Курсач (Смирнов) (Пояснительная записка)

Посмотреть архив целиком


Содержание:

  1. Введение 3

  2. Станок мод. 16К20Ф3 5

    1. Техническая характеристика станка 5

    2. Устройство ЧПУ 6

    3. Основные узлы и движения в станке 7

    4. Кинематика станка 8

    5. Командоаппарат резцедержателя станка 12

  3. Заготовка и деталь 14

    1. Способ получения заготовки 14

    2. Базирование и закрепление заготовки на станке 14

    3. Чертеж заготовки 15

    4. Чертеж детали 16

  4. Транспортно-накопительная система 17

    1. Описание тактового стола 17

  5. Напольный промышленный робот 18

    1. Техническая характеристика робота 18

    2. Основные механизмы робота 19

    3. Захватное устройство робота 22

  6. Выбор инструмента 24

  7. Расчетная часть 25

    1. Расчет режимов резания 25

    2. Расчет шпинделя на прочность и жесткость 28

    3. Расчет схвата руки ПР 30

  8. Список литературы 33

  9. Графическая часть:

    1. Лист 1. Компоновка РТК.

    2. Лист 2. Шпиндельный узел станка.

    3. Лист 3. Технологические наладки.

    4. Лист 4. Схват руки ПР.

1. Введение


Автоматизация производства в машиностроении представляет собой самостоятельную комплексную проблему. Ее решение направлено на создание нового совершенного оборудования, технологических процессов и систем организации производства, функционирование которых неразрывно связано с улучшением условий труда, ростом качества продукции, сокращением потребности в рабочей силе и с систематическим повышением прибыли.

Эффективность автоматизации прямо зависит от того, насколько рационально организован производственный процесс в целом, как комплексно и полно на всех звеньях технологической цепочки внедрены средства автоматизации, от того, насколько принятая система организации и управления производством позволяет принимать решения на низшем уровне (в целях ликвидации внеплановых простоев). Автоматизация требует рассматривать производственный процесс как единую систему.

Отработка технических решений по созданию автоматизированных технологических комплексов, по-видимому, должна вестись, прежде всего, применительно к серийному производству (оно составляет до 40 % общемашиностроительного производства), поскольку они могут быть применены также в массовом и крупносерийном производстве. Очевидно, что по мере совершенствования технических решений, разработанных для условий серийного производства, внедрения новых исходных средств автоматизации и элементной базы, появится возможность их использования и для автоматизации мелкосерийного производства. Таким образом, принятое направление на развитие автоматизации в серийном производстве не только будет способствовать подъему производительности труда в этой области, но и окажет существенное влияние на уровень мелкосерийного и массового производства.

Появление и развитие промышленных роботов, безусловно, явились одним из крупнейших достижений науки и техники последних лет. Они позволили расширить фронт работ по автоматизации технологических и вспомогательных процессов, открыли широкие перспективы создания автоматических систем машин для гибкого, переналаживаемого производства.

Одной из основных причин разработок и внедрения роботов является экономия средств. По сравнению с традиционными средствами автоматизации применение роботов обеспечивает большую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков комплектации и запуска в производство автоматизированных станочных систем. По предварительным данным, использование роботов для автоматической установки и снятия деталей позволяет рабочему обслуживать от четырех до восьми металлорежущих, станков.

С экономическими вопросами, возникающими при применении роботов, тесно связан и социальный аспект их использования. При определении целесообразности применения роботов в том или ином случае (особенно при необходимости замены рабочего на участках с опасными, вредными для здоровья условиями труда) превалирующими должны быть интересы человека, его безопасность и удобство работы. Необходимо также учитывать и фактор непрерывного роста уровня общеобразовательной и специальной подготовки трудящихся. Роботы должны освободить человека от выполнения бездумной механической работы и скомпенсировать потребность в низкоквалифицированном труде. Таким образом, применение роботов в дальнейшем должно оказать существенное влияние (в числе прочих факторов научно-технической революции) на социальную структуру общества.

2. Станок мод. 16К20Ф3.

Станок 16К20Ф3 токарный с ЧПУ предназначен для токарной обработки в замкнутом полуавтоматическом цикле деталей типа тел вращения со ступенчатым и криволинейным профилем, включая нарезание крепежных резьб. Станок выпускают на базе станка 16К20. Станок применяется в индивидуальном, мелкосерийном и серийном производстве с мелкими повторяющимися партиями деталей. Приспособления для зажима заготовки 3х кулачковый патрон с автоматическим зажимом.

Класс точности станка П.

2.1. Техническая характеристика станка.

Технические характеристики станка:

1 . Наибольший диаметр обрабатываемого изделия над суппортом, мм

220

2. Наибольшая длина обработки установленного в центрах изделия, мм

1000

3. Наибольшая длина обработки, мм

905

4. Диаметр отверстия в шпинделе, мм

53

5. Частота вращения шпинделя (бесступенчатое регулирование), мин-1

20... 2240

6. Пределы частот вращения шпинделя, устанавливаемого в ручную, мин-1

диапазон I

диапазон II

диапазон III


20. ..325

63... 900

160... 2240

7. Скорость подачи, мм/об

продольного хода

поперечного хода


0,01-40

0,005-20

8. Скорость быстрых ходов, мм/мин (продольн.)

7500

9. Перемещение суппорта на 1 импульс, мм

продольного хода

поперечного хода


0,01

0,005

10. Пределы шагов нарезаемой резьбы, мм

0,01-40,95

11. Количество позиций в инструментальной головке

6


2.2. Устройство ЧПУ.

Станок оснащен УЧПУ типа 2Р22 с вводом программы с клавиатуры, магнитной кассеты или при подключении внешнего фотосчитывающего устройства с перфоленты. На УЧПУ 2Р22 программа визуализируется на буквенно-цифровом экране блока отражения символьной информации.

2.3. Основные узлы и движения в станке.

Станок оснащен контурной системой управления типа «4СКFF» и регулируемыми асинхронными двигателями с частотным регулиро­ванием главного движения и постоянного тока движения подач. Программа перемещений инструмента, уп­равление приводами и вспомогательные команды вводятся в память системы управления с клавиатуры пульта управления или магнитной ленты и могут корректироваться с по­мощью клавиатуры и проверяться на экране бук­венно-цифровой визуализацией

Основные узлы токарного станка с ЧПУ модели 16К20Ф3 в комплекте с транспортером по уборке стружки изображены на Рис. 3: 1 - основание; 2 - станина; 3 - суппортная группа (продольный и поперечный суппорты); 4 - передача винт-гайка качения (ВГК) продольного перемещения; 5 - патрон механизированный с электромеханическим приводом; 6 - ограждение подвижное; 7 - бабка шпиндельная; 8 - головка револьверная шести позиционная автоматическая; 9 - бабка задняя; 10 - электромеханический привод пиноли задней бабки; 11 транспортер по удалению стружки; 12 тара для стружки; 13 система подачи СОЖ.

Основные узлы токарного станка с ЧПУ мод.16К20Ф3


Основание станка 1 представляет собой же­сткую отливку с окном для схода стружки и проёмом для установки транспортера удаления стружки, который устанавливается с правой стороны. На основании устанавливаются станина 2, электродвигатель главного движения, станция смазки направляющих суппортной группы и шпин­дельной бабки.

Станина 2 станка имеет коробчатую форму с поперечными ребрами П-образного профиля. На станине 2 станка устанавливаются шпиндельная бабка 7, с приводом главного движения с механизированным трех кулачковым патроном 5 имеющем с электромеханический привод зажима, за­каленные шлифованные направляющие по которым перемещаются задняя бабка и суппортная группа.

Суппортная группа 3 состоит из продольного и поперечного суппортов. Продольный суппорт осуществляет продольное движение подачи по передней плоской и задней неравнобокой призматической направляющим. Продольное перемещение осуществляется через передачу винт-гайка 4. Поперечный суппорт (каретка) с револьверной автоматической головкой 8 (поворотным резцедержателем) перемещается по неравнобокой призматической передней и плоской задней направляющим, осуществляя поперечное движение подачи. Рабочие поверхности продольных и поперечных на­правляющих суппортной группы покрываются антифрикционным составом, например УП5221. Антифрикционное покрытие обеспечивает постоянство коэффициента трения при малых и высоких скоростях рабочих перемещений, что способствует повышению точности позиционирования, стабильности и точности обработки.

На станке используется автоматическая универсальная револьверная шести позиционная головка 8 с горизонтальной осью поворота и инструментальным диском на шесть радиальных или осевых инструмента установленная на поперечном суппорте станка. Сверху в головке предусмотрен кран регулирования подачи СОЖ, поворачиваемый при наладке станка.

Задняя бабка 9 перемещается в продольном направлении по передней плоской и задней неравнобокой призматической направляющим. Выдвижение пиноли задней бабки осуществляется от электромеханического привода 10.

Для облегчения перемещения задней бабки по станине и предотвращения износа направляющих применяется пневмооборудование, которое служит для создания воздушной подушки. Пневмооборудование подключается к цеховой сети подачи сжатого воздуха.

Ограждения: неподвижное – щитового типа со съёмными щитками с задней стороны и подвижное 6 - с прозрачным экраном для наблюдения, с передней стороны, закрывают зону резания.

На станке для встраивания в РТК перемещение ограждения осуществляется в автоматическом цикле при помощи гидромотора, на валу которого установлена шестерня, передающая движение рейке, закрепленной на ограждении. С целью контроля положения ограждения установлены конечные выключатели, которые дают сигналы для работы станка в автоматическом цикле с роботом. В крайних положениях огражде­ния предусмотрено замедление перемещения.

Дополнительно станок оснащается:

- приводом перемещения пиноли с контролем ее по­ложения. Для этого на задней бабке установлены конечные выключатели, которые срабатывают при перемещении пиноли и дают сигналы о поло­жении пиноли в автоматическом цикле работы станка с роботом;

- патроном автоматизированным 5 с электроме­ханическим приводом и бесконтактным контролем зажима;

транспортером 11 для уборки стружки с устройством по очистке СОЖ и тарой 12 для сбора стружки. На станке также установлена система подачи СОЖ 13.

3. Заготовка и деталь


3.1. Способ получение заготовки


Поскольку материал обрабатываемой детали – серый чугун (СЧ20), выберем литье в песчаную форму как способ получения заготовки. При отливке заготовка получает некоторые уклоны (≈3°) и припуски (2–4 мм), однако выбранный способ более экономичен в данном случае и не требует сложных операций.


Масса заготовки: ; .




3.2. Базирование и закрепление заготовки на станке


Для закрепления заготовки на станке используется трехкулачковый пневмопатрон.


Рис. 4. Схема закрепления заготовки в патроне на станке



4. Транспортно-накопительная система


Для накопления заготовок и позиционирования их пол захват роботом с учетом достаточно большой длительности цикла обработки заготовок выбираем тактовый стол. Тактовый стол является одной из разновидностей тележечных грузонесущих конвейеров. Широкое разнообразие их использования обусловило большое число их конструктивных разновидностей.


4.1. Описание тактового стола


Т

Рис. 5. Схема расположения заготовок на паллете тактового стола

актовый стол, используемый в данном РТК, представляет собой горизонтально замкнутый тележечный грузонесущий конвейер с настольным пульсирующим (тактовым) перемещением платформ, предназначенный для подачи заготовок и приема готовых деталей. Габаритные размеры тактового стола (длинаширинавысота): 4960  2420  1200 мм. Разгрузка платформ осуществляется в автоматическом цикле с использованием промышленного робота. На каждой платформе установлена паллета с приспособлением, позволяющим расположить на ней 3 детали на специальном штыре (рис. 5). Учитывая, что среднее время обработки одной детали составляет приблизительно 5 минут, а количество платформ с паллетами 24 (23  с деталями и заготовками, 1  свободная для перегрузки готовых деталей), обеспечивается бесперебойная работа РТК в течение около 6 часов (выпуск 69 деталей).

5. Напольный промышленный робот


Многоцелевые промышленные роботы (ПР) типа «Универсал-20» применяются для автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, обслуживания различного технологического оборудования, межоперационного и межстаночного транспортирования объектов обработки и выполнения других вспомогательных операций.


5.1. Техническая характеристика робота


Грузоподъемность

20 кг

Число степеней подвижности

6

Наибольшая величина перемещения:


– вокруг вертикальной оси II

340

– вдоль оси I-I

400 мм

– вдоль горизонтальной оси IIIIII

630 мм

– вокруг вертикальной оси IIII

240

– вокруг оси IIIIII

180

– вокруг оси IVIV

180

Наибольшая скорость:


– вокруг оси II поворота.

84 град/с

– вертикального хода руки вдоль оси II

0.27 м/с

– выдвижение руки вдоль оси IIIIII

1.08 м/с

– поворота руки вокруг оси IIII

132 град/c

Точность позиционирования

1 мм

Масса

630 кг



5.2. Основные механизмы робота


Рис. 6. Общий вид промышленного робота «Универсал-20»


Общий вид робота приведен на рисунке 6. Исполнительным механизмом ПР является манипулятор, который обеспечивает установку в пределах рабочей зоны захватного механизма схвата. Манипулятор имеет четыре степени подвижности руки 1 в сферической системе координат, которые реализуются механизмами: поворота 2 относительно оси IIII, выдвижения руки 3 вдоль оси IIIIII, поворота руки 4 относительно вертикальной оси II, подъема руки 5 вдоль оси II. Две ориентирующие степени подвижности ра­бочего органа-схвата 7 создают механизмы вращения кисти руки 6 от­носительно ее продольной оси IIIIII и поперечной оси IVIV. По­движные механизмы манипулятора защищены от попадания пыли, гря­зи и масла ограждением 8.

Установочные перемещения руки осуществляются с помощью электромеханических следящих приводов, а ориентирующие движения кисти руки и зажим-разжим схвата – пневмоцилиндрами.

Пневмоблок 9, которым комплектуется ПР, предназначен для под­готовки, регулирования подачи сжатого воздуха из заводской сети и блокирования работы манипулятора при падении давления ниже до­пустимого.

Блок тиристорных электроприводов 10 формирует управляющие на­пряжения в якорной цепи электродвигателей постоянного тока.

Устройство программного управления 11 позиционного типа имеет возможность записи программы в режиме обучения (по первому цик­лу) и формирует управляющие сигналы на блок 10, а также техноло­гические команды управления циклом работы манипулятора и обслу­живаемого оборудования.

Блоки тиристорного электропривода ЭПТ6-У20 обеспечивают уп­равление в следящем режиме электродвигателями постоянного тока типа СЛ-569 и СЛ-661, установленными в механизмах четырех програм­мируемых степеней подвижности манипулятора.

Механизмы электроприводов включают в себя зубчатые или червяч­ные редукторы, параметры которых, даны в кинематической схеме. Обратная связь исполнительных механизмов манипулятора по положе­нию, и скорости осуществляется потенциометрическими датчиками типа ППМЛ, приводящимися с помощью зубчатых редукторов и тахогенераторов типа СЛ-121, которые приводятся в движение специальными зубчатыми или ременными механизмами.

Также пневмоблок предназначен для циклового управления двумя ориентирующими дви­жениями кисти руки и захватным устройством. Приводы этих движений осуществляются от пневмоцилиндров. Для преобразования поступатель­ного перемещения поршня во вращательное движение кисти руки ис­пользуются винтовой копир (в приводе поворота кисти руки относи­тельно ее продольной оси) и передача рейка-шестерня (в приводе качания кисти относительно поперечной оси). Привод зажима и разжи­ма губок схвата осуществляется рычажным механизмом, присоединен­ным к штоку пневмоцилиндра. Соединение механизмов манипулятора между собой и устройством аналогового позиционного программного управления типа АПС-1 производится в соответствии с принципиальной электрической схемой.


5.3. Захватное устройство робота


Преимуществом исполнительных механизмов с переменным передаточным отношением является возможность достижения больших усилий зажима. Однако наибольшие усилия достигаются обычно лишь в узком диапазоне рабочих перемещений.

В связи с этим для обеспечения надежного удержания объектов ман­ипулирования при широком диапазоне их размеров необходимо использовать в ЗУ исполнительные механизмы с постоянным передаточным механизмом (например, зубчато-реечные, винтовые, некоторые рычажные и др.) или предусматривать переналадку исполнительных механизмов с переменным передаточным отношением (например, рычажного типа).

Н

Рис. 7. Захватное устройство робота

а рисунке 7 показан вариант конструкции однопозиционного схвата для деталей типа дисков и фланцев, имеющих широкий диапазон диаметров. Рассматриваемая конструкция обеспечивает центрирование детали независимо от диаметра. Высокая стабильность установки (0,05 – 0,07 мм) достигается за счет профилирования губок схвата.

Две пары рычагов, выполненных заодно с зажимными губками, свободно установлены на своих осях. На рычагах нарезаны зубчатые секторы, входящие попарно в зацепление с рейками, которые связа­ны между собой рычагами, образующими шарнирный параллело­грамм. Шарнирный параллелограмм обеспечивает независимую работу каждой пары зажимных рычагов, что необходимо для захватывания и центрирования деталей. Место соединения тяги с гнездом, выполненным во втулке привода зажима и разжима схва­та, а также байонетное соединение хвостовика схвата с головкой шпинделя кисти руки унифицированы. Предусмотрены два исполнения унифицированного захватного уст­ройства: сменное и быстросменное. В сменном захватном устройстве хвостовик крепится к шпинделю кисти руки при помощи байонетного замка, накидного рычага с резьбой и гайки. В быстросменном захватном устройстве применяется только байонетное крепление, которое может быть использовано и при авто­матической смене схвата. При установке хвостовик вводится в гнез­до с одновременным отжимом фиксатора, который при повороте схвата на 90° входит под действием пружины в отверстие во фланце.


6. Выбор инструмента


Инструмент Т1

Проходной резец CoroTurn RC DCLNR/L фирмы Sandvik Coromant.

Для обтачивания цилиндрической поверхности.


Материал пластинки: ВК6.





Инструмент Т2

Канавочный резец для внутренней обработки CoroCut GF фирмы Sandvik Coromant.

Для растачивания отверстия.


Материал пластинки: ВК6.





Инструмент Т3

Расточной резец CoroTurn 107 SVQBR/L фирмы Sandvik Coromant.

Для растачивания отверстия.


Материал пластинки: ВК6.




7. Расчетная часть

7.1. Расчет режимов резания

Переход 1. Обтачивание цилиндрической поверхности


1) Расчет длины рабочего хода (