Размещено на http://www.allbest.ru/

Полуавтомат вырезки контейнеров



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ РЕЗКИ ПОЛИМЕРОВ

Вырубка гидравлическим прессом

Вырубка кривошипным прессом

Вырезка фрезой

Вырезка лазером

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУАВТОМАТА

3. РАЗРАБОТКА КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ УЗЛОВ ПОЛУАВТОМАТА

Узел подачи заготовки

Узел перемещения лазера

Кинематические расчеты

4. ВЫБОР ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

5. РАЗРАБОТКА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЗАЖИМА ЗАГОТОВКИ

6. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РАБОТЫ УЗЛА ПОДАЧИ ЗАГОТОВОК

7. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУАВТОМАТОМ

8. ОБОСНОВАНИЕ КОМПОНОВОЧНОГО РЕШЕНИЯ ПОЛУАВТОМАТА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ



ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время для упаковки тортов существуют следующие варианты: первый, это картонная упаковка для тортов, которой присущи существенные недостатки, а именно не позволяет видеть готовое изделие, а так же длительное хранение в такой таре невозможно. Второй, наиболее популярный, и выгодный по соотношению цена/качество, наиболее удобный с точки зрения потребителей является пластиковая упаковка, свободная от указанных недостатков и имеющая ряд преимуществ по сравнению с другими видами упаковки для тортов:

-- прочность и легкость

-- герметичность

-- прозрачность пластиковой упаковки

-- наличие дополнительных элементов: кольцевая ловушка на дне, «язычок» для удобного открывания, улучшенный прямоугольный замок, вентиляционные отверстия, дно с шипами-фиксаторами,

-- любая форма и размер

-- пластик хорошо поддается обработке, отлично воспринимает печать;

-- тортовая упаковка может использоваться как эффективный носитель рекламной информации

Упаковка имеет большое значение, в повышении конкурентоспособности товара. В нашей стране наблюдается бурное развитие упаковочной промышленности.

Объем производства тортов в России в 2006 году достиг 150 тыс. тонн, что в натуральном выражении оценивается примерно в 250 млн. шт. [6, ст. 27]

На долю тортов в коробке приходилось до 31%, соответственно, на долю тортов в пластиковом контейнере -- 69% (такое положение дел определяется более низкой ценой картонной тортницы).

Диапазон цен варьируется в зависимости от емкости при среднерыночной цене:

на картонную упаковку 1 -10 рублей за шт.;

на пластиковый контейнер 7-14 рублей за шт.

Таблица 1: Оценка годовой емкости рынка пластиковых тортниц на 2006г.

Вид упаковки	Объем производства тортов, млн. шт.	Объем потребления упаковки, тыс. тонн
Пластиковый контейнер	180	7,9
Картонная коробка	80	3,5
Емкость рынка	260	11,4

Потенциальная емкость рынка пластиковых контейнеров для тортов по состоянию на 2006 год оценивается на уровне 11,4 тыс. тонн. Потенциал для замещения составлял около 3,5 тыс. тонн.

Данные предоставлены в 2006 году, и о том, каким образом в дальнейшем заполнялся этот рынок, можно судить по двум факторам: во-первых, рост внутреннего производства тортов, во-вторых - темпы роста замещения картонной упаковки. Доля тортов в пластиковых тортницах к 2010 году достигла 91%, что на 22% больше уровня 2006 года.

В контейнерах для тортов нуждаются следующие крупнейшие российские производители кондитерских изделий: ООО "Марс" (лидер производства - около 5% всех кондитерских изделий, производимых в России); "Ликонф", ОАО Липецкая кондитерская фабрика (более 3%). Также следует выделить ЗАО "Конти-Рус", ОАО "Рот Фронт", ОАО "Кондитерское объединение "Россия", ОАО "Кондитерский концерн Бабаевский", ООО "Крафт Фудс Рус" и ООО "КДВ Яшкино".

Крупные компании по производству упаковки для тортов: "Царь-Упаковка", «Инлайн-Р», «Компания Протэк», «РосанПак», «ЭКОПЭТ», «Спектр», "КОМУС-упаковка", «СТАВИЛОН», «Мир Упаковки».

В настоящее время производство термоформованных контейнеров для кондитерской промышленности отсутствует во многих российских регионах. Между тем эффект масштаба производства в данной отрасли уступает экономии от размещения поблизости до потребителей. Поэтому даже региональные производства, ориентированные на местные локальные рынки, будут весьма актуальными. Перспективность расширения производства обуславливается также факторами внешней среды. Во-первых, рынок находится в стадии роста. Появление новых производителей не затрагивает доходность существующих производств. Нет процесса перераспределения рыночных долей, соответственно -- нет ценовой конкуренции. Во-вторых, на рынке ожидаются технологические внедрения, которые могут изменить существующую конкурентную среду. Речь идет о массовом внедрении БОПС [ см. приложение 1] при формовке контейнеров и коррексов. Этот процесс обусловлен выходом на российский рынок внутренних производителей и последующим переизбытком мощностей для производства БОПС. В результате цены на данный материал должны быть ниже, чем на ПВХ и ПЭТ, что должно вызвать перестройку формующих производств.

Задачей данного проекта является разработка принципиального схемного и конструктивного решения полуавтомата вырезки контейнеров, при производительности 6оо шт/час. Заготовки из полистирола, толщиной 0,8 мм. В каждой заготовке по 4 контейнера, которые могут быть различной формы и размеров, поэтому главная проблема, которую надо решить в процессе разработки проекта это универсальность метода вырезки деталей, при столь высокой, упомянутой ранее производительности.

1. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ РЕЗКИ ПОЛИМЕРОВ

Упаковки тортов и кондитерских изделий получают за счет термоформования на универсальных пневмоформовочных линиях. Пневмоформовочная линия работает с рулонной пленкой, которую автоматически разматывает и подает на три основных позиции:

-- нагрев пленки;

-- пневмоформование изделий;

-- отрезка;

Все операции пневмоформовочная линия осуществляет в автоматическом режиме. Отрезанная часть пленки с формованными изделиями скатывается по наклонному столу в накопительный бункер. Производительность пневмоформовочной линии 2...4 цикла/мин.

Далее оператор производит отделение заготовки от облоя, после чего готовые изделия укладываются в упаковочную тару, а отделенный облой отправляется на вторичную переработку.

Пневмоформовочную линию обслуживает один оператор. Он следит за работой линии (установка режимов, проверка качества и пр.), производит вырезку и упаковку готовых изделий.

При производстве крышек для тортов из листовых и пленочных полимеров методами термоформования возникает необходимость отделения облоя от отформованного листа. Эту проблему можно решать различными способами, которые отличаются, производительностью, стоимостью и количеством ручного труда. Полученные термоформованием изделия расположены на поверхности листовой заготовки, часть которой так же может являться элементом изделия.

Рассмотрим четыре вида обрезки и вырубки готового изделия:

1) Вырубка крышек для тортов гидравлическим прессом;

2) Вырубка крышек для тортов кривошипным прессом;

3) Вырезка крышек для тортов фрезой;

4) Вырезка крышек для тортов с помощью лазерной установки.

1.1 Вырубка гидравлическим прессом

Общий признак гидравлического пресса - использование потенциальной энергии давления жидкости для совершения полного цикла движения подвижной поперечины. Привод (электродвигатель и насос) преобразует электрическую энергию в механическую, а затем в потенциальную - давление жидкости, которая используется для пластического деформирования заготовки. Поэтому привод этих прессов всегда насосный.

Рабочим телом в таком приводе является жидкость - водные эмульсии или минеральные масла.

Преимущества:

Ї простота конструкции;

Ї отсутствие предохранительных устройств от перегрузки, так как рабочая сила не может превысить определенное заранее установленное значение;

Ї независимость развиваемой рабочей силы от положения подвижной поперечины и плавное регулирование ее скорости;

Ї возможность в широком диапазоне менять закрытую высоту и длину хода подвижной поперечины;

Ї Обеспечение выдержки любой продолжительности при постоянной силе.

Недостатки:

Ї тихоходность: повышение скорости перемещения подвижной поперечины способствует возникновению гидравлических ударов в трубопроводах в момент соприкосновения рабочего инструмента с заготовкой. В результате происходит раскачивание пресса, нарушение уплотнений трубопроводов и пр.

Ї большие размеры гидроцилиндра требуют больших расходов масла для сокращения продолжительности перемещения подвижной плиты,

Ї высокая стоимость.

Одноколонный вырубной гидравлический пресс представлен на рисунке 3. Пресс имеет станину, на которой укреплен стол с вырубной плитой для укладки вырубаемого материала и установки штанцевого ножа, колонну с консольной поворотной траверсой. Рабочий ход траверсы вдоль колонны осуществляется от гидропривода, размещенного в станине пресса, и цилиндра в колонне. Обратный ход траверсы производится пружиной, также размещенной в колонне. Величина хода траверсы регулируется маховичком. На прессах установлено по две пусковые кнопки. Этим обеспечивается выполнение принципа «занятости обеих рук», когда оператор может включить пресс, только нажав одновременно обе кнопки.

1.2 Вырубка кривошипным прессом

Вертикальный кривошипный пресс в приводе имеет кривошипные механизмы, преобразующие вращательное движение электродвигателей в возвратно-поступательное движение инструмента.

Преимущества:

Ї такой механизм при малом крутящем моменте на приводном кривошипном валу развивает большое усилие в конце рабочего хода ползуна;

Ї простота инструмента и его крепления;

Ї низкая стоимость оснастки;

Ї более быстроходен (по сравнению с гидравлическими прессами);

Ї работает без ударов (не расшатывает зданий, при работе возникает меньший шум);

Ї более высокий КПД (по сравнению с молотами);

Недостатки:

Ї малый рабочий ход;

Ї характерны большие габариты;

Ї не высокая точность;

Ї требователен в эксплуатации (требуется постоянная смазка, большое число узлов трения, нагрев и тепловые потери);

После включения электродвигателя большое зубчатое колесо свободно вращается относительно кривошипного вала, заторможенного тормозом. Число оборотов маховика достигает номинального значения. Для выполнения рабочего хода включают муфту с одновременным выключением тормоза. При повороте кривошипного вала на 180° ползун с верхним штампом проходит крайнее нижнее положение, деформирует заготовку и процесс штамповки заканчивается. Далее ползун поднимается вверх и при повороте кривошипного вала на 360° занимает крайнее верхнее положение и останавливается в результате выключения муфты включения с одновременным включением тормоза, совершив таким образом полный единичный ход. В это время поковку удаляют из штампа, смазывают штамп, подают в штамп новую заготовку и т. д. После этого цикл работы повторяется.

Для остановки пресса с большим маховиком требуется значительное время, что создает неудобство, снижает производительность труда, а с учетом возможной аварии или несчастного случая просто недопустимо. Работать же без остановки ползуна практически невозможно, так как не прерывно движущийся ползун затрудняет подачу заготовок и удаление готовых поковок. Перечисленные недостатки кинематической схемы пресса устраняют установкой фрикционной муфты включения, которая соединяет кривошипный вал с электродвигателем только на время рабочего хода, а остальное время маховик может свободно вращаться на своем валу.

Однако после выключения фрикционной муфты включения кривошипный вал некоторое время будет вращаться по инерции. Кроме того, возникает опасность, что после остановки в каком-то произвольном положении кривошипный вал снова придет в движение под действием масс кривошипно-шатунного механизма. Поэтому кривошипные прессы снабжают тормозными устройства ми 3, предназначенными для остановки и удержания ползуна в верхнем крайнем положении после выключения муфты.

1.3 Вырезка фрезой

Фреза в оправке устанавливается на фрейзерное оборудование с программным управлением или копировального типа. Часто применяется вариант ручной обрезки по разметке или кондуктору. Для облегчения разметки линии реза, на форму наносится микроканавка, которая при вакуумном формовании оставляет соответствующий след на готовом изделии, отмечая, таким образом, линию обрезки. Более глубокая канавка может служить для опытного обрезчика своеобразным направляющим кондуктором, который облегчает процедуру обрезки и повышает ее точность.

Преимущества:

Ї простота конструкции;

Ї низкая стоимость оснастки;

Ї высокая скорость раскроя;

Ї возможность изготовления сложных форм;

Недостатки:

Ї тепло от трения обрабатываемой детали об инструмент отводится очень плохо и инструмент быстро отпускается;

Ї применение охлаждающих жидкостей при резке не всегда возможно, так как вызывает скольжение инструмента по обрабатываемой поверхности;

Ї инструмент при резке термореактивных пластиков быстро тупится и требует более частой заточки, чем при резке металлов;

Ї во избежание прилипания материала к резцу при перерывах в работе резец нужно отодвигать;

Ї при резке возможно возникновение заусенцев и зазубринок;

Ї при подъеме фрезы, вырезанная заготовка может зацепиться за нее и сместиться;

1.4 Вырезка лазером

Процесс лазерной резки характеризуется одновременным воздействием на разрезаемый материал сфокусированного линзой или объективом лазерного излучения и вспомогательного газа, в результате которого образуется в материале узкий разрез. Синхронно перемещению лазерного резака по всей толщине обрабатываемого материала движется нагретая до определенной температуры наклонная поверхность разрушения (передняя поверхность реза), взаимодействующая с излучением.

Рисунок 5. Схема лазерной головки

Преимущества:

Ї при лазерной резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал ;

Ї сфокусированное лазерное излучение регулируемой мощности - идеальный инструмент, обеспечивающий качественную гладкую поверхность кромки реза любого материала независимо от его теплофизических свойств;

Ї точность позиционирования лазерной головки составляет 0,08 мм, за счет чего достигается высокая точность взаимного расположения элементов заготовки;

Ї применение лазерной резки возможно на легкодеформируемых и нежестких деталях;

Ї лазерный луч имеет диаметр около 0,25 мм, что позволяет создать отверстие диаметром от 0,50 мм;

Ї за счет большой мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса лазерной резки;

Ї возможность получить качественный срез, не требующий дополнительной обработки;

Ї возможность изготовить изделия любой сложности, в любом количестве и практически из любого материала.

Недостатки:

Ї высокая стоимость;

Выводы:

Рассмотрев четыре вида обрезки и вырубки изделий из полистирола, выбираем метод резки заготовок лазером. Поскольку вырубка с использованием пресса не производительна и набор оснастки такого оборудования будет весьма дорогим, а сама установка крупногабаритная. Если же у нас поменяется форма коррекса, то придется менять штамп. При резке фрезой возникает проблема в выборе режима резания такого, что бы материал не начал плавиться из-за возникающих высоких температур в зоне обработки. Так же при фрезеровании возможно образование заусенцев и зазубринок, что не допустимо и вызывает необходимость в последующей обработки кромок заготовки, а это дополнительные расходы. При лазерной резке, возникает проблема выделения токсичных веществ у обрабатываемого материала, это мы учтем установив вытяжку над полуавтоматом. Учитывая возможность изготовить изделия любой сложности, в любом количестве и практически из любого материала, а так же высокую производительность, качество и точность, считаю, лазерная технология наиболее соответствует заданию.

Подобран лазер необходимой мощности для резки полистирола:



Таблица2: Технические параметры лазера

Назначение	CO2
Максимальная мощность излучения	10 Вт - 100 Вт
Электропитание	220В±10% 50Гц
Система охлаждения	воздух /вода
Средний диаметр луча	около 250 мкм (стандартная линза)
Режим управления	шаговый двигатель
Регулировка мощности лазера	аппаратное, программное
Глубина резки	0-25 мм
Скорость резки	0-700 мм/с
Точность позиционирования	< 0.015 мм

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУАВТОМАТА

На данном этапе разрабатывается технологическая схема полуавтомата, определяются общие принципы действия машины и сущность происходящих в ней процессов.

После процесса термоформирования на пневмоформовочной линии, мы получаем заготовку из полистирола толщиной 0,8 мм, размером 600x600 мм. В каждой заготовке по четыре контейнера. Размеры контейнеров и заготовки представлены на рисунке 6.

Рисунок 6. Заготовка

Для вырезки деталей необходимо обеспечить перемещение по двум координатам OX и OY, а для более сложных форм коррексов, обеспечиваем согласование движения по этим двум координатам. По оси OX передвигается стол, а по оси OY движется лазер, cочетание перемещений вдоль этих двух осей позволяет нам двигать столик за счет ЧПУ, по любых требуемым нам траекториям, что значит вырезать крышки для тортов различных контуров.

Структура технологического процесса вырезки контейнеров разделена на четыре операции, представленные на рисунке 7.

Рисунок 7. Процесс вырезки контейнеров

1) Загрузка заготовок.

Загрузка отформованных заготовок производится вручную на стол;

2) Фиксация заготовки.

На данном этапе необходимо обеспечить заготовке определенное положение на столе. Для этого на нем предусмотрены два упора, Заготовка базируется по задней и левой граням. Так же необходимо обеспечить неподвижность заготовки при движении стола и резке её лазером. Механического воздействия на заготовку лазером не происходит, что значит, он не может сдвинуть заготовку, однако при движении стола потоки воздуха могут сдуть отформованную пленку полистирола, для предотвращения этого предусматриваем зажим радиальный с правой стороны стола, с усилием прижима в 1 кг. На рисунке 8 изображена технологическая схема фиксации заготовок.

Рисунок 8. Фиксация заготовки

С передней части стола ни чего не установлено, для удобства загрузки заготовок.

3) Резка заготовок

Установленная и закрепленная заготовка на столе, перемещается по одной координате - OX, максимальный ход 1,1 м. По второй координате - OY перемещается лазер, максимальный ход 0,9 м., его излучение воздействует на заготовку и оставляет линию разреза в местах контакта. В местах воздействия на заготовку лазерным лучом температура составляет 190є C, что является температурой плавления полистирола, она рассевается естественным путем и не проводится материалом, что значит, дополнительные смазывающие охлаждающие жидкости не требуются. Лазер установлен на определенном фокусном расстоянии, так что при резке след от взаимодействия с заготовкой остается узкий и не режется стол, как в нем предусмотрена ниша глубиной 20 мм., так же это предотвращает отражение луча от поверхности, неблагоприятное для лазера (возможен вариант установки игольчатого стола). Источник излучения малой мощности в 30Вт. будет достаточен для разрезания полистирола, скорость резания лазера 0,7 м/c . На рисунке 9 изображена технологическая схема операции резания.

Рисунок 9. Резка заготовки

Изображено направление движения стола и лазера, их последовательность работы. Такая траектория выбрана с целью максимизации расстояния проходящего столом или лазером в одном направлении, чтобы уменьшить время ускорений разгона и торможения.

4) Расфиксация и съем готовой продукции

При завершении операции резания, стол и лазер возвращаются в первоначальное положение, и происходит расфиксация изделия, после чего оператор полуавтомата снимает готовые изделия вручную и отправляет на переработку облой.

Рисунок 10. Расфиксация и съем готовой продукции

В результате всего процесса получаем деталь размерами 200x230 мм. Форма контейнеров может быть различной, а именно квадратной, прямоугольной, круглой, овальной, любой другой сложной формы.

Рисунок 11. Деталь

Преимущество полуавтомата лазерной резки контейнеров в том, что не требуется специальная оснастка для различных форм контейнеров, траектория задается программой. Производство таких деталей может быть как массовым, так и серийным.

3. РАЗРАБОТКА КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ УЗЛОВ ПОЛУАВТОМАТА

На основании предложенного технологического процесса, полуавтомат должен обеспечивать следующие движения:

- движение стола;

- движение лазера;

- зажим заготовки.

Узел подачи заготовки с контейнерами вдоль оси ОХ, должен обеспечить возвратно-поступательное движение стола на расстояние до 640 мм.

Узел перемещения вдоль оси ОY, обеспечивает возвратно-поступательное движение лазера на расстояние до 520 мм.

Кинематическая схема зажима заготовки осуществляется на основе пневмоцилиндра.

3.1 Узел подачи заготовки

Данный узел машины предназначен для подачи заготовки под лазер. На рисунке 12 изображена кинематическая схема данного узла.



Рисунок 12. Схема кинематическая узла подачи заготовки

Шаговый двигатель (1) передает вращающий момент на вал привода с зубчатым ремнем (4-5) через глухую муфту (2). При этом на валу шагового двигателя стоит импульсный датчик (3), который улавливает магнитные импульсы шагового двигателя и измеряет их период, контролируя, таким образом, его работу. Каретка привода связана со столом (7), перемещая его вдоль оси OX. Стол стоит на опорах поступательного движения с циркуляцией тел качения (6). Заготовка, закрепленная на столе, совершает движение вместе с ним, вдоль оси OX.

3.2 Узел перемещения лазера

Данный узел машины предназначен для перемещения лазера по второй координате. На рисунке 13 изображена кинематическая схема данного узла.

Рисунок 13. Схема кинематическая узла перемещения лазера

Шаговый двигатель (1) передает вращающий момент на вал привода с зубчатым ремнем (4-5) через глухую муфту (2). При этом на валу шагового двигателя стоит импульсный датчик (3), который улавливает магнитные импульсы шагового двигателя и измеряет их период, контролируя, таким образом, его работу. Каретка привода связана с лазером (7), перемещая его вдоль оси OY. Лазер стоит на опорах поступательного движения с циркуляцией тел качения (6).

3.3 Кинематические расчеты

При производительности машины шт/час. Учитывая, что в одной заготовке по 4 детали, время цикла составит:

Из этого времени на процесс резания полистирола отводится .

Описывая всю траекторию пройденную лучом лазера, получаем в сумме путь резания

Необходимо определить скорость и ускорение на самом коротком пути - одной грани детали. Луч лазера проходит 18 граней. Длина одной такой грани:

Время за которое луч лазера проходит одну грань:

При худшем раскладе лазер пол пути разгоняется, и пол пути тормозит, на рисунке 14, показан график зависимости скорости движения стола (лазера) от времени.

Рисунок 14. Зависимость скорости движения стола (лазера) от времени

Зная путь и время, найдем линейное ускорение а на данном участке :



Переведем линейное ускорение а в угловое ускорение е вала привода, если в качестве линейного привода выбран привод с зубчатым ремнем DGE-ZR-RF, с роликовой направляющей :

Угловую скорость щ найдем по формуле:

Частота вращения при такой угловой скорости, n=8 об/c = 480 об/мин.

полуавтомат заготовка управление пресс

4. ВЫБОР ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Расчет мощности производится по максимальному моменту вращения М, который вычисляется по формуле:

M=Jxе

где, М-вращающий момент

J-момент инерции

е-угловое ускорение

Массовый момент инерции J всего привода вычисляетсяпо формуле:

J= JO + JH x рабочий ход [м]+ JL x mрабочей нагрузки [кг]

Массовые моменты инерции для привода DGE-ZR-RF размером 25 мм. следующие:

JO=1,75 [кг см2]

JH на метр хода=0,188[кг см2 /м]

JL на 1 кг рабочей нагрузки=2,052 [кг см2 /кг]

Полные массовые моменты приводов совершающих движение вдоль оси OX и OY :

JОX=1,75+0,188х0,8+2,052х2=1,75+0,1504+4,104=6,004 [кг см2]

JОY=1,75+0,188х0,6+2,052х1=1,75+0,1128+2,052=3,915 [кг см2]

Вычислим вращающий момент двигателя, подставив в формулу момента массовый момент инерции наиболее нагруженного привода и угловое ускорение, полученное при кинематическом расчете привода:

M=JxЕ=60x10 x160=0,96 [Нм]

Выбираем шаговый двигатель

EMMS-ST-57-M-SEB

Мд=1 [Нм]

nд=500 [об/мин]

h=1,8 =0,03 [рад]

Полученный вращающий момент не превосходит допустимого момента вращения двигателя:

M=0,96 [Нм] < 1 [Нм]=Мд

А так же частота вращения не превышает частоты подаваемых сигналов на двигатель:

n=470<500=nд

5. РАЗРАБОТКА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЗАЖИМА ЗАГОТОВКИ

На данном этапе разработки необходимо предложить пневматическую систему для управления радиальным зажимом заготовки на основе пневмоцилиндра одностороннего действия (см. рисунок 16). Пневмоцилиндром управляет 3/2-распределитель односторонней проводимости с электромагнитным управлением и ручным дублированием (см. рисунок 17 ). На выход пневмораспределителю ставится глушитель. Блок подготовки воздуха состоит из клапана подачи/сброса давления с ручным управлением и фильтра-регулятора (см. рисунок 18) .

Все пневмоэлементы работают на сжатом воздухе, рабочее давление 6 бар, рабочая температура от минус 5 до 70 градусов. Пневматическая схема зажима заготовки представлена на рисунке 15.



Рисунок 15. Схема пневматическая зажима заготовки

Рисунок 15. Радиальный зажим

Рисунок 16. Распределитель

Рисунок 17. Блок подготовки воздуха

Стоит отметить, что все пневматические изделия, представленные на схеме, являются стандартными изделиями фирмы Festo и их можно найти в каталоге фирмы.

6. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РАБОТЫ МЕХАНИЗМА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Узел подачи контейнеров (ВР11.01.01.00 СБ) представляет из себя плиту (7) сложной формы, точно изготовленную, чтобы при сборке соблюдалась параллельность и точность расположения относительно друг друга деталей присоединяемых к плите. По обе стороны плиты сделаны канавки, в которые ложатся две рельсы (6), которые предъявляют высокие требования к точности монтажа. Рельсы необходимы для уменьшения нагрузки на линейный привод (1), увеличения жесткости конструкции привода (1) и стола (8). По рельсам ездят каретки (4). Каретки привинчены к столу (8) (при сборке стол-каретка-рельс производится изначально поджатие стола к кареткам винтами сбоку, а затем привинчивается стол к каретке сверху). Линейный привод (1) представляет собой привод DGE-ZR-RF (см. русунок 19) с зубчатым ремнем и роликовой жесткой направляющей, он характеризуется высокой адаптивной способностью благодаря широкому выбору монтажных принадлежностей, полной совместимости с многокоординатной модульной системой Festo, возможны высокие скорости перемещения (до 10 м/с) и средние значения нагрузки. Выходной вал линейного привода соединен через глухую муфту с шаговым двигателем EMMS-ST-57-M-SEB (см. русунок 20). Также имеется корпус муфты. Линейная направляющая крепится к плите (7) стандартным уголком, с двух сторон. Каретка линейного привода (1) соединяется со столом (8) за счет натяга, такая конструкция предназначена для возможности сборки, учитывая что все детали сделаны с некоторым допуском. На столе (8) предусмотрены упоры (13) и (14) для заготовки, а так же радиальный зажим (2), с углом поворота ц=90є. Пневматические шланги подаются к столу (8) через приспособление (3), которое уложено на направляющей (9).



Рисунок 19. Линейный привод

Рисунок 20. Шаговый двигатель

Описание работы узла полуавтомата:

Оператор загружает на стол заготовки, упирая их в заднюю и левую грани, затем запускает полуавтомат нажатием кнопки “Пуск”. Радиальный зажим поворачивается на 90є, фиксируя положение заготовки, и начинается работа шагового двигателя, который передает крутящий момент на вал линейного привода через глухую муфту. Каретка привода соединенная натягом со столом, тянет его за собой. Стол движется по рельсам, соединенный с ними через каретки. После окончания цикла, стол возвращается в первоначальное положение и происходит расфиксация заготовки, после чего оператор может снимать детали и облой, отправляя его на переработку.

4 

7. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУАВТОМАТОМ

Основными приводными элементами полуавтомата являются подвижный стол и лазер, а так же необходимо управление распределителем зажима для фиксации заготовки. Система управления машиной представлена на рисунке21.

Рисунок 21. Схема структурная системы управления

Линейные привода стола и лазера приводятся в движения двигателем EMMS-ST-57-M-SEB, который характеризуется экономичным решением для приводов, простым вводом в эксплуатацию, согласованной комбинацией с контроллером мотора , точным пошаговым позиционированием посредством заданного числа управляющих импульсов. На валу шагового двигателя стоит импульсный датчик, который улавливает магнитные импульсы шагового двигателя и измеряет их период, давая обратную связь контроллеру шагового двигателя CMMS-ST, представленного на рисунке 22. Программа, заложенная в контроллер, выполняется циклически с обработкой прерываний. Запрограммировать данный контроллер можно на языке ассемблер, с помощью релейно-контактных схем или последовательных функциональных схем.

Рисунок 22. Контроллер шагового двигателя

Контроллер шаговых двигателей поддерживает безопасный вращающий момент, безопасную остановку, защищает от неожиданного запуска, контролирует частоту вращения шагового двигателя.

Контроллеры шаговых двигателей, распределитель, лазер управляются многопозиционной системой управления CECX, представленной на рисунке 23 ,

Рисунок 23. Система управления

Графический ЖК-дисплей для нормальной текстовой диагностики, подключаемый к системе управления и другим элементам управления Festo, представлен на рисунке 24.

Рисунок 24. Дисплей блока оператора

Распределитель с электромагнитным управлением , предназначен для зажима, работа которого, а именно проверка того что он зафиксировал заготовку, производится герконом.

На все элементы системы подается питание с блока питания SVG-SEC, представленного на рисунке 25.

Рисунок 25. Блок питания

8. ОБОСНОВАНИЕ КОМПАНОВОЧНОГО РЕШЕНИЯ ПОЛУАВТОМАТА

Так как разрабатывается полуавтомат, возможно, допустить загрузку, съем готовых изделий и облоя вручную. При проектировании автомата можно было бы установить манипулятор, который вакуумными захватами забирал заготовку, перетаскивал на место загрузки, а после забирал готовые изделия и облой, скидывая их в соответствующие накопители. Для необходимой ориентации и фиксации заготовки при загрузке, предусмотрены упоры и зажим. За счет двух упоров однозначно определяется положение заготовки. Механического воздействия на заготовку не происходит, но для уверенности, что её не сдует, используем зажим. Движение осуществляется по двум координатам, за счет работы шаговых двигателей, которые управляются от контроллера, на котором запрограммировано количество импульсов и их последовательность, подаваемая на двигатели, что позволяет описывать любые траектории. Для резки полистирола используется лазер малой мощности 30Вт , этого достаточно чтобы резать полимеры, так как их температура плавления составляет всего около 190є. Однако при горении полистирол выделяет вредные для человека газы, которые необходимо удалять из рабочей зоны, для этого устанавливаем вытяжку над полуавтоматом. Съем готовой продукции и облоя, который в дальнейшем идет на переработку, так же как загрузка осуществляется вручную.

Разработанный полуавтомат состоит из трех узлов (ВР11.01.00.00 СБ):

- стол

- узел подачи заготовки

- узел перемещения лазера

Стол (10) собран из алюминиевого профиля 80X80 мм., представленного на рисунке 26. Крепежные элементы все стандартные для сборки профилей.



Рисунок 26. Алюминиевый профиль 80х80мм.

Для увеличение жесткости, ножки стола соединены перекладинами сверху и с низу из того же профиля. А так же установлены уголки 60х60мм. Для регулировки высоты стола, при случае если пол будет не ровным, предусмотрены винты.

Узел подачи заготовок состоит из установочной питы (15), на которую крепятся рельсы (16) и линейный привод (1), по рельсам ездят каретки (12), к которым привинчен стол (18) на который производится загрузка заготовок. Для базирования отформованного полистирола предусмотрены упоры (24) и (25), а для обеспечения неподвижности заготовки, радиальный зажим (9). На стол (18), вдоль линейного привода, устанавливается направляющая (17), в которую помещают устройство перемещения пневматических труб.

Узел перемещения лазера, состоит из арки, собранной из алюминиевого профиля 45х100 мм. Для повышения жесткости установлены уголки 60х60мм.

Рисунок 27. Алюминиевый профиль 45х100мм.



Арка крепится к столу (18). На профиль устанавливается горизонтально линейный привод (2), к каретки которого крепится лазер (7).

К столу и арке крепятся элементы системы управления, такие как блок подготовки воздуха(6), распределитель(11), контроллеры шагового двигателя(4), система управления(3), дисплей блока оператора(8) и блок питания. Их положение определяется строением профиля, а присоединение производится стандартными крепежными элементами MayTec. Над полуавтоматом устанавливаем вытяжку(20).

Описание работы полуавтомата:

Оператор берет из накопителя заготовку и загружает её на стол полуавтомата, базируя на два упора, после чего нажимает кнопку `'Пуск''. После чего срабатывает зажим и фиксирует заготовку. Дальше начинают работать шаговые двигатели в соответствии с запрограммированной траекторией. При завершении рабочего цикла, стол и лазер возвращаются в первоначальные положения, и происходит расфиксация изделия. Оператор забирает готовые изделия и снимает облой, отправляя на дальнейшую переработку. После чего действия повторяются.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В бакалаврской работе разработан полуавтомат вырезки контейнеров. Проведен анализ известных механизмов резки и вырубки деталей. Разработан машинно-технологический процесс вырезки контейнеров, определены основные рабочие параметры элементов. Разработана и описана кинематическая схема механизмов полуавтомата, рассчитана их кинематика. Рассчитан момент привода механизма перемещения заготовок. Предложена пневматическая схема управления фиксацией заготовок, на основе пневмоцилиндра. Так же описана конструкция и работа механизма перемещения заготовок. Обосновано компоновочное решение полуавтомата. Разработан сборочный чертеж полуавтомата, чертеж узла перемещения заготовок и чертеж детали-стола, на который производится загрузка.

Недостатком конструкции полуавтомата является использование двух видов энергии - энергии сжатого воздуха и электрической энергии, что приводит к увеличению затрат на обслуживание при эксплуатации.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. Т.1 - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 728 с., ил.

Технологические машины и оборудование. Схемы кинематические, пневматические, гидравлические, электрические, комбинированные: С. В. Павлюченко, А. Н. Попов, Н.Е. Пуленец,А. Н. Тимофеев; СПб; Издательство Политехнического университета 2008

URL: http://www. festo.com

URL: http://www. kingpack.ru

URL: http://www. maytec.de

URL: http://www. upakovano.ru



ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Основные свойства БОПС пленки:

Низкая плотность: 1,05 г/см3, как результат себестоимость изделия ниже.

Экономичность процесса термоформования.

Может перерабатываться на высокоскоростных машинах. Добавление внутрь специальных добавок позволяет конечным изделиям не слипаться друг с другом и облегчает складирование и транспортировку. Переработка характеризуется низкими энергозатратами

Хорошая жесткость и сопротивляемость механическим воздействиям. Лист из БОПС может быть изогнут на 180 градусов без каких-либо разрывов и трещин

Исключительная формоустойчивость

БОПС не чувствителен к изменению относительной влажности. Усадочная деформация очень низка (около 0,6%). Конечные изделия из БОПС стойки к широкому диапазону температур - от замораживания до пастеризации

Химическая и физическая инертность

У БОПС отсутствует привкус и запах. БОПС инертен к водным субстанциям, кислотам, щелочам., солям, синтетическим моющим средства и детергентам

Высокая прозрачность и блеск: Светопроницаемость составляет 92%. Для сравнения у ПВХ и ПЭТ данный показатель на уровне 78-80%.

Легкость в конечной обработке

БОПС легко режется и вырубается любыми станками, подходящими под обыкновенные, часто используемые материалы. Прекрасно подвергается печати и декорированию традиционными способами. Кроме того, БОПС подлежит металлизации, окрашиванию, покрытию и ламинации другими материалами.

Экономичная утилизация отходов, возможность рециклинга

Отходы из БОПС также могут быть утилизированы в соответствии с существующим законодательством. При горении БОПС не выделяет токсичного газа.

Таблица 3: Сравнительная характеристика основных физико-механических характеристик ПВХ, БОПС и ПЭТ пленок при t 20С

Параметры	Единица измерения	ПВХ	БОПС	ПЭТ
Плотность	кг/м3	135-142	105-110	136-140
Прочность при разрыве	Мпа	47-53	60-70	60-80
Проницаемость по водяным парам	г/м2 за 24 часа	30-40	50-150	25-30
Проницаемость по кислороду	(м2*атм) за 24 часа	150-350	4500-6000	40-50
Проницаемость по CO2	(м2*атм) за 24 часа	450-1000	12000-14000	300-350
Температура формования	°C	120-140	120-150	105-110



ПРИЛОЖЕНИЕ 2



ПРИЛОЖЕНИЕ 3



ПРИЛОЖЕНИЕ 4



ПРИЛОЖЕНИЕ 5



ПРИЛОЖЕНИЕ 6



ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Размещено на Allbest.ru

...