Автоматизация и моделирование технологического процесса
Автоматизация и моделирование технологического процесса
1 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА
Автоматизация - направление развития производства, характеризуемое освобождением человека не только от мускульных усилий для выполнения тех или иных движений, но и от оперативного управления механизмами, выполняющими эти движения. Автоматизация может быть частичной и комплексной.
Комплексная автоматизация характеризуется автоматическим выполнением всех функций для осуществления производственного процесса без непосредственного вмешательства человека в работу оборудования. В обязанности человека входит настройка машины или группы машин, включение и контроль. Автоматизация - это высшая форма механизации, но вместе с этим это новая форма производства, а не простая замена ручного труда механическим.
С развитием автоматизации все более широкое применение находят промышленные роботы (ПР), заменяя человека (или помогая ему) на участках с опасными, вредными для здоровья, тяжелыми или монотонными условиям труда.
Промышленный робот - перепрограммируемый автоматический манипулятор промышленного применения. Характерными признаками ПР являются автоматическое управление; способность к быстрому и относительно легкому перепрограммированию , способность к выполнению трудовых действий.
Особенно важно то, что ПР можно применять для выполнения работ, которые не могут быть механизированы или автоматизированы традиционными средствами. Однако ПР - всего лишь одно из многих возможных средств автоматизации и упрощения производственных процессов. Они создают предпосылки для перехода к качественно новому уровню автоматизации - созданию автоматических производственных систем, работающих с минимальным участием человека.
Одно из основных преимуществ ПР - возможность быстрой переналадки для выполнения задач, различающихся последовательностью и характером манипуляционных действий. Поэтому применение ПР наиболее эффективно в условиях частой смены объектов производства, а также для автоматизации ручного низкоквалифицированного труда. Не менее важным является и обеспечение быстрой переналадки автоматических линий, а также комплектация и пуск их в сжатые сроки.
Промышленные роботы дают возможность автоматизировать не только основные, но и вспомогательные операции, чем и объясняется постоянно растущий интерес к ним.
Основные предпосылки расширения применения ПР следующие:
повышение качества продукции и объемов ее выпуска при неизменном числе работающих благодаря снижению времени выполнения операций и обеспечению постоянного режима «без усталости», росту коэффициента сменности работы оборудования, интенсификации существующих и стимулированию создания новых высокоскоростных процессов и оборудования;
изменение условий труда работающих путем освобождения от неквалифицированного, монотонного, тяжелого и вредного труда, улучшения условий безопасности, снижения потерь рабочего времени от производственного травматизма и профессионально-технических заболеваний;
экономия рабочей силы и высвобождение трудящихся для решения народнохозяйственных задач.
1.1 Построение и расчет схемы модели «жесткий вывод - отверстие печатной платы»
Существенным фактором в реализации сборочного процесса является обеспечение собираемости электронного модуля. Собираемость зависит в большинстве случаев от точности позиционирования и усилий, необходимых для сборки элементов конструкции модуля, конструктивно-технологических параметров сопрягаемых поверхностей.
В варианте, когда в отверстие платы вводится жесткий вывод, можно выделить следующие характерные виды контакта сопрягаемых элементов:
бесконтактный проход вывода через отверстие;
контакт нулевого вида, когда конец вывода касается образующей фаски отверстия;
контакт первого вида, когда конец вывода касается боковой поверхности отверстия;
контакт второго вида, когда боковая поверхность вывода касается кромки фаски отверстия;
контакт третьего вида, когда конец вывода касается боковой поверхности отверстия, а поверхность вывода - кромки фаски отверстия.
В качестве классификационных признаков выделения видов контактов приняты: изменение нормальной реакции в точке контакта; сила трения; форма упругой линии стержня.
На надежную работу установочной головки значительное влияние оказывают допуски отдельных элементов. В процессах позиционирования и перемещения возникает цепочка допусков, которая в неблагоприятных случаях может привести к ошибке при установке ЭРЭ, приводя к некачественной сборке .
Собираемость изделия зависит, таким образом, от трех факторов:
размерных и точностных параметров сопрягаемых поверхностей компонентов изделия;
размерных и точностных параметров сопрягаемых поверхностей базового элемента изделия;
размерных и точтностных параметров позиционирования исполнительного органа с расположенным в нем компонентом.
Рассмотрим случай контакта нулевого вида, схема которого изображена на рисунке 1.1.
Mг
Rг
N
R F l
Q
Рисунок 1.1 - Расчетная схема контакта нулевого вида.
Исходные данные:
F - сборочное усилие, направленное по ходу головки;
F = 23 Н;
f - коэффициент трения;
f = 0,12;
l = 8 мм;
= 45;
Q =30.
Rг - реакция сборочной головки, перпендикулярная ее ходу;
N - нормальная к образующей фаски реакции;
.
Мг - изгибающий момент относительно сборочной головки;
1.2 Конструирование захватного устройства
Захватные устройства (ЗУ) промышленных роботов служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. При конструировании захватных устройств учитывают форму и свойства захватываемого объекта, условия протекания технологического процесса и особенности применяемой технологической оснастки, чем и обусловлено многообразие существующих захватных органов ПР. наиболее важными критериями при оценке выбора захватных органов являются приспосабливаемость к форме захватываемого объекта, точность захвата и сила захвата.
В классификации захватных устройств ЗУ в качестве классификационных выбраны признаки, характеризующие объект захвата, процесс захвата и удержания объекта, обслуживаемый технологический процесс, а также признаки, отражающие структурно-функциональную характеристику и конструктивную базу ЗУ.
К факторам, связанным с объектом захвата, относятся форма объекта, его масса, механические свойства, соотношение размеров, физико-механические свойства материалов объекта, а также состояние поверхности. Масса объекта определяет требуемое усилие захвата, т.е. грузоподъемность ПР, и позволяет выбрать тип привода и конструктивную базу ЗУ; состояние поверхности объекта предопределяет материал губок, которыми должно быть снабжено ЗУ; форма объекта и соотношение его размеров также влияют на выбор конструкции ЗУ.
Свойства материала объекта влияют на выбор способа захвата объекта, необходимую степень очувствления ЗУ, возможности переориентирования объектов в процессе их захвата и транспортирования к технологической позиции. В частности, для объекта с высокой степенью шероховатости поверхности, но нежесткими механическими свойствами, возможно применение только «мягкого» зажимного элемента, оснащенного датчиками определения усилия зажима.
Разнообразие ЗУ, пригодных для решения сходных задач, и большое число признаков, характеризующих их различные конструктивно-технологические особенности, не позволяют построить классификацию по чисто иерархическому принципу. Различают ЗУ по принципу действия: схватывающие, поддерживающие, удерживающие, способные к перебазированию объекта, центрирующие, базирующие, фиксирующие.
По виду управления ЗУ подразделяют на: неуправляемые, командные, жесткопрограммируемые, адаптивные.
По характеру крепления к руке ПР все ЗУ делят на: несменяемые, сменные, быстросменные, пригодные для автоматической смены.
Все захватные устройства приводятся в действие специальным устройством - приводом.
Привод - это система (электрическая, электромеханическая, электропневматическая и др.), предназначенная для приведения в движение исполнительных механизмов автоматизированных технологических и производственных машин.
Основные функции привода: усилие (мощность, крутящий момент), скорость (набор скоростей, диапазон скоростей); способность сохранять заданную скорость (усилие, крутящий момент) в условиях изменения нагрузки; быстродействие, конструктивная сложность; экономичность, стоимость, габариты, масса.
Основные требования, предъявляемые к приводам. Привод должен:
1) соответствовать по всем основным характеристикам заданному ТЗ;
2) позволять электрическое дистанционное автоматическое управление;
3) быть экономичным;
4) иметь малую массу;
5) обеспечивать простое согласование с нагрузкой.
По виду используемой силовой энергии различают приводы: электрический, пневматический, гидравлический механический, электромеханический, комбинированный.
В пневматических приводах используется энергия сжатого воздуха с давлением около 0,4 МПа, получаемого от цеховой пневмосети, через устройство подготовки воздуха.
1.2.1 Техническое задание на проектирование устройства
На стадии технического задания определяется оптимальное структурно-компоновочное решение и составляются технические требования к оснастке:
1) наименование и область применения - приспособление для установки ЭРЭ на печатную плату;
2) основание для разработки - задание на ККП;
3) цель и назначение оснастки - повысить уровень механизации и автоматизации технологической операции;
4) источники разработки - использование опыта внедрения средств технологического оснащения в отрасли;
5) технические требования:
a) количество ступеней подвижности не менее 5;
b) наибольшая грузоподъемность, Н 2,2;
c) статическое усилие в рабочей точке оснащения, Н не более 50;
d) наработка на отказ, ч, не менее 100;
e) абсолютная погрешность позиционирования, мм +0,1;
f) скорость движения с максимальной нагрузкой, м/с: - по свободной траектории не более 1; - по прямолинейной траектории не более 0,5;
g) рабочее пространство без оснащения сферическое с радиусом 0,92;
h) привод захватывающего устройства пневматический;
6) требования техники безопасности ГОСТ 12.1.017-88;
7) срок окупаемости 1 год .
1.2.2 Описание конструкции и принцип работы промышленного робота РМ-01
Промышленный робот (ПР) РМ-01 используется для выполнения разнообразных операций складывания, монтажа, сортировки, упаковки, загрузки - разгрузки, дуговой сварки и т.д. Общий вид робота представлен на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 - Промышленный робот РМ-01
Манипулятор робота имеет шесть ступеней подвижности. Звенья манипулятора соединяются одна с одной с помощью суставов, которые имитируют локтевой или плечевой сустав человека. Каждое звено манипулятора приводится в действие индивидуальным электродвигателем постоянного тока через редуктор.
Электродвигатели оснащены электромагнитными тормозами, что позволяет надежно затормозить звенья манипулятора при отключении питания. Этим обеспечивается безопасность обслуживания робота, а также возможность перемещения его звеньев в ручном режиме. ПР РМ-01 имеет позиционно-контурную систему управления, которая реализована микропроцессорной системой управления «СФЕРА-36», построенная за иерархическим принципом.
«СФЕРА-36» имеет два уровня управления: верхний и нижний. На верхнем уровне решаются такие задачи:
- расчет алгоритмов планирования траектории движения захвата манипулятора и подготовка программ движения каждого его звена;
- логическая обработка информации о состоянии устройства, из которых состоит роботехнический комплекс, и соглашение работы в составе РТК;
- обмен информацией с ЭВМ более высокого уровня;
- диалоговый режим работы оператора с помощью видеотерминала и клавиатуры;
- чтение-запись, долгосрочное сохранение программ с помощью НГМД;
- ручной режим управления манипулятором с помощью пульта ручного управления;
- диагностика работы системы управления;
- калибровка положения звеньев манипулятора.
На нижнем уровне управления решаются задачи обработки звеньями манипулятора заданных движений, которые формируются на верхнем уровне. Отработка программных положений осуществляется при заданных параметрах (скорость, ускорение) с помощью цифровых электромеханических модулей, которые приводят в движение звенья манипулятора. Система управления состоит с таких приборов: модуля центрального процессора (МЦП); ОЗУ; ПЗУ; модуля аналогового введения (МАВ), куда подаются сигналы от потенциометрических датчиков грубого вычислительного положения; модуля последовательного интерфейса (МПИ); модуля ввода-вывода (МВВ); модуля связи (МС).
Обмен информацией между модулями верхнего уровня выполняется с помощью системной магистрали.
Нижний уровень управления имеет:
- модули процессора привода (МПП);
- модули управления приводом (МУП).
Количество модулей МПП и МУП соответствует количеству звеньев манипулятора и равно 6. МПП соединяется с модулем связи с помощью системных магистралей. Управление электродвигателями звеньев манипулятора выполняется с помощью транзисторных широтно-импульсных преобразователей (ШИП), которые входят в состав блока питания (БП). МЦП выполнен на базе микропроцессора К1801 и имеет:
- однокристальный процессор;
- регистр начального запуска;
- системную ОЗУ, ёмкостью 3216 - разрядных слова; системную ПЗУ, ёмкостью 2х16 - разрядных слова;
- резидентную ПЗУ, ёмкостью 4х16 - разрядных слова;
- программируемый таймер.
Быстродействие МЦП характеризуется такими данными:
- суммирование при регистровом средстве адресации - 2.0 мкс;
- суммирование при посредственно-регистровом средстве адресации - 5.0 мкс;
- умножение с фиксированной запятой - 65 мкс.
Панель оператора предназначена для выполнения операций включения и отключение ПР, для выбора режимов его работы.
Основными элементами панели есть:
переключатель сетевого питания (СЕТЬ);
кнопка аварийного отключения (.АВАРИЯ). Сетевое питание выключается при нажатии кнопки. Возвращение кнопки в начальное положение осуществляется поворотом ее за часовой стрелкой;
Страницы: 1, 2
|