Автоматизация, робототехника и ГПС машиностроительного производств

Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н Ельцина

Либерман Я.Л

Рабочая программа дисциплины «Автоматизация, робототехника и ГПС машиностроительного производства»

Для подготовки магистров по направлению «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств»

Екатеринбург 2016

Программа предназначена для использования в процессе подготовки магистров, имеющих базовое образование бакалавров по специальности "Металлообрабатывающие станки и комплексы". Она охватывает круг вопросов общего

характера,

описание

автоматического

и

автоматизированного

оборудования, применяемого в машиностроении, основы робототехники и построения ГПС.

2

Содержание Введение…………………………………………………………………………….4 1 Общая часть……………………………………………………………………….4 2. Автоматическое и автоматизированное оборудование современного машиностроительного производства и его особенности…………………….…..4 3. Робототехника………………………………………………………………….…6 4. Гибкие производственные системы машиностроительного профиля……...…7 Заключение………………………………………………………………………..…8 Литература………………………………………………………………..……….…9

3

Введение Увеличения объема выпуска и расширение номенклатуры промышленной продукции при снижении ее себестоимости как основная задача современного производства.

1. Общая часть Производственный процесс и его структура. Понятия о механизации и автоматизации производства. Виды механизации и автоматизации и их количественные характеристики, установленные ГОСТом. Представление об оборудовании машиностроительного производства, и, в частности, о рабочей машине, как об объекте автоматизации. Системы управления машинами и их классификация. Виды систем управления в зависимости от их технологических возможностей, задач управления и степени автоматизации. Программные системы: кулачковорычажные и копировальные, системы циклового и числового управления и их разновидности. Автоматические системы, автоматизированные системы 1-го, 2го и 3-го уровня. Четыре фундаментальных принципа построения

систем

управления.

2. Автоматическое и автоматизированное оборудование

современного машиностроительного производства и его особенности. Технологическое

оборудование:

металлорежущие

станки-автоматы

и

полуавтоматы, станки с ЧПУ и ЦПУ; 3D-принтеры; прессы-автоматы; сборочные автоматы; сварочные автоматы и машины с ЧПУ; окрасочные машины и термическое оборудование. Транспортирующее

оборудование:

роликовые,

штанговые,

цепные,

ленточные, вибрационные, шнековые и другие конвейеры; грузоподъемные опорные и подвесные мостовые краны, кран-балки и краны-штабелеры; 4

монорельсовые

дороги;

автооператоры

и

манипуляторы.

Понятие

о

промышленных роботах. Контрольно-измерительное и испытательное оборудование: контрольносортировочные автоматы; координатно-измерительные машины; стенды для испытания изделий при различных режимах работы. Статистические металлорежущих

характеристики станках,

деталей,

структура

и

обрабатываемых

эффективность

на

использования

современного станочного парка. Тенденции развития станочного парка в Российской

Федерации

и

в

мире

и

прогрессивные

направления

в

конструировании станков. Новые приводы подач и шпиндельные узлы автоматизированных станков и их принципиальные схемы. Загрузочные устройства современных металлорежущих станков, их классификация и особенности применения. Устройства для автоматической смены инструмента и их конструкции. Системы мониторинга для металлорежущих станков и их виды. Системы автоматической диагностики состояния режущего инструмента в процессе обработки и принципы их построения. Устройства измерения и контроля размеров

деталей

и

инструмента

в

паузах

между

технологическими

переходами. Системы автоматической компенсации погрешностей обработки на станках. Системы точного согласование движений в многодвигательных станках и других машинах. Интерполяторы и электронные гитары. Системы предотвращения перекоса порталов тяжелых станков и мостов мостовых кранов. Особенности предотвращения перекоса в двухдвигательных и однодвигательных кранах. Средства устранения раскачивания груза при крановой загрузке тяжелых станков. Устройства устранения колебаний в кранах и станках. Выбор безрезонансных режимов резания как способ уменьшения вибрации при обработке на станках. Методы повышения надежности и экономичности конвейеров: устройства предотвращения схода ленты, автоматического регулирования натяжения лент и 5

цепей, автоматические блокировки и системы управления скоростью. Методы повышения технологической надежности контрольных автоматов.

1. Робототехника Робототехника

как

раздел

науки

об

автоматизации

производства.

Автооператоры и манипуляторы как прототипы промышленных роботов. Автоматические и автоматизированные манипуляторы. Системы управления манипуляторами: копирующие без отражения усилий, с пассивным и активным отражением

усилий,

с

дистанционным

«кнопочным»

управлением.

Промышленные роботы как манипуляторы с программным управлением. Кинематические схемы манипуляторов промышленных роботов. Системы координат манипуляторов: прямоугольная, цилиндрическая, сферическая, ангулярная. Понятие о коэффициенте сервиса манипулятора и средним реализуемом его значении при обслуживании манипулятором заданных точек рабочей зоны. Приводы промышленных роботов и их разделение по типам. Стационарные и мобильные роботы. Классификация мобильных роботов по видам и назначению. Классификации и принципы построения систем маршрутослежения и движителей мобильных роботов. Конструкции шассси мобильных роботов. Робокары и их конструктивные особенности. Системы управления движением робокаров: для управления траекторией, скоростью, позиционированием. Мобильные роботы специального назначения и структуры систем управления ими. Системы очувствления роботов и решаемые ими задачи. Сенсорные устройства восприятия информации, применяемые в системах очувствления. Устройство и алгоритмы действия систем очувствления роботов, предназначенных для перемещения по пересеченной местности с препятствиями.

Современные

системы

технического

зрения

роботов.

Особенности роботов, предназначенных для эксплуатации в закрытых боксах. Понятие о робототехническом (робототехнологическом) комплексе. Виды роботокомплексов и их структуры. 6

4. Гибкие производственные системы машиностроительного профиля. Агрегатные станки, роторные машины и автоматические станочные линии как прообразы современных ГПС. Понятия гибкости производственной системы. Гибкий автоматизированный завод и его структура: подсистема САПРИ – система автоматизированного проектирования изделия; АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки производства; АСНИ –

автоматизированная

автоматизированная

система

собственно

научных

исследований;

производственная

система;

АСПС

–

АСКИИ

–

автоматизированная система контроля и испытания изделий; АУСВУ – автоматизированная управляющая система высшего уровня. Назначение и взаимосвязи подсистем гибкого завода. Варианты АСПС: гибкий цех, гибкая линия, гибкий участок. Структура АСПС: ГПМ – гибкий производственный модуль; АТС – автоматическая транспортная система; АЗС и АСИ – автоматизированные склады заготовок и изделий; АСИОП –

автоматизированный склад инструмента, оснастки и

приспособлений; АУСНУ-автоматизированная управляющая система нижнего уровня. Назначение и взаимосвязи структурных составляющих АСПС. ГПМ и его обобщенная структура: автоматизированный технологический агрегат АТА (станок. пресс и т.п); автоматизированный транспортнозагрузочный агрегат АТЗА (промышленный робот или иное программируемое загрузочное устройство), АПА – автоматизированный промежуточный агрегат, связывающий АТС и АТЗА или АТЗА и АТА. Варианты структурных схем роботизированных

ГПМ:

кольцевая,

централизованная

одноуровневая,

централизованная двухуровневая. Варианты конструктивной реализации различных структурных схем. Конструкции схватов промышленных роботов, их классификация и устройство. Особенности оснастки, приспособлений и инструмента для станков, входящих в состав ГПМ, и других АТА. Автоматизированные системы проектирования 7

роботизированных ГПМ механообработки и сборки. Принципы выбора станка, робота, транспортно-загрузочного агрегата. Автоматизированные системы проектирования

АСПС

механообработки.

Принципы

выбора

склада,

транспортных систем и пр. Принципы построения системы диспетчирования в АСПС, в том числе стружкоуборки.

Заключение. Социальные

последствия

автоматизации

промышленного

производства,

перспективы робототехники, ГПС и их роли в жизни человеческого общества.

8

Литература 1.

Кувшинский

В.В.

Автоматизация

технологических

процессов

в

машиностроении. М.:Машиностроение, 1972 2.

Хомченко

В.Г.,

Голобурдин

А.И.,

Федотов

А.В.

Автоматизация

технологических процессов и производств. Омск: Издательство ОмГТУ, 1999 3.

Шурков

В.Н. Основы

автоматизации

и

промышленные

роботы.

М.:машиностороение, 1989. 4.

Лебедовский М.С., Федотов А.И. Автоматизация сборочных работ.

Л.:Лениздат, 1970. 5.

Гибкое автоматическое производство / В.О.Азбель, В.А.Егоров, А.Ю.

Звоницкий и др. /Л.:Машиностроение, 1985. 6.

Гибкие производственные комплексы / В.А. Лещенко, В.М. Киселев, Д.А

и др. М.:Машиностроение, 1984. 7.

Смехов А.А. Автоматизированные склады. М.:Машиностороение. 1987.

8.

Вальков В.М. Контроль в ГАП. Л.:Машиностороение, 1986.

9.

Либерман Я.Л., Кувшинский В.В. Контрольно-сортировочные автоматы.

М.:Машиностороение, 1983. 10.

Промышленная

робототехника

и

гибкие

автоматизированные

производства / С.Ю. Белов, В.В. Васильевский, Н.М. Довбня и др. Л.:Лениздат, 1984. 11.

Патон Б.Е., Спыну Г.А., Тимошенко В.Г. Промышленные роботы для

сварки. Киев: Наукова думка, 1977. 12.

Кошкин Л.Н. Роторные машины и линии для механической обработки.

М.:Машиностроение, 1994. 13.

Кувшинский В.В. Автоматизация загрузки металлорежущих станков в

гибких производственных системах. Свердловск: Издательство УПИ, 1987. 14.

Основы автоматизации измерений/ В.Б. Коркин, Т.В. Григорьяну, Э.Ф.

Макаров и др. М.: Издательство стандартов, 1991. 15.

Малов А.Н. Загрузочные устройства для металлорежущих станков. 9

М.:Машиностороение, 1995. 16.

Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.Н Оснастка для станков с ЧПУ.

М.:Машиностороение,1990. 17.

Колка

И.А.,

Кувшинский

В.В.

Многооперационные

станки.

М.:Машиностороение, 1983. 18.

Чудаков

А.Д.

Системы

управления

гибкими

комплексами

механообработки, М.:Машиностороение, 1990. 19.

Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы / В.Б.

Брагин, Ю.Г. Войлов, Ю.Д, Жаботинский и др. М.:Машиностороение,1987. 20. Управляющие системы промышленных роботов / Ю.Д. Андрианов, Л.Я. Глейзер, М.Б. Игнатьев и др. М.:Машиностороение, 1984. 21. Либерман Я.Л. Повышение технологической надежности контрольносортировочных автоматов. Свердловск: Издательство УрГУ, 1990. 22.

Козырев Ю.Г. Промышленные роботы. М.:Машиностороение, 2013.

23.

Либерман Я.Л. Системы моинторинга для металлорежущих станков.

Екатерибург. Издательство УГТУ-УПИ, 2000. 24.

Либерман

Я.Л,

Тулаев

Ю.И.

Диагностика

состояние

режущего

инструмента в процессе обработки. Екатеринбург: Издательство БКИ, 2007. 25.

Либерман Я.Л. Автоматизированная система подбора промышленного

работа к токарному станку по грузоподъемности. Свердловск: Издательство УПИ, 1990. 26.

Либерман Я.Л., Летнев К.Ю. Автоматическое устранение колебаний

груза на гибкой подвеске при подъеме и опускании. Екатеринбург: Издательство УрФУ, 2012. 27.

Либерман Я.Л. Расчет режимов резания при точении с учетом

виброустойчивости технологической системы. Екатеринбург: Издательство УрФУ, 2012. 28.

Либерман ЯЛ. Исследование практики реализации технологических

возможностей

современных

токарных

станков

в

машиностроении

/

Современные проблемы машиностроения: труды V Международной научно10

технической конференции. Томск: Издательство Томского политехнического института, 2010. 29.

Горлатов А.С. Разработка устройств типа «рука» для передачи штучных

изделий / Современные проблемы машиностроения: труды VI Международной научно-технической

конференции.

Томск:

Издательство

Томского

политехнического института, 2011. 30.

Либерман Я.Л., Летнев К.Ю. Специальные и специализированные

системы управления транспортирующими машинами. Saarbrucken: Verlag LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016 31.

Либерман

Я.Л.,

Волкова

автоматизированного

Н.А.,

проектирования

Куликова

Т.Ю.

роботизированных

Система модулей

механообработки / Автоматизация и современные технологии.2014, №10. 32.

Хвостикова

А.И.

Опытно-конструкторская

разработка

энергоэкономической системы стружкоуборки для ГАЦ токарной обработки: магистерская диссертация, Екатеринбург: УрФУ, 2015. 33.

Бикташев

Д.А.

Опытно-конструкторская

разработка

системы

диспетчерирования для ГАЦ токарной обработки: магистерская диссертация, Екатеринбург УрФУ, 2015. 34.

Либерман Я.Л. Система стабилизации температуры подшипников мотор-

шпинделя с искусственным интеллектом / Материалы международной научнопрактической конференции «Машиностроение, материаловедение, энергетика», Екатеринбург: Издательство УрФУ, 2015. 35.

Кучин С.Г. Повышение точности формообразующих помещений при

высокоскоростной

токарной

обработке:

магистерская

диссертация.

Екатеринбург: УрФУ, 2016. 36.

Чепусова Е.Ю. Повышение точности и быстродействия приводов подач

металлорежущих станков при высокоскоростном точении: магистерская диссертация. Екатеринбург: УрФУ, 2016. 37.

Кубатиев Р.Р. Разработка принципов построения роботокомплексов для 11

производства ремонтно-сборочных работ в автономных боксах: магистерская диссертация. Екатеринбург: УрФУ, 2017.

12