- •ОРГАНИЗАЦИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •ГЛОССАРИЙ
- •1 Общие сведения об РТК и промышленных роботах
- •1.1 Роль роботов и РТК в листовой штамповке
- •1.2 Эволюционная классификация промышленных роботов
- •1.3 Структура и функции промышленных роботов
- •1.4 Этапы проектирования РТК
- •2 Номенклатура деталей
- •2.1 Детали для вытяжки
- •2.2 Детали для гибки
- •3 Расчет формы, размеров и веса исходных заготовок деталей
- •4 Расчет усилия штамповки и хода ползуна пресса
- •5 Анализ выбора типовой схемы РТК
- •5.1 Структура, состав и компоновка РТК
- •5.2 Метод выбора оптимальной компоновки РТК, типовые схемы
- •5.3 Типовые компоновки РТК
- •5.4 Расчет производительности РТК
- •5.5 Пример выбора оптимальной компоновки РТК
- •6 Выбор пресса, схемы штампа
- •6.1 Требования к прессам и штампам
- •6.2 Типовые конструкции штампов
- •6.2.1 Штамп вытяжной
- •6.2.2 Штамп гибочный
- •6.3 Пример выбора пресса и схемы штампа
- •7 Выбор промышленного робота
- •7.1 Технические характеристики промышленных роботов
- •7.2 Применение промышленных роботов в листовой штамповке
- •7.3 Требования к промышленным роботам
- •7.3 Номенклатура промышленных роботов
- •7.3.2 Малогабаритные
- •7.4 Пример выбора промышленного робота
- •8 Выбор вспомогательного оборудования
- •8.1 Вспомогательные устройства РТК
- •8.2 Шиберные подачи
- •8.3 Револьверные подачи
- •8.4 Загрузочное устройство с поворотным столом
- •8.5 Загрузочное устройство револьверного типа
- •8.6 Пример выбора подающего устройства РТК
- •9 Выбор захватного устройства промышленного робота
- •9.1 Общие сведения о схватах промышленных роботов
- •9.2 Механические схваты
- •9.3 Вакуумные схваты
- •9.4 Электромагнитные схваты
- •9.5Схваты с сенсорными датчиками
- •9.6 Пример выбора захватного устройства промышленного робота
- •10 Информационная система РТК
- •10.1 Сенсорная система промышленных роботов (система датчиков)
- •10.2 Пример установки системы датчиков РТК
- •11 Характеристики системы управления РТК
- •11.1 Общая структура системы управления РТК
- •11.2 Цикловое программное управление
- •11.3 Позиционное и контурное программное управление
- •11.5 Характеристики системы управления промышленного робота
- •12 Разработка компоновочной схемы РТК
- •13 Расчет временных параметров РТК, цикловая диаграмма
- •13.1 Цикловая диаграмма работы РТК
- •13.2 Пример составления цикловой диаграммы РТК
- •14 Разработка алгоритма управления РТК
- •14.1 Условные графические обозначения алгоритмов
- •14.2 Пример выполнения алгоритма управления РТК
- •15 Построение пневматической схемы РТК
- •15.1 Условные обозначения в пневматике
- •15.2 Правила выполнения схем
- •15.3 Основные логические функции в пневмосхемотехнике
- •15.4 Реализация логических функций в электропневмосхемотехнике
- •15.5 Пример выполнения пневматической схемы РТК
- •Приложение 1 Номенклатура прессов.
- •Приложение 2 Номенклатура роботов
- •Библиографический список
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
В. А. Михеев, Д. В. Савин
Автоматизированное проектирование и управление технологическими процессами ОМД
Электронное учебное пособие к курсовому проектированию
САМАРА
2011
Авторы: Михеев Владимир Александрович,
Савин Дмитрий Валерьевич
Рецензенты:
Иголкин А. А., доцент кафедры автоматических систем энергетических установок; Тихонов С. В., директор Камоцци Пневматика ООО Филиал (Самара).
Михеев, В. А. Автоматизированное проектирование и управление технологическими процессами ОМД [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие к курс. проектированию/ В. А. Михеев, Д. В. Савин; Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т). - Электрон. текстовые и граф. дан. (9,57 Мбайт). - Самара, 2011. - 1 эл. опт. диск
(CD-ROM).
Рассмотрены вопросы автоматизации листовой штамповки мелких и средних деталей с помощью роботов. Приведены общие сведения об робототехнологических комплексах листовой штамповки и промышленных роботов, а также краткое техническое описание промышленных роботов, кривошипно–штамповочных прессов и вспомогательных устройств РТК. Приведено обоснование схемы выбора технических устройств РТК и его оптимальной компоновки, информационной схемы РТК, построения цикловой диаграммы и алгоритма управления РТК.
Учебное пособие предназначено для студентов инженерно-технологического факультета по направлению подготовки бакалавров 150400.62 «Металлургия», профиль «Обработка металлов давлением», по дисциплине «Автоматизация процессов ОМД» в 7 семестре на кафедре ОМД и для специалистов 150201.65 «Машины и технологии обработки металлов давлением», по дисциплине «Автоматизированные системы проектирования и управления технологическими процессами ОМД» в 9 семестре на кафедре ОМД.
Учебное пособие разработано на кафедре технологии металлов и авиационного материаловедения.
©Самарский государственный аэрокосмический университет, 2011
2
Содержание
ОРГАНИЗАЦИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ .......................................................................... |
5 |
|
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................................................. |
6 |
|
ГЛОССАРИЙ............................................................................................................................................... |
7 |
|
1 Общие сведения об РТК и промышленных роботах ............................................................................ |
8 |
|
1.1 |
Роль роботов и РТК в листовой штамповке .................................................................................. |
8 |
1.2 |
Эволюционная классификация промышленных роботов ............................................................ |
8 |
1.3 |
Структура и функции промышленных роботов.......................................................................... |
10 |
1.4 |
Этапы проектирования РТК .......................................................................................................... |
13 |
2 Номенклатура деталей ........................................................................................................................... |
16 |
|
2.1 |
Детали для вытяжки....................................................................................................................... |
16 |
2.2 |
Детали для гибки............................................................................................................................ |
23 |
3 Расчет формы, размеров и веса исходных заготовок деталей ........................................................... |
32 |
|
4 Расчет усилия штамповки и хода ползуна пресса............................................................................... |
35 |
|
5 Анализ выбора типовой схемы РТК..................................................................................................... |
37 |
|
5.1 |
Структура, состав и компоновка РТК .......................................................................................... |
37 |
5.2 |
Метод выбора оптимальной компоновки РТК, типовые схемы................................................ |
39 |
5.3 |
Типовые компоновки РТК............................................................................................................. |
40 |
5.4 |
Расчет производительности РТК .................................................................................................. |
43 |
5.5 |
Пример выбора оптимальной компоновки РТК.......................................................................... |
43 |
6 Выбор пресса, схемы штампа ............................................................................................................... |
46 |
|
6.1 |
Требования к прессам и штампам ................................................................................................ |
46 |
6.2 |
Типовые конструкции штампов.................................................................................................... |
47 |
|
6.2.1 Штамп вытяжной ................................................................................................................... |
47 |
|
6.2.2 Штамп гибочный.................................................................................................................... |
49 |
6.3 |
Пример выбора пресса и схемы штампа ...................................................................................... |
52 |
7 Выбор промышленного робота............................................................................................................. |
57 |
|
7.1 |
Технические характеристики промышленных роботов ............................................................. |
57 |
7.2 |
Применение промышленных роботов в листовой штамповке .................................................. |
61 |
7.3 |
Требования к промышленным роботам ....................................................................................... |
62 |
7.3 |
Номенклатура промышленных роботов ...................................................................................... |
64 |
|
7.3.1 Напольные роботы с горизонтальной выдвижной рукой и консольным механизмом |
|
|
подъема ............................................................................................................................................ |
64 |
|
7.3.2 Малогабаритные..................................................................................................................... |
67 |
7.4 |
Пример выбора промышленного робота ..................................................................................... |
68 |
8 Выбор вспомогательного оборудования.............................................................................................. |
70 |
|
8.1 |
Вспомогательные устройства РТК ............................................................................................... |
70 |
8.2 |
Шиберные подачи .......................................................................................................................... |
73 |
8.3 |
Револьверные подачи..................................................................................................................... |
74 |
8.4 |
Загрузочное устройство с поворотным столом ........................................................................... |
75 |
8.5 |
Загрузочное устройство револьверного типа .............................................................................. |
77 |
8.6 |
Пример выбора подающего устройства РТК............................................................................... |
78 |
9 Выбор захватного устройства промышленного робота...................................................................... |
81 |
|
9.1 |
Общие сведения о схватах промышленных роботов.................................................................. |
81 |
9.2 |
Механические схваты .................................................................................................................... |
81 |
9.3 |
Вакуумные схваты ......................................................................................................................... |
84 |
9.4 |
Электромагнитные схваты ............................................................................................................ |
85 |
9.5Схваты с сенсорными датчиками .................................................................................................. |
85 |
|
|
3 |
|
|
9.6 Пример выбора захватного устройства промышленного робота .............................................. |
85 |
|
10 |
Информационная система РТК ........................................................................................................... |
87 |
|
|
10.1 |
Сенсорная система промышленных роботов (система датчиков)........................................... |
87 |
|
10.2 |
Пример установки системы датчиков РТК................................................................................ |
87 |
11 |
Характеристики системы управления РТК........................................................................................ |
89 |
|
|
11.1 |
Общая структура системы управления РТК.............................................................................. |
89 |
|
11.2 |
Цикловое программное управление ........................................................................................... |
90 |
|
11.3 |
Позиционное и контурное программное управление ............................................................... |
92 |
|
11.5 |
Характеристики системы управления промышленного робота .............................................. |
93 |
12 |
Разработка компоновочной схемы РТК ............................................................................................. |
94 |
|
13 |
Расчет временных параметров РТК, цикловая диаграмма ............................................................... |
96 |
|
|
13.1 |
Цикловая диаграмма работы РТК............................................................................................... |
96 |
|
13.2 |
Пример составления цикловой диаграммы РТК ....................................................................... |
97 |
14 |
Разработка алгоритма управления РТК ............................................................................................. |
99 |
|
|
14.1 |
Условные графические обозначения алгоритмов ..................................................................... |
99 |
|
14.2 |
Пример выполнения алгоритма управления РТК ..................................................................... |
99 |
15 |
Построение пневматической схемы РТК......................................................................................... |
102 |
|
|
15.1 |
Условные обозначения в пневматике....................................................................................... |
102 |
|
15.2 |
Правила выполнения схем ........................................................................................................ |
103 |
|
15.3 |
Основные логические функции в пневмосхемотехнике ........................................................ |
106 |
|
15.4 |
Реализация логических функций в электропневмосхемотехнике ......................................... |
107 |
|
15.5 |
Пример выполнения пневматической схемы РТК .................................................................. |
110 |
Приложение 1 Номенклатура прессов. ................................................................................................. |
112 |
||
Приложение 2 Номенклатура роботов .................................................................................................. |
116 |
||
Приложение 3 Условные графические обозначения элементов пневмоприводов ........................... |
125 |
||
Библиографический список.................................................................................................................... |
129 |
||
4
ОРГАНИЗАЦИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Методические указания предназначены для выполнения курсового проекта. Задание к курсовому проектированию выдается в виде определенной группы деталей, изготавливаемых вытяжкой и гибкой.
Законченный курсовой проект представляется в виде расчетно–пояснительной записки, отражающей все необходимые разделы. Законченный курсовой проект помимо расчетно– пояснительной записки должен содержать графическую часть (5 листов формата А3). Расчетно– пояснительная записка содержит следующие разделы:
титульный лист;
задание на курсовое проектирование;
реферат;
содержание;
введение;
расчет формы, размеров и веса исходных заготовок деталей;
расчет усилия штамповки и хода ползуна пресса;
анализ выбора типовой схемы РТК;
расчет производительности РТК;
выбор пресса, схемы штампа;
выбор промышленного робота;
кинематическая схема промышленного робота;
выбор вспомогательного оборудования;
выбор захватного устройства;
информационная система РТК;
характеристики системы управления РТК;
разработка компоновочной схемы РТК;
расчет временных параметров РТК, цикловая диаграмма;
разработка алгоритма управления РТК;
пневматическая схема РТК;
заключение;
список используемых источников;
приложение.
Вприложении обязательно помещаются:
компоновочный чертеж РТК в формате А3;
чертеж РТК с указанием местоположения датчиков и рабочей зоны робота в формате А3;
цикловая диаграмма РТК в формате А3;
пневматическая схема РТК в формате А3;
алгоритм управления РТК в формате А3.
5
ВВЕДЕНИЕ
Большую роль в техническом перевооружении предприятий играют промышленные роботы, на базе которых можно формировать быстропереналаживаемые комплексы, предназначенные в свою очередь для встраивания в гибкие автоматизированные участки и линии. Высокая эффективность автоматизации за счет промышленных роботов (ПР) может быть достигнута только за при комплексном подходе к созданию и внедрению роботов, штамповочного оборудования, средств управления, вспомогательных устройств и т.д. Проводить значительный объем организационно–технологических мероприятий ради единичного внедрения ПР не выгодно. Только расширенное применение ПР в составе сложных роботизированных систем оправдано технически, экономически и социально.
По сравнению с традиционными средствами автоматизации применение роботов обеспечивает высокую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков создания и запуска в производство гибких автоматизированных систем. По предварительным данным, использование роботов для автоматической установки заготовок в штамп и снятия из штампа деталей позволяет оператору обслуживать от четырех до восьми единиц оборудования. При определении целесообразности применения роботов в том или ином случае превалирующими должны быть интересы человека, его безопасность и удобство в работе. Роботы должны освободить человека от выполнения бездумной механической работы и скомпенсировать потребность в низкоквалифицированном труде.
Робототехнологические комплексы (РТК) являются одним из новых видов производственной техники. Их применение требует новой организации технологического процесса и, следовательно, новой специальной подготовки специалистов в этой области. Учебный план подготовки студентов по робототехнологическим комплексам содержит ряд специальных дисциплин, читаемых на старших курсах: «Автоматизация, робототехника и гибкие производственные системы штамповочного производства», «Автоматизированные системы проектирования и управления технологическими процессами обработки металлов давлением», «Кузнечно–штамповочное оборудование» и «Технология листовой штамповки». Назначение данного учебного пособия состоит в кратком изложении первоначальных основ робототехники и методического материала для курсового проектирования по созданию и разработке робототехнологического комплекса листовой штамповки.
В учебном пособии даются сведения о выборе типовой компоновки РТК с последующим проектированием роботизированной производственной системы с учетом данных, полученных при анализе номенклатуры деталей. Предложенная номенклатура деталей является заданием к курсовому проектированию. Рассмотрены вопросы построения цикловой диаграммы РТК, его информационной схемы, а также алгоритм управления РТК с учетом особенностей пневматических систем приводов ПР и систем управления основным и вспомогательным оборудованием. Важнейшую роль в системах управления роботов и РТК имеют программные устройства, поэтому в учебном пособии даются основные понятия о цикловых, позиционных и контурных системах управления.
Учебное пособие подготовлено по курсу "Автоматизированное проектирование и управление технологическими процессами ОМД" и предназначено для студентов высших учебных заведений по направлению подготовки магистров 150700 «Машиностроение», профиль «Машины и технологии обработки металлов давлением» (5 курс, 9 семестр). Предназначено для формирования у студентов твердых теоретических знаний и практических навыков для системного анализа и синтеза автоматизированных систем управления технологическими процессами обработки металлов давлением, в частности при выполнении курсового проекта по разработке роботизированного технологического комплекса (РТК) листовой штамповки мелких и средних деталей.
6
ГЛОССАРИЙ
РТК – робототехнологический комплекс; РТЛ – робототехнологическая линия; ПР – промышленный робот; ПУ – пульт управления; УУ – устройство управления; СС – система связи робота;
ИУ – исполнительное устройство; ИС – информационная система; УВ – управляющее воздействие; УВВ – устройство ввода/вывода; УП – управляющая программа; КВ – конечный выключатель;
ГАП – гибкое автоматизированное производство; ГПС – гибкая производственная система; ЧПУ – числовое программное управление; ЦПУ – цикловое программное управление; АЦП – аналого–цифровой преобразователь;
САУ – автоматизированная система управления; ПЛК – программируемый логический контроллер; КБУ – контрольно блокирующее устройство; ГАЛ – гибкая автоматизированная линия; ГАУ – гибкий автоматизированный участок; НЗР – нормально закрытый распределитель; НОР – нормально открытый распределитель;
НЗК – нормально замкнутый контакт (в электропневмосхемотехнике); НРК – нормально разомкнутый контакт (в электропневмосхемотехнике).
7