Лабораторные работы по автоматизации производственных процессов в машиностроении

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«Южно-Уральский государственный Университет
(национальный исследовательский университет)»
Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» в г. Златоусте
Факультет Техники и технологии
Кафедра «Технология машиностроения, станки и инструменты»
Альбом лабораторных работ
по дисциплине «Автоматизация производственных процессов в
машиностроении»
Выполнили:
студент группы
«___» __________ 2022 г.
Проверил: профессор кафедры
«Технология машиностроения, станки
и инструменты»
«___» ___________ 2022 г.
Златоуст 2022 г.
Лабораторная работа №4 «Изучение работы контрольносортировочного автомата»
Цель работы: Изучение автоматизации операций контроля деталей
типа «Втулка» на примере контрольно-сортировочного автомата «Каскад».
Эскиз детали «Втулка» в соответствии с рисунком 1.
Рисунок 1 – Эскиз детали «Втулка»
Из Лис
м.
т
№ докум. Подп.
Дат
а
2
Перечень контролируемых параметров:
Перечень
контролируемых
параметров
при
работе
контрольно-
сортировочного автомата «Каскад» указаны в таблице 1.
Таблица 1 – Перечень контролируемых параметров
№
Ручья
1
2
3
4
5
6
№
Контролируемый
Особенности
измерителя
параметр
контроля
∅24−0,35 «ПР»
1
Контроль в случайном сечении
2
∅24−0,35 «НЕ»
3
∅21,8−0,28 «ПР»
Контроль в случайном сечении
∅21,8−0,28 «НЕ»
4
5
11−0,43 «ПР»
Контроль в случайном сечении
11−0,43 «НЕ»
6
7
Пробкой снизу
∅18+0,43
+0,43
8
∅18
«ПР» Пробкой на проход
+0,43
9
∅18
«НЕ» Пробкой сверху
Описание контрольно-сортировочного автомата «Каскад»:
Кинематическая схема контрольно-сортировочного автомата «Каскад» в
соответствии с рисунком 2.
Из Лис
м.
т
№ докум. Подп.
Дат
а
3
Рисунок 2 – Кинематическая схема контрольно-сортировочного автомата
«Каскад»
Деталь 3 из вибробункера 1 по лотку 2 попадает на плиту 9. Отсекатель 4
выдает детали поштучно. Плита 9 от привода 29 получает качательное движение
относительно вала 32.
В момент выдачи детали из вибробункера плоскость плиты совпадает с
плоскостью падающего лотка вибробункера, и деталь беспрепятственно
скользит по плите вдоль наклонно расположенных бортиков, например, 34. На
плите 9 на пути движения детали устанавливаются проходные и непроходные
жесткие регулируемые калибры «ПP» и «НЕ». Первым устанавливается калибрскоба «ПР». Годная деталь, достигнув скобы «ПР» 5, проходит ее и скользит под
действием силы тяжести дальше до скобы «НЕ» 7, где должна застрять. При
обратном качании стола выталкиватель 31 своим рычагом 33 вытолкнет
застрявшую деталь в скобе «HЕ» 7. Деталь заскользит вниз до соприкосновения
с бортиком 6, также наклонно расположенным от качания стола.
Если деталь забракована по «ПР» 5, она выталкивается рычагом
выталкивания 33 и сразу попадает в отсек 23 брака «+». Если же деталь пройдет
скобу «НЕ» 7, то попадает в отсек 22 брака «-». Таким образом, в зависимости
oт количества высот и диаметров производится отбраковка детали по каждому
размеру на брак «+», брак «-» и годную по всем размерам. Далее деталь
поступает в призму, образованную бортиком 19 и падающим рычагом 16. Рычаг
16 удерживается от произвольного перемещения вправо подпружиненным
держателем 15. Неподвижно к корпусу автомата перпендикулярно к плите 9
закреплен измеритель диаметра отверстия 11, на котором установлена
плавающая подпружиненная пробка 14 «ПР» или «НЕ».
Усилие ввода пробки 14 в отверстие детали регулируется винтом 10.
Пробка воздействует на подпружиненный ползун 12, который соединен с
подпружиненным штоком 10. При введении пробки «ПР» в отверстие детали на
Из Лис
м.
т
№ докум. Подп.
Дат
а
4
проход шток 13 нажимает держатель 15 и падающий рычаг 16 под действием
собственного веса перемещается вправо. При движении плиты 9 вниз деталь
снимается с пробки 14 «ПР» и по плите 9 вдоль бортика 19 перемещается в отсек
17 годных деталей. Взвод рычага 16 в рабочее положение происходит за счет
собственного веса при перемещении плиты 9 вниз.
Результаты замеров деталей измерительными приборами:
Результаты произведенных замеров приведены в таблице 2
Таблица 2 – Результаты замеров
Номер
детали
Отсек
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Из Лис
м.
т
Чертежный размер,
мм
Результаты
замера, мм
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
∅24−0,35 «ПР»
∅24−0,35 «НЕ»
23,65
24
23,9
23,8
23,9
24
23,9
23,7
24
23,8
24
23,9
24
23,9
23,65
23,9
23,8
24
19
III
11−0,43 «ПР»
11−0,43 «НЕ»
10,7
20
21
22
23
IV
IV
IV
IV
∅18+0,43
18
18,1
18,2
18
№ докум. Подп.
Дат
а
5
24
25
IV
IV
18,2
18
Оценка действительной производительностью автомата:
Производительность контрольно-сортировочного автомата «Каскад» 𝐾
определим по формуле 1:
𝐾=
𝑄 ∙ 50
,
𝑡
(1)
где 𝑄 – количество деталей, шт.;
𝑡 – время контроля, мин.
𝐾=
25 ∙ 50
= 625 шт/мин
2
Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы был изучен процесс
автоматизации операций контроля деталей типа «Втулка» на примере
контрольно-сортировочного
автомата
«Каскад».
Была
определена
действительная производительность автомата
Контрольно-сортировочный автомат позволяет: повысить скорость и
точность исследований и измерений; уменьшить время, затрачиваемое на
обработку и оценку результатов, а также снижает вероятность допущения
ошибок, связанных с человеческим фактором при проведении контроля
качества.
Из Лис
м.
т
№ докум. Подп.
Дат
а
6
Лабораторная
работа
№6
«Исследование
работы
вибрационного бункерного загрузочного устройства»
Цель работы: Изучение устройства и принципа работы вибрационного
бункерного питателя (ВБЗУ), определение скорости перемещения деталей и
производительности.
Назначение и область применения ВБЗУ
Вибрационные бункерные загрузочные устройства или ВБЗУ широко
применяются для подачи заготовок и деталей на операциях обработки и сборки.
Наибольшее распространение получили загрузочные устройства с
круговыми бункерами и спиральными лотками. Они отличаются простотой
конструкции,
экономичностью,
универсальностью,
надежностью
и
долговечностью работы.
Эскиз детали в соответствии с рисунком 1
Рисунок 1 – Эскиз детали
Описание основных этапов исследования
Из Лис
м.
т
№ докум. Подп.
Дат
а
7
Определим фактическую скорость движения 𝑉ср.ф заготовок по лотку по
формуле 1:
𝑉ср.ф =
𝜋𝑑𝑝
,
𝑡
(1)
где 𝑑 – диаметр расположения заготовок на лотке бункера, 𝑑 = 0,255 м;
𝑝 – число витков лотка, 𝑝 = 3;
𝑡 – время, в течении которого заготовка пройдет всю длину спирального
лотка, мин.
Фактическое время прохождения детали всей длины спирального лотка
указаны в таблице 1.
Таблица 1 – Фактическое время прохождения детали
𝑈пит , В
70
80
90
100
120
140
19
13
9
6
4
0*
𝑡, мин
* - из-за сильной вибрации заготовки падали обратно в бункер
160
0*
Тогда фактическая скорость движения 𝑉ср.ф заготовок по лотку будет
равна:
3,14 ∙ 0,255 ∙ 3
= 0,126 м/мин
19
3,14 ∙ 0,255 ∙ 3
𝑉ср.ф2 =
= 0,185 м/мин
13
3,14 ∙ 0,255 ∙ 3
𝑉ср.ф3 =
= 0,267 м/мин
9
3,14 ∙ 0,255 ∙ 3
𝑉ср.ф4 =
= 0,401 м/мин
6
3,14 ∙ 0,255 ∙ 3
𝑉ср.ф5 =
= 0,601 м/мин
4
Фактическое значение амплитуды колебания наружной цилиндрической
𝑉ср.ф1 =
поверхности бункера 𝐴 указаны в таблице 2.
Таблица 2 – Значения амплитуды колебания
𝑈пит , В
Из Лис
м.
т
70
№ докум. Подп.
80
Дат
а
90
100
120
140
160
8
𝐴, мм
0,15
0,21
0,28
0,32
0,4
0,45
0,5
Определим расчетную скорость движения 𝑉рас заготовок по лотку по
формуле 2:
𝑉рас = 0,036𝑛𝐴𝑓 𝑡𝑔 𝛾 ,
(2)
где 𝑛 − частота колебаний чаши бункера, 𝑛 = 3000 колебаний в минуту;
𝐴 – амплитуда колебаний наружной цилиндрической поверхности
бункера;
𝑓 − коэффициент трения материала заготовки о лоток, 𝑓 = 0,15;
𝛾 − угол бросания.
Определим неизвестные входящие в формулу 2.
Значение угла бросания 𝛾 определим по формуле 3:
(3)
𝑓 ≤ 𝑐𝑡𝑔𝛾,
где 𝑓 − коэффициент трения материала заготовки о лоток, 𝑓 = 0,15;
𝛾 − угол бросания.
𝛾 = 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑡𝑔 𝑓 → 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑡𝑔 0,15 = 2°
𝑡𝑔2° = 0,035
Тогда расчетная скорость движения 𝑉рас заготовок по лотку будет равна:
𝑉рас1 = 0,036 ∙ 3000 ∙ 0,15 ∙ 0,15 ∙ 0,035 = 0,085 м/мин
𝑉рас2 = 0,036 ∙ 3000 ∙ 0,21 ∙ 0,15 ∙ 0,035 = 0,119 м/мин
𝑉рас3 = 0,036 ∙ 3000 ∙ 0,28 ∙ 0,15 ∙ 0,035 = 0,159 м/мин
𝑉рас4 = 0,036 ∙ 3000 ∙ 0,32 ∙ 0,15 ∙ 0,035 = 0,181 м/мин
𝑉рас5 = 0,036 ∙ 3000 ∙ 0,4 ∙ 0,15 ∙ 0,035 = 0,227 м/мин
Данные ранее полученные при расчетах внесем в таблицу 3
Таблица 3 – Данные расчетов
70
𝑈пит , В
0,15
𝐴, мм
𝑉ср.ф , м/мин 0,126
Из Лис
м.
т
№ докум. Подп.
80
0,21
0,185
Дат
а
90
0,28
0,267
100
0,32
0,401
120
0,4
0,601
140
0,45
-
160
0,5
-
9
𝑉расч , м/мин 0,085
0,119
0,159
0,181
0,227
-
-
Определим производительность ВБЗУ
Фактическая производительность ВБЗУ представлена в таблице 4.
Таблица 4 – Фактическая производительность ВБЗУ
𝑈пит ,
В
70
80
90
100
120
140
160
Производительность за минуту работы
1-я
2-я
3-я
4-я
5-я
6-я
7-я
Средняя
минута минута минута минута минута минута минута
1
2
3
5
6
7
8
5
1
3
5
7
9
11
13
7
2
5
7
10
13
15
18
10
3
7
11
15
17
21
25
14
6
12
18
24
30
36
42
24
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Производительность вибробункера 𝑄расч в зависимости от скорости
движения деталей по лотку определим по формуле 4:
𝑄расч =
𝑉расч 𝑘
,
𝑙
(4)
где 𝑉расч − расчетная скорость движения, м/мин;
𝑘 – коэффициент заполнения бункера, 𝑘 = 0,5 … 0,8;
𝑙 – длина перемещаемой детали в направлении ее движения вдоль лотка,
𝑙 = 30 ∙ 10−3 мм.
заготовок/мин
𝑄расч2
заготовок/мин
𝑄расч3
𝑄расч4
Из Лис
м.
0,085 ∙ 0,8
= 2,3
30 ∙ 10−3
0,119 ∙ 0,8
=
= 3,2
30 ∙ 10−3
0,159 ∙ 0,8
=
= 4,2
30 ∙ 10−3
0,181 ∙ 0,8
=
= 4,8
30 ∙ 10−3
𝑄расч1 =
т
№ докум. Подп.
заготовок/мин
заготовок/мин
Дат
а
10
𝑄расч5 =
0,227 ∙ 0,8
= 6,0 заготовок/мин
30 ∙ 10−3
Коэффициент 𝐾 определим по формуле 5:
𝐾=
𝑄ф.ср.
,
𝑄расч
(5)
где 𝑄ф.ср. − фактическая средняя производительность ВБЗУ, заготовок/мин;
𝑄расч − расчетная производительность ВБЗУ, заготовок/мин;
Полученные значения коэффициента 𝐾 занесем в таблицу 5.
Таблица 5 – Значения коэффициента 𝐾
𝑄ф.ср.
5
2,3
𝐾
7
2,2
10
2,4
14
3,0
24
4
А, мм
Построим графики зависимостей в соответствии с рисунками 2 – 4.
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
60
70
80
90
100
110
120
U, В
Рисунок 2 – График зависимости амплитуды от напряжения
Из Лис
м.
т
№ докум. Подп.
Дат
а
11
V, м/мин
0,61
0,51
0,41
0,31
0,21
0,11
65
75
85
95
105
115
125
U, В
Q, заг/мин
Рисунок 3 – График зависимости фактической скорости от напряжения
25
22,5
20
17,5
15
12,5
10
7,5
5
2,5
60
70
80
90
100
110
120
U, В
Рисунок 4 – График зависимости производительности от напряжения
Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы изучено устройство и
принцип работы вибрационного бункерного загрузочного устройства (ВБЗУ).
За счет изменения питающего напряжения (70В; 80В; 90В; 100В; 120В;
140В; 160В), определили расчетную и фактическую скорости движения деталей
по лотку и выяснили, что с увеличением напряжения увеличивается амплитуда
колебания, увеличивается скорость движения деталей, как расчетная (от 0,085
мм/мин до 0,227 м/мин), так и фактическая (от 0,126 м/мин до 0,601 м/мин).
Из Лис
м.
т
№ докум. Подп.
Дат
а
12
Построили графики зависимости, в которых также наблюдали прямую
зависимость амплитуды колебаний от питающего напряжения, скорость и
производительность от амплитуды.
В итоге, опираясь на расчеты и экспериментальные данные, можно
сделать вывод, что с увеличением амплитуды колебаний ВБЗУ увеличивается,
как скорость движения заготовок, так и производительность устройства.
Из Лис
м.
т
№ докум. Подп.
Дат
а
13