Курсовая работа: Автоматизация изготовления детали

В большинстве случаев, для уменьшения усилий привода схватов применяют комбинацию кинематического, электромагнитного и вакуумного воздействия с одновременным использованием для фиксации базовых поверхностей объекта манипулирования.

Определение усилия захвата.

Рис.3. - конструктивная схема механического ЗУ.

Усилие захватывания определяют:

где m = 44 (кг) - масса объекта манипулирования;

a - максимальное ускорение центра масс объекта манипулирования, м/с2 (а=2...3g);

K1 - коэффициент, зависящий от положения заготовки по отношению к губкам ЗУ и направления действия силы тяжести; выбирают по табл.; К1 = ½;

K2=1,3...2,0 - коэффициент запаса; большие значения K2 берут для захватных устройств, в которых отсутствует самоторможение.

Усилие привода определяют из условия равенства элементарных работ, совершаемых приводом и губками ЗУ (рис.2.1).

,

Откуда

;

Величину  называют передаточным отношением ЗУ. Его определяют исходя из кинематического анализа ЗУ:

;

Радиус зубчатого колеса определяется из расчета зубчато - реечной передачи на изгиб:

,

где z=17 - число зубьев;

=4,26 - коэффициент формы зуба;

 - коэффициент ширины венца;

 - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца;

МПа - допустимое напряжение при расчете зубьев на изгибную прочность (сталь 40XH, термообработка поверхностная токами высокой частоты), тогда

 (мм).

Принимаем m=4 (мм), тогда

 (мм);

 (Н);

Площадь поршня гидроцилиндра (давление p=0,4 (МПа)).

 (мм).

Принимаем: dп=80 (мм).

4. Разработка системы управления

4.1 Разработка электрической системы управления

В данном курсовом проекте система управления основана на контроллере FECCompact.

Контроллеры серии FEC Compact.

Контроллеры FEC (Front End Controller) - это семейство однокорпусных промышленных программируемых логических мини-контроллеров, включающее серии контроллеров FEC Compact и FEC Standard.

Эти контроллеры разработаны как недорогая универсальная промышленная система управления, которая может быстро и легко устанавливаться и эксплуатироваться людьми, имеющими небольшой опыт работы с программируемыми контроллерами. Все функции для небольшой системы управления интегрированы в одном корпусе.

FEC Compact (рис.4) предназначены для обработки только дискретных сигналов, могут использоваться в стандартных релейных шкафах управления и идеально подходят для управления там, где требуется небольшое количество входов и выходов. Они предназначены для решения простых задач автоматизации технологического оборудования и технологических процессов с минимальными затратами.

Рис.4 - Контроллер FEC Compact

В пластмассовом корпусе FEC Compact с габаритными размерами 130x80x35 мм или 130x80x60 мм (модели со встроенным преобразователем питания - 220 В / +24 В) и классом защиты IР40 установлены следующие основные составляющие контроллера:

процессор АМD186 (тактовая частота 20 МГц), подобный процессору Intel 80186,память оперативная 256 Кб (16-битная SRAM), из которых 210 Кб свободны для прикладных программ, или 512 Кб (16-битная DRAM), из которых 480 Кб свободны для прикладных программ,

Flash-память (перезаписываемая память для программ) 256 Кб, количество циклов перезаписи 10 тысяч, область сохраняемых переменных данных 2 Кб,

12 каналов ввода транзисторных при напряжении питания 24 В постоянного тока (до 7 мА по каждому каналу), гальваническая развязка (оптоэлектронная пара, напряжение изоляции до 50 В переменного тока) и световая индикация по каждому каналу (светодиоды после гальванической развязки),

8 каналов вывода (напряжение изоляции до 300 В переменного тока) со световой индикацией по каждому каналу (светодиоды), которые реализованы в нескольких вариантах:

электромеханические реле, коммутирующие в рабочем режиме переменный ток до 2 А при напряжении до 250 В или постоянный ток до 5 А при напряжении до 30 В, частота переключений до 25 Гц,

твердотельные реле (SSR-реле или Solid-state relay), коммутирующие переменный ток до 0,6 А при напряжении до 264 В или постоянный ток до 0,6 А при напряжении до 125 В, срок службы 100 тыс. часов, частота переключений до 10 Гц,

транзисторные выходы, коммутирующие постоянный ток до 0,6 А при напряжении 24 В, срок службы 100 тыс. часов, максимальная частота переключения 1 кГц,

комбинация реле и транзисторных выходов,

последовательные интерфейсы для программирования и подключения внешних устройств СОМ (РS232, 9600 бод с разъемом RJ11 или ТТL с разъемом RJ12) и ЕХТ (56 Кбод, ТТL с разъемом RJ12),

сетевой интерфейс Ethernet 10Base T,

преобразователь электропитания (-220 В / +24 В) в тех моделях контроллеров, в которых предусмотрено питание от сети переменного тока.

Контроллеры поставляются с записанной в постоянную память операционной системой ROM DOS 5/0 и программой Kernel (FSTPCRx. EXE).

Основные характеристики поставляемых моделей контроллеров серии FEC Compact приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Серии контроллеров FEC Compact с программированием в пакете FST

Тип контроллера	Характеристики
FC 20-FST	12 входов/8 выходов релейных, питание 24 В постоянное
FC 21-FST	12 входов/8 выходов релейных, питание 220 В переменное
FC 22-FST	12 входов/8 выходов SSR-реле, питание 24 В постоянное
FC 23-FST	12 входов/8 выходов SSR-реле, питание 220 В переменное
FC 30-FST	12 входов/2 релейных, 6 транзисторных выходов, питание 24 В постоянное
FC 34-FST	12 входов/2 релейных, 6 транзисторных выходов, питание 24 В постоянное, Ethernet 10 BaseT

Контроллеры FEC Compact питаются от стабилизированного источника постоянного тока с напряжением 24 В или от сети переменного тока 220 В.

Не рекомендуется, а в некоторых случаях категорически противопоказано, подключать контакт заземления контроллера на общую "землю" основного оборудования или цеха, если нет уверенности в том, что общее заземление сделано в соответствии с нормами и на нем нет потенциала, отличного от нуля.

При установке контроллеров необходимо обратить внимание на окружающие условия, при которых они будут нормально функционировать. Нельзя устанавливать контроллеры в местах, где присутствует чрезмерная пыль, масляный туман, токопроводящая пыль или газ, вызывающие коррозию, там, где присутствует вибрация, высокая температура, прямые солнечные лучи, влажность, дождь, а также непосредственно вблизи высоковольтного оборудования. Нельзя устанавливать контроллеры непосредственно над устройством, выделяющим теплоту, типа нагревателя, трансформатора или мощного резистора. Если окружающая температура более 55°С, необходимо установить вентилятор для принудительного охлаждения.

Контроллер может быть установлен на монтажной рельсе (DIN46277, ширина 35 мм) или непосредственно на винты М4. В процессе установки необходимо убедиться, что модуль установлен как можно дальше от оборудования с высоким напряжением и большой мощности.

12 входов контроллеров FEC Compact PNP или NPN типа разделены на две группы: первая группа 8 входов, вторая группа 4 входа. Имеется гальваническая развязка (оптоэлектронная пара) и индикация входных сигналов через светодиоды (после гальванической развязки). Время задержки приема сигнала 5 мс. Максимальное напряжение включения 15 В, выключения 5 В. Два входа второй группы могут также использоваться как счетчики с максимальной частотой 2 кГц. Провода для входных сигналов подключаются 14 винтами (12 сигнальных и 2 общих провода). На каждый винт можно присоединить 2 провода сечением до 0.75 mm2.

В соответствии с этим описанием выбираем контроллер марки FC 34-FST.

При подключении к выходам контроллера элементов со значительной нагрузочной способностью (реле, контакторы и пр) рекомендуется устанавливать плавкий предохранитель от 5 до 10А для каждой группы выходов, чтобы предохранить от повреждения из-за коротко го замыкания. Подключение обратного диода параллельно индуктивной нагрузке также значительно удлинит срок службы контроллера.

4.2 Программирование контроллеров FEC COMPACT

Для практического применения описанных контроллеров с подключенными входами-выходами и питанием необходимо записать в их память прикладную программу заказчика, которая реализует разработанный им алгоритм управления объектом. Это может быть промышленная установка, станок, коммутирующее устройство, оборудование жилого дома и т.д. Такую программу можно создать, имея определенные навыки в обращении с персональными компьютерами и пакет программ для программирования контроллеров.

Программирование контроллеров серии FEC Compact осуществляется с помощью пакета программ FST, который реализован в двух вариантах: как приложение DOS и приложение Windows. Он может устанавливаться на персональных компьютерах с операционными системами DOS или Windows 95/ 98/ 2000/ NТ.

Проанализировав все выше сказанное, выбран контроллер FC 30-FST, у которого 12 входов/2 релейных, 6 транзисторных выходов, питание 24 В постоянное.

Комплекс питается от трехфазной сети переменного тока 380 В 50 Гц и 220 В 50 Гц.

Питание всех датчиков и контроллера осуществляется стабилизированным блоком питания +24 V DC.

К входам контроллера подключаются два датчика, а также четыре кнопки управления.

К выходам контроллера подключаются электромагнитные реле постоянного тока К1, К2.

Электрическая принципиальная схема представлена на листе АСК 00.00.01 СЭ.

Рассчитаем потребляемую мощность:

потребляемая мощность контроллера 10 Вт

потребление тока индукционным датчиком 40 mA,

потребление тока датчиком конечного положения 500 mA,

потребление тока светодиодами 10 mA.

Потребляемая максимальная мощность:

P=10+ (24* (0,04*1+0,5*4+0,01*3)) = 60 (Вт)

Микросхема DA1 представляет собой интегральный стабилизатор К142 ЕН9Б с фиксированным выходным напряжением 24±0,48В с максимальным током нагрузки 3 (А), выполненная по планарной диффузионной технологии с изоляцией р-n переходом. Она предназначена для использования в стабилизированных блоках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Выпрямление напряжения осуществляется с помощью диодных мостов VD1 - VD4.

Необходимое напряжение для блоков питания и контроллера обеспечивает трансформатор TV1. В цепи блоков питания также установлены плавкие предохранители FU3, FU4.

Таблица 2. - входов-выходов контроллера FecCompact.

Входы	Назначение входа	Выходы	Назначение выхода
I0.0	Наличие заготовки в зоне захвата ЗУ ПР.	O0.0	Захват заготовки
I0.1	Рука ПР опущена	O0.1	Поднятие руки ПР
I0.2	Рука ПР поднята	O0.2	Опускание руки ПР
I0.3	Рука ПР втянута	O0.3	Выдвижение руки ПР
I0.4	Рука ПР выдвинута	O0.4	Втягивание руки ПР
I0.5	Рука ПР повёрнута к лотку	O0.5	Рука ПР повёрнута к станку
I0.6	Рука ПР повёрнута к станку	O0.6	Рука ПР повёрнута к лотку – накопителю
I0.7	Рука ПР повёрнута к лотку - накопителю	О0.7	Сигнал на ЧПУ станка
I1.0	Сигнал с ЧПУ станка	О0.8

Текст управляющей программы представлен в приложении А.

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана автоматизированная линия по изготовлению деталей типа "Вал-шестерня" отвечающая требованиям современного машиностроения изготовления детали "вал" и содержит пояснительную записку и графический материал. В ходе выполнения курсового проекта были решены следующие задачи:

проведен анализ технологичности детали;

предложен и экономически обоснован метод получения заготовки;

разработан технологический процесс;

разработан чертёж общего вида АЛ (АСК 00.00.01 ВО);

разработан алгоритм работы и система управления РТК (АСК 00.00.01, АСК 00.00.01 СЭ);

разработан сборочный чертёж захватного органа ПР (АСК 01.00.00 СБ).

Библиографический список

1.         Анурьев В.Н. Справочник конструктора-машиностроителя.: В 3-х томах 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979 - 728с.

2.         Горохов В.А. Проектирование и расчет приспособлений. Минск, "Высшая школа", 1986 г.

3.         Ковшов А.Н. Технология машиностроения: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов - М.: Машиностроение, 1987. - 320с.

4.         Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 392 с.: ил.

5.         Обработка металлов резанием: Справочник технолога / А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др.; Под общей ред. А.А. Панова. - М.: Машиностроение. 1988.736с.

6.         Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей: Учебн. Пособие для технических вузов/ Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А. Павлов и др.; Под общей ред. Ю.М. Соломенцева. - М.: Машиностроение. 1986.140с.

7.         Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т1/ Под ред.А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985.

8.         Современные промышленные роботы: С56 Каталог/ Под ред. Ю.Г. Козырева, Я.А. Шифрина. М.: Машиностроение, 1984.152 с., ил.

9.         Транспортно-накопительные и загрузочные системы в сборочном производстве: Учеб. Пособие / Е.В. Пашков, В.Я. Копп, А.Г. Карлов. К.: УМК ВО, 1992. - 536с.

10.      Методическое указание для выполнения КР студентами дневной формы обучения специальности 12.01 по дисциплине автоматизация производственных процессов машиностроении. Изд-во "СевГТУ" 1996 г.

11.      Пашков Е.В., Осинский Ю.А., Четверкин А.А. Электропневмоавтоматика в производственных процессах: Учебное пособие. - Севастополь: Изд-во СевГТУ, 1997.368с.

Приложение

Текст управляющей программы на языке STL

STEP 1

IF I0.0

AND I0.1

AND I0.3

AND I0.5

THEN

SET O0.0

SET O0.1

STEP 2

IF I0.2

AND I0.6

THEN

SET O0.5

SET O0.3

STEP 3

IF I0.4

AND I0.6

THEN

SET O0.7

RESET O0.0

RESET O0.3

SET O0.4

STEP 4

IF I1.0

AND I0.3

AND I0.6

THEN

RESET O0.4

SET O0.3

SET O0.0

STEP 5

IF I0.3

AND I0.6

THEN

RESET O0.3

SET O0.4

SET O0.6

STEP 6

IF I0.3

AND I0.7

THEN

RESET O0.4

SET O0.3

RESET O0.0

JMP TO 1