Разработка микропроцессорной системы управления робототехническим комплексом на базе токарного станка модели 16К20Ф3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Описание конструкции станка мод. 16К20Ф3 5

1.1 Основные узлы и движения в станке 5

1.2 Техническая характеристика станка мод. 16К20Ф3 6

2. Определение последовательности операций для изготовления детали 7

3. Компоновка РТК 8

4. Технологическая схема РТК 8

5. Привязка датчиков и исполнительных механизмов к портам микроконтроллера 8

6. Построение временных циклограмм технологических операций 11

7. Первичное описание алгоритма функционирования технологического объекта 11

8. Промежуточное описание алгоритма управления объектом в виде системы конъюнктивных секвенций 13

9. Граф-схема алгоритма, реализующая систему конъюнктивных секвенций 14

10. Управляющая программа в системе команд микроконтроллера МКП-1 19

Заключение 23

Список  используемой литературы 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Большинство основных производственные процессов (циклов) в современном  машиностроительном производстве основаны на технологии, использующей робототехнические  комплексы (РТК) в сочетании с  автоматическими линиями, автоматизированными  складами и системами управления на базе ЭВМ и микропроцессоров. Одним из широко распространенных классов, таких процессов является технологические  процессы, которые состоят из операций выполняемых одновременно над группой  объектов, при этом все технологические  операции в группе выполняются последовательно. Примерами подобных технологических  процессов могут служить процессы, имеющие место в сборочных  производствах автотракторной техники  и в приборостроении.

Эти процессы обладают следующими особенностями:

Процессы можно охарактеризовать как переключательные или дискретные. Характерной чертой дискретных процессов  является то, что они полностью  детерминированы, т.е. задана (описана) в явном виде логика их функционирования, следовательно, задана и логика управления, определяющая оптимальную стратегию  переключения исполнительных механизмов технологического объекта.

Технологические операции, из которых состоят эти процессы представляют собой, как правило, тоже дискретные процессы, но гораздо более простые и меньшей размерности, и могут быть в иерархической подчиненности с операциями старшего уровня, 

Технологические операции начинаются одновременно, после чего они  выполняются  независимо друг от друга и момент их завершения заранее не известен,

Синхронизацию технологических  операций (их запуск и ожидание самой  длительной) может осуществлять специальная  операция называемая, транспортной, назначение которой одновременная передача объектов сборки с одной позиции  на другую.

В различных процессах  технологические операции выполняются  агрегатными головками, промышленными  роботами, специальными станками и  другими технологическими средствами, а  транспортная операция осуществляется линейными или поворотными транспортными  системами дискретного или непрерывно-дискретного  действия.

Системы управления технологическим  оборудованием, выполняющим эти  технологические процессы, как правило, являются системами управления нижнего  уровня АСУТП участков и цехов, и  реализуют алгоритмы логического  управления (АЛУ).

АЛУ, в соответствии  с  перечисленными выше особенностями  технологических процессов характеризуются  иерархией, параллелизмом, асинхронностью и цикличностью.

 

 

 

1. Описание конструкции  станка мод. 16К20Ф3

В данной курсовой работе рассматривается РТК на базе токарного станка модели 16К20Ф3.

На станке 16К20Ф3 возможно обрабатывать детали типа валов, дисков и втулок, осуществляя  обтачивание наружных цилиндрических поверхностей, торцов и уступов, прорезание канавок и отрезку, растачивание отверстий (цилиндрических, конических и фасонных).

Движения  в станке: главное движение —  вращение шпинделя, движение подачи —  продольное и поперечное перемещения  суппорта с резцедержателем, вспомогательные  движения — движения, связанные  с наладкой станка, движение поворота резцедержателя и ускоренные перемещения  узлов станка.

В современном  станке 16К20Ф3 применяют беззазорные зубчатые передачи, шариковые пары винт-гайка качения, шаговые электродвигатели и др.

Беззазорное зацепление зубчатой пары обеспечивают изготовлением одного из зубчатых колес передачи составным из двух частей, которые автоматически или периодически вручную поворачиваются одна относительно другой или смещаются вдоль оси (для косозубых колес), выбирая зазор в зубчатом зацеплении.

Шариковая пара винт-гайка качения позволяет  уменьшить трение и повысить точность перемещения узлов станка. Гайка  выполнена из двух половинок. Винт  и обе половины гайки имеют  резьбу полукруглого профиля, заполненную  шариками  на два-три витка. Крайние  витки связаны между собой  каналом  возврата шариков, который  обеспечивает образование замкнутой  шариковой винтовой цепочки..

В приводах подач станков с ЧПУ применяют  шаговые электродвигатели. Шаговый  электродвигатель устроен таким  образом, что угол поворота и частота  вращения его ротора определяются соответственно количеством и частотой поступающих  из узла управления импульсов, а направление  его вращения — последовательностью  поступления сигналов в обмотки  нескольких катушек статора.

В станке 16К20Ф3 на валу  установлены три электромагнитные муфты M1, М2, М3 обеспечивающие переключение в цикле трех диапазонов скоростей по 12 частот вращения в каждом диапазоне.

На станке установлена шестипозиционная револьверная головка, что в свою очередь значительно  увеличивает производительность оборудования и позволяет выполнять гораздо  больше технологических операций и  процессов при изготовлении определенных деталей.

Инструментальная  головка на 4 инструмента входит в базовую комплектацию станка, возможна комплектация инструментальной головкой на 6 или 8 инструментов.

1. Основные узлы и движения в станке

Основные  узлы токарного станка с ЧПУ модели 16К20Ф3 в комплекте с транспортером  по уборке стружки  изображены на Рис. 3:  1 - основание; 2 - станина; 3 - суппортная группа (продольный и поперечный суппорты); 4 - передача винт-гайка качения (ВГК) продольного перемещения; 5 - патрон механизированный с электромеханическим приводом; 6 - ограждение подвижное;  7 - бабка шпиндельная; 8 - головка револьверная шести позиционная автоматическая; 9 - бабка задняя; 10 - электромеханический привод пиноли задней бабки; 11 – транспортер по удалению стружки; 12 – тара для стружки; 13 – система подачи  СОЖ.

Рисунок 1 - Основные узлы токарного станка с ЧПУ мод.16К20Ф3

2. Техническая характеристика станка мод. 16К20Ф3

Таблица 1 - Технические характеристики станка

1 . Наибольший диаметр обрабатываемого  изделия над суппортом, мм	220
2. Наибольшая длина обработки установленного  в центрах изделия, мм	1000
3. Наибольшая длина обработки, мм	905
4. Диаметр отверстия в шпинделе, мм	53
5. Частота вращения шпинделя (бесступенчатое  регулирование), мин-1	20... 2240
6. Пределы частот вращения шпинделя, устанавливаемого в ручную, мин-1        диапазон I        диапазон II        диапазон III	20. ..325 63... 900 160... 2240
7. Скорость подачи, мм/об продольного хода поперечного хода	0,01-40 0,005-20
8. Скорость быстрых ходов, мм/мин (продольн.)	7500
9. Перемещение суппорта на 1 импульс,  мм продольного хода поперечного хода	0,01 0,005
10. Пределы шагов нарезаемой резьбы, мм	0,01-40,95
11. Количество позиций в инструментальной  головке	6
12. Габаритные размеры	3360*1710*1750

 

2. Определение последовательности операций для изготовления детали

Согласно  заданию необходимо изготовление данной детали:

Рисунок 2 – Обрабатываемая деталь

 

Для производства данной детали на станке 16К20Ф3 необходимо выполнить следующие операции:

1. Подвести заготовку к токарному станку 16К20Ф3;
2. базировать и закрепить заготовку на станке в самоцентрирующих кулачках;
3. точить контур до диаметра 80 мм, 70 мм, 60 мм;
4. прорезать канавку до диаметра 50, шириной 3
5. нарезать резьбу М60;
6. снять заготовку со станка.

 

 

 

 

 

 

3. Компоновка РТК

Рисунок 3 – Компоновка РТК

Где:

1. Станок токарный 16К20Ф3
2. Напольный робот Универсал 5.02
3. Тактовый стол (24 платформы)
4. Технологическая схема РТК

 

Рисунок 4 - Технологическая схема РТК

 

5. Привязка датчиков и исполнительных механизмов к портам микроконтроллера

Для подключения промышленного  робота-манипулятора и станочного оборудования к микроконтроллеру используются порты, в частности: E-порты датчиков и Z-порты  нагрузок.

 

Таблица 2 - E-порты датчиков

X1	Датчик перехода в начальное состояния станка	Е00
X2	Датчик привода главного движения М1	Е01
X3	Датчик включения/выключение робота	Е02
X4	Датчик крайнего верхнего положения руки робота	Е03
X5	Датчик крайнего нижнего  положения руки робота	Е04
X6	Датчик схвата заготовки робота	Е05
X7	Датчик подвода/отвода робота	E06
X8	Датчик крайнего левого положения  задней бабки	E07
X9	Датчик крайнего правого  положения задней бабки	E08
X10	Датчик крайнего левое положения резца 1	E09
X11	Датчик крайнего правое положения резца 1	E0A
X12	Датчик начала/окончания  операции точения	E0B
X13	Датчик поворота револьверной головки	Е0C
X14	Датчик крайнего левое положения резца 2	Е0D
X15	Датчик крайнего правое положения резца 2	Е0E
X16	Датчик начала/окончания  операции прорезания канавки	E0F
Х17	Датчик крайнего левое положения резца 3	Е10
Х18	Датчик крайнего правое положения резца 3	Е11
Х19	Датчик начала/окончания операции нарезания резьбы	Е12
Х20	Датчик поворота руки робота вправо	Е13
Х21	Датчик поворота руки робота влево	Е14
Х22	Датчик фиксации детали в  кассете на тактового стола	Е15
X23	Датчик перехода в начальное  состояние манипулятора	Е16
X24	Цикловой пуск системы	Е17

Таблица 3 - Z-порты нагрузок (Исполнительные механизмы)

Y1	Сигнал нахождения станка в исходном состоянии  (индикация)	Z00
Y2	Управление привода главного движения (электропривод М1)	Z01
Y3	Включение/выключение робота	Z02
Y4	Механизм подъема руки робота в крайнее верхнее положение	Z03
Y5	Механизм опускания руки робота в крайнее нижнее положение	Z04
Y6	Пневмоцилиндр схвата руки робота	Z05
Y7	Механизм подвода/отвода руки робота	Z06
Y8	Редуктор задней бабки  в крайнем левом положении	Z07
Y9	Редуктор задней бабки  в крайнем правом положении	Z08
Y10	Пиноль с резцом 1 в крайнее левое положение	Z09
Y11	Пиноль с резцом 1 в крайнее правое положение	Z0A
Y12	Управление началом/завершением операции точения	Z0B
Y13	Поворота револьверной головки  на одну позицию(смена инструмента)	Z0C
Y14	Пиноль с резцом 2 в крайнее левое положение	Z0D
Y15	Пиноль с резцом 2 в крайнее правое положение	Z0E
Y16	Управление началом/завершением операции прорезания канавки	Z0F
Y17	Пиноль с резцом 3 в крайнее левое положение	Z10
Y18	Пиноль с резцом 3 в крайнее правое положение	Z11
Y19	Управление началом/завершением операции нарезания резьбы	Z12
Y20	Поворот руки робота на 900 вправо от электродвигателя М2	Z13
Y21	Поворот руки робота на 900 влево от электродвигателя М2	Z14
Y22	Фиксация обработанной детали в кассете тактового стола (индикация)	Z15
Y23	Нахождение манипулятора в исходном состоянии  (индикация)	Z16
Y24	Переход системы на цикловой пуск работы	Z17