Розроблення модульного маніпулятора для переміщення нагрітих деталей на лазерній установці - Назар, Богдан Андрійович; Nazar, Bohdan Andriiovych (Національний університет "Львівська політехніка", 2024)
Робота містить пояснювальну записку та графічну частину. Пояснювальна записка складається зі вступу, технологічної, конструкторської частин, додатків з: економічною частиною, охороною праці. Методи безстружкового різання матеріалів (штампування, плазмове, водяне чи лазерне різання) стають все популярнішими завдяки своїй ціні, швидкості та універсальності. При використанні з гнуттям, зварюванням та іншими технологіями можна досягти широкого спектру форм з мінімальними витратами. Для подальшого прискорення часу виробництва та зниження витрат доцільно пришвидшити завантаження та розвантаження листів і деталей і мінімізувати потребу в операторах шляхом автоматизації всього процесу. В технологічній частині проаналізовано основні відмінності між лазерними різальними машинами та верстатами гідроабразивного різання, а також представлено рішення для автоматизації цих технологій. Залежно від розмірів деталей, що переміщуються запропоновано класифікувати маніпулятори лазерних ріжучих станків на основний та допоміжний. Вибраний варіант рішення є унікальним завдяки розмірам деталей, що видаляються, під які розраховані окремі маніпулятори, і завдяки цьому конструкції обох маніпуляторів є більш оптимізованими. Проектований маніпулятор призначений для видалення розрізаних деталей розміром до 350x350 мм, а основний маніпулятор видаляє більші деталі та залишки листового металу, а також переміщує цілі листи до проектного розміру столу 3000x1500 мм. У конструкторській частині розглядається проектований маніпулятор. Для його проектування необхідно було визначити основні параметри. Робочі розміри були обрані рівними 3800x3000x620 мм, що залежить від розмірів столів лазерного верстата та додаткових проходів. Необхідна швидкість маніпулятора була визначена на основі аналізу і становить 1,7 м/с для розміру захоплювальної головки 350x350 мм. Вантажопідйомність маніпулятора враховує вагу захоплювальної головки, окремих осей та вплив динамічних ефектів. З кінематики, що використовується наразі для видалення деталей, декартова кінематика була обрана як найбільш придатна для цього застосування. Захоплювальна головка була розроблена як вакуумний захоплювач. Цей спосіб захоплення підходить для плоских і гладких листів. Як джерело вакууму використовуються одноступінчасті ежектори, завдяки їх компактності, швидшому захопленню. Згодом було підібрано відповідний розмір присоски. Їх кількість була встановлена рівною 25 штук. Після завершення захоплення головки необхідно було зібрати конструкцію маніпулятора. Спочатку було визначено необхідні приводи та їх робочий діапазон. Конструкцію було розділено на чотири окремі осі, і для кожної з них було обрано привід, опорний профіль. Загалом у роботі було спроектовано три типи приводів: ремінний, ланцюговий та пневматичний. Вибрані несучі профілі були аналітично розраховані на міцність для перевірки функціональності. Також розраховано економічний ефект від впровадження модульного маніпулятора та захоплювача для переміщення нагрітих деталей у виробництво, розроблено заходи з охорони праці. В графічній частині проекту приведені: конструкція модульного маніпулятора, деталювання його елементів. Мета дослідження: розроблення конструкції модульного маніпулятора та захоплювача для переміщення нагрітих деталей на лазерній установці

The work contains an explanatory note and a graphic part. The explanatory note consists of an introduction, technological, design parts, appendices with: economic part, labor protection and specifications for the graphic part. Non-chip material cutting methods (such as stamping, plasma, waterjet, or laser cutting) are becoming increasingly popular due to their cost-effectiveness, speed, and versatility. When combined with bending, welding, and other technologies, they enable the production of a wide range of shapes with minimal costs. To further reduce production time and expenses, it is advisable to accelerate the loading and unloading of sheets and parts and to minimize the need for operators through process automation. The technological section analyzes the main differences between laser cutting machines and waterjet cutting systems and presents solutions for automating these technologies. Depending on the size of the parts being moved, it is proposed to classify the manipulators of laser cutting machines into primary and auxiliary types. The selected solution is unique due to the dimensions of the removed parts, for which dedicated manipulators have been designed. As a result, the designs of both manipulators are optimized. The designed manipulator is intended for removing cut parts up to 350?350 mm, while the primary manipulator handles larger parts and sheet remnants, as well as transports full sheets up to the design table size of 3000?1500 mm. The design section focuses on the development of the manipulator. To design it, the key parameters had to be determined. The working dimensions were selected as 3800?3000?620 mm, depending on the dimensions of the laser machine tables and additional clearances. The required manipulator speed was determined based on analysis and is 1.7 m/s for a gripper head size of 350?350 mm. The manipulator's load capacity accounts for the weight of the gripper head, individual axes, and the effects of dynamic forces. From the available kinematic options, Cartesian kinematics was chosen as the most suitable for this application. The gripper head was designed as a vacuum gripper, suitable for flat and smooth sheets. Single-stage ejectors were selected as the vacuum source due to their compactness and faster response time. The appropriate suction cup size was selected, with a total of 25 cups used. After finalizing the gripper head, the manipulator structure was assembled. The required drives and their operating ranges were determined first. The design was divided into four individual axes, and for each, a suitable drive and support profile were selected. Three types of drives were designed in total: belt, chain, and pneumatic. The selected support profiles were analytically calculated for strength to verify their functionality. An economic assessment of implementing the modular manipulator and gripper for transferring heated parts into production was also conducted, along with the development of occupational safety measures. The graphical part of the project includes the modular manipulator design and detailed drawings of its components.
Development of a modular manipulator for moving heated parts on a laser installation
Keywords: 6.133.00.00; маніпулятор; CAD; Autodesk Inventor; оптимізація; метод скінчених елементів; вакуум; manipulator; CAD; Autodesk Inventor; optimization; finite element method; vacuum