Разработка роботизированной системы замены биты фрезерного станка Heckert
CWK 1250 участка производства деталей компрессорных установок
предприятия ООО «ЧКЗ»
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОПИСАНИЕ
ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 7
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса работы
механизма 7
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма 10
1.3 Требования к приводам 15
1.4 Выбор системы привода 16
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 18
1.6 Выбор основного силового оборудования 22
1.7 Защита привода, расчет уставок защитных устройств 24
2 РАЗРАБОТКА САУ 32
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации 32
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 35
2.3 Выбор и разработка функциональной системы САР привода
проектируемого агрегата 38
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат 41
2.5 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых режимов
работы привода 43
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 55
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции 55
3.2 Расчёт производственной программы цеха 55
3.3 Расчет сметы капитальных затрат 58
3.4 Расчет РСЭО до внедрения проектируемых мероприятий 60
3.5 Расходы на обслуживание 61
3.6 Расчет прибыли и показателей рентабельности итоговых показателей .... 64
3.7 Расчет срока окупаемости проекта 65
3.8 Сводная таблица технико-экономических показателей 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 70
Применение промышленных роботов позволяет эффективнее выполнять работу и повысить быстродействие производственной линии. В настоящее время уже существуют полностью автоматизированные линии, где роботы выполняют абсолютно все технологические операции. Также осталось производство, где абсолютно все процессы производит человек. Чтобы увеличить качество и количество выпускаемой продукции можно внедрять роботизированные комплексы. Например, повысить эффективность фрезерного станка, установив робота манипулятора, который будет помещать заготовки деталей в станок и забирать уже обработанные детали. Таким образом уменьшится время на перемещение заготовки, тем самым повышая количество произведенных деталей.
Почти всё массовое производство автомобилей построено на полной или частичной роботизации. Там роботы взаимодействуют со станками по производству деталей, конвейерами, обрабатывающими центрами. Также они выполняют сварку и частичную сборку готовой продукции. Такие промышленные линии способны работать круглосуточно, производя большой объем продукции. Этот пример показывает эффективность использования роботов в производстве.
Промышленные роботы выполняют различные технологичные операции, включающие в себя сварочные работы, ковка, сверление, покраска и др. Также они находят применение в выполнении различных вспомогательных технологичных операций, как например, выгрузка или загрузка оборудования и сопутствующих элементов. Для повышения эффективности производства промышленные роботы интегрируются в общую технологическую линию предприятия в совокупности с другими автоматизированными устройствами.
Основным недостатком фрезерного обрабатывающего центра Heckert CWK 1250 является необходимость замены быты массой 40 кг. На выполнение данной операции требуется большой количество времени и привлечения двух работников цеха. Данное несовершенство было решено исправить.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка роботизированной системы для замены биты. Для успешного выполнения работы поставлены следующие задачи:
1. Провести анализ технологического процесса фрезерного
обрабатывающего центра Heckert CWK 1250;
2. Выбрать основных элементов и разработать архитектуру системы автоматизации;
3. Разработать САУ и смоделировать технологический процесс;
4. Произвести технико-экономический расчет и подтвердить экономическую целесообразность реконструкции.
Данное усовершенствование поможет увеличить количество обрабатываемых деталей за смену, что повысит количество выпускаемой продукции.
Произведя анализ технологического процесса, было установлено, что участок производства деталей компрессорных установок можно улучшить путем автоматизации замены биты фрезерного обрабатывающего центра Heckert CWK 1250.
Исходя из особенностей данного технологического процесса были выдвинуты требования к системе привода и автоматизации. Произведя расчеты, был выбран двигатель Simotics 1FK7101 мощностью 1,5 кВт, который прошел проверки по нагреву и перегрузочной способности. Для его управления был выбран частотный преобразователь SINAMICS G120.
Построена архитектура системы автоматизации на основе программного обеспечения KUKA.CNC Sinumerik, которое объединяет систему управления фрезерного обрабатывающего центра (Siemens SINUMERIK 840D sl) и систему управления Kuka KR C4, соединенных между собой по интерфейсу Profinet. Для точного позиционирования робота и его захвата относительно заменяемой биты используется KUKA _3D Perception. Для точного позиционирования консоли для перемещения робота KL 4000 используется датчик абсолютных значений Siemens 6FX2001-5FN13. Эта система обеспечивает реализацию обратной связи по положению и точное позиционирование робота с заданным диапазоном погрешности.
Разработаны функциональные и структурные схемы САР двигателя консоли для перемещения робота. В среде Matlab построена математическая модель системы перемещения консоли. В результате моделирования получен необходимый технологический процесс, удовлетворяющий заданным требованиям.
Произведя технико-экономический расчет, были определены капитальные затраты на реализацию данной системы. При ее установке увеличивается производство выпускаемой продукции на 10%, что позволяет увеличить прибыль от сбыта продукции 10% соответственно. Срок окупаемости данной системы 68
составляет 3 года. Данные расчеты показывают экономическую эффективность внедрения данной мехатронной системы.
Таким образом, все задачи, поставленные в начале работы выполнены, а цели достигнуты.
