершении обработка детали на станке Г робот разгружает станок Г и перемещает обработанную заготовку в выходной накопитель Д. Далее перемещается к станку Б и ожидает окончание обработки на нём. После того, как обработка на станке Б завершена, робот разгружает его и передаёт обработанную на станке Б деталь на станок Г и загружает его. Затем робот ожидает окончания обработки детали на станке Г, забирает оттуда изделие и помещает в пристаночный накопитель Д. Далее робот совершает перемещение в исходную позицию от выходного накопителя Д к входному накопителю А. Обработка партии деталей 10 штук завершена.

 

Схема алгоритма  работы РТК приведена ниже.

 

 

Схемы алгоритмов подпрограмм

 

 

3 РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ, ОПИСАНИЕ ЦИКЛОГРАММЫ  РАБОТЫ РТК

Для выхода из рабочей зоны станка ПР должен последовательно выполнять  перемещения L_x=L_a и L_z1=h₀-h₂,  L_z2=h₀-h₁; вход в рабочую зону станка – последовательно в обратном порядке; работа с накопителями – аналогично в соответствии с их расположением. Также ПР должен осуществлять некоторые ориентирующие движения как в рабочей зоне станка, так и в рабочей зоне накопителей (ориентация заготовки в патрон станка, поиск свободной ячейки и укладка детали в накопитель). Принимаем, что любое элементарное движение осуществляется за время t_всп= 0,2 мин =12 с. Время на закрепление и раскрепление заготовки в патроне станка, а также время на зажатие и разжатие захвата принимаем равным  t_заж=0,1 мин = 6 с.

При вертикальном перемещении от h₀ к h₂ или от h₂ к h₀ (подвод или отвод захвата к рабочей зоне станка) захват совершает перемещение:

L_z1=h₀ –h₂=1,9–1,3=0,6 м  (h₀=1,9 м; h₂=1,3 м по условию).

L_z2=h₀ –h₁=1,9–1,0=0,9 м    (h₀=1,9 м, h₁=1,0 м по условию) .

    Скорость при данном  вертикальном перемещении захвата:

;

где       a_z - коэффициент, зависящий от конструкции привода (a_z=3);

L_z - длины пути при вертикальном перемещении (L_z1=0,6 м, L_z2=0,9м);

Dl - погрешность позиционирования (Dl= ±0,3 мм);

M - масса объекта манипулирования (M=30 кг).

В данном ПР используется трапецеидальный  закон изменения скорости. При этом законе изменения скорости время, затрачиваемое на прямолинейное перемещение, определяется по следующей формуле:

;

 где        L_z– длины перемещений (L_z1 =0,6 м, L_z2=0,9м);

a_k – ускорение при разгоне-торможении (a_k=4,5 м/c²);

K – коэффициент, зависящий от соотношения ускорений при разгоне и торможении (K=1);

V_z1, V_z2 – скорости установившегося движения  (V_z1=0,55 м/c ,V_z2=0,68 м/с).

 

При подводе или отводе захвата  к рабочей зоне станка захват совершает горизонтальное перемещение на величину:

L_x= L_a= 0,8 м (по условию).

Скорость горизонтального перемещения  захвата

 

где       L_x - длина пути при горизонтальном перемещении (L_x= 0,8 м);

Dl - погрешность позиционирования (Dl= ±0,3 мм);

M - масса объекта манипулирования (M=30 кг).

Время перемещения:

 где  L_x - длина пути при горизонтальном перемещении (L_x= 0,8 м);

        a_k – ускорение при разгоне-торможении (a_k=4,5 м/c²);

K – коэффициент, зависящий от соотношения ускорений при разгоне и торможении (K=1);

V_X -скорости установившегося движения  V_X=0,38 м/c.

Определим перемещения  по координате Y в соответствии с рисунком 1:

Y₁= L_б + L_в =2,8+6=8,8 м  (от накопителя А к станку В);

Y₂= L_в= 6 М (от станка В к станку  Б);

Y₃=L_в + L_г =6+6=12 М (от станка Б к станку Г);

Y₄= L_д = 3=3 М (от станка Г к накопителю Д);

Y₅=L_г =6 М (от станка Г к станку В);

Y₆= L_в +L_г +L_д =6+6+3=15 М (от станка Б к накопителю Д);

Y₇=L_Б+L_В+L_Г+L_Д=2,8+6+6+3,0=17,8 М (от накопителя А к накопителю Д).

Расчет кинематических параметров включает в себя следующее: