Politechnika Śląska w Gliwicach Gliwice dn. 03.01.13 r.Wydział Mechaniczny-TechnologicznyKierunek Automatyka i RobotykaSemestr V, Grupa 6

Projekt manipulatora

Wykonał:Rafał Jurczyk

Spis Treści

1. Założenia projektowo-konstrukcyjne................................................................3

2. Obrabiarki sterowane numerycznie...................................................................4

3.Gniazdo obróbcze...............................................................................................5

4. Zadania do wykonania.......................................................................................6

5.Koncepcje manipulatorów..................................................................................7

6.Kryterialny wybór rozwiązania konstrukcyjnego..............................................8

7.Obliczenia...........................................................................................................9

Masy poszczególnych elementów :................................................................9

Siły działające na układ :................................................................................9

Obliczenia reakcji podpory :........................................................................10

Obliczenia strzałki ugięcia :.........................................................................11

Obliczenia momentu bezwładności dla przekroju ramienia :.......................12

Obliczenia dotyczące przegubu górnego......................................................13

8.Elementy katalogowe.......................................................................................14

Napęd liniowy z śrubą pociągową EGC-BS-KF :........................................14

Elektryczny moduł obrotowy ERMB :.........................................................15

Chwytak HGP z osłoną :..............................................................................16

9.Wnioski............................................................................................................17

2

0,020m

0,03

5m

1. Założenia projektowo-konstrukcyjne

Przedmiotem manipulacji jest półfabrykat w postaci walca o średnicy d i wysokości h.

D=0,020mH=0,035mρ=2720 kg/m3

Obj. walca :

Masa :

3

2. Obrabiarki sterowane numerycznie

Przedmiot jest obrabiany na dwóch tokarko—frezarkach o osi pionowej sterowanych numerycznie.

Frezarka CNC z magazynem narzędzi oraz systemem sterowania CNC Siemens 828 D Sinumerik

 

typ : centrum pionowe wymiary stołu :1000 x 450 mm przesuw w osi x : 850 mm przesuw w osi y : 500 mm przesuw w osi z : 600 mm prędkość obrotowa wrzeciona : 20 - 10000

obr/min. moc silnika wrzeciona : 12kW (wersja S1:

9kW) magazyn narzędzi : 16 sterowanie : Siemens 828D Sinumerik Operate

Tokarka Optimum CNC ze sterowaniem Siemens 828 Basic T 

· Sterowanie CNC Siemens 828 Basic T· Silnik wrzeciona i serwonapędy Siemens· Kompletna okładzina z urządzeń bezpieczeństwa· System chłodzenia· Automatyczne centralne smarowanie· Wysoka prędkość obrotowa· Hydrauliczny uchwyt 160 mm; tym twardych i gładkich szczękach blokowych

Parametry zasilaniaCałkowita moc zainstalowana        18.5 kW 400 V ~50 HzMoc silnika napędu wrzeciona        8 kW (S1 mode 7kW)Oś XPrzesuw                                                               250 mmPrędkość posuwu                              15'000 mm / minOś ZPrzesuw                                               760 mm

4

2100mm

Stół

obra

biar

ka 1

obra

biar

ka 2

Prędkość posuwu                              15'000 mm / min

3.Gniazdo obróbcze

5

4. Zadania do wykonania

1. Przeprowadzić analizę literaturową oraz internetową: www.gemotec.com, www.gimatic.com, www.norgren.com, www.guedel.com 2. Opracować pole możliwych rozwiązań: przynajmniej trzy różniące się koncepcje: ustroju nośnego i układów napędowych. 3. Metodą optymalizacji punktowej wybrać koncepcję do realizacji. 4. Uszczegółowić cechy konstrukcyjne ustroju nośnego i układów napędowych. 5. Sporządzić rysunek złożeniowy manipulatora. 6. Sporządzić rysunek wykonawczy jednego z elementów manipulatora.

6

1. 2.

3.

5.Koncepcje manipulatorów

7

8

6.Kryterialny wybór rozwiązania konstrukcyjnego

K1 - Minimalna masa manipulatoraK2 - Minimalna długość ruchów jałowychK3 - prostota działania manipulatoraK4 - zapewnienie modułowości mechanizmu ruchu obrotowego i pionowego manipulatoraK5 - błąd pozycjonowania od 0.2 do 1mmK6 - duża sztywność manipulatoraK7 - maksymalny stopien wykorzystania elementów znormalizowanychK8 - Prostota wykonania manipulatoraK9 - Minimalny czas postoju obrabiarek 

 1 - kryterium wazniejsze0.5 - kryterium tak samo ważne jak porównywane0 - kryterium mniej ważne od porównywanego

  1 - rozwiązanie spełnia kryterium w nieznacznym stopniu2 - rozwiązanie spełnia kryterium w umiarkowanym stopniu3 - rozwiązanie spełnia kryterium w pełni

  K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 g W1 W2 W3 WiK1   0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1 4,5 2 3 2 3K2 0,5   0,5 0,5 0,5 0 0,5 0 1 3,5 1 3 1 3K3 0,5 0,5   0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1 4,5 2 2 3 3K4 0,5 0,5 0,5   0,5 0 1 0,5 1 4,5 2 2 3 3K5 0,5 0,5 0,5 0,5   0,5 1 0 0,5 4 1 2 3 3K6 0,5 1 0,5 1 0,5   1 0 0,5 5 1 3 3 3K7 0,5 0,5 0,5 0 0 0   0 0 1,5 2 2 2 3K8 0,5 1 0,5 0,5 1 1 1   0,5 6 1 3 2 3K9 0 0 0 0 0,5 0,5 1 0,5   2,5 2 2 2 3                    z 54 91 87 108                    d 0,50 0,84 0,80 1,00

9

m. ramieniam. napędów

r

R

m. chwytaka

m. przedmiotu

F.cięż

F.bezw.F.odśr.

F.wyp.

7.Obliczenia

Do obliczeń przyjęto :

a = 1 [m/s2]g = 9,81 [m/s2]R = 0,8 [m]r = 0,4 [m]ω = 1,6 [rad/s]k = 2,8 [m/s2]

Masy poszczególnych elementów :

masa chwytaka = 0,266kgmasa przedmiotu = 0,03kgmasa ramienia = 5,604kgmasa napędów = 4,25kg

Siły działające na układ :

Siła odśrodkowa :

Siła ciężkości :

Siła bezwładności :

10

400 400

X

G2 G1

RAY

MA

Siła wypadkowa :

Obliczenia reakcji podpory :

G1 = Ciężar chwytaka i przedmiotuG1 = (Mchw + Mprzed) * g = 2,84NG2 = Ciężar ramienia zrobionego z ceownika aluminiowego wg EN AW 6060/6063G2 = Mram * g = 54,975N

11

12

400 400

X

G2 G1

RAY

MA

f

Obliczenia strzałki ugięcia :

13

Moduł Younga [E] dla aluminium wynosi 69GPa = 69000MPa = 69000000000PaRamie zostało skonstruowane poprawnie gdyż ugięcie y=0,0251<1mm

14

b

B

H h

Obliczenia momentu bezwładności dla przekroju ramienia :

15

Obliczenia dotyczące przegubu górnego

Ramię będzie osadzone na osi ustalonej w łożyskach, osadzonych na uchwycie przymocowanym do słupa.

Średnica osi :

Fr=Ra => Ra=57,81NF=2Fb=0.2m

Dla stali St7 kg=200MPa

średnica :

w celu ułatwienia produkcji i zwiekszenia wytrzymałości, średnica osi została powiększona do 10mm.

Obliczenia łożyska :

S0=2 dla pewności współczynnik S0 został dobrany dla dużych wymagań.P0=28,9N

Dobieram łożysko kulkowe zwykłe FAG 6000 gdzie : C=4550NC0=1960Nq=3 (dla łożysk kulkowych)n=30 obr/min

Z racji niskich obciążeń na osi, łożysko zdecydowanie przekracza wymagane 20000h więc spełnia wymagania dotyczące czasu pracy.

Ra Rb

F F

A B

b

16

8.Elementy katalogowe

Napęd liniowy z śrubą pociągową EGC-BS-KF :

17

Elektryczny moduł obrotowy ERMB :

18

Chwytak HGP z osłoną :

19

9.Wnioski

Z powodu wymaganego dużego pola roboczego manipulatora oraz założonej wysokiej sztywności konstrukcja okazała się duża i ciężka.

Zastosowana konstrukcja pozwala na dokładne operowanie, w założonym polu roboczym. Zmieniając napęd liniowy na napęd z większym wysuwem, możemy z łatwością powiększyć obszar roboczy.

Niska strzałka ugięcia powoduje, że spełniony jest istotny warunek o wysokiej sztywności manipulatora i dokładności pozycjonowania.

Większość elementów użytych do zbudowania manipulatora jest znormalizowana, lub umieszczona w katalogach producentów. Powoduje to łatwość wymiany większości elementów, a także wpływa znacząco na koszty produkcji całego manipulatora.

20