Помощь студентам в учебе
Робототехнический комплекс на базе обрабатывающего центра модели DMC 635 V
|
ВВЕДШИЕ 7
1. СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ПЕРЕДОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ
1.1 Фрезерные станки с ЧПУ (числовым программным 10
управлением) отечественного и зарубежного производства
1.2 Общие сведения о промышленных роботах. Анализ моделей отечественных и зарубежных роботов и выбор необходимого варианта 14
2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Основные требования к конструктивному исполнению РТК 21
2.2 Разработка компоновки робототехнического комплекса 21
2.3 Общее устройство робота Gelios-20 23
2.4 Выбор устройства транспортировки деталей 25
2.5 Конструкция автоматизированного станочного приспособления 29
2.4.1 Описание конструкции приспособления и его работы 29
2.4.2 Расчет усилия зажима приспособления 31
2.6 Разработка функциональной схемы РТК 37
2.7 Разработка схемы пневмоавтоматики РТК 38
2.8 Порядок работы автоматизированной системы 39
3. ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РТК
ЗЛ Технические требования к системе управления 40
3.2 Выбор системы управления 40
3.3 Выбор программируемого контролера 41
3.4 Выбор исполнительных органов по роду тока, мощности, типу
исполнения 44
3.5 Выбор и расчет элементов развязки 48
3.6 Работа схемы электрической принципиальной 53
3.7 Описание компоновки и работы РТК. Циклограмма 53
последовательности работы комплекса
3.8 Технические расчеты. Расчет и выбор элементов
принципиальной схемы комплекса 58
3.8.1 Расчет и выбор предохранителей 58
3.8.2 Расчет и выбор теплового реле 58
4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1 Эффективность автоматизированного комплекса 60
4.2 Определение экономической эффективности внедрения
автоматизированного комплекса 60
4.3 Расчет вспомогательных показателей 61
4.4 Расчет суммы капитальных вложений по сравниваемым
вариантам 63
4.5 Расчет отдельных статей себестоимости 64
4.6 Обоснование экономической эффективности внедрения
автоматизированного комплекса 66
5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОС ТИ
5.1 Обеспечение безопасности условий труда на 68
автоматизированном участке
5.2 Расчет защитного заземления 79
5.3 Мероприятия по уменьшению последствий землетрясений 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 87
Приложения должны быть в работе, но в настоящий момент отсутствуют
1. СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ПЕРЕДОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ
1.1 Фрезерные станки с ЧПУ (числовым программным 10
управлением) отечественного и зарубежного производства
1.2 Общие сведения о промышленных роботах. Анализ моделей отечественных и зарубежных роботов и выбор необходимого варианта 14
2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Основные требования к конструктивному исполнению РТК 21
2.2 Разработка компоновки робототехнического комплекса 21
2.3 Общее устройство робота Gelios-20 23
2.4 Выбор устройства транспортировки деталей 25
2.5 Конструкция автоматизированного станочного приспособления 29
2.4.1 Описание конструкции приспособления и его работы 29
2.4.2 Расчет усилия зажима приспособления 31
2.6 Разработка функциональной схемы РТК 37
2.7 Разработка схемы пневмоавтоматики РТК 38
2.8 Порядок работы автоматизированной системы 39
3. ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РТК
ЗЛ Технические требования к системе управления 40
3.2 Выбор системы управления 40
3.3 Выбор программируемого контролера 41
3.4 Выбор исполнительных органов по роду тока, мощности, типу
исполнения 44
3.5 Выбор и расчет элементов развязки 48
3.6 Работа схемы электрической принципиальной 53
3.7 Описание компоновки и работы РТК. Циклограмма 53
последовательности работы комплекса
3.8 Технические расчеты. Расчет и выбор элементов
принципиальной схемы комплекса 58
3.8.1 Расчет и выбор предохранителей 58
3.8.2 Расчет и выбор теплового реле 58
4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1 Эффективность автоматизированного комплекса 60
4.2 Определение экономической эффективности внедрения
автоматизированного комплекса 60
4.3 Расчет вспомогательных показателей 61
4.4 Расчет суммы капитальных вложений по сравниваемым
вариантам 63
4.5 Расчет отдельных статей себестоимости 64
4.6 Обоснование экономической эффективности внедрения
автоматизированного комплекса 66
5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОС ТИ
5.1 Обеспечение безопасности условий труда на 68
автоматизированном участке
5.2 Расчет защитного заземления 79
5.3 Мероприятия по уменьшению последствий землетрясений 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 87
Приложения должны быть в работе, но в настоящий момент отсутствуют
Важнейшими условиями роста производительности труда и увеличения выпуска промышленной продукции является развитие комплексной или частичной автоматизации, внедрение новейшего высокопроизводительного оборудования и передовой технологии.
Осуществление этих задач в металлообрабатывающей промышленности связанно в первую очередь с повышением производительности основного технологического оборудования - металлорежущих станков.
Работа над созданием и совершенствованием средств автоматизации должна развиваться в направлении создания средств автоматизации действующего в настоящее время оборудования с целью повышения его эффективности; создание новых автоматизированных технологических комплексов, где увязаны вопросы повышения производительности, надежности, точности выполнения работ, а также уровня автоматизации операций с необходимой и экономически оправданной гибкостью для быстрой переналадки с целью адаптации к изменяющимся производственным условиям.
Для обеспечения повышения производительности труда в машиностроении большое значение имеет более полное использование действующего парка станков, в первую очередь за счет его автоматизации путем внедрения промышленных роботов.
Подавляющая часть работ в области модернизации оборудования проводилась только в направлении повышения быстроходности и мощности. Вопросами автоматизации рабочего цикла станков уделялось мало внимания. В результате производительность станков повысилась недостаточно, значительно возрос удельный вес затрат времени на выполнение вспомогательных и подготовительно - заключительных работ.
Наибольшую сложность представляет автоматизация в условиях серийного или мелкосерийного производства. Основная сложность состоит в том, что необходимо обеспечить максимальную долю машинного времени в общем цикле производства, без потери его гибкости с использованием уже имеющегося у предприятия оборудования. Дополнительная сложность заключается в том, что поставленные задачи приходится решать в условиях работающего производства, когда необходимо безболезненно осуществить переход к новому формату работы с минимальными простоями или вообще без них.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы определяется тем, что в условиях серийного, мелкосерийного производства провести автоматизацию обрабатывающего центра модели DMC 635 V, что приведет к уменьшению затрат времени на вспомогательные и холостые операции при сохранении или повышении точности обработки и облегчении трудоемкости работ оператора.
Основание для разработки. Проектирование данного робототехнического комплекса обусловлено постоянно возрастающими требованиями к эффективности производства и необходимостью снижения себестоимости продукции. Одним из основных путей повышения эффективности производства является улучшение качества продукции. В решении этой проблемы одним из основных направлений является исключение воздействия на технологический процесс человеческого фактора.
Целью разработки темы выпускной квалификационной работы является разработка робототехнического комплекса на базе обрабатывающего центра модели DMC 635 V для автоматизации технологических процессов механической обработки деталей.
Назначением робототехнического комплекса является автоматическая загрузка заготовок в рабочую зону технологического оборудования; автоматическое удаление готовой детали из рабочей зоны. Все операции должны осуществляться автоматически по заданному алгоритму работы робототехнического комплекса, с наименьшим процентом участия рабочей силы в операции.
Задачи, решаемые разработкой:
- автоматизация загрузки технологического оборудования;
- уменьшение численности основного и вспомогательного персонала;
- улучшение условий труда рабочих;
- повышение производительности комплекса;
- снижение травматизма рабочих (исключение физической нагрузки, безопасной загрузки габаритных заготовок);
- возможность использования комплекса в линии;
Разработка ведется на основе:
- требований на проектирование робототехнического комплекса,
разработанных предприятием;
- анализа материалов по робототехническим комплексам, имеющихся на предприятии (технических паспортов оборудования, существующих технологий производства);
- изучения работы по техническому обслуживанию и эксплуатации оборудования, установленного на предприятии.
В соответствии с поставленной целью исследования объектом исследования является роботизированный технологический комплекс на базе обрабатывающего центра модели DMC 635 V, установленного на участке.
Предметом исследования данной работы является разработка эффективного роботизированного технологического комплекса для фрезерования деталей в условиях серийного, мелкосерийного производства.
Разработка робототехнического комплекса позволит решить многие проблемы, возникающие в данный момент на производстве:
- изменит характер труда рабочих - замена монотонного, тяжелого физического труда более легким;
- позволит обслуживать одновременно несколько робототехнического комплекса одному оператору.
- использование современной системы управления позволит повысить степень надежности робототехнического комплекса и, следовательно, сократить время простоя оборудования;
- внедрение промышленного робота приведет к увеличению объемов выпуска продукции.
Результаты работы рекомендуется использовать на предприятии при проектировании поточной линии.
Таким образом, данная разработка целесообразна как с социальной, так и с производственной точки зрения.
Осуществление этих задач в металлообрабатывающей промышленности связанно в первую очередь с повышением производительности основного технологического оборудования - металлорежущих станков.
Работа над созданием и совершенствованием средств автоматизации должна развиваться в направлении создания средств автоматизации действующего в настоящее время оборудования с целью повышения его эффективности; создание новых автоматизированных технологических комплексов, где увязаны вопросы повышения производительности, надежности, точности выполнения работ, а также уровня автоматизации операций с необходимой и экономически оправданной гибкостью для быстрой переналадки с целью адаптации к изменяющимся производственным условиям.
Для обеспечения повышения производительности труда в машиностроении большое значение имеет более полное использование действующего парка станков, в первую очередь за счет его автоматизации путем внедрения промышленных роботов.
Подавляющая часть работ в области модернизации оборудования проводилась только в направлении повышения быстроходности и мощности. Вопросами автоматизации рабочего цикла станков уделялось мало внимания. В результате производительность станков повысилась недостаточно, значительно возрос удельный вес затрат времени на выполнение вспомогательных и подготовительно - заключительных работ.
Наибольшую сложность представляет автоматизация в условиях серийного или мелкосерийного производства. Основная сложность состоит в том, что необходимо обеспечить максимальную долю машинного времени в общем цикле производства, без потери его гибкости с использованием уже имеющегося у предприятия оборудования. Дополнительная сложность заключается в том, что поставленные задачи приходится решать в условиях работающего производства, когда необходимо безболезненно осуществить переход к новому формату работы с минимальными простоями или вообще без них.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы определяется тем, что в условиях серийного, мелкосерийного производства провести автоматизацию обрабатывающего центра модели DMC 635 V, что приведет к уменьшению затрат времени на вспомогательные и холостые операции при сохранении или повышении точности обработки и облегчении трудоемкости работ оператора.
Основание для разработки. Проектирование данного робототехнического комплекса обусловлено постоянно возрастающими требованиями к эффективности производства и необходимостью снижения себестоимости продукции. Одним из основных путей повышения эффективности производства является улучшение качества продукции. В решении этой проблемы одним из основных направлений является исключение воздействия на технологический процесс человеческого фактора.
Целью разработки темы выпускной квалификационной работы является разработка робототехнического комплекса на базе обрабатывающего центра модели DMC 635 V для автоматизации технологических процессов механической обработки деталей.
Назначением робототехнического комплекса является автоматическая загрузка заготовок в рабочую зону технологического оборудования; автоматическое удаление готовой детали из рабочей зоны. Все операции должны осуществляться автоматически по заданному алгоритму работы робототехнического комплекса, с наименьшим процентом участия рабочей силы в операции.
Задачи, решаемые разработкой:
- автоматизация загрузки технологического оборудования;
- уменьшение численности основного и вспомогательного персонала;
- улучшение условий труда рабочих;
- повышение производительности комплекса;
- снижение травматизма рабочих (исключение физической нагрузки, безопасной загрузки габаритных заготовок);
- возможность использования комплекса в линии;
Разработка ведется на основе:
- требований на проектирование робототехнического комплекса,
разработанных предприятием;
- анализа материалов по робототехническим комплексам, имеющихся на предприятии (технических паспортов оборудования, существующих технологий производства);
- изучения работы по техническому обслуживанию и эксплуатации оборудования, установленного на предприятии.
В соответствии с поставленной целью исследования объектом исследования является роботизированный технологический комплекс на базе обрабатывающего центра модели DMC 635 V, установленного на участке.
Предметом исследования данной работы является разработка эффективного роботизированного технологического комплекса для фрезерования деталей в условиях серийного, мелкосерийного производства.
Разработка робототехнического комплекса позволит решить многие проблемы, возникающие в данный момент на производстве:
- изменит характер труда рабочих - замена монотонного, тяжелого физического труда более легким;
- позволит обслуживать одновременно несколько робототехнического комплекса одному оператору.
- использование современной системы управления позволит повысить степень надежности робототехнического комплекса и, следовательно, сократить время простоя оборудования;
- внедрение промышленного робота приведет к увеличению объемов выпуска продукции.
Результаты работы рекомендуется использовать на предприятии при проектировании поточной линии.
Таким образом, данная разработка целесообразна как с социальной, так и с производственной точки зрения.
Главная идея роботизированного технологического комплекса заключается в том, что промышленный робот используется в сочетании с определенным технологическим оборудованием, таким как, металлорежущий станок, и предназначен для выполнения одной или нескольких конкретных технологических операций.
Станки должны встраиваться в РТК без каких-либо серьезных конструктивных изменений. Данным требованиям отвечают станки, имеющие полностью автоматизированный цикл работы, в том числе переключение скоростей и подач, а также устройства для автоматической смены инструмента.
Обрабатывающий центр DMC 635 V полностью соответствует заданным требованиям.
В результате выполненного сравнительного анализа конкретных моделей отечественных и зарубежных роботов для проектируемой РТК окончательно выбираем промышленный робот - манипулятор модели Gelios-20, предназначенный для автоматизации технологических процессов в условиях серийного и мелкосерийного производств, в частности для загрузки и разгрузки технологического оборудования. Решающим фактором выбора этого робота стало повышенное его быстродействие, качественно отличающих его от аналогичных моделей промышленных роботов.
Широкие технологические возможности, достойные технические характеристики и, что сегодня немаловажно, российское происхождение, гарантируют промышленному роботу-манипулятору Gelios-20 востребованность
Роботизированный технологический комплекс представляет собой производственную систему, состоящую из одной или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими промышленными роботами. В состав РТК входят также средства оснащения (устройства накопления, поштучной выдачи), контроля, управления и другие, обеспечивающие автоматическое функционирование в течение установленного периода времени.
Роботизированный технологический комплекс, используемый при выполнении работы, создан на базе вертикального обрабатывающего центра DMC 635 V и предназначен для автоматизированной обработки деталей в условиях мелкого и среднесерийного производства.
В состав данной компоновочной схемы РТК входят:
- вертикальный обрабатывающий центр DMC 635 V;
- промышленный робот-манипулятор антропоморфного типа Gelios-20;
- тактовый стол.
Для выполнения фрезерно-сверлильной операции на обрабатывающем центре DMC 635V спроектировано пневматическое приспособление.
Преимуществом данного пневматического приспособления является относительная простота конструкции, а также возможность соблюдения постоянства баз на большинстве операций технологического процесса.
Из анализа достоинств и недостатков технических средств управления дискретными технологическими процессами наиболее подходящим управляющим устройством является программируемый контроллер ОВЕН ПЛК110-220.30.К.
Для управления ходом технологического процесса на соответствующем оборудовании использованы датчики. Количество и тип датчиков определен исходя из выбора оборудования. Количество датчиков должно быть достаточным, но не избыточным. При увеличении количества датчиков увеличивается стоимость системы вследствие необходимости установки дополнительных средств сопряжения.
В качестве гальванической развязки применим оптическую связь. Оптическая связь защищает предыдущие информационные каскады от высокого напряжения
Для выявления структуры переходов цикла, последовательности включения в работу основного и вспомогательного оборудования РТК, длительности работы каждого из них и РТК в целом составлена циклограмма работы.
В организационно-экономической части проекта было дано технико-экономическое обоснование, рассчитан экономический эффект и другие экономические показатели проекта. Годовой экономический эффект от внедрения проектного варианта составил 90 242 руб, подтверждающий целесообразность использования данного метода для определения эффективности внедрения роботизированного технологического комплекса на производстве.
Анализ современной тенденции развития робототехники показал, что применение промышленных роботов и роботизированных технологических комплексов в промышленности значительно повышает производительность (труда за счет внедрения роботов), качество выпускаемой продукции (за счет абсолютной точности выполняемых операций), что способствует значительному снижению себестоимости и получению высокой прибыли
В разделе «Безопасность жизнедеятельности» разработаны мероприятия для обеспечения безопасных условий труда.
Таким образом, цель дипломного проекта достигнута, задачи - решены.
Автоматизация создает принципиальные возможности для улучшения условий производства и повышения производительности труда, роста качества продукции, сокращения потребности в рабочей силе и в систематическом повышении прибыли, что позволяет изменить тенденцию развития, сохранять освоенные рынки и завоевывать новые.
Станки должны встраиваться в РТК без каких-либо серьезных конструктивных изменений. Данным требованиям отвечают станки, имеющие полностью автоматизированный цикл работы, в том числе переключение скоростей и подач, а также устройства для автоматической смены инструмента.
Обрабатывающий центр DMC 635 V полностью соответствует заданным требованиям.
В результате выполненного сравнительного анализа конкретных моделей отечественных и зарубежных роботов для проектируемой РТК окончательно выбираем промышленный робот - манипулятор модели Gelios-20, предназначенный для автоматизации технологических процессов в условиях серийного и мелкосерийного производств, в частности для загрузки и разгрузки технологического оборудования. Решающим фактором выбора этого робота стало повышенное его быстродействие, качественно отличающих его от аналогичных моделей промышленных роботов.
Широкие технологические возможности, достойные технические характеристики и, что сегодня немаловажно, российское происхождение, гарантируют промышленному роботу-манипулятору Gelios-20 востребованность
Роботизированный технологический комплекс представляет собой производственную систему, состоящую из одной или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими промышленными роботами. В состав РТК входят также средства оснащения (устройства накопления, поштучной выдачи), контроля, управления и другие, обеспечивающие автоматическое функционирование в течение установленного периода времени.
Роботизированный технологический комплекс, используемый при выполнении работы, создан на базе вертикального обрабатывающего центра DMC 635 V и предназначен для автоматизированной обработки деталей в условиях мелкого и среднесерийного производства.
В состав данной компоновочной схемы РТК входят:
- вертикальный обрабатывающий центр DMC 635 V;
- промышленный робот-манипулятор антропоморфного типа Gelios-20;
- тактовый стол.
Для выполнения фрезерно-сверлильной операции на обрабатывающем центре DMC 635V спроектировано пневматическое приспособление.
Преимуществом данного пневматического приспособления является относительная простота конструкции, а также возможность соблюдения постоянства баз на большинстве операций технологического процесса.
Из анализа достоинств и недостатков технических средств управления дискретными технологическими процессами наиболее подходящим управляющим устройством является программируемый контроллер ОВЕН ПЛК110-220.30.К.
Для управления ходом технологического процесса на соответствующем оборудовании использованы датчики. Количество и тип датчиков определен исходя из выбора оборудования. Количество датчиков должно быть достаточным, но не избыточным. При увеличении количества датчиков увеличивается стоимость системы вследствие необходимости установки дополнительных средств сопряжения.
В качестве гальванической развязки применим оптическую связь. Оптическая связь защищает предыдущие информационные каскады от высокого напряжения
Для выявления структуры переходов цикла, последовательности включения в работу основного и вспомогательного оборудования РТК, длительности работы каждого из них и РТК в целом составлена циклограмма работы.
В организационно-экономической части проекта было дано технико-экономическое обоснование, рассчитан экономический эффект и другие экономические показатели проекта. Годовой экономический эффект от внедрения проектного варианта составил 90 242 руб, подтверждающий целесообразность использования данного метода для определения эффективности внедрения роботизированного технологического комплекса на производстве.
Анализ современной тенденции развития робототехники показал, что применение промышленных роботов и роботизированных технологических комплексов в промышленности значительно повышает производительность (труда за счет внедрения роботов), качество выпускаемой продукции (за счет абсолютной точности выполняемых операций), что способствует значительному снижению себестоимости и получению высокой прибыли
В разделе «Безопасность жизнедеятельности» разработаны мероприятия для обеспечения безопасных условий труда.
Таким образом, цель дипломного проекта достигнута, задачи - решены.
Автоматизация создает принципиальные возможности для улучшения условий производства и повышения производительности труда, роста качества продукции, сокращения потребности в рабочей силе и в систематическом повышении прибыли, что позволяет изменить тенденцию развития, сохранять освоенные рынки и завоевывать новые.