Выбор вспомогательного оборудования

 

Вспомогательное оборудование необходимо для выполнения работ не связанных с обработкой детали. К таким работам относятся перемещение заготовки от одного станка к другому, к конвейеру, межоперационного накопления заготовок, транспортировка заготовок и готовых деталей.

К вспомогательному оборудованию данного гибкого автоматизированного комплекса относятся:

1. Промышленные роботы напольного типа мод. М20П.40.01

2. Транспортный робот мод. РБТ – 1

3. Накопительные столы

4. АТСС, оснащенный краном-штабелером C4225

Выбор промышленного робота производится по количеству степеней подвижности, грузоподъёмности, типу привода, быстродействию. Выбираем промышленный робот напольного типа мод. М20П.40.01. Робот М20П.40.01 предназначен для автоматизации установки – снятия заготовок и других вспомогательных операций при обслуживании станков с ЧПУ. Устройство данного типа может обслуживать один или два станка и образовывать вместе с накопительными и транспортными устройствами гибкий производственный обрабатывающий комплекс, предназначенный для продолжительной работы без участия оператора.

 

Основные технические характеристики ПР М20П.40.01:

Наименование	Значение
Номинальная грузоподъемность, кг	20
Число степеней подвижности	5
Наибольшие линейные перемещения, мм: по вертикальной оси по горизонтальной оси	500 500
Наибольшее угловое перемещение, град: руки относительно вертикальной оси кисти относительно продольной оси кисти относительно поперечной оси	300 90; +180 +3,5
Диапазон скорости линейных перемещений, м/с: по вертикальной оси по горизонтальной оси	0,005..0,5 0,008..1,0
Диапазон скорости угловых перемещений, град/с: руки относительно вертикальной оси кисти относительно продольной оси кисти относительно поперечной оси	60 60 30
Наибольшая абсолютная ошибка позиционирования, мм:	+1
Усилие зажима схвата, Н	350, 500
Время зажима-разжима, с	2
Диапазон размеров, захватываемых деталей по наружному диаметру, мм	50…268
Масса, кг	570

 

Транспортный робот типа РБТ – 1 конструктивно выполнен по модульно-агрегатному принципу и включает в себя: шасси, два погрузочно-разгрузочных устройства с телескопическими платформами, автономные блоки питания и управления (от бортовой микроЭВМ). Управление транспортным роботом основано на слежении при помощи фотодатчиков за трассой со светоотражающей полосой.

Технические характеристики транспортного робота приведены в Таблице13.

Таблица 13

Основные технические характеристики тележки транспортной рельсовой С4057

Наименование	Значение
Грузоподъемность, кг	500
Габаритные размеры тары, мм	400*600;800*600
Скорость перемещения, м/мин
маршевая	120/90
установочная	1
Электродвигатель привода перемещения
тип	Пбст-22
мощность, кВт	0,85
Частота вращения, мин-1	1…2200
База (расстояние между осями), мм	1500
Колея, мм	750
рельс	Р18
Грузозахватная платформа	телескопическая
Скорость выдвижения, м/мин	11,6

 

Техническая характеристика манипулятора:

Наименование	Значение
Грузоподъемность, кг	500
Скорость перемещения, м/мин	0…90; 2
Скорость подъёма, м/мин	4,5
Высота установки тары, мм	650; 1350; 2050; 2750
База (расстояние между катками), мм	2100
Диаметр катка, мм	300
Габаритные размеры, мм: длина ширина с грузозахватом высота	2860 860 3586
Масса, кг	2500

 

Техническая характеристика грузозахватного механизма:

Наименование	Значение
Размеры захватываемой тары в плане, мм	800*600
Максимальная масса груза в таре, кг	500
Максимально возможный ход верхнего стола, мм	840
Рабочий ход верхнего стола, мм	785…835
Номинальная скорость выдвижения верхнего стола, м/мин	8,9
Габаритные размеры грузозахвата, мм длина ширина высота	800 665 305
Масса, кг	220

1.6 Разработка участка

 

Роботизированные комплексы для механообработки заготовок типа тел вращения могут иметь различные компоновочные схемы в зависимости от выполняемых ими технологических задач.

Наибольшее применение в машиностроении получили РТК, состоящие из автоматизированных станков (токарных, круглошлифовальных, многоцелевых и др.), оснащенных накопительными устройствами для заготовок и деталей, системой программного управления и обслуживаемых с помощью ПР. В первую очередь такие РТК предназначаются для серийного изготовления деталей мелких и средних размеров с небольшим временем обработки. Комплексы могут оснащаться как встроенным в станок, так и внешним ПР напольного или портального типа.

В нашем случае для обслуживания девяти металлорежущих станков и вспомогательного оборудования используем напольный робот с цилиндрической системой координат. Т.к. с технической и экономической точки зрения на данном участке он наиболее эффективен по сравнению с портальным.

Выбор автоматизированного металлорежущего оборудования определяется конструктивно-технологическими особенностями обрабатываемых изделий в соответствии с принятой их классификацией. На нашем участке планируется выпускать детали типа «вал». Участок состоит из девяти станков, которые обслуживаются роботом. Заготовки находятся на накопительном столе, куда перемещаются с помощью тележки. Робот может брать их и устанавливать на технологическое оборудование. Накопительный стол используется для промежуточного накопления заготовок между технологическими операциями.

Готовые детали робот перемещает обратно на накопительный стол, откуда они поступают на тележку, с помощью которой перемещаются либо на следующий станок (шлифовальный или шлицешлифовальный), либо на склад после окончательной обработки.

Устройства числового программного управления (УЧПУ) станками и робота, силовое оборудование и гидростанция вынесены за технологическое оборудование.

При разработке участка учитывались следующие требования:

1. компактность расстановки оборудования;

2. выполнение техпроцесса;

3. оптимальное количество вспомогательного оборудования;

4. габариты участка;

5. связь с транспортными системами.

 

Разработка циклограммы

 

Описание датчиков

 

Для управления ходом технологического процесса необходимо получать информацию о происходящих на данный момент «событиях». Технические средства для контроля объектов на нижнем (исполнительском) уровне АСУ ГАУ определяются их назначением, конструкцией и условиями работы. Для металлорежущих станков ими могут быть датчики перемещений рабочих органов, путевые (контактные и бесконтактные) выключатели, датчики контроля параметров процесса (усилия резания, температуры в шпиндельном узле, положения режущей кромки инструмента, виброускорений в резцовой головке, работы привода и другие), обеспечивающие работу станка в автоматическом режиме. Промышленные роботы обычно оснащаются датчиками позиционирования и касания (для контроля захвата изделия), а транспортно-накопительные устройства – датчиками типа путевых выключателей.

В качестве датчиков включения/выключения приводов станков, а также поворота руки робота используем многополюсный бесконтактный датчик угловых перемещений мод. ПМБ-1. Датчики данного типа предназначены для использования в цепях обратной связи устройств ЧПУ станками (в составе высокомоментных электродвигателей приводов подач). Принцип работы датчика основан на взаимодействии в пространстве синусно-косинусных магнитных полей, создаваемых обмотками статора и ротора.

Таблица 13

Техническая характеристика датчика ПМБ-1

№	Параметр	Значение
1	Наибольшая величина контролируемого перемещения	Не ограничена
2	Дискретность (для системы измерения линейных перемещений), мм	0,01
3	Наибольшая частота вращения, об/мин	3000
4	Допускаемая систематическая погрешность (в приделах угла поворота 3600), мин	20
5	Параметры напряжения питания амплитуда, В частота, Гц сдвиг по фазе, градус	5±0,25 500 0 или 90
6	Потребляемый ток, мА	7
7	Выходное напряжение, В	0,5
8	Масса, кг	1,6

 

В качестве датчиков наличия, зажима/разжима заготовок используем бесконтактный путевой выключатель серии БТП-301. Он предназначен для коммутации электрических цепей управления в функции пути. Переключение электромагнитных аппаратов или бесконтактных логических элементов, подключаемых к его выходу, осуществляется под воздействием металлической управляющей пластины или непосредственно контролируемого объекта. Воздействие на выключатель происходит в определенных положениях пластины при ее относительном движении как параллельно, так и перпендикулярно к рабочей поверхности – торцу цилиндра.

Выключатель состоит из цилиндрического латунного или пластмассового корпуса, в котором размещены печатная плата с электронными элементами и индуктивный датчик, представляющий собой колебательный контур с катушкой на ферритовом сердечнике и емкостью. Торцевая плоскость катушки является рабочей поверхностью выключателя. С платой соединен кабель для подключения к источнику питания и нагрузке, который выходит из корпуса сзади через втулку. Внутренняя полость цилиндра заполнена эпоксидным компаундом. Крепление датчика на панели выполняется гайками, навинченными на резьбовую часть корпуса.

При отводе управляющего элемента (пластины) генератор формирует периодический сигнал высокой частоты. Под воздействием пластины, которая приближается к индуктивному датчику, амплитуда колебаний уменьшается. При достижении порога срабатывания триггера, входящего в электронный блок, происходит изменение его состояния на противоположное, т.е. формирование релейного (прямоугольной формы) сигнала напряжения, который после усиления подается на выход. Наличие инвертора на выходе дает возможность получать два выходных сигнала, эквивалентных операциям замыкания и размыкания контактов реле.

Таблица 14

Техническая характеристика датчика БТП-301

№	Параметр	Значение
1	Наибольшее расстояние воздействия, мм	2
2	Наибольшая частота срабатывания, Гц	450
3	Время переключения, мс	4
4	Срок службы, ч	18000
5	Масса, кг	0,085

 

В качестве датчиков наличия тележки используем оптопары. Отличительным признаком оптопар с открытым оптическим каналом является возможность управления извне количеством излучения, попадающим от излучателя к фотоприемнику оптопары. Излучателями служат ИК-диоды, а фотоприемники выполняются на основе фоторезисторов или кремниевых фотодиодов. Существуют две разновидности оптопар с открытым оптическим каналом:

1) с прямым прохождением лучей от излучателя к приемнику;

2) с отражением лучей внешним объектом.

В первом случае излучатель и фотоприемник расположены напротив друг друга, такую оптопару называют оптопрерывателем. Во втором случае оптические оси излучателя и фотоприемника расположены под некоторым углом или параллельно друг другу. При отсутствии отражающего объекта энергия, излучаемая светодиодом, рассеивается в пространстве, не попадая в окошко фотоприемника. В данном случае можно использовать оптопары типа АОД111А или АОР113А.

В качестве датчиков наличия палеты с заготовками на тактовом столе можно использовать концевики - бинарные датчики. Когда на стол приходит паллета с заготовками появляется сигнал от датчика. Если палеты - нет, то сигнал от датчика отсутствует. В данном случае можно использовать концевик типа ВБ13-Р12К7.

 

Описание циклограммы

Циклограмма – это графическое отображение взаимодействия технологического, вспомогательного и транспортного оборудования в пределах ГАУ. Циклограмма также позволяет определить состояние всех элементов ГАУ в определенный момент времени.

Рассмотрим построение циклограммы, описывающей момент времени обработки детали, начиная с ее поступления в накопительный стол шлицешлифовальных станков.

Заготовки находятся в устройстве – накопителе. Наличие заготовки фиксируется датчиком S114. Происходит включение привода гл. движения робота (S105). По достижении заданной позиции срабатывает датчик поворота S106. Происходит выдвижение руки робота (S109). Проверяется наличие заготовки в захватном устройстве (S113), зажим заготовки захватным устройством (S111), задвижение руки робота (S110). Затем робот перемещает заготовку к шлицешлифовальному станку в позицию 2 (S107). Рука робота выдвигается (S109). Проверяется наличие заготовки в патроне (S115). Патрон станка производит зажим (S116), а захватное устройство робота разжим (S112), задвигается рука робота (S110). Включается шпиндель станка (S118), а робот поворачивается к накопительному столу в позицию 1 (S106). Происходит выдвижение руки робота (S109). Проверяется наличие заготовки в захватном устройстве (S113), зажим заготовки захватным устройством (S111), задвижение руки робота (S110). Затем робот перемещает заготовку к шлицешлифовальному станку в позицию 3 (S108). Рука робота выдвигается (S109). Проверяется наличие заготовки в патроне станка (S119). Патрон станка производит зажим (S120), а захватное устройство робота разжим (S112), задвигается рука робота (S110). Включается шпиндель станка (S122), а робот поворачивается в позицию 2 (S107). После технологической обработки детали на первом шлицешлифовальном станке происходит отключение шпинделя. Рука робота выдвигается (S109), проверяется наличие готовой детали в захватном устройстве (S113), зажимается деталь (S111), происходит разжим патрона станка (S117). Рука робота задвигается (S110). Робот поворачивается в поз.1 (S106), рука робота выдвигается (S109) и происходит разжим детали захватным устройством (S112). Рука робота задвигается (S110). Робот поворачивается в поз.3 (S108). После технологической обработки детали на втором шлицешлифовальном станке происходит отключение шпинделя. Рука робота выдвигается (S109), проверяется наличие готовой детали в захватном устройстве (S113), зажимается деталь (S111), происходит разжим патрона станка (S121). Рука робота задвигается (S110). Робот поворачивается в поз.1 (S106), рука робота выдвигается (S109) и происходит разжим детали захватным устройством (S112). Рука робота задвигается (S110).

На основе циклограммы при знании времени срабатывании датчиков, времени автоматической обработки на станках и продолжительности всех действий (зажим патрона, перемещения робота и др.) составляется программа для перемещений робота.

 

3. Разработка наладки

 

Для обработки конкретной поверхности детали необходимо определить, каким образом будет перемещаться инструмент. Для этого определяется траектория его движения, включающая рабочие ходы, сопровождающиеся снятием слоя металла, и холостые ходы.

Рабочие ходы движения инструмента определяют контур детали, геометрическую точность получаемой поверхности (размер, шероховатость). Холостые ходы характеризуются быстрым перемещением инструмента с точным позиционированием в заданной точке.

Траектория движения инструмента в станках с ЧПУ задается с помощью специальных кодов(функций), записываемых в управляющую программу в определенной последовательности.

Также в программе задается система координат, в которой описывается перемещение инструмента. С помощью специальных кодов можно управлять также и вспомогательными операциями (подача СОЖ, смена инструмента).

При написании программы для станка с ЧПУ необходимо иметь перед собой эскиз того участка детали, где происходит обработка с указанием систем координат станка, приспособления, инструмента, холостых и рабочих ходов инструмента. При проектировании наладки необходимо выбирать рабочие и холостые ходы таким образом, чтобы время на их совершение было минимальным, и происходила обработка с заданной точностью и шероховатостью.

Выбор систем координат детали и инструмента осуществляют из удобства программирования.

Начало системы координат токарного станка находится в точке пересечения оси шпинделя с плоскостью, проходящей через правый торец шпинделя. Системы координат детали выбираются по той поверхности, относительно которой задается большое количество размеров, т.к. пересчеты дают дополнительные погрешности. При переустановке детали начало системы координат детали относительно детали не меняется. При написании программы для токарного станка работа идет в системе координат ХОZ. Все размеры задаются по оси Х в диаметрах. Применение различных инструментов учитывается с помощью коррекции.

Для станков с ЧПУ существует большое количество функций. Последовательность записи в кадре:

1. номер кадра (Nxx)

2. подготовительная функция (Gxx)

3. размерные перемещения (Xnn, Ynn, Znn)

4. подача, скорость (Fnn, Snn)

5. вспомогательная функция (Mxx)

Таблица 15

Наиболее часто используемые функции при программировании

Функция	Назначение
G00	Быстрое перемещение в нач. точку
G01	Линейная интерполяция
G02/G03	Круговая интерполяция по часовой стрелке/против ч.с.
G17/G18/G19	Выбор плоскости XOY/XOZ/YOZ
G33	Нарезание резьбы с пост. шагом
G40	Отмена коррекции
G41/G42	Инструм. подходит слева/справа относительно заготовки
G43/G44	Коррекция инструмента полож./отриц.
G60	Точное позиционирование
G81/G82	Сверление без задержки/с задержкой в конце
G90/G91	Абсолютная/относительная сист. коорд. детали
G92	Переход из сист. коорд. станка в сист. коорд. детали
G94/G95	Подача в (мм/мин)/(мм/об)
G96/G97	Скорость в (м/мин)/(об/мин)
Вспомогательные функции
M02	Конец программы
M03/M04	Вращение шпинделя по часовой стрелке/против ч.с.
M05	Останов шпинделя

 

Для сокращения объема программы использована возможность создания подпрограмм.