§9.Примеры применения РТК в машиностроении.

1)      РТК для механической обработки (токарный)

1.1    РТК с напольным роботом (рис 41)

Робот 4 забирает заготовки 2 с поддона 1 и устанавливает на станок 3, снимает обработанные детали 6 со станка и укладывает в поддон 5. Замену поддонов производит автоматическая транспортная тележка с манипулятором. Робот может обслуживать 2 станка. Второй станок 7 показан пунктиром.

1.2    РТК  с портальным роботом (рис 42)

 Включает накопитель 1, портальный робот 4 с двумя руками 5 и 6 и станок 7. При обработке детали робот 4 рукой 5 удерживает заготовку вблизи рабочей зоны станка. По окончании обработки робот рукой 6 снимает обработанную деталь со станка, а рукой 5 устанавливает заготовку на станок. В это время робот перемещается влево и останавливается над накопителем 1. Робот рукой 6 укладывает обработанную деталь на позицию 3 накопителя, а рукой 5 забирает с позиции 2 накопителя заготовку и перемещает её к рабочей зоне станка. В это время накопитель 1 поворачивается по стрелке на один  шаг,  подавая на позицию 3  освободившуюся ячейку, а на позицию 2 очередную заготовку.

 

2) РТК для термообработки

В качестве примера рассмотрим РТК для высокочастотной закалки и отпуска зубчатых колёс. (рис 44)

В исходном положении робот 6 (захваты «а» и «б») захватом «а» забирает заготовку с роторного накопителя 2, а захватом «б» извлекает нагретую деталь из индуктора ТВЧ, установленного на вращающемся столе и питаемого от высокочастотного генератора 1. При движении руки робота по стрелке робот захватом «а» устанавливает заготовку в индуктор ТВЧ, а захватом «б» подаёт нагретую деталь в закалочную ванну 4. Затем рука робота возвращается в исходное положение. За время движения руки робота накопитель 2 поворачивается по стрелке на один шаг и подаёт под захват «а» руки робота очередную заготовку. Из закалочной ванны 4 деталь поступает в печь для отделки, а затем в накопитель 7.

 

 

§10.Определение ускорений, скоростей и времени выполнения основных движений.

а_Σ=Σа_i+g

а_i – ускорение по отдельной координате

t_p=t_T

t_p=V/a (1)

t_p=ω/ε=ω*r/a (1a)

в формулах (1) V и ω – номинальные линейные и угловые скорости

а – линейное ускорение по соответствующей координате

r – максимальный радиус обслуживания робота

S_p=S_T=V*t_p/2=a*t_p*t_p/2=a*t_p²/2 (2)

Путь к установившемуся движению

S_y=S-2*S_p=S-2*a*t_p²/2=S-a*t_p² (3)

V*t_y=S-a*t_p²

t_y= (S-a*t_p²)/V

Продолжительность цикла по отдельным координатам

t_ц=2*t_p+t_y=2*V/a+(S-a*t_p²)/V=(2*V²+a*S- a²*t_p²)/(a*V)=(S+V²/a)/V, так как a²*t_p²=V²

Аналогично по дуге окружности радиусом r

t_ц=(φ + ω ²*V/a)/ ω  (4а)

Если период установившегося движения отсутствует, то трапециадальный закон движения зарождается в прямую.

Если при этом путь остается постоянным, т.е. площадь треугольника равна площади трапеции, то скорость перемещения достигает максимального значения. Найдем эту скорость

    Путь разгона при треугольном движении

S_p= a*t_p²/2= a*V_max²/2*a²= V_max²/2*a    (5)

S_p=S/2  (6)

V_max²/2*a = S/2

(7)

 

Движение по окружности радиусом r

(7а)

 

Порядок расчета:

1.По формулам (7) или (7а) определяют максимально возможную скорость при заданном линейном S или угловом φ перемещении и выбранном ускорении а

Заданная скорость не должна превышать максимальную.

2.По формулам (4) или (4а) – продолжительность цикла, (1) или (1а) – время разгона и торможения.

 

 

        §11. Выбор двигателя для робота.

 

  1.Сила, необходимая для прямолинейного движения груза:

 

F=F_u+F_н+F_тр             (8)

F_u- сила инерции, возникающая при разгоне, торможении.

F_н- сила от веса груза и прямолинейно движущихся частей робота.

F_тр- сила трения.

 

 F_u=(m+m_м)▪a

 

m- номиналная масса груза.

m_м- суммарная масса прямолинейно движущихся частей робота.

 

Пусть:

,тогда

                                                                

 

где -угол между направлением прямолинейного движения и горизонтальной плоскостью.

                                                                

                               

(Вместо 0,5 должно быть 2) – сила трения в направляющих качения      

                                                                

- Начальная сила трения.               

- коэффициент трения качения (мм.)              

- нормальная сила.                                                                                                

-диаметр тела качения (мм.)

 

Рекомендуют для стальных шариковых и роликовых направляющих.                                        

А для чугунных:

Сила трения в направляющих скольжения.

При выборе двигателя рекомендуют ориентироваться на худший случай, т.е. принимать max  из диапазона, рекомендуемого в литературе.

Полная сила трения:

 

2. Момент, необходимый для перемещения груза.

                   (9)

-момент сил инерции, возникающий при разгоне и торможении.

-момент от веса груза и вращающихся неуравновешенных частей робота относительно оси вращения робота при максимальном радиусе обслуживания.

 

-момент сил трения.

Найдём их.

                                                                                                    

 - момент сил инерции массы m груза при максимальном радиусе обслуживания r

-радиус обслуживания (максимальный).

-масса груза.

-суммарный момент инерции масс вращающихся частей робота при максимальном радиусе обслуживания .

-масса, вращающейся части робота с номером i.

-расстояние от центра тяжести вращающийся части робота с номером i до оси вращения робота при максимальном радиусе обслуживания r.

-масса вращающейся неуравновешенной части робота с номером j

-расстояние от центра тяжести вращающейся неуравновешенной части робота с номером j до оси вращения робота при max радиусе вращения r.

-угол наклона плоскости вращения к горизонтальной плоскости.

 

, тогда

 

Запишем момент трения в подшипнике с номером k.

-сила, действующая на подшипник с номером k.

-приведённый коэффициент трения для подшипников качения или же коэффициент трения скольжения в зависимости от типа подшипника.

-внутренний диаметр скольжения с номером k.

 

1. Выбор типа и размера двигателя.

            Пневмо и гидроцилиндры. (рис.25 лист 3).

Выбирают по силе F_штока на штоке цилиндра.

При прямолинейном движении груза

                            (10)                   

При движении груза по дуге окружности радиусом r

                           (10a)          

и определяют по формулам 8 и 9

-плечо, на котором прикладывают

,-передаточное отношение КПД механизма между штоком цилиндра и исполнительным звеном робота.

В большинстве случаев пневмо – и гидропривод передаточные механизмы не требует. Тогда

 

Сила на штоке цилиндра:

a) При подаче давления со стороны поршня.

                                  (11)

б) При подаче давления со стороны штока (т.е. справа)

               (11a)

 – давление рабочей среды (воздуха или жидкости).

 - механический КПД цилиндра, учитывает потери на трение в уплотнениях поршня и штока.

Из формулам 11 и (11а) находим необходимое давление.

                          (а)

              (б)

Зная  находим расход жидкости в гидроцилиндрах.

                            (а)

              (б)

Расход воздуха в пневмодвигателях не оцениваем, так как запас воздуха в пневмосети существенно превышает расход робота.

 

3.2. Поворотные лопастные пневмо и гидродвигатели. (рис. 45).

      Выбирают по моменту на валу двигателя. При прямолинейном движении груза.

                                            (12)

По движении груза по дуге окружности радиусом

                                                  (12a)

- радиус приведения.

и  - передаточное отношение и КПД механизма между валом двигателя и исполнительным звеном робота

- скорость прямолинейного движения груза.

- угловая скорость звена механизма, преобразующего вращательное движение в поступательное.

В большинстве случаев пневмо – и гидроприводы не имеют передаточных механизмов

Сила, действующая на лопасть

F_л=(D_d-d_B)*b*η_M*p/2   (13)

b – ширина лопасти

эта сила создает момент Т_д=F_л*R_cp    (14)

R_cp= (D_d+d_B)/4   - средний радиус лопасти  (15)

Подставляя (13) и (15) в (14)

Т_д=(D_d²-d_B²)*b*η_M*p/8

Тогда давление

р=  8*Т_д/((D_d²-d_B²)*b*η_M)

Зная угловую скорость вала двигателя, находят расход жидкости Q в гидродвигателе

Q=(D_d-d_B)*b*V_cp/2   (16)

V_cp=ω*R_cp  (17) – окружная скорость лопасти на среднем радиусе

(15) и (16) в (17)

 

Q=(D_d²-d_B²)*b*ω/8

 

3.3. Электродвигатель выбирают по номинальной мощности .

Потребная мощность двигателя при прямолинейном движении.

    (кВт), где

- скорость прямолинейного движения груза.

- КПД механизма между валом электродвигателя и исполнительным звеном робота

Запишем потребную мощность двигателя при движении груза по дуге окружности с радиусом r.

где и- частота вращения и угловая скорость груза при движении груза по дуге окружности с радиусом .

Номинальная мощность двигателя по каталогу Р_Н≥Р_ст