Пример курсача (Пояснительная записка)

Посмотреть архив целиком


Содержание:

  1. Введение 3

  2. Станок мод. 243ВМФ2 5

    1. Техническая характеристика станка 5

    2. Устройство ЧПУ 6

    3. Компоновка, основные узлы и движения в станке 7

    4. Кинематика станка 8

    5. Механизм автоматической смены инструмента 12

  3. Напольный промышленный робот 15

    1. Техническая характеристика робота 15

    2. Основные механизмы робота 16

    3. Захватное устройство робота 19

  4. Транспортно-накопительная система 22

    1. Описание тактового стола 22

  5. Заготовка и деталь 23

    1. Способ получения заготовки 23

    2. Базирование и закрепление заготовки на станке 23

    3. Чертеж заготовки 24

    4. Чертеж детали 25

  6. Выбор инструмента 26

  7. Расчетная часть 28

    1. Расчет подшипников шпинделя на долговечность 28

    2. Расчет жесткости руки робота 31

    3. Расчет режимов резания 33

  8. Список литературы 38

  9. Графическая часть:

    1. Лист 1. Компоновка РТК

    2. Лист 2. Шпиндельный узел станка мод. 243ВМФ2

    3. Лист 3. Технологические наладки. Циклограмма работы РТК

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. 243ВМФ2


Вертикальный сверлильно-фрезерно-расточной полуавтомат с ЧПУ 24ЭВМФ2 предназначен дли комплексной обработки деталей небольших и средних размеров при подходе инструмента с одной стороны.

На станке можно производить сверление, зенкерование, цекование, черновое и чистовое растачивание, получистовое и чистовое фрезерование и нарезание резьбы метчиками. Класс точности станка В. Станок обеспечивает точность расстояний между осями обработанных отверстий 0,016 мм; точность диаметра отверстии – 0,01 мм.



2.1. Техническая характеристика станка


Наибольший диаметр сверления

25 мм

Наибольший диаметр растачивания

160 мм

Размеры рабочей поверхности стола (ширина длина)

320560 мм

Число инструментов в магазине

30

Число частот вращения шпинделя

21

Пределы частот вращения шпинделя

40–2500 об/мин

Число ступеней подач

30

Пределы подач по осям координат X', Y’, Z

3,15–2500 мм/мин

Скорость быстрого перемещения по осям координат X', Y’, Z

3000 мм/мин

Габаритные размеры станка (ширина длина высота)

159016402620 мм


2.2. Устройство ЧПУ


Устройство ЧПУ типа «Размер 2М», с которым работает станок, прямоугольно-позиционное. Оно обеспечивает отработку по программе координат стола, салазок, шпиндельной головки и гильзы, выдает вспомогательные команды на смену инструмента, изменение режимов обработки, автоматический зажим подвижных узлов. Вся информация, введенная в систему, а также информация о фактическом состоянии рабочих органов отражается на кинескопе. Система позволяет ввести 35 коррекций по длине и 5 по радиусу. Точность позиционирования 0,02 мм. Число управляемых координат (всего/одновременно) 3/2. Для позиционирования используется индуктивная отсчетно-измерительная система с обратной связью, принцип работы которой будет рассмотрен ниже.

2.3. Компоновка, основные узлы и движения в станке


Станок имеет вертикальную компоновку, аналогичную координатно-расточному станку. На станине А (рис. 1) закреплена стойка Б. В верхней части стойки размещен привод главного движения – вращения шпинделя и редуктор подач гильзы шпинделя. По вертикальным направляющим стойки перемещается шпиндельная головка Г (подача по оси Z). На стойке укреплен магазин В на 30 инструментов. Станок оснащен крестовым координатным столом Д. По горизонтальным направляющим станины перемещаются в поперечном направлении салазки (подача по оси Y’), а в продольном направлении по направляющим салазок – стол (подача по оси X’).


Рис. 1. Общий вид станка мод. 243ВМФ2

2.4. Кинематика станка


Главное движение (рис. 2, а): шпиндель VII получает от асинхронного электродвигателя М1 (N = 2,2 кВт; = 1430 об/мин) через двухременной вариатор Вр, трехступенчатую коробку скоростей и зубчато-ременную передачу z = 31–31. При отклонении скорости от заданной, тахогенератор ТГ на валу III включает асинхронный электродвигатель М2 (N = 0,08 кВт, = 1390 об/мин), который через зубчатые пары z = 17–49, 25–49 и винт XIII с шагом P = 5 мм смещает ось подвижных дисков вариатора, что и изменяет его передаточное отношение. Вариатор обеспечивает регулирование скорости в диапазоне 1:4.


Рис. 2. Кинематическая схема станка


Переключение скоростей осуществляется перемещением блока Б1 и муфты М1. При включении муфты М1 от электромагнита Э1 постоянного тока получают верхний диапазон частот вращения шпинделя, так как движение с вала III на вал V передается через зубчато-ременную передачу z = 30–30. Два нижних диапазона получают при переключении блока Б1 двумя электромагнитами постоянного тока (на схеме не показаны). Внутри каждого диапазона скорость изменяется вариатором. Всего шпиндель имеет 21 значение частоты вращения в пределах 40–2500 об/мин.

Шпиндель станка 8 (рис. 3) размещен в гильзе 7 на специальных высокоточных подшипниках. Зажим инструмента происходит пакетом тарельчатых пружин 3, действующих на инструмент с помощью шомпола 1, соединенного с байонетным замком 2. Усилие пружин регулируется гайкой 4. Зуб планки 5, взаимодействуя с зубчатым колесом 6, закрепленным на шомполе, препятствует случайному провороту байонета. Крутящий момент от шпинделя к инструменту передается поводками, расположенными на торце шпинделя.

Привод вращения шомпола предназначен для размыкания и замыкания байонетного замка шомпола с инструментом в крайнем верхнем положении гильзы, а также для вращения инструмента в случае несовпадения ведущих шпонок инструмента и шпинделя во время автоматической смены инструмента. Привод шомпола (см. рис. 2, а) осуществляется от асинхронного электродвигателя МЗ (= 0,25 кВт; = 2700 об/мин) через червячный редуктор z = 1–30 при включенной муфте М2. Двигатель включается по команде микропереключателя, расположенного на магазине, только в положении автооператора под шпинделем.

Рис. 3. Шпиндель станка



Привод подач шпинделя и перемещения шпиндельной головки осуществляется от двигателя М4 постоянного тока типа МИ22ФТ (N = 0,37 кВт, n = 3000 об/мин). Гильза получает перемещение через двухступенчатым редуктор z = 20–40, 16–48–40–48 и шариковый винт XVIII с шагом P = 6 мм, который соединен с ползуном перемещения гильзы. Для обеспечения самоторможения пары винт-гайка качения при отжиме инструмента служит тормоз на винте XVIII.

Перемещение шпиндельной головки осуществляется от шлицевого вала XVI, который вращает втулку ХIХ, и при включенной муфте М4 червяк z = 1 на валу ХХI. Через червячное колесо z = 34 (муфта М5 – предохранительная) вращается вал XXII и реечное колесо z = 26. Муфта М4 включается от механизма зажима головки. Гильза и шпиндельная головка перемещаются синхронно. При отключении муфты М4 шпиндельная головка останавливается, а шпиндель продолжает перемещаться. На валу XVII установлен фотоэлектрический датчик, который служит для отсчета перемещений гильзы и шпиндельной головки. Скорость быстрого перемещения гильзы шпинделя определяют из выражения:

Головка и шпиндель уравновешены противовесами.

Позиционирование по заданной программе осуществляется продольным перемещением стола и поперечным перемещением салазок от электродвигателей М5 и М6 постоянного тока типа МИ22ФТ (N = 0,37 кВт; n = 3000 об/мин). Движение передается через зубчатые ремни z = 23–49, ряд зубчатых передач на червячно-реечные передачи с модулем m = 10 мм. Червяк z = 1 на валу XXX осуществляет продольное перемещение стола, а червяк z = 1 на валу XXVI – поперечное перемещение салазок. Рабочие подачи регулируют в пределах 3,15 – 2500 мм/мин. Продольную подачу стола в общем виде определяют из выражения:

.

Измерительные винты отсчетно-измерительных систем кинематически связаны с приводными червяками через колесо z = 22 на валу XXX и z = 30 на валу XXIV.

Отсчетно-измерительная система станка замкнутая с индуктивными и фотоэлектрическими датчиками. Рассмотрим принцип ее действия на примере отсчетной системы стола (см. рис. 2, б). Винт-якорь XXXIII индуктивного датчика ИД связан с перемещением рабочего органа через червячно-реечную передачу, вал XXX, конические пары z = 22–22, 22–22, колеса дифференциала z = 40, 50, 108 и колесо z = 106. Возникающий при перемещении сигнал рассогласования воспринимается блоком управления БУ, дающим команды электродвигателю М7 типа РД-09 (N = 0,01 кВт, n = 1200 об/мин). Двигатель, уменьшая сигнал рассогласования, доворачивает винт-якорь XXXIII через передачу z = 34–68, дифференциал и колесо z = 106 отсчетного винта. Вследствие такой обратной связи винт-якорь вращается синхронно движению рабочего органа. Отсчет угла поворота винта-якоря производится круговым фотоэлектрическим датчиком ФД. Возникающий в фотодиодах электрический ток преобразуется электронным устройством ЭУ в импульсы, воспринимаемые счетчиком импульсов СИ. Шаг импульсов фотоэлектрического датчика соответствует 0,001 мм перемещения рабочего органа (дискретность отсчета). Счетчик импульсов формирует в числовом виде полную информацию о величине перемещения рабочего органа и управляет электродвигателем М5 привода подач стола.

Для компенсации погрешностей отсчетно-измерительной системы (неточность нарезки винта-якоря, его биение и т.д.) служит коррекционное устройство, состоящее из коррекционного индуктивного датчика и коррекционной линейки.

Зажим шпиндельной головки, стола, салазок и гильзы осуществляется автоматически по программе от асинхронных электродвигателей через ряд зубчатых передач (на схеме не показаны).

2.5. Механизм автоматической смены инструмента


Механизм автоматической смены инструмента состоит из инструментального магазина на 30 инструментов и автооператора с приводом. Механизм выполнен в виде отдельного узла, расположен удобно для обслуживания. Время смены инструмента составляет около 5 с.


Цикл смены инструмента (рис. 4):

1) магазин подает инструмент в позицию загрузки-выгрузки (во время обработки);

2) рука поворачивается, захватывает инструмент, выносит его из магазина и устанавливается в положение, когда оси шпинделя и инструмента параллельны;

3) гильза и шпиндельная головка перемещаются в крайнее верхнее положение, контролируемое микропереключателями, шомпол отжимает инструмент, но он остается пока в байонетном замке;

4) рука захватывает отработавший инструмент, в этот момент начинает вращаться шомпол (цепь вращения рассмотрена ранее) и инструмент выпадает из замка; рука движением вниз извлекает инструмент из шпинделя;

5) рука поворачивается на 180° и вставляет очередной инструмент в шпиндель; 6) рука совершает все движения в обратной последовательности, вставляя отработанный инструмент в свое гнездо. Одновременно происходит зажим очередного инструмента в шпинделе. Так как шомпол вращается, то зуб инструмента западает в байонет, а ведущие выступы шпинделя – в пазы инструмента. Инструмент фиксируется в шпинделе, а шомпол замыкает байонетный замок и останавливается. Имеется специальная схема контроля положения инструмента в шпинделе.


Рис. 4. Схема работы автооператора на станке


Магазин выполнен в виде барабана с втулками, в которые устанавливают инструмент. Втулки предохраняют хвостовики оправок от пыли и грязи. Оправки крепят в магазине с помощью пружин. С барабаном кинематически связаны три кодовых диска, лепестки которых проходят сквозь прорези бесконтактных конечных выключателей, закрепленных на корпусе. Выходные сигналы выключателей, закодированные в двоично-десятичном коде, обеспечивают выбор позиции барабана.

Вращение магазина (см. рис. 2, в) осуществляется от электродвигателя М8 (N = 0,18 кВт, n = 2800 об/мин) через червячную передачу z = 1–24, винт-вал XXXVII, зубчатую пару z = 51–34, червячную передачу z = 2–30, зубчатую пэру z = 50–165 и вал XL, на котором расположен магазин. Уравнение кинематического баланса запишем из условия, что за один оборот винта-вала XXXVII магазин повернется на один шаг (1/30 оборота):

.

При получении команды на поиск инструмента начинает вращаться червячное колесо z = 24 с внутренней резьбой. При этом винт-вал XXXVII перемещается вдоль своей оси влево или вправо в зависимости от направления вращения до тех пор, пока фиксатор 1 не выйдет из продольного паза кулачка К1. В этот момент торцовые выступы на червячном колесе входят в зацепление с выступами на кулачке K1 или диске 2, и винт-вал и, соответственно, магазин начинают вращаться. При вращении магазина бесконтактные выключатели посылают сигналы в систему ЧПУ. При совпадении полученного сигнала с заданным по программе система ЧПУ дает команду на реверс электродвигателя. В этом положении нужное гнездо магазина перебегает позицию загрузки-разгрузки. Винт-вал поворачивается в противоположную сторону до западания фиксатора 1 в паз кулачка K1. При этом винт-вал начнет перемещаться в осевом направлении до тех пор, пока не сработает микропереключатель, дающий команду на остановку электродвигателя.

Автооператор (рука) имеет движения: поворот, осевое перемещение и опрокидывание. От электродвигателя М9 (N = 0,12 кВт; n = 2760 об/мин) через червячную пару z = 1–60, зубчатые передачи z = 20–30–157 получает вращение вал XLIV c установленными на нем кулачками К2, К3, К4. На каждом кулачке дискового типа имеются замкнутые кривые, определяющие перемещение руки. От кулачка К2 и с помощью толкателя через вал-рейку XLV, реечное колесо z = 28 и зубчатую пару z = 59–36 рука поворачивается вокруг центральной оси LII.

От кулачка КЗ через рейку и реечное колесо z = 27, вал XLVII, колеса z = 67–67–46 получает вращение полый вал L, который посредством реечного колеса z = 46 перемещает рейку модулем m = 1,5 и соответственно руку с инструментом вдоль их оси. Кулачок К4 с помощью толкателя, рейки и реечного колеса z = 27 через вал XLVIII и колеса z = 31–43–43–58 осуществляет поворот автооператора на 90°.


3. Напольный промышленный робот


Многоцелевые промышленные роботы (ПР) типа «Универсал 5» применяются для автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, обслуживания различного технологического оборудования, межоперационного и межстаночного транспортирования объектов обработки и выполнения других вспомогательных операций.


3.1. Техническая характеристика робота


Грузоподъемность

5 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

690 кг



3.2. Основные механизмы робота