Підвищення продуктивності токарних комплексів з двозахватними роботами вдосконаленням структури та динамічних характеристик - Автореферат

Одним із перспективних напрямків розвитку гнучких виробничих систем є створення верстатних комплексів з двозахватними роботами, які дозволяють значно підвищити продуктивність обробки деталей та оперативно виконувати переналагодження технологічної системи на випуск іншої номенклатури виробів. Значною мірою це стосується особливостей використовуваних роботів (портальні, встановлені на верстаті, встановлені на підлозі, одно-чи двозахватні і ін.), допоміжних пристроїв (подавальні, приймальні, подавально-приймальні), а також їх конструктивного і компонувального виконання. Це потребує ґрунтовного дослідження продуктивності різних виконань токарних комплексів та двозахватних пристроїв, їх аналізу на структурному, кінематичному і конструктивному рівнях, теоретичних й експериментальних досліджень динамічної якості конструкцій пристроїв, створення загальної методики проектування зазначених пристроїв і рекомендацій по ефективному використанню токарних комплексів з двозахватними роботами при конкретних умовах виробництва. Теоретично та експериментально дослідити динамічну якість типових конструкцій двозахватних пристроїв та динаміку процесу зміни захватів місцями і розробити рекомендації щодо її покращення. вперше розроблено структуру продуктивності токарних комплексів, на основі якої досліджено вплив схем двозахватних пристроїв, типу й розмірів оброблюваних деталей та варіантів виконання і функціонування РТК на час циклу роботи, що дозволило визначити зони продуктивності роботи РТК з однозахватними та двозахватними роботами;У першому розділі “СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ТОКАРНИХ КОМПЛЕКСІВ З ДВОЗАХВАТНИМИ ПРОМИСЛОВИМИ РОБОТАМИ” розглянуто питання застосування промислових роботів (ПР) у виробничому процесі, замінюючи людину при обслуговуванні металообробних комплексів. Однією з головних переваг промислових роботів є наявність можливості швидкого (оперативного) їх переналагодження для виконання задач, що відрізняються послідовністю та характером маніпуляційних дій. Дослідженнями в даній області займалися вчені в галузі машинобудування та робототехніки, серед яких П.М. Але, як показує аналіз результатів їх досліджень, двозахватні пристрої детально не розглядалися. Наведений аналіз відомих компоновок токарних РТК та конструкцій двозахватних промислових роботів (ДПР), а також проаналізовані раніше виконані дослідження які свідчать про те, що: - питання структури токарних РТК та використовуваних у їх складі ДПР висвітлені недостатньо.При розробці структури прийняті позначення: МЗЗМ - механізм ЗЗМ; Л-ОМ - локально-операційний механізм; ЛДП - ланки двозахватного пристрою; ВЛ - вихідна ланка робота, до якої приєднується двозахватний пристрій. Окрім ступенів рухомості кисті, в пристрої, а відповідно і його структурі, можуть бути й локально-операційні ступені рухомості. У цілому, запропонована структура дозволяє враховувати усі основні відмінні ознаки, які забезпечують формування різних конструкцій двозахватних пристроїв, представляти їх будову формулами та зручно здійснювати пошук найбільш доцільних варіантів в залежності від особливостей використання тих чи інших токарних РТК. Для ґрунтовного аналізу можливих виконань двозахватних пристроїв було розроблено методику, яка дозволила визначити кількість теоретично можливих варіантів схем пристроїв (ця кількість складає тисячі, а то й мільйони варіантів), та вказати напрямок пошуку обмеженої кількості найбільш доцільних виконань. Час обробки деталей на РТК, що визначає його продуктивність, залежить від часу роботи кожної складової комплексу, в тій чи іншій мірі, що можна представити структурою циклу роботи РТК: , (3) де ТРТК, ТТО, ТПР, ТДП - відповідно час циклу роботи комплексу, технологічного обладнання, та не перекритий час роботи промислового робота і допоміжних пристроїв.У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукового завдання, що виявляється в підвищенні продуктивності токарних РТК з двозахватними роботами на основі вдосконалення структури та динамічних характеристик. Запропоновано записувати конструкції двозахватних пристроїв у вигляді формул (наприклад з відзначенням конструктивних і кінематичних складових, що дає змогу детально враховувати основні ознаки будови та функціонування пристроїв. Розроблено загальну структуру продуктивності РТК, та досліджено вплив її складових на продуктивність комплексу в цілому при використанні різних виконань двозахватних пристроїв. Встановлено, що використання двозахватного пристрою дозволяє підвищити продуктивність токарних РТК в 1,1 - 3 рази та скоротити простоювання верстату під розвантаженням та завантаженням в 3 - 8 разів. Проаналізовано умови ЗЗМ в робочій зоні верстату та визначені формули для розрахунку необхідного простору для типових схем двозахватних пристроїв і розмірів транспортованих деталей та встановлені залежності для різних їх виконань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукового завдання, що виявляється в підвищенні продуктивності токарних РТК з двозахватними роботами на основі вдосконалення структури та динамічних характеристик.

1. Сформовано структурно-математичну теорію конструктивно-кінематичного аналізу та синтезу ДПР для токарних РТК з різною кількістю ступенів рухомості та формуючих ланок. Запропоновано записувати конструкції двозахватних пристроїв у вигляді формул (наприклад з відзначенням конструктивних і кінематичних складових, що дає змогу детально враховувати основні ознаки будови та функціонування пристроїв. Розроблено теоретичні основи визначення загальної кількості можливих варіантів виконань зазначених пристроїв та сформовано метод (алгоритм) визначення доцільних варіантів.

2. Розроблено загальну структуру продуктивності РТК, та досліджено вплив її складових на продуктивність комплексу в цілому при використанні різних виконань двозахватних пристроїв. Визначено зони продуктивності, які відповідають використанню однозахватних та двозахватних ПР. Встановлено, що використання двозахватного пристрою дозволяє підвищити продуктивність токарних РТК в 1,1 - 3 рази та скоротити простоювання верстату під розвантаженням та завантаженням в 3 - 8 разів.

3. Проаналізовано умови ЗЗМ в робочій зоні верстату та визначені формули для розрахунку необхідного простору для типових схем двозахватних пристроїв і розмірів транспортованих деталей та встановлені залежності для різних їх виконань. Досліджено вплив розмірів оброблюваних деталей та схем двозахватних пристроїв на додатковий час простоювання верстату, що повязаний з підведенням та відведенням ріжучого інструмента. Так, в інтервалі відношення довжини деталі до діаметра (l / d = 0,2...4,0), для різних схем пристроїв час простоювання верстату змінюється в межах 1,1 - 1,7 рази.

4. Проведені дослідження інерційності двозахватних пристроїв показали, що основне інерційне навантаження створюють затиснуті захватом деталі. Їх момент інерції в 2 - 4 рази більший по відношенню до моменту, що створюється захватами та зєднувальними ланками.

5. Проведено теоретичні дослідження власних частот двозахватного пристрою, які склали Р1 = 103 с-1; Р2 = 1479 с-1. Встановлено, що затискні важелі мають основний вплив на динамічну якість, оскільки їх жорсткість в 3.5 - 5 разів менша жорсткості циліндрів приводу затиску.

6. Виконані дослідження динаміки процесу ЗЗМ показали, що коливальні рухи захватів у момент позиціонування в основному визначаються першою частотою і суттєво залежать від наявності гальмування в приводі.

7. Експериментальним шляхом отримані математичні моделі і побудовані поверхні відгуку залежності амплітуди коливань та швидкості обертання пристроїв від маси деталей, вильоту руки ПР та тиску повітря в системі. Результати експериментальних даних відрізняються від теоретичних на 25 - 35%, що підтверджує їх достовірність.

8. Сформовані основи модульного принципу будови двозахватних пристроїв з розробкою градації зєднувальних ланок, що можуть бути покладені в основу відповідного стандарту. Створені нові конструкції двозахватних пристроїв, захищені патентами України. Розроблені практичні рекомендації по проектуванню зазначених пристроїв.

9. Дослідження показують, що застосування ДПР дозволяє суттєво підвищити продуктивність РТК і знизити термін їх окупності в 1,4 - 1,8 рази порівняно з використанням одноруких однозахватних роботів. Результати роботи передані для впровадження на ВАТ “Гідросила” та ВАТ “Кіровоградський завод дозуючих автоматів”.

Основні положення дисертації опубліковано в наступних роботах: 1. Павленко І.І., Мажара В.А. Структура продуктивності верстатних роботизованих комплексів // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Вип. 17 - Краматорськ: ДДМА, 2005. - С. 131 - 137.

2. Павленко І.І., Мажара В.А. Продуктивність функціонування двозахватних промислових роботів на позиціях допоміжних пристроїв // Прогресивні технології і системи машинобудування. Міжнародний збірник наукових праць. - Вип. 30 - Донецьк: ДОННТУ, 2005. - С. 170 - 175.

3. Павленко І.І., Мажара В.А. Кінематична структура двозахватних пристроїв промислових роботів // Збірник наукових праць КНТУ. - Вип. 17 - Кіровоград: КНТУ, 2006. - С. 278 - 282.

4. Павленко І.І., Мажара В.А. Конструктивна структура двозахватних пристроїв промислових роботів // Збірник наукових праць КНТУ. - Вип. 17 - Кіровоград: КНТУ, 2006. - С. 292 - 296.

5. Павленко І.І., Мажара В.А. Конструктивно - кінематична структура двозахватних пристроїв промислових роботів // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Вип. 19 - Краматорськ - Київ, 2006. - С. 104 - 109.

6. Павленко І.І., Мажара В.А. Дослідження впливу використання двозахватних пристроїв на продуктивність роботи РТК // Машиностроение и техносфера ХХІ века. Сборник трудов ХІІІ международной научно-технической конференции в г. Севастополе. В 5-ти томах. - Донецьк: ДОННТУ, 2006. Т.5 - С. 282 - 287.

7. Павленко І.І., Мажара В.А. Теоретичні основи аналізу кількості виконань двозахватних промислових роботів // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - № 3 - Тернопіль: ТДТУ, 2006. - С. 53 - 58.

8. Деклараційний патент України 15774, МПК F16S 5/00. Двозахватний пристрій промислового робота / Павленко І.І., Мажара В.А. - Опубл. 2006. Бюл. № 7.

9. Деклараційний патент України 17139, МПК F16Н 19/00. Спосіб зміни захватів місцями / Павленко І.І., Мажара В.А. - Опубл. 2006. Бюл. № 9.

10. Патент України 18300, МПК В65Н 09/00. Двозахоплювальний пристрій промислового робота / Павленко І.І., Мажара В.А. - Опубл. 2006. Бюл. № 11.

11. Патент України 18720, МПК В25J 18/00. Двозахватний пристрій промислового робота / Павленко І.І., Мажара В.А., Годунко М.О. - Опубл. 2006. Бюл. № 11.

12. Павленко І.І., Мажара В.А. Особливості структурної будови двозахватних конструкцій промислових роботів // Тези доповіді першої міжнародної науково-технічної конференції “Машинобудування та металообробка - 2003”. - Кіровоград: КДТУ, 2003. - С. 166 - 167.

13. Мажара В.А. Кінематична та конструктивна структура двозахватних промислових роботів // Тези доповіді регіональної науково-технічної конференції молодих учених та спеціалістів. - Кременчук: КДПУ, 2006. - С. 29.

Размещено на .ru