Проектирование роботизированного технологического комплекса для механической обработки детали

 

6. Выбор тактового  стола

Тактовый стол предназначен для  хранения запаса заготовок и подачи их в зону захвата промышленного робота. Заготовку будем устанавливать непосредственно на пластину стола, т.к. форма и размеры заготовки позволяют это сделать. Выбираем тактовый стол СТ220 [6, с. 502], исходя из габаритов и массы заготовок, а также размеров пластин к нему. Его характеристики:

• L B H=3260 700 (700-850)
• грузоподъемность 10 кг.
• число пластин: 24
• размеры пластин: А Б=220 252; l b=220 220; E=110; D=190±0,2.

7. Выбор и  расчет захватного устройства  ПР

В качестве захватного устройства выбираем унифицированный механизм схвата для  деталей типа фланцев с датчиком касания пружинно-рычажного типа [3, стр. 50, Исполнение 1].

Сборочный чертеж захватного устройства изображен на листе 1 графической части.

Схват имеет одну пару губок 1, зажим и разжим которых осуществляется за счет осевого движения тяги 2 с жестко связанной с ней зубчатой рейкой 3. Рейка находится в зацеплении с зубчатыми секторами, нарезанными на рычагах зажимных губок. К тыльной стороне каждой из губок прикреплены плоские пружины 4, противоположные концы которых жестко связаны с рычагом 5. Под действием пружин рычаги 5 поворачиваются до упора выступающей части в рычаги зажимных губок 1. При этом упоры 6 нажимают на конечные выключатели 7. Если губка 1 коснется какого-либо препятствия, то пружина 4 немного прогнется и повернет рычаг 5 так, что его выступ выйдет из соприкосновения с рычагом губки 1, а упор 6 освободит контакт конечного выключателя 7; движение манипулятора при этом блокируется. Кожух 8 предохраняет механизм схвата от стружки и грязи.

 

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 85 мм.

По этой схеме определяем угол α₁: α₁=40º.

 

 

 

Рис. 4. 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.

                  (7.2)

 Н∙м

Зная удерживающий момент относительно осей поворота губок, можно определить силу привода захватного устройства Р_з:

 Н.                (7.3)

где  h – КПД шарниров (h = 0,94);

m – модуль зубчатого сектора;

z – полное число зубьев сектора (колеса);

К – коэффициент запаса (К = 1,6 при эксцентриситете до 2,5 мм).

8. 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:

1. загрузку, разгрузку основного оборудования;
2. ориентацию заготовки в пространстве перед установкой в приспособление;
3. укладка в приемное устройство.

Операция установки заготовки  включает в себя захватывание ее из подающего устройства (тактового стола), ориентацию в пространстве, перемещение к станку и установка 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 необходимую зону для размещения оборудования.

РТК состоит из токарного станка мод. 16К20ФЗ, промышленного робота,  тактового стола для размещения 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 деталь передается роботом на тактовый стол. В состав технологического оснащения РТК входят: трехкулачковый патрон, схват промышленного робота, определенный заранее набор инструментального обеспечения. Вместе с технологическим оборудованием они составляют ресурсы, имеющиеся в распоряжении технолога до начала проектирования технологического процесса.

Рабочая планировка РТК приводится в 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.

9. Разработка  циклограммы работы РТК

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. Последовательность рабочих переходов станка и их длительность указаны в таблице 5.

Таблица 5

Маршрут обработки детали

Установ 1	Подрезание торца на Ø98 Наружное обтачивание  Ø98 до Ø95 Точить фаску на Ø95 Тшт = 0,351 мин
Установ 2	Подрезание торца на Ø88 Точить поверхность  Ø88 до Ø85 Растачивание отверстия  Ø58 до Ø55 Подрезание торца на Ø95 Точить фаску на Ø85 Точить фаску на Ø95 Тшт = 1,1008 мин

10. Определение допустимых скоростей позиционирования

Для определения скорости линейного  позиционирования V_xp в диапазоне перемещений L_х = 0,8...2 м (L_х – вылет консоли руки робота) может быть использована эмпирическая формула [12]:

,                                          (10.1)

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 a_z – коэффициент, зависящий от конструкции привода (при гидравлическом приводе a_z = 3);

L_z – 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:

,                                 (10.2)

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;

 

11. Определение  времени позиционирования

В большинстве ПР используется закон  изменения скорости движения близкий  к трапецеидальному. При трапецеидальном  законе изменения скорости время Т_i отдельного движения может быть определена по формуле:

,                                       (11.1)

где  L – длина перемещения по i-й координате;

a_k – ускорение при торможении или разгоне, м/с²;

К – коэффициент, зависящий от соотношения ускорений при разгоне и торможении;

V_o – 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 a_k = 4...5 м/c.

Для вращательного движения время  перемещения можно определить по следующей формуле:

,                                               (11.2)

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 "Uniman-1000", 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 (11.1, 11.2) и результаты расчетов на ЭВМ, выполним расчет времени  каждого движения, совершаемого ПР за цикл работы. Результаты расчетов представлены в таблице 10.