Тема: Разработка мехатронной системы поворотного стола КР1 -V в цеху механической обработки ООО «Дорисс-Урал»

Предприятие ООО «Дорисс-Урал» занимается добычей и производством доломитового щебня для строительства дорог и инженерных сооружений. Также завод имеет технологическую линию по выпуску электротехнической продукции такой как электродвигатели, электрогенераторы для самосвалов БелАЗ, нужд РЖД и гусеничной строительной техники.
В настоящее время цех механической обработки завода ООО «Дорисс-Урал» совершает зачистку и шлифовку заусенцев выпускаемых заготовок посредством ручного труда с использованием специализированного инструмента.
Для повышения производственной эффективности, снижения числа бракованных деталей, а также повышения точности обработки заготовок предлагается заменить ручную обработку на роботизированный комплекс поворотного стола по зачистке от острых кромок.
Качественная механическая обработка деталей оказывает большое влияние на производственную эффективность, конечный вид продукции, а также на экономическую выгоду предприятия. Использование позиционеров освобождает человека от тяжёлых физических манипуляций, приносящие вред здоровью работы, дает возможность прийти предприятию к комплексной автоматизации серийного производства. Введение позиционера в технологическую линию позволяет значительно сокращать число бракованной продукции и увеличивать производительность благодаря сокращению времени на обработку изделий.
Главная идея роботизированного комплекса заключается в использовании промышленного робота-манипулятора в совокупности с поворотным столом (позиционером) с дополнительной технологической оснасткой (к примеру, шлифмашинка с набором борфрез, зажимающий патрон), предназначающийся для того, чтобы выполнять несколько технологических операций по зачистке и шлифовке деталей.
Промышленный манипулятор является сложной мехатронной системой, большинство крупных производителей промышленной техники могут предложить готовые решения для поставленной задачи. Система позиционирования деталей занимает второе место по важности и сложности устройства мехатронной системы, поэтому поворотный стол выбран объектом для исследования.
Предметом для исследования в данной работе является разработка системы перемещения привода поворотного стола в цеху механической обработки.
Научная новизна исследования заключается в том, что в работе разработана система перемещения поворотного стола для определенной технологической задачи в цеху механической обработки.
Главная цель выпускной квалификационной работы - это расчёт и проверка работоспособности мехатронной системы поворотного стола для рассматриваемого технологического процесса, а также обоснование экономической выгодности интеграции роботизированного комплекса в цех.
Чтобы достигнуть поставленную цель важно найти решение следующих задач:
• Анализ технологического процесса цеха механической обработки;
• Выбор основного силового оборудования для привода поворотного стола;
• Разработка системы автоматического управления системой;
• Моделирование системы автоматического регулирования технологических координат позиционера;
• Расчёт технико-экономических показателей.
Выполнение поставленных задач будет осуществляться в среде нескольких программных обеспечений: пакет Microsoft-Office, система компьютерной алгебры Mathcad, программа компьютерного моделирования Math Works - MATLAB.
Также в работе приводится краткая характеристика предприятия и цеха механической обработки. По мере решения задач было выполнено: выбор системы привода, подбор электродвигателя и проверочные расчёты с целью установления его применимости для требуемых технологических задач, выбор частотного преобразователя и элементов защиты электропривода.
После выбора и проверок оборудования была разработана система автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП), представляющая собой связь основного оборудования через программируемый логический контроллер (ПЛК). Он же берёт на себя решение прямых и обратных задач кинематики, задавать движение оборудования в соответствии с технологическим заданием. Производится подбор контроллера и датчиков технологических координат.
Затем ведётся разработка функциональной и структурной схем управления приводом позиционера. Основной трудностью моделирования системы автоматического регулирования положения являются высокие требования к точности позиционирования, для снижения показателей бракованной продукции . Решением этой задачи является использование подчиненного регулирования координат привода.
Далее приведены технико-экономические обоснования выгодности
проектируемого мероприятия. Представлены расчёт сметы капитальных вложений, фонд оплаты труда, амортизационные отчисления до и после введения нового оборудования, экономия в год и срок окупаемости проекта. Экономическая выгода заключается в снижении количества брака при производстве заготовок, что отразится на их себестоимости и в увеличении производительности обработки изделий. Последнее даёт возможность выпускать больше готовых изделий и получать большее количество прибыли.

Купить

В результате выполнения выпускной квалификационной работы был произведён анализ процесса обработки изделий в цеху механической обработки предприятия ООО «Дорисс-Урал». В данное время обработка осуществляется при помощи человеческого труда посредством специального ручного инструмента. Предприятие стремится прийти к автоматизации своего производства и, как следствие, значительно повысить производительность технологической линии механической обработки деталей. Для достижения этих целей и задач, было подобрано необходимое техническое оснащение, а именно роботизированный комплекс: промышленный манипулятор с шестью осями вращения, позиционер и дополнительное технологическое оборудование. В качестве предмета для исследования в данной работе был выбран поворотный стол и разработка его мехатронной системы перемещения. Поставлены цели и задачи работы.
На основании характеристик механизма и с учётом особенностей технологического процесса, были сформулированы требования к приводу и к системе автоматического управления. Далее произведён выбор системы привода и предварительный выбор электродвигателя. Проведён расчёт статического момента, построение его нагрузочной диаграммы и тахораммы механизма, выбран двигатель, который прошёл проверки по нагреву и по нагрузочной способности. Для этого двигателя был подобран частотный преобразователь и необходимые элементы защиты (автоматический выключатель, сетевой фильтр и тормозной резистор). Построена принципиальная электрическая схема привода.
Определена архитектура системы автоматического управления технологическим процессом, представлено её описание и примерная схема управления в условном изображении. РТК управляется контроллером робота - KRC4. Поворотный стол подключается к нему как дополнительная, седьмая ось. Контроллер будет выполнять полное управление всеми устройствами РТК, осуществлять сбор и хранение информации по перемещениям робота, позиционера и остального оборудования, и при необходимости осуществлять связь с внешней периферией, отправлять и получать данные.
Сформирована функциональная и структурная схемы САР привода поворотного стола. САР представляет собой подчиненное регулирование координат: оптимизированный контур момента, контур скорости и контур регулирования положения. Важным моментом было выполнение требований по точному позиционированию при повороте изделия. В среде разработки Matlab построена математическая модель системы и получены данные изменения технологических координат.
По полученным результатам были сделаны выводы о соблюдении всех требований, что говорит о правильности расчёта системы автоматизированного управления.
В ходе выпускной квалификационной работы была рассчитана экономическая эффективность интеграции роботизированного комплекса в технологическую линию для механической обработки изделий. Капитальные затраты на установку оборудования составили 310551 рублей. Данная сумма включает стоимость основного и вспомогательного оборудования, расходы на транспортировку оборудования, его установку и непредвиденные расходы.
Прирост прибыли за счёт увеличения производительности составил
118652 рублей в год.
Срок окупаемости оборудования в ходе расчёта составил 2,62 года. Полученный срок 2.62 года в несколько раз меньше полезного срока использования роботизированного комплекса (15 лет), поэтому интеграция РТК в данных условиях можно считать экономически выгодным мероприятием.
Таким образом, поставленные выше цели и задачи выпускной квалификационный работы выполнены.

Купить