Зразок роботи
ВВЕДЕНИЕ
В современных условиях развития автоматизации производства особое место отводится использованию промышленных роботов. Промышленный робот – это механическая система, включающая манипуляционные устройства, систему управления, чувствительные элементы и средства передвижения. Принципиальными отличиями робототехники от традиционных средств автоматизации являются их широкая универсальность (многофункциональность) и гибкость (мобильность) при переходе на выполнение принципиально новых операций. Промышленные роботы находят применение во всех сферах производственно-хозяйственной деятельности. Они успешно заменяют тяжелый, утомительный и однообразный труд человека, особенно при работе в условиях вредной и опасной для здоровья производственной среды. Они способны воспроизводить некоторые двигательные и умственные функции человека при выполнении ими основных и вспомогательных производственных операций без непосредственного участия рабочих. Для этого их наделяют некоторыми способностями: слухом, зрением, осязанием, памятью и т.д., а также способностью к самоорганизации, самообучению и адаптации к внешней среде.
Робототехника, как, впрочем, и любая область техники, развивается, соблюдая закон «от простого к сложному». Характеризуя ее качественный прогресс, принято выделять три разных по сложности и по своим возможностям поколения роботов. Однако можно отметить: деление роботов на поколения, т.е. на их виды по степени сложности и «разумности», достаточно условно, и смысл понятия «поколение» в роботостроении несколько иной, чем в других областях техники. Если, скажем, вычислительные машины нового поколения полностью заменяют старые, поскольку они более совершенны по всем параметрам, то роботы следующего поколения не вытесняют предыдущие, а дополняют их, так как у всех у них, как мы увидим дальше, разные функции и области применения.
Для роботов первого поколения характерно то, что они имеют программное управление, т.е. действуют по жесткой, не меняющейся в процессе работы программе; поэтому их называют также «программными роботами». Предназначены они для автоматизации несложных операций при неизменном состоянии окружающей среды. Их система управления имеет только исполнительный уровень: поскольку окружающие условия не меняются, сенсорных устройств нет – никакой связи с внешним миром не требуется, и она отсутствует. К сожалению, функциональные возможности роботов первого поколения существенно ограничены несовершенством их системы управления, служащей для реализации лишь той жесткой программы, которая зафиксирована в памяти. При изменении параметров окружающей среды такой робот не может сам адаптироваться к новым условиям, и требуется вмешательство человека-оператора, чтобы корректировать заданную ему программу, приспосабливая ее к другим параметрам. Таким образом, можно сказать, что роботы первого поколения имеют только нижний уровень системы управления – исполнительный.
Роботы второго поколения – это очувствленные роботы, предназначенные для работы с неориентированными объектами произвольной формы. Они отличаются, во-первых, существенно большим набором и совершенством как внешних сенсорных датчиков (телевизионные, оптические, тактильные, локационные и т.п.), так и внутренних (датчики положений «руки» или «ноги» относительно «тела» робота, датчики усилий и моментов и т.п.) и, во-вторых, более сложной системой управления, требующей для своей реализации управляющей ЭВМ.
Возможности роботов второго поколения, оснащенных значительным числом датчиков внешней и развитым программным обеспечением, значительно превосходят возможности роботов первого поколения. Благодаря способности «распознавать» внешнюю обстановку, анализировать сенсорную информацию и приспосабливаться к изменяющимся условиям эксплуатации, очувствленные роботы могут взаимодействовать с неориентированными объектами в неупорядоченной обстановке, а значит, выполнять исследовательские работы, сборочные и монтажные операции, собирать информацию об окружающей обстановке и т.п.
Роботы третьего поколения – это так называемые интеллектуальные (ИР), или разумные, роботы, предназначенные не только и не столько для воспроизведения физических и двигательных функций человека, сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности, т.е. для решения интеллектуальных задач. Они принципиально отличаются от роботов второго поколения сложностью функций и совершенством управляющей системы, включающей в себя элементы искусственного интеллекта. Интеллектуальный робот – это робот, создающий в себе модель внешней среды (проблемной среды), для чего он производит активные и пассивные исследования, сам планирует свои действия, моделирует планы и реализует их.
Целью дипломной работы является создание системы технического зрения для робота-манипулятора, достаточно простой в установке, настройке и эксплуатации.
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Описание чертежа детали
Объектом проектирования технологического процесса является деталь вал – шестерня. Детали типа тел вращения широко распространены в машиностроении.
Валы используют для передачи крутящего момента. Обычно валы установлены в корпусе редукторов, в качестве опор используются шейки валов, на которые устанавливаются подшипники (поверхности номер 3 и 14). Шейки валов имеют высокую степень точности шероховатости. Крутящий момент передаётся посредством зубчатых колёс, закрепленных на валу с помощью шпоночного паза. Деталь работает в тяжёлых условиях под действием знакопеременных нагрузок.
Функциональным назначением данной детали является передача крутящего момента от зубчатого венца Ø65 (поверхность 3) и шпоночного паза (поверхность 17).
Таким образом, исполнительной (рабочей) поверхностью данной детали является зубчатый венец и шпоночный паз.
Остальные поверхности, в том числе и торцы вала, являются свободными поверхностями. Все поверхности данной детали являются обрабатываемыми.
На чертеже детали мы можем видеть такие поверхности как зубья, фаски, цилиндрические поверхности и шпоночный паз. Ответственными поверхностями служат поверхности под подшипник (номер поверхностей 8 и 10), они выполняются по 6 квалитету с посадкой k и Ra=0,6. Деталь выполнена из материала стали 50Г ГОСТ 4543-71.
1.2 Характеристика материала детали (химический состав, физико-механические свойства)
Деталь выполнена из конструкционной легированной стали 50Г ГОСТ 4543-71. Данная сталь применяется в таких деталях: диски трения, валы, шестерни, шлицевые валы, шатуны, распределительные валики, втулки подшипников, кривошипы, шпиндели, ободы маховиков, коленвалы дизелей и газовых двигателей и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и износостойкости. Сталь является трудносвариваемой, флокеночувствительность, склона к отпускной хрупкости. Характеристика материала, химический состав (Приложение А, табл. А1)
1.3 Формирование группы деталей и конструирование комплексной детали
Исходя из конструктивно-технологических признаков, формируется группа деталей. Это даёт возможность создать групповой технологический процесс. Он характеризует общность оборудования и технологической оснастки при выполнении отдельных операций или при полном изготовлении изделий. Для таких технологических процессов создаётся роботизированный технологический комплекс.
Данный процесс необходим для искусственного увеличения серийности.
На основе группы деталей конструируется комплексная деталь.
1.4 Оценка технологичности комплексной детали
Комплексная деталь – вал-шестерня – предназначена для передачи вращательного момента с быстроходного вала на другой промежуточный вал.
Масса детали рассчитана при построении 3d-модели в программе «Компас-3D».
Масса детали m = 10,30 кг, годовая программа выпуска N = 6000 штук.
Для изготовления детали используется сталь 50Г.
Свойства и состав стали приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1 – Химический состав и механические свойства стали 50Г
Марка Массовая доля элементов, %
Углерод Кремний Марганец Хром Никель Титан
50Г 0,17-0,23 0,17-0,37 0,80-1,10 1,00-1,30 3,25-3,65 0,03-0,09
Механические свойства
НВ σТ (Н/мм2) σВ (Н/мм2) δ5, % ψ, % KCU, Дж/см2
217 885 980 9 50 78
где σТ – предел текучести;
σВ – временное сопротивление;
δ5 – относительное удлинение;
ψ – относительное сужение;
KCU – ударная вязкость.
1.4.1 Оценка технологичности детали по точности
Оценка технологичности детали по точности выполняется с учетом среднего квалитета точности (формула 1.1) и коэффициента точности обработки (формула 1.2). При этом коэффициент точности обработки должен быть не меньше 0,8.
А_ср=1/n ∑_(i=1)^n▒A_i , (1.1)
где A_i – квалитет поверхностей комплексной детали
n – количество поверхностей комплексной детали
К_тч=1-1/А_ср . (1.2)
1.4.2 Анализ технологичности детали по шероховатости
Анализ технологичности детали по шероховатости выполняется с учетом средней шероховатости (формула 1.3) и коэффициента шероховатости поверхностей (формула 1.4). При этом коэффициент коэффициента точности должен быть не менее 0,8, а шероховатости – не превышать 0,32.
Б_ср=1/n ∑_(i=1)^n▒〖Б_i,〗 (1.3)
где Б_i – значение шероховатостей поверхностей комплексной детали
К_ш=1/Б_ср . (1.4)
1.5 Оценка степени подготовленности КД к роботизированному производству
Для анализа и определения объективных количественных показателей деталей для автоматизированного производства характерные свойства разделяют на сеть ступеней.
I – регламентирует дифференциацию деталей по признаку ориентации их в пространстве (1, так как наблюдается асимметрия наружной конфигурации).
II – характеризует свойство сцепляемости деталей при автоматической ориентационной загрузке, при транспортировке (0 – несцепляемые).
III – определяет свойство формы деталей при в продольном сечении деталей (1 – стержневая, так как L / D = 400 / 128 = 3,13, что > 1).
IV – определяет свойство формы деталей при поперечном сечении деталей (2 – круглая прямая).
V – определяет свойства симметрии деталей (1 – одна ось вращения и одна плоскость симметрии).
VI – характеризует наружную форму деталей, наличие и тип или отсутствие центрального отверстия (5 – центральное отверстие глухое).
VII – дополнительные признаки элементов детали, влияющие на сложность автоматизации технологического процесса (5 – отверстие на образующей поперечное сквозное).
В соответствии с анализом получаем кодовый номер: 1012155. Сумма цифр кодового номера образует сумму баллов bΣ = 15.
Категория сложности детали при автоматизации её обработки вторая (k = 2) – автоматизация средней сложности. Для данной категории требуется отработка системы ориентации и загрузки детали в рабочие органы. Целесообразна экспериментальная проверка.
1.6 Метод получения заготовки
Существует два метода получения заготовки: литьё и обработка давлением.
Исходя из физико-механических свойств материала для стали 50Г (химический состав и механические свойства приведены в табл. 1.1) делаем вывод, что она обладает пластичными свойствами, и, соответственно, заготовка будет получаться обработкой давлением – штамповка в закрытых штампах на штамповочных молотах. Для назначения припусков на заготовку определяем класс точности, группу стали, степень сложности.
Предварительно рассчитаем ориентировочную массу поковки Мп.р по формуле 1.5:
Мп.р. = Мд ∙ Кр, (1.5)
где Мп.р – масса детали
Кр – расчетный коэффициент.
Для вала с прямой осью Кр = 1,6
Мп.р = 10,30 ∙ 1,6 = 13,4 кг.
Устанавливаем класс точности поковки. Так как поковку получают на штамповочных молотах, то выбираем Т4.
В зависимости от материала детали, устанавливают группу материала. Для стали 50Г (химический состав приведен в табл. 1.1) выбираем М2 сталь с массовой долей углерода свыше 0,35% до 0,65% включ. или суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 2,0% до 5,0% включ.
В зависимости от соотношения массы поковки и описанной фигуры устанавливают степень сложности поковки.
Масса фигуры, в которую вписывается поковка – цилиндр. При определении размеров геометрической фигуры, описывающей поковку, допускается выходить по увеличению в 1,05 раза габаритных линейных размеров детали. Расчёт ведём по формуле 7.2.
Мфиг=Vфиг ∙ ρ ∙ 10-3, (1.6)
где ρ - плотность стали, г/см3; ρ =7,8∙10-3 г/см3;
Vфиг- объем фигуры, в которую вписывается поковка, см3, рассчитывается по формуле 1.7
V_фиг=(π∙D_фиг^2)/4∙L_фиг, (1.7)
где Dфиг- диаметр фигуры, см, считаем поформуле 1.8;
Lфиг- длина фигуры, см, считаем поформуле 1.7
Dфиг=Dдет∙1,05; (1.8)
Lфиг=Lдет∙1,05; (1.9)
Dфиг=12,8∙1,05=13,55 (см)
Lфиг=40,0∙1,05=42,0 (см)
V_фиг=(3,14∙〖13,55〗^2)/4∙42,0=6053,4 (〖см〗^3)
Мфиг=6053,4 ∙ 7,8∙10-3 = 47,22 (кг)
С=13,4/47,22=0,28.
Т.к. отношение массы поковки к массе описанной фигуры составляет 0,28, что входит в диапазон «от 0,16 до 0,32», выбираем степень сложности поковки С3.
На основании массы поковки, группы стали, степени сложности поковки и ее класса точности определяется исходный индекс для дальнейшего назначения основных припусков, допусков и допускаемых отклонений. Для детали вал-шестерня исходный индекс 16.
Назначаем припуски и допуски на поковку (табл.1.2).
Таблица 1.2 – Припуски и допуски на поковку
Размер (диапазон) Шероховатость Ra Припуск и допуск
Ø50…120 1,25 3,3-1,3+2,7
Ø50…120 6,3 3,0-1,3+2,7
Ø100…160 6,3 3,2-1,5+3,0
100…160 2,5; 6,3 2,7-1,3+2,7
200…400 6,3 3,2-1,7+3,3
Определяем конфигурацию поверхности разъема штампа – поверхность разъема штампа плоская (П). Допустимая величина смещения по поверхности разъема штампа – 0,4 мм.
Допустимая величина остаточного облоя – 1,2 мм.
Допустимая величина высоты заусенцев – 5 мм.
Допустимое отклонение по изогнутости – 1,6 мм.
Радиусы закругления – R = 5 мм.
Штамповочные уклоны 7°.
1.7 Необходимое число технологических переходов для элементарных поверхностей детали по требованиям точности и шероховатости
Количество переходов отдельной поверхности для достижения заданной точности размера и шероховатости определяют по следующим зависимостям:
а) из условия обеспечения заданной точности размера (формула 1.10)
n_т=lg(Т_заг/Т_дет )/0,46, (1.10)
где Т_заг – допуск размера заготовки;
Т_дет – допуск размера готовой детали.
б) число переходов, необходимое для достижения заданной шероховатости поверхности (формула 1.11)
n_ш=lg(Rz_заг/Rz_дет )/0,4, (1.11)
где Rz_заг – шероховатость поверхности исходной заготовки;
Rz_дет – шероховатость поверхности готовой детали.
Полученные результаты заносятся в таблицу (Приложение А, табл. А2)
1.8 Расчет припусков на обработку, операционные размеры и допуски на диаметральные поверхности детали расчетно-аналитическим методом
Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности (размеров, форм, шероховатости, твердости и т.п.).
Сущность расчетно-аналитического метода состоит в определении факторов, влияющих на величину операционного (промежуточного) припуска, для конкретных условий выполнения технологической операции (перехода) и нахождении расчетным путем значений каждой из составляющих припуска, необходимых для компенсации влияния каждого фактора.
Расчет припусков на обработку поверхностей вращения для наружных поверхностей выполняется по формуле (1.12) [1 , c.175]:
〖2Z〗_minр =2(R_(zi-1)+h_(i-1)+√(∆_(i-1)^2+ε_i^2 )) (1.12)
где R_(z i-1)– шероховатость на предыдущем этапе обработки;
h_(i-1)– значениеглубины дефектного слоя на предыдущем этапе обработки;
∆_(i-1) - суммарное значение пространственных отклонений на предыдущем этапе обработки;
ε_(i-1 )– погрешность установки на данном этапе обработки.
Значения: R_(z i-1),h_(i-1), ε_(i-1 ),приведены в таблице 1.
Значение ∆_загопределяется по формуле 1.13 [1, c. 177]:
∆_заг=√(∆_смещ^2+∆_короб^2 ) (1.13)
где ∆_короб- коробление паковок, (табличная величина)[1, c. 186];
∆_смещ-отклонение от соосности, (табличная величина)[1, c. 187].
Определим ∆_остат (формула (1.14)):
∆_остат=∆_заг×K_y, (1.14)
где K_y – коэффициент уточнения формы, (табличная величина)[1, c. 187].
Номинальное значение припуска определяем по формуле (1.15)[1, c. 178]:
2Zномi=2Zmin pi+Ti-1, (1.15)
где Ti-1 – допуск на предыдущей ступени обработки
Для внутренних поверхностей:
Расчетный размер на последней ступени обработки равен размеру готовой детали. Это же значение будет принимать и наибольший предельный размер на данной операции: Dmax= Dр.i.
Расчетные размеры, Dр.i.,на предыдущих ступенях обработки (операциях) определяются как сумма наибольшего предельного размера Dmax (равного округленному значению расчетного значения) и соответствующего ему расчетного припуска (2Zном) на данной ступени обработки (формула (1.16))
Dpi-1=Dmaxi+2Zномi, (1.16)
Округлив полученное значение, определим величину наибольшего предельного размера на этой ступени обработки.
Максимальный предельный размер заготовки определяется суммированием расчетного размера и положительной части допуска заготовки.
Минимальные предельные значения на всех этапах обработки детали определяются как разность максимального предельного значения и соответствующего допуска (формула (1.17))
Dmin.i= Dmaxi-Ti, (1.17)
где Ti – допуск.
Имея предельные значения Dminи Dmax, можно найти значения максимального и минимального припусков по следующим зависимостям (формула (1.18),(1.19))
2Zmaxi= Dmaxi-1- Dmin.i (1.18)
где Dmaxi-1 и Dmin.i-1- соответственно максимальный и минимальный предельные размеры на предыдущей ступени обработки
2Zmin.i= Dmin.i-1- Dmaxi, (1.19)
гдеDmaxi и Dmin.i– соответственно минимальный и минимальный удельные размеры на рассматриваемой ступени обработки.
Технологический операционный размер на каждой ступени обработки записывается как максимальный размер с допуском «в тело» (для валов). Технологический размер заготовки записывается как номинальный размер заготовки с соответствующим допуском.
Для внутренних диаметров:
Расчетный размер на последней ступени обработки равен размеру готовой детали. Это же значение будет принимать и наименьший предельный размер на данной операции: Dmin=Dp.
Расчетные размеры,Dр.i:
Dpi-1=Dmini-2Zномi. (1.20)
Округлив полученное значение, определим величину наименьшего предельного размера на этой ступени обработки.
Минимальный предельный размер заготовки определяется суммированием расчетного размера и отрецательной части допуска заготовки.
Максимальные предельные значения:
Dmax.i= Dmini+Ti, (1.21)
Имея предельные значения Dminи Dmax, можно найти значения максимального и минимального припусков по следующим зависимостям:
2Zmaxi= Dmaxi- Dmin.i-1 (1.22)
2Zmin.i= Dmin.1- Dmaxi-1. (1.23)
Результаты расчета заносим в таблицу (Приложение А, А3)
1.9 Расчет припусков на обработку торцов и линейных операционные размеры детали
Расчет припусков на обработку поверхностей выполняется по формуле (1.24):
Z_minр =R_(zi-1)+h_(i-1)+√(∆_(i-1)^2+ε_i^2 ) (1.24)
где R_(z i-1)– шероховатость на предыдущем этапе обработки;
h_(i-1)– значениеглубины дефектного слоя на предыдущем этапе обработки;
∆_(i-1) - суммарное значение пространственных отклонений на предыдущем этапе обработки;
ε_(i-1 )– погрешность установки на данном этапе обработки.
Полученные результаты заносим в таблицу (Приложение А, табл. А4)
1.10 Расчет линейных размеров при механической обработке детали
Расчет операционных размеров при обработке торцов требует выявления и решения размерных цепей. Первым его этапом является построение размерной схемы технологического процесса, основой для составления которого служит план обработки.
Размерную схему технологического процесса строят в соответствии со следующими правилами: на эскиз в виде контура готовой детали наносят изображение промежуточных припусков. Над деталью указывают конструкторские размеры Аj с допусками, т.е. на эскиз детали наносят все размеры (только линейные) и размеры заготовки. Все размеры, обрабатывающиеся на каждом из технологических переходов, нумеруют слева направо. Промежуточные припуски обозначают Ze , где е – номер промежуточной или окончательной поверхности. Между выносными линиями каждой из поверхностей проводят размерные линии и указывают операционные размеры Sк, к – номер размера по плану обработки. Размерные линии следует заканчивать стрелкой у обработанной поверхности и точкой у исходной базы. Операционные размеры следует наносить на схему в порядке выполнения операций и переходов снизу вверх от заготовки до готовой детали. Размер заготовки также включается в размерную схему. Замыкающими звеньями размерных цепей может быть как конструкционные размеры, так и припуски. Выявление и расчёты размерных цепей выполняют, начиная с последней операции по схеме сверху вниз. Необходимо, чтобы в каждой последующей цепи был только один операционный размер Sк.
Расчеты приведены в таблице (Приложение А, табл. А5).
1.11 Выбор оборудования
Требования к технологическим процессам, оборудованию и его комплексам обуславливаются целью создания машинной технологии. Эта работа должна основываться на решении ряда принципиальных вопросов: определении оптимального варианта технологического процесса и разделения линии на участки, вычислении количества потоков и подборе машин, выборе транспортных и перегружающих устройств, пространственном размещении оборудования линии и т.д. Все эти задачи должны быть решены так, чтобы при соблюдении всех требований к качеству продукции издержки производства были наименьшими и линия имела высокие технико-экономические показатели.
Основное технологическое оборудование – это металлообрабатывающие станки, входящие в ГПС. При выборе станков, рекомендуемых для встраивания в РТК, следует руководствоваться определенными критериями:
– распространенность и перспективность станков, выпускаемых серийно, а также планируемых к серийному выпуску. Целесообразно также создавать РТК на базе широко распространенных в машиностроении моделей станков, имеющихся на данном предприятии;
– возможность реализации заданного технологического процесса обработки типовых деталей в условиях разной серийности их выпуска.
Исходя из этого, рекомендуется включать в состав РТК следующие станки:
– полуавтоматы, предназначенные для обработки деталей из штучных заготовок;
– размерные параметры станка;
– уровень автоматизации станка – основной критерий, определяющий возможность включения станка в состав РТК .
Набор станков зависит от технического назначения системы. Основной критерий – степень автоматизации станка. При создании ГПМ подбирают станки которые имеют автоматизированные циклы работы.
Станки должны обеспечивать:
– автоматический зажим и открепление детали;
– точное и надежное базирование детали у установочного приспособления;
– отделение и удаление отходов;
– автоматический контроль параметров детали и состояния инструмента;
– автоматическая смена инструмента;
– связь систем управления ГПМ и станка;
– безопасность обслуживающего персонала и автоматическое перемещение ограждения;
– высокая надежность.
Кроме того, станки должны быть укомплектованы легко переналаживаемой технологической оснасткой, обеспечивающей точное базирование и надёжное крепление деталей в широком диапазоне их размеров в процессе обработки.
Магістр