Материал: Курсовое проектирование по автоматизации, робототехнике и ГПС кузнечно-штамповочного производства. Антонов С.И., Бойко А.Ю

где G - вес заготовки; b - ширина заготовки; f - коэффициент трения заготовки об опорную поверхности (принимается постоянным); у - текущая коор­дината (расстояние от оси пробивки до зажимов).

При расчете зажимов из условия удержания движущегося листа наиболее опасным будет случай, когда разгон происходит одновременно по двум координатам и жесткий лист опирается на одну матрицу при величине у, равной минимально возможному значению (в зависимости от конструкции пресса). В этом случае сила Р1, будет иметь максимальное значение.

(115)

где Р - сила, вырывающая заготовку из зажима; Р₂ - геометрическая сумма динамических сил; d, c - плечи сил Р₁ и Р₂ - коэффициент трения в губках зажимов листа, принимаемый равным μ = 0,07; a_х, a_у - ускорения разгона или торможения кареток координат X и У; g - ускорение свободного падения; L - расстояние между зажимами.

На рис. 57 представлены графики зависимости силы Р от толщины заготовки, построенные по результатам расчета по формуле (115) и данным экспериментов.

Значения исходных величин были приняты следующие:

d = 1,4 м;y = 0,1 м; f = 0,14; c = 0,7 м; L = 1 м.

Эксперименты проводились на прессе К0126Б; заготовка в зажимах крепилась по схеме, приведенной на рис. 56. Заготовка, закрепленная на координатном столе пресса, приводилась в движение одновременно по двум координатам и опиралась на одну матрицу, расположенную на 3 - 4 мм выше других.

Перемещения заготовки осуществлялись с помощью приводов кареток, работающих в режиме от предварительного набора и обеспечивающих при разгоне и торможении ускорение заготовки а = а_х = а_у = 2,2 м/сек².

Рис 56. рачсетная схема действия сил: 1-каретка; 2-проволочные тензодатчики; 3- зажимы заготовки; 4- тарированные балочки; 5-заготовка.

Рис 57. Графики зависимости силы P от толщины заготовки : –––––– -по данным расчета, -------- - по экспериметальным данным.

В момент разгона или торможения проволочные тензодатчики, расположенные на вертикальных гранях упругих тарированных балочек, регистрировали суммарную силу, действующую на заготовку в горизонтальной плоскости, т. е. величину силы Р. Показания тензодатчиков записывались осциллографом типа Н-105.

Значения усилий Р, полученные при экспериментах (см. рис. 57), со­ставляют 75 - 110 % теоретических, что подтверждает возможность расчета усилий θ по формуле (115).

При износе матриц и их перешлифовке между заготовкой и зеркалом вырубной матрицы образуется зазор Δ вследствие того, что заготовка опирается на другие матрицы. Наличие этого зазора вызывает прогиб заготовки при вырубке и появление дополнительных сил: вырывающих заготовку из зажимов (Рh) и раскрывающих губки (Rh).

При экспериментальном определении усилия зажима из условия удержа­ния заготовки во время вырубки контуров заготовки также крепились по схеме, представленной на рис. 56.

Вырубка контуров на заготовках толщиной h = 3; 4; 5 мм произ­водилась при различных значениях величин у и разности в уровнях подачи материала и зеркала рабочей матрицы Δ (см. рис. 56).

В момент вырубки проволочные тензодатчики, расположенные на вертикальных и горизонтальных гранях упругих тарированных балочек, регистрировали суммарные силы, действующие на заготовку я горизонтальной и верти­кальной плоскостях, т. е. величины сил (Рh ) и (Rh).

Эксперименты показали, что эти силы действуют одновременно и увеличиваются по мере увеличения Δ и уменьшения у, оставаясь при этом приблизительно равными.

Установлено также, что с увеличением толщины заготовки при прочих равных условиях величины сил Рh и Rh растут, подчиняясь приблизительному соотношению:

(116)

где Р_hi - известная сила для h_i-1 толщины материала; h_i,

h_i-1 - толщины заготовок.

Соответствующее усилие зажима может быть посчитано по формуле

(117)

Данные экспериментов и формулы (116) и (117) позволяют построить кривые зависимости величин Рh, Rh и θ от толщины заготовки h при различных значениях Δ и постоянных значениях величины у.

Из графиков, приведенных на рис. 58, видно, что при обработке стальных панелей толщиной до 3 мм рост усилия Рh при увеличении θ незначительный.Однако при увеличении значения Δ примерно до 2,5 мм наблюдается либо смещение центра пробивки на панели из-за подтягивания свободного конца заготовки к месту вырубки в момент опускания пуансона, либо поломка тонкого инструмента.

Экспериментально установлено, что при h = 3 мм, Δ =2,5 мм; у =100 мм и диаметре пуансона dп = 90 мм центр пробивки отверстия на панели смещается на 0,02.. .0,03 мм, т. е. 10... 15 % общего допуска на точность координат иробитых отверстий для пресса К0126Б, которая составляет ±0,2 мм.

С уменьшением величины Δ до 1 мм можно практически избежать смещения центров отверстий и поломки тонкого инструмента и процессе вырубки.

–––––– -по данным расчета по формуле (116) ; -------- - по экспериментальным данным

Рекомендации

1. На дыропробивных прессах, оснащенных системой программного управления и координатным столом, для заготовок с габаритными размерами до 1200x2000 мм расчет зажимов следует вести по условиям пробивки при воз­можном Δ = 2,5 мм с наибольшей толщиной листа.

2. На дыропробивных прессах после перешлифовки матриц необходимо устанавливать компенсационные прокладки с целью сведения величины Δ к рациональному минимуму, равному 1 мм.

3. Необходимо стремиться к максимальному расстоянию между зажимами для каждой конкретной детали.

4. При создании дыропробивных прессов с программным управлением необходимо обеспечить возможность быстрой и точной регулировки величины Δ в пределах 0...1 мм, например, с помощью клиновой регулировки высоты уровня подачи материала относительно зеркала матрицы.

10. ТРЕБОВАНИЯ К ИЗМЕНЕНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ НА РТК

Применение для листовой штамповки ЦР часто основывается на существующей технологии и штампах, что приводит к трудностям в процессе внедрения и к неудачам. Происходит это ввиду недостаточной разработки вопросов изменения технологии, приспособления ее к роботизированным комплексам.

Автоматизация предъявляет к технологии ряд специфических требований, удовлетворение которых облегчает автоматизацию, упрощает конструктивное исполнение механизмов и их управление.

На всех этапах технологического процесса штамповки разнообразные движения заготовки и детали, связанные с роботом, требуют приспособления или изменения технологии и обеспечения на всех этапах контроля технологического процесса, контроля положения заготовки и ее перемещения, а также контроля положения движущихся частей машин и механизмов и их блокировки и отключения в случае необходимости.

Рассмотрим требования к технологии на всех этапах изготовления детали штамповкой.

Промышленные роботы работают обычно от штучных заготовок. Поэтому перед захватом их роботом заготовки должны попасть в питатель, подающий заготовку на исходную позицию захвата ее охватом робота. Поскольку РТК работает главным образом в условиях серийного производства, то это влечет за собой необходимость частой смены штампуемых деталей и, следовательно, частой" смены исходных заготовок. Даже если применить групповую обработку, все равно смена заготовок и деталей будет частой.

Поэтому необходимо применять надежные универсальные питатели, обеспечивающие быструю переналадку на другие детали (заготовки) в пределах сгруппированных деталей. Для относительно крупногабаритных деталей питатель должен быть снабжен еще бункером, из которого добавляются детали в питатель.

Непосредственными требованиями к заготовкам являются следующие.

• Заготовки должны иметь по возможности форму прямоугольника либо прямоугольника со срезанными углами. При такой форме лучше обеспечивается центрирование заготовок в питателе. Если форма заготовки иная, то следует рассмотреть возможность изготовления заготовки на две детали с последующей штамповкой двух деталей одновременно.

• Заготовки должны иметь хорошую поверхность среза. Заусенцы должны отсутствовать. Следует категорически запретить разрезку на заготовки одновременно двух листов, положенных один на другой, так как в этом случае разделить листы очень трудно.

• Заготовки должны иметь чистую поверхность. Масло и грязь должны быть предварительно очищены с поверхности. В случае необходимости в линии должна быть предусмотрена мойка заготовок.

Несмотря на указанные предосторожности, на питателях, как правило, должны быть установлены распушители заготовок (специальные электромагниты), отделяющие заготовки друг от друга.

Должен быть предусморен контроль захвата роботом именно одной заготовки. При захвате одновременно двух заготовок должен быть предусмотрен режим сброса этих заготовок или остановка процесса и аварийный сигнал (ава­рийная лампочка или зуммер).

Заготовки после захвата роботом должны быть смазаны.

Требованиями непосредственно к самой технологии штамповки являются следующие.

• Наибольшая надежность технологического процесса. Не должно быть неустойчивых операций, когда возможен даже минимальный процент брака.

• Минимальное количество операций и переходов штамповки, позволяющее упростить процесс транспортирования заготовки роботом, увеличить производительность и повысить надежность работы. Не­обходимо рассмотреть возможность комбинирования операций без снижения их надежности.

• Технология должна исключать необходимость кантовать заготовку (переворачивать на 180°). Это упрощает работу робота и увеличивает производительность.

• Требованиями к штампам являются следующие.

• Штампы должны обладать наивысшей надежностью и высокой стойкостью. Стойкость штампов должна обеспечивать их бесперебойную работу в течение заданного времени, когда должна быть проведена замена штампа, его контроль или планово- предупредительный ремонт.

• Штампы должны быть быстросменными. Для этого должны быть использованы автоматические зажимы, устройства вывода штампа из зоны пресса и его ввода.

• В штампах должны быть предусмотрены выталкиватели, как в верхнем, так и в нижнем штампах. Работа выталкивателей должна быть надежной, плавной и синхронной. Выталкиваемая деталь в процессе выемки из штампа должна быть зажата между верхними и нижними выталкивателями, что предохраняет от выскакивания де­тали ввиду наличия остаточных упругих деформаций. Кроме этого, как правило, необходимы так называемые отлипатели, отделяющие прилипшую деталь от соприкасающихся частей штампа.

• В штампах желательно предусмотреть датчики износа, а также наличия детали в штампе и ее фиксации.

• В штампах должны быть предусмотрены выемки для входа и вы­хода схвата робота, где схват захватывает деталь.

• Штампы должны быть по возможности простыми, в особенности при мелкосерийном производстве. В этом случае после штамповкив первом штампе заготовки складываются в специальные укладчики-накопители, которые после загрузки, при штамповке во втором штампе играют роль питателей.

Технология штамповки, последовательность перемещений заготовок и положений движущихся частей должны постоянно контролироваться, чтобы обеспечить безопасность работы всей системы.

В частности, при эксплуатации роботизированных участков штамповки можно предусмотреть следующее.

• Система должна получить сигнал о том, что пресс совершил рабо­чий ход и ползун пресса находится в крайнем верхнем положении. Кроме этого, должен быть подан сигнал о наличии заготовки в исходной позиции в питателе. Если какого-либо из этих сигналов нет, то система останавливается и дает аварийный сигнал.

• Если все в порядке, то рука робота из исходного положения перемещается и захватывает заготовку в питателе, затем переносит заготовку и укладывает ее в штамп. При этом должен быть подан сигнал о том, что установка заготовки в штампе проведена правильно. Далее рука робота освобождает заготовку и отходит назад. Здесь также должен быть сигнал о том, что рука отошла назад. Только тогда дается команда на пуск пресса. Пресс совершает рабочий ход и останавливается в крайнем верхнем положении, где дается сигнал об этом.

• Вытолкнутая отштампованная деталь находится на выталкивателях между верхними и нижними штампами. Об этом также должен быть дан сигнал. После сигнала рука робота берет деталь из штампа и переносит ее на транспортер или в ящик, где также должен пройти сигнал о том, что деталь передана. Затем рука робота отводится в исходное положение и цикл работы может повториться.

• Для получения всех упомянутых сигналов должны быть установлены соответствующие датчики, которые также могут потребовать изменения в штампах или в технологии.

Выше были упомянуты только основные требования, которые предъявляет автоматизация технологии листовой штамповки с помощью промышленных роботов.

Каждый технологический процесс листовой штамповки, подлежащий автоматизации с помощью промышленных роботов, имеет свои специфические особенности, которые также должны быть увязаны с требованиями автоматизации.

11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РТК ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Освоение серийного производства ПР ставит задачу быстрого и эффективного внедрения их в промышленность. Внедрение Г1Р в штамповочном производстве представляет собой создание и внедрение РТК. Процесс этот трудоемкий и сложный. Его особенностью является то, что создаются и внедряются РТК непосредственно силами потребителя, который зачастую недостаточно информирован и имеет мало опыта в решении подобных задач. Кроме того, внедрение ПР в производство в составе с действующим оборудованием требует быстрого ввода в промышленную эксплуатацию РТК, особенно на этапах монтажа и отладки.

Универсальность ПР определяет специфику проведения работ по созданию РТК, так как в каждом конкретном случае можно осуществить ряд вариантов применения ПР с различными показателями эффективности работы.

Вместе с тем РТК относятся к классу сложных систем. Методы их анализа и синтеза развиты недостаточно. Процесс создания и внедрения РТК штамповки должен базироваться на системном подходе, учитывающем технологиче­ские, технические и организационные аспекты.

В настоящее время и у нас в стране, и за рубежом накоплен практический опыт создания и внедрения РТК листовой штамповки с применением как одноруких, так и многоруких ПР, что позволяет выделить ряд основных этапов соз­дания РТК (рис. 59).

Рациональные параметры РТК листовой штамповки мелких деталей. Важное значение при создании РТК имеет анализ технологических процессов. Для пользователя ПР необходимо рассматривать два варианта ис­ходных данных при создании РТК:

имеются конкретные образцы ПР (предполагается возможность их выбора из некоторой номенклатуры), которые необходимо применить в штамповочном производстве;

имеются конкретные объекты роботизации (известны детали, техно­логические процессы, оборудование), которые необходимо автоматизировать с помощью ПР.

Задача анализа технологических процессов — свести два условия к одному: известны ПР и объекты роботизации, которые требуется автоматизировать с максимальной эффективностью. Оптимальное решение этой задачи может быть получено на основе установления взаимосвязи между параметрами ПР, технологических процессов, деталей и оборудования. На данном этапе необходим анализ параметров РТК на основе статистической информации о них. Состав информации представлен в табл. 19.

Таблица 19

Состав информации о параметрах РТК