Помощь студентам в учебе
Модернизация сборочного процесса промышленных тракторов класса 10-15 с разработкой роботизированной поворотной консоли
|
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РОБОТАХ 8
1.1 История робототехники 8
1.2 Назначение роботов 11
1.3 Манипулятор 13
1.4 Классификация роботов 15
1.5 Системы связи робота с человеком-оператором 17
1.6 Принципы управления промышленным роботом 18
1.7 Области применения промышленных роботов 19
1.8 Совершенствование технологического процесса изготовления рамы
промышленного трактора 21
1.9 Основные производители промышленных роботов 22
1.9.1 Обзор рынка промышленных роботов 22
2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОБОРУДОВАНИЯ 24
2.1 Обзор робота KUKA KR 150 R3700 ultra K-F-HP (KR QUANTEC
ultra) 24
2.1.1 Паспортные данные робота 24
2.1.2 Область применения робота 25
2.2 Анализ аналогичных роботов разных производителей 26
2.2.1 Робот IRB6620LX производства компании ABB 26
2.2.2 Паспортные данные робота IRB6660 26
2.2.3 Рабочая область робота IRB6660 26
2.2.4 Область применения робота RB6660 26
2.3 Шарнирный робот FANUC серии R-1000 27
2.3.1 Паспортные данные робота FANUC серии R-1000 27
2.3.2 Рабочая область робота FANUC серии R-1000 27
2.3.3 Область применения робота FANUC серии R-1000 28
2.4 Kawasaki ZH1000U 28
2.4.1 Паспортные данные 28
2.4.2 Рабочая область робота Kawasaki ZH1000U 28
2.4.3 Область применения робота Kawasaki ZH1000U 29
2.5 Конкурентные преимущества робота KUKA 29
2.6 Подбор робота 29
2.7 Поворотная консоль для робота 29
2.7.1 Назначение 29
2.7.2 Технические требования 29
2.7.3 Назначение роботизированной консоли 30
2.7.4 Предполагаемые составные части консоли 30
2.7.5 Привод поворотной консоли 33
2.7.6 Технические характеристики консоли 34
2.8 Проектирование поворотной консоли 35
2.8.1 Сравнительный анализ сталей 36
3 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПОВОРОТНОЙ КОНСОЛИ 40
3.1 Г еометрический расчет зубчатого зацепления поворотного
устройства 40
3.1.1 Исходные данные 40
3.2 Прочностной расчет 43
3.2.1 Исходные данные 43
3.3 Проверка устойчивости конструкции 45
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС 47
4.1 Служебное назначение детали 47
4.2 Анализ технологичности детали 48
4.2.1 Анализ конструкции детали 48
4.2.2 Анализ детали по размерам 48
4.2.3 Анализ материала детали 48
4.2.4 Анализ детали по точности и шероховатости 49
4.2.5 Качественная оценка технологичности конструкции 49
4.3 Анализ методов получения заготовок 50
4.3.1 Получение заготовок прокатом 50
4.3.2 Заготовки, получаемые обработкой давлением 51
4.4 Технологический процесс обработки детали 52
4.5 Контроль готовой продукции 57
4.6 Возможный брак при изготовлении детали 57
4.6.1 Брак при обтачивании цилиндрических поверхностей 57
4.6.2 Брак при зубообработке 58
4.6.3 Брак при шлифовании 58
4.6.4 Брак при протяжке шпоночного паза 59
4.7 Режимы резания 60
4.7.1 Точение 60
4.7.2 Зубофрезерование 63
4.7.3 Протягивание шпоночного паза 66
4.7.4 Шлифование посадочного отверстия 68
5 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 71
5.1 Организационный раздел 71
5.1.1 Определение продолжительности выполнения работ 72
5.1.2 Построение графика Ганта 73
5.2 Экономический раздел дипломного проектирования 75
5.2.1 Смета затрат на выполнение ВКР 75
5.2.2 Оценка коммерческой состоятельности выпускной
квалификационной работы 78
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ 85
6.1 Опасные и вредные производственные факторы (ОВПФ) 85
6.2 Нормирование ОВПФ 86
6.2.1 Микроклимат производственных помещений 87
6.2.2 Требования к ПЭВМ 89
6.2.3 Вентиляция производственных помещений 90
6.2.4 Производственное освещение 91
6.2.5 Уровень шума в производственных помещениях 93
6.2.6 Требования пожарной безопасности 95
6.2.7 Огнетушители переносные ГОСТ Р 51057-2001 96
6.3 Заземление и защитные меры электробезопасности 98
6.3.1 Меры защиты от прямого прикосновения 99
6.3.2 Меры защиты от прямого и косвенного прикосновения 99
6.3.3 Меры защиты от косвенного прикосновения 100
6.3.4 ТИ-054-2002 Типовая инструкция по охране труда для слесаря
ремонтника 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 107
ПРИЛОЖЕНИЕ А. СПЕЦИФИКАЦИИ
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РОБОТАХ 8
1.1 История робототехники 8
1.2 Назначение роботов 11
1.3 Манипулятор 13
1.4 Классификация роботов 15
1.5 Системы связи робота с человеком-оператором 17
1.6 Принципы управления промышленным роботом 18
1.7 Области применения промышленных роботов 19
1.8 Совершенствование технологического процесса изготовления рамы
промышленного трактора 21
1.9 Основные производители промышленных роботов 22
1.9.1 Обзор рынка промышленных роботов 22
2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОБОРУДОВАНИЯ 24
2.1 Обзор робота KUKA KR 150 R3700 ultra K-F-HP (KR QUANTEC
ultra) 24
2.1.1 Паспортные данные робота 24
2.1.2 Область применения робота 25
2.2 Анализ аналогичных роботов разных производителей 26
2.2.1 Робот IRB6620LX производства компании ABB 26
2.2.2 Паспортные данные робота IRB6660 26
2.2.3 Рабочая область робота IRB6660 26
2.2.4 Область применения робота RB6660 26
2.3 Шарнирный робот FANUC серии R-1000 27
2.3.1 Паспортные данные робота FANUC серии R-1000 27
2.3.2 Рабочая область робота FANUC серии R-1000 27
2.3.3 Область применения робота FANUC серии R-1000 28
2.4 Kawasaki ZH1000U 28
2.4.1 Паспортные данные 28
2.4.2 Рабочая область робота Kawasaki ZH1000U 28
2.4.3 Область применения робота Kawasaki ZH1000U 29
2.5 Конкурентные преимущества робота KUKA 29
2.6 Подбор робота 29
2.7 Поворотная консоль для робота 29
2.7.1 Назначение 29
2.7.2 Технические требования 29
2.7.3 Назначение роботизированной консоли 30
2.7.4 Предполагаемые составные части консоли 30
2.7.5 Привод поворотной консоли 33
2.7.6 Технические характеристики консоли 34
2.8 Проектирование поворотной консоли 35
2.8.1 Сравнительный анализ сталей 36
3 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПОВОРОТНОЙ КОНСОЛИ 40
3.1 Г еометрический расчет зубчатого зацепления поворотного
устройства 40
3.1.1 Исходные данные 40
3.2 Прочностной расчет 43
3.2.1 Исходные данные 43
3.3 Проверка устойчивости конструкции 45
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС 47
4.1 Служебное назначение детали 47
4.2 Анализ технологичности детали 48
4.2.1 Анализ конструкции детали 48
4.2.2 Анализ детали по размерам 48
4.2.3 Анализ материала детали 48
4.2.4 Анализ детали по точности и шероховатости 49
4.2.5 Качественная оценка технологичности конструкции 49
4.3 Анализ методов получения заготовок 50
4.3.1 Получение заготовок прокатом 50
4.3.2 Заготовки, получаемые обработкой давлением 51
4.4 Технологический процесс обработки детали 52
4.5 Контроль готовой продукции 57
4.6 Возможный брак при изготовлении детали 57
4.6.1 Брак при обтачивании цилиндрических поверхностей 57
4.6.2 Брак при зубообработке 58
4.6.3 Брак при шлифовании 58
4.6.4 Брак при протяжке шпоночного паза 59
4.7 Режимы резания 60
4.7.1 Точение 60
4.7.2 Зубофрезерование 63
4.7.3 Протягивание шпоночного паза 66
4.7.4 Шлифование посадочного отверстия 68
5 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 71
5.1 Организационный раздел 71
5.1.1 Определение продолжительности выполнения работ 72
5.1.2 Построение графика Ганта 73
5.2 Экономический раздел дипломного проектирования 75
5.2.1 Смета затрат на выполнение ВКР 75
5.2.2 Оценка коммерческой состоятельности выпускной
квалификационной работы 78
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ 85
6.1 Опасные и вредные производственные факторы (ОВПФ) 85
6.2 Нормирование ОВПФ 86
6.2.1 Микроклимат производственных помещений 87
6.2.2 Требования к ПЭВМ 89
6.2.3 Вентиляция производственных помещений 90
6.2.4 Производственное освещение 91
6.2.5 Уровень шума в производственных помещениях 93
6.2.6 Требования пожарной безопасности 95
6.2.7 Огнетушители переносные ГОСТ Р 51057-2001 96
6.3 Заземление и защитные меры электробезопасности 98
6.3.1 Меры защиты от прямого прикосновения 99
6.3.2 Меры защиты от прямого и косвенного прикосновения 99
6.3.3 Меры защиты от косвенного прикосновения 100
6.3.4 ТИ-054-2002 Типовая инструкция по охране труда для слесаря
ремонтника 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 107
ПРИЛОЖЕНИЕ А. СПЕЦИФИКАЦИИ
Актуальность данной темы обусловлена тем, что с развитием научнотехнического процесса, внедрением новых технологий в различные области экономики и промышленности, в том числе и в машиностроение, возникает необходимость в универсальных устройствах, которые могли бы заменить труд человека, тем самым повысить эффективность производства за счет сокращения времени на выполнение той или иной технологической операции, а также повысить качество изготовления и сборки.
Промышленные роботы предназначены для замены человека при выполнении основных и вспомогательных технологических операций в процессе промышленного производства. При этом решается важная социальная задача освобождения человека от работ, связанных с опасностью для здоровья или с тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих высокой квалификации. Промышленные роботы являются важными составными частями современного промышленного производства.
Промышленный робот - автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.
Но одной из главных проблем в области роботизации производства, на сегодняшний день, является то, что практически любое промышленное предприятие лишено возможности приобрести готовое решение для своего технологического цикла. Как бы не стремились производители, но на сегодняшний день они не могут обеспечить каждое предприятие роботом, который бы отвечал предъявляемым к нему требованиям в полной мере. Так или иначе приходится адаптировать покупное устройство под свою производственную линию. В этом помогают различные дополнительные конструкции, позволяющие корректно и в полном объеме использовать приобретенного робота, например: поворотная консоль. Это устройство способно расширить рабочую область робота, тем самым позволив ему выполнять более широкий спектр производственных задач.
В выпускной квалификационной работе рассматривается разработка поворотной консоли для многофункционального робота, которая предназначена для модернизации сборочного процесса промышленных тракторов класса 10-15.
Промышленные роботы предназначены для замены человека при выполнении основных и вспомогательных технологических операций в процессе промышленного производства. При этом решается важная социальная задача освобождения человека от работ, связанных с опасностью для здоровья или с тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих высокой квалификации. Промышленные роботы являются важными составными частями современного промышленного производства.
Промышленный робот - автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.
Но одной из главных проблем в области роботизации производства, на сегодняшний день, является то, что практически любое промышленное предприятие лишено возможности приобрести готовое решение для своего технологического цикла. Как бы не стремились производители, но на сегодняшний день они не могут обеспечить каждое предприятие роботом, который бы отвечал предъявляемым к нему требованиям в полной мере. Так или иначе приходится адаптировать покупное устройство под свою производственную линию. В этом помогают различные дополнительные конструкции, позволяющие корректно и в полном объеме использовать приобретенного робота, например: поворотная консоль. Это устройство способно расширить рабочую область робота, тем самым позволив ему выполнять более широкий спектр производственных задач.
В выпускной квалификационной работе рассматривается разработка поворотной консоли для многофункционального робота, которая предназначена для модернизации сборочного процесса промышленных тракторов класса 10-15.
В выпускной квалификационной работе было проведено исследование на тему модернизации сборочного процесса промышленных тракторов класса 10-15 с разработкой роботизированной поворотной консоли. В ходе исследования ознакомились с технической и материальной базой предприятия «ДСТ-Урал».
В ходе конструкторского анализа, были произведены геометрический и прочностной расчет приводной шестерни поворотного механизма роботизированной консоли, которые подтвердили работоспособность данной конструкции. А именно, произведен расчет на контактную прочность, который показал, что коэффициент запаса по контактным напряжениям для ведущей и ведомой шестерни равен 5,66 и 5,7 соответственно. Также расчет на прочность при изгибе показал, что коэффициент запаса по напряжениям для ведущей и ведомой шестерни равен 8,009 и 11,37 соответственно. Что говорит о значительном запасе прочности, а следовательно долговечности приводного механизма консоли. Произведена проверка устойчивости всей конструкции к механической деформации. В результате автоматизированного расчета, подтвердилась позиционная устойчивость конструкции, заложенная на стадии проектирования.
В качестве представления производственного процесса и взаимодействия конструкторского и технологического отдела предприятия «ДСТ-Урал», был представлен технологический процесс изготовления детали «Шестерня», в ходе которого был произведен анализ материалов, применяемых при изготовлении механически нагруженных деталей, изучены методы получения заготовок, составлен маршрут обработки детали «Шестерня», а также изучена система контроля брака при производстве на предприятии.
Проведен расчет затрат на выполнение выпускной квалификационной работы. Полная себестоимость одного устройства составила 535000 рублей. Посчитана годовая программа реализации 100 штук устройств и точка безубыточности, когда доходы начинают превышать затраты, которая равна 40 шт./год, получен срок окупаемости инвестиций в 1,7 года и для наглядного получения экономического эффекта построены графики денежных потоков и безубыточности производства. В разделе безопасность жизнедеятельности на производстве приведены нормативные таблицы и стандарты, необходимые для обеспечения достойных условий труда у персонала завода. Приведена инструкция по безопасности слесарю - ремонтнику при обслуживании и сборке тракторной техники, которая, при условии ее соблюдения, позволит снизить риск получения травмы на рабочем месте до минимума.
Помимо этого есть ряд положительных моментов, которых удалось достичь благодаря внедрению роботизированной консоли в технологический процесс изготовления рам промышленного трактора класса 10-15:
1) удалось снизить время, затраченное на выпуск одной единицы техники;
2) роботизированная консоль позволила разгрузить людей от тяжелого физического труда;
3) удалось повысить безопасность производства, так как люди теперь практически не участвуют в данной технологической операции;
4) рама, после автоматизированной обработки имеет более эстетичный внешний вид;
5) удалось повысить качество выпускаемых изделий.
Таким образом, исходя из всего вышеперечисленного можно сказать, что все задачи, поставленные перед выполнением выпускной квалификационной работы решены. Цель выпускной квалификационной работы достигнута - сборочный процесс промышленного трактора класса 10-15 модернизирован, путем роботизации процесса фрезерования рамы.
В ходе конструкторского анализа, были произведены геометрический и прочностной расчет приводной шестерни поворотного механизма роботизированной консоли, которые подтвердили работоспособность данной конструкции. А именно, произведен расчет на контактную прочность, который показал, что коэффициент запаса по контактным напряжениям для ведущей и ведомой шестерни равен 5,66 и 5,7 соответственно. Также расчет на прочность при изгибе показал, что коэффициент запаса по напряжениям для ведущей и ведомой шестерни равен 8,009 и 11,37 соответственно. Что говорит о значительном запасе прочности, а следовательно долговечности приводного механизма консоли. Произведена проверка устойчивости всей конструкции к механической деформации. В результате автоматизированного расчета, подтвердилась позиционная устойчивость конструкции, заложенная на стадии проектирования.
В качестве представления производственного процесса и взаимодействия конструкторского и технологического отдела предприятия «ДСТ-Урал», был представлен технологический процесс изготовления детали «Шестерня», в ходе которого был произведен анализ материалов, применяемых при изготовлении механически нагруженных деталей, изучены методы получения заготовок, составлен маршрут обработки детали «Шестерня», а также изучена система контроля брака при производстве на предприятии.
Проведен расчет затрат на выполнение выпускной квалификационной работы. Полная себестоимость одного устройства составила 535000 рублей. Посчитана годовая программа реализации 100 штук устройств и точка безубыточности, когда доходы начинают превышать затраты, которая равна 40 шт./год, получен срок окупаемости инвестиций в 1,7 года и для наглядного получения экономического эффекта построены графики денежных потоков и безубыточности производства. В разделе безопасность жизнедеятельности на производстве приведены нормативные таблицы и стандарты, необходимые для обеспечения достойных условий труда у персонала завода. Приведена инструкция по безопасности слесарю - ремонтнику при обслуживании и сборке тракторной техники, которая, при условии ее соблюдения, позволит снизить риск получения травмы на рабочем месте до минимума.
Помимо этого есть ряд положительных моментов, которых удалось достичь благодаря внедрению роботизированной консоли в технологический процесс изготовления рам промышленного трактора класса 10-15:
1) удалось снизить время, затраченное на выпуск одной единицы техники;
2) роботизированная консоль позволила разгрузить людей от тяжелого физического труда;
3) удалось повысить безопасность производства, так как люди теперь практически не участвуют в данной технологической операции;
4) рама, после автоматизированной обработки имеет более эстетичный внешний вид;
5) удалось повысить качество выпускаемых изделий.
Таким образом, исходя из всего вышеперечисленного можно сказать, что все задачи, поставленные перед выполнением выпускной квалификационной работы решены. Цель выпускной квалификационной работы достигнута - сборочный процесс промышленного трактора класса 10-15 модернизирован, путем роботизации процесса фрезерования рамы.
