Вспомогательные устройства в ТНС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вспомогательные устройства в ТНС

1. Питатели

Предназначены для принудительного перемещения ориентированных заготовок из накопителя в зону работы зажимного приспособления станка или к транспортной системе АЛ (рис 1.).

Конструкции питателей разнообразны и зависят от формы и габаритов заготовок , компановки станка, требуемой производительности. По характеру движения конечного звена можно разделить на 4 группы:

- Питатели с возвратно поступательными движениями не занимают рабочего пространства во время обработки, т.к. отводятся к магазину. Функцию питателя могут выполнять и магазины второй рисунок (рис.1.). Небольшая частота 100120 двойных ходов в минуту. Направляющие таких питателей подвержены интенсивному износу.

Рис. 1. Питатели с возвратно-поступательным движением;

Питатели с качательными движениями имеют широкое распространение т.к. обеспечивают большую производительность, просты и надёжны в работе не требуют подверженных износу направляющих. Заготовки поступают в зажимное устройство станка при отклонённом положении питателя. После съёма нижней заготовки питатель возвращается в исходное положение, покидая раб. зону станка. Могут быть совмещены с магазином ( рис.2.).

Питатели с вращательным движениями представляют собой лист с вырезами вращающимися в одном направлении и подводящий заготовки либо в позицию съёма (1) либо в рабочую позицию (2) - на которой производится обработка (рис.3.).

Питатель может совершать сложное комбинированное движение при котором заготовки попадающие в раскрытый захват зажимаются а затем перемещаются к шпинделю станка.

Рис. 2. Питатели с качательным движением;

Рис. 3. Питатели с вращательным движением.

Производительность перечисленных типов питателей позволяет применять их в станках с магазинным питателем, т.к. относительно небольшие скорости перемещения заготовок обеспечивают высокую надёжность работы. Рассмотренные питатели применяют и для станков с бункерными питателями. Однако из-за существенно более высокой требуемой производительности, конструкции питателей усложняются и наиболее рациональным становятся применение многопозиционных дисковых питателей, обеспечивающих высокую производительность при малых скоростях перемещения заготовок.

Иногда функцию питателя выполняют узлы станка например суппорт или револьверная головка станка.

В современных многооперационных станках типа “обрабатывающего. центра” функцию питателя выполняют манипуляторы с одним или двумя захватами.

Питатели - типа механической руки применяются не только для установки и снятия детали но и для установки инструмента.

2. Отсекатели

Применяются для единичной подачи штучных заготовок с заданной производительностью. Отделяют одну деталь от всего потока и подают эту деталь в зону обработки, питатель или любую транспортную систему.

Отсекатели просты и надёжны в работе их конструкции разнообразны и зависят от формы и размера детали.

По виду движения делятся на :

- с возвратно-поступательным движением;

- с качающимся движением;

- с вращательным движением.

Отсекатель совершая возвратно-поступательное (рис. 4, а) движение сталкивает нижнюю заготовку в питатель. Так же работает и качающийся (рис. 4, б) отсекатель. Универсальны, но имеют низкую производительность.

Отсекатели двойного действия со штифтами могут совершать возвратно-поступательное движение (рис. 4, в, г, д) или качательное (рис. 4, е, ж).

Привод может быть механическим, пневматическим, электрическим. Недостатками штифтовых отсекателей является возможностью наскакивания штифтов на заготовки и их повреждение, а так же одновременное проскальзывание нескольких заготовок в момент нейтрального положения отсекателя из-за недостатков скорости его движения. Производительность 100-150 заготовок в минуту.

Чаще всего применяются отсекатели с вращательным движениями. Они бывают кулачковые (рис. 4, з) и барабанные (рис. 4, и, к).

Рис.4 Схемы отсекателей.

3. Делители потока

Применяются для деления потоков в ветвящихся автоматических линиях (рис. 5.). Делятся по принципу движения заслонок: качающихся, возвратно-поступательных и вращающихся.

Деление осуществляется посредством:

- качающихся заслонок поворачивающейся под действием самой заготовки (рис. 5.,а);

-с помощью возвратно - поступательных заслонок (рис. 5.,б,в);

Применяются в том случае когда возникает необходимость в разделении общего потока на несколько самостоятельных потоков между однотипными станками. Устанавливаются между механизмом ориентации и накопителем или между накопителем и питателем. Конструкции разнообразны и зависят от формы и размера деталей и от конструкции накопителей и питателей.

Рис. 5. Делители потоков: а.- с чающимися заслонками; б.в - с помощью возвратно-поступающих заслонок.

4. Ориентирующие устройства

Во многих случаях в автоматизированном производстве заготовка или деталь должны быть поданы в рабочую зону или на транспортные системы или к захватным или к поворотным устройствам и т.д. в ориентированном положении. Для этого используются различной конструкции ориентирующие устройства в виде шиберов, секторов с возвратно - поступательными или качающимися движениями, вращающихся дисков, лопатных механизмов, трубок втулок и т.п. Схемы ориентирующих устройств приведены на рис. 6.и 7.

Ориентация деталей возможна также и при их транспортировании При этом используется нессиметричность формы деталей и расположение центра тяжести. Способ ориентирования может быть пассивным и активным.

Пассивные ориентирующие устройства получили широкое распространение при вибрационном транспортировании деталей. Общим в принципе их действия является то, что неправильно ориентированные детали сбрасываются с транспортного устройства и возвращаются к началу потока, а далее следуют лишь правильно ориентированные.

Активные ориентирующие устройства придают детали сложное положение в пространстве в независимости от их исходного положения при поступлении в ориентирующее устройство. Принцип принудительного изменения используют так же при необходимости переориентации. Для несложных деталей малых размеров - применяют простые ориентирующие устройства, для дет. сложных форм или тяжёлых - ориентирующие устройства типа кантователей или универсальных поворотных устройств. Иногда используются действие магнитного поля.

Ориентируемые заготовки условно делят на:

- заготовки простой формы, ориентируемые с помощью вырезов в лотках, скосов, отсекателей;

- заготовки со смещённым центром тяжести, которые ориентируются разом или при повороте во время прохождения их через щель или вырез в лотке;

- симметричные и ассиметричные заготовки, которые ориентируются при провале в спец. окно лотка (ориентация по трафарету).

- заготовки ориентируемые с помощью спец. устройств.

Плоские заготовки типа кругов, колец (рис 6.,а) с dh, ориентируются с помощью спирального лотка рабочая поверхность которого наклонена по радиусу к центру бункера под =3-5⁰ для обеспечения сброса второго слоя заготовок. Буртик лотка mh.

Колпачки с d h ориентируются пассивным способом с помощью выреза с язычком (рис 6.,б). Заготовки ориентированные донышком вниз проходят по язычку не опрокидываясь, т.к. язычок является достаточной опорой для обеспечения устойчивого положения заготовки. Заготовки расположенные отверстием вниз, надавливаются на язычок теряют равновесие и падают в бункер. Цилиндры с l d ориентируются пассивным способом (рис. 6., в) для сброса неправильно ориентированных заготовок под лотком установлен скос, расположенным на высоте 1,1 d от поверхности лотка. Для ориентировании ступенчатых дисков применяют пассивный способ (рис 6.,г) с использованием особенностей формы. Заготовки, расположенные большим диаметром вниз свободно проходят мимо сбрасывателя и перемещаются далее по лотку.

Рис. 6. Схемы ориентирующих устройств.

Заготовки с большим диаметром вверх - сталкиваются сбрасывателем с лотка в бункер.

Заготовки типа стержней с головками (рис 6.,д) ориентируются активным способом при помощи прорези, выполненным на прямолинейном участке лотка.

Для активной ориентации валиков с уступом (рис.7.,а) используют смещение центра тяжести.

Для ориентации тонких заготовок в виде скоб, треугольников, секторов применяют пассивный способ (рис. 7.,б). Для пластин Т образной формы - активный способ ( рис. .7.,в).

При необходимости переориентации заготовок в ходе техпроцесса применяют способ активной ориентации.

Рис. 7. Схемы ориентирующих устройств.

5. Поворотные устройства

Используют в станках для перемещения обрабатываемой детали или инструмента на позицию. Это многопозиционные столы и барабаны, блоки многошпиндельных автоматов, револьверные головки, дисковые магазины и делительные устройства (рис. 8.).

К поворотным устройствам предъявляются требования точности поворота на заданную угловую величину, точности и жесткости фиксации в рабочей позиций, осуществление поворота за минимальное время, при ограничениях на возникающие при этом динамические нагрузки.

Точность поворотных устройств, следует оценивать с вероятностных позиций. Под точностью здесь принять понимать точность углового позиционирования; характеризующуюся текущей погрешностью угла поворота. В лучших системах управления автоматических поворотных устройств, для минимизации погрешностей команды подают с соответствующим упреждением. Точность современных поворотных станков с ЧПУ составляет 3..6 угловых секунд.

Быстродействие характеризуется средней скоростью поворота _ср - до 1,0 с^-1. Универсальность определяется возможным диапазоном числа делений, который в современных автоматических поворотных столах равен 2...20000 и выше.

В качестве привода поворотных устройств используют шаговые двигатели (рис.8.,а), позволяющие получать широкую универсальность по диапазону делений, состыковываться с системами управления с ЧПУ или ЭВМ. Поворотные устройства с гидроприводом (рис.8.,б) и с мальтийским механизмом (рис.8.,в) широко применяются в станках и револьверных головках с постоянным фиксированным углом поворота.

Применяют такие схемы с периодическим включением кинематической цепи различными муфтами (рис.8.,в,г), и храповые механизмы (рис.8.,е). Мальтийcкие механизмы нашли весьма широкое применение в приводах поворотных устройств вследствие своих хороших динамических качеств, простоты, надежности. Применяют плоские мальтийские механизмы с внешним и внутренним зацеплением, и многие сферические при использовании которых отпадает необходимость применять дополнительные конические передачи.

Рис. 8. Схемы поворотных устройств.

Схема для кинематического расчёта плоского мальтийского механизма представлена на рис. 9.,а. Угловые скорости могут быть найдены из соотношения:

где: - текущее значение угла поворота креста; r - радиус кривошипа; e - межосевое расстояние.

Рис. 9.Схема кинематического расчета плоского механизма.

Зная, что постоянная угловая скорость вращения кривошипа определяется как , и , обозначая отношение можно получить выражение угловой скорости поворота креста

,

и углового ускорения креста

Характер изменения скорости и ускорения во время поворота мальтийского механизма поясняют кривые (рис.9.,б) на котором 1 - угловая скорость креста, 2 - угловое ускорение креста, 3 - угловое ускорение креста при наличии погрешностей. Существенные изменения в характер движения вносят погрешности изготовления и оборки механизма, которые изменяют угловое ускорение (пунктирная кривая) соответственно величину суммарного момента сопротивления.

При проектировании обычно стремятся обеспечить ход кривошипа

в паз креста без ударов, что выполнимо при соблюдении условия

,

где z - число пазов.

Точность конечного положения поворотного устройства зависит от ускорения креста в конце поворота, которое определяет также и динамические нагрузки на фиксирующее устройство. Увеличение числа пазов снижает угловое ускорение в начало и в конце поворота.

Силовой расчет мальтийских механизмов основан на том, что суммарный момент на кресте складывается из момента M₀ на преодоление трения и момента М_и, обусловленного силами инерции:

где: Y - приведённый к кресту момент инерции вращения масс.

Для рабочего либо строится график изменения во времени суммарного момента, либо аналитически определяются его предельные значения.

Крест изготавливается цельным или с накладными закалёнными планками. Твёрдость роликов должна составлять HRC 56…62. В качестве роликов можно применять комплексные шарикоподшипники, устанавливаемые с предварительным натягом.

6. Фиксаторы

Обеспечивают точность конечного положения устройств, предназначенных для поворота на определенный фиксированный угол. К ним предъявляют требования точности, жесткости, долговечности. Помимо самой фиксации фиксатор обычно в конце поворота своей скошенной гранью осуществляет окончательный доворот в рабочую позицию. Расчетная схема приведена на рис. 10.

Основным недостатком простейших устройств с одним фиксатором является наличие зазоров и направляющих фиксатора, что существенно снижает точность фиксации. Поэтому чаще используют принцип двойной фиксации, когда на ряду с основным фиксаторам предусматривают другой подвижный фиксатор или рычаг, назначение которого сводится к выбору зазоров и созданию натяга во всей системе фиксации.

Для повышения точности и жесткости фиксаторы следует располагать на максимальном удалении от центра поворота. Операции, требующие высокой точности, следует выполнять в зоне между фиксатором и центром поворота. Для ослабления вредного влияния динамических процессов на точность фиксации следует уменьшать массу поворотного устройства и снижать скорость фиксатора. Лучшие результаты обеспечивают фиксаторы перемещаемые принудительно от специального привода с гарантированной постоянной вели чиной силы прижима.

Рис. 10. Схема сил, действующих на фиксатор

Силу Т (рис. 10.) необходимую для надёжного и быстрого прижима, рассчитывают на основе заранее известной величины окружной силы R, идущей на преодоление сил трений в круговых направляющих и опорах поворотного устройства. Из условия равновесия фиксатора; Т=Т₀+Т₁+Т_2. Если для упрощения допустить, что силы N₁ и приложены на концах опоры фиксатора, то после несложных преобразований можно записать:

,

где - угол скоса фиксатора, который должен быть меньше угла трения и обычно равен 40-50; - угол трения на скосе фиксатора, - коэффициент трения в направляющих фиксатора.

7. Зажимные устройства

Удерживают обрабатываемые детали, инструменты и связанные с ними узлы станка в требуемом рабочем положении. Необходимую силу зажима определяют исходя из того, чтобы: в затянутом стыке не создавались необратимые пластические деформации и не происходил срыв заготовки под действием внешнего нагружения. Предельное значение касательной нагрузки, когда смещения сохраняют упругий характер, может быть представлено в виде , где f_y = 0.12...0,15 - коэффициент, равный половине коэффициента трения при начале движения.

Суммарная сила зажима на всех рабочих поверхностях зажимного устройства может быть определена приближённо из условия , где: Т - касательная сила от внешней нагрузки.

В металлорежущих станках весьма важным условием является стабильность зажима и отсутствие увода подвижного узла, что немаловажно, связано с потерей точности позиционирования. Часто с этой целью зажим осуществляют через промежуточные упругие элементы, (планки, ленты). На рис.11.,а приведена конструкция, а на рис.11,б расчетная схема устройства для автоматического зажима инструмента в коническом отверстии шпинделя многошпиндельного станка.

Для того, чтобы точность центрирования конического хвостовика инструмента в шпинделе не нарушалась, сила от пакета тарельчатых пружин передаемся через четыре упругих рычага со скосами. Кроме того, и шток, передающий силу от пружин к рычагам, также имеет большую радиальную податливость вследствие этого возможность самоустановки.

Из условия равновесия рычагов при зажиме, можно составить систему уравнений: кинематический питатель механический

где - угол скоса на рычагах; f - коэффициент трения.

Рис. 11. Устройство для автоматического зажима инструмента в многооперационных станках: а) конструкция; б) расчетная схема.

Знак плюс соответствует зажиму, а знак минус справедлив для перемещения штока влево при разжиме. Решение системы уравнений равновесия дает возможность определить силу, которую необходимо создать на штоке, в зависимости от величины силы затягивания, соответственно при зажиме:

и при разжиме

Сила, развиваемая пакетом тарельчатых пружин, должна превышать значение требуемой силы на штоке с учетом потерь на трение между пружинами

,

где: коэффициент k = (0,9…0,5), принимают по экспериментальным данным в зависимости от числа пружин в пакете (с увеличением числа пружин k уменьшается).

Цанговые зажимные устройства (рис.12.) используют в токарных автоматах для зажима прутков и обрабатываемых деталей. В результате упругости лепестков цанги компенсируют в некоторой мере исходные погрешности и обеспечивают требуемую точность центрирования. Принцип их действия и метод расчета в некоторой мере подобен изложенному выше.

Рис. 12. Цанговые зажимные устройства.

В зависимости от вида звена с самоторможением конструкции зажимных устройств отличается большим разнообразием - клиновые, винтовые, эксцентриковые. Звено с самоторможением используются для того, чтобы двигатели привода зажимного устройства работали только в кратковременном режиме зажима или разжима. По условию стабильности зажима самотормозящуюся передачу целесообразно располагать в конце кинематической цепи привода и в непосредственной близости к зажимному устройству. Клинья и эксцентрики зажимных устройств изготавливают из малоуглеродистой стали с последующей цементацией и закалкой.

В зажимных автоматических устройствах используют электромеханический, гидравлический и пневматический приводы.

Электромеханический привод используют для зажима помимо момента, создаваемого двигателем, также маховый момент всех элементов привода. Зажим осуществляется в виде нескольких последовательных этапов. После выбора всех зазоров в кинематической цепи привода начинается первый этап зажима, во время которого упругая деформация в приводе возрастает до тех пор, пока значение момента двигателя не достигнет предельно допустимого значения по току. Второй этап зажима происходит при отключенном двигателе за счет кинематической энергии вращающихся по инерции элементов привода (двигателя, вала, передачи). Вся накопленная кинематическая энергия привода переходит в потенциальную энергию деформации и обуславливает дополнительный момент (или силу) зажима. После достижения нулевой скорости все элементы привода без самоторможения свободно раскручиваются. При разжиме момент двигателя может оказаться недостаточным для преодолении суммарного момента зажима с добавкой от сил инерции; поэтому в электромеханическом приводе обычно предусматривает зубчатую муфту. За время первого оборота двигатель успевает набрать рабочую скорость, и разжим происходит под действием суммы моментов двигателя и момента инерции раскрученных масс привода. Кроме того, разжим сопровождается упругим ударом и динамическим характером воздействия момента.

Гидравлический привод широко используют для зажимных устройств в тех случаях, когда это не связано с большой продолжительностью трубопроводов.

Пневматический привод широко используют в станках - автоматах в АЛ. Различают с избыточным давлением и вакуумные.

При конструировании зажимных устройств, следует устранять возможность перекосов в подвижном состоянии привода, поскольку сила трения и соответственно КПД привода могут при этом существенно изменяться. Для зажима небольших деталей при их окончательной обработке применяют магнитные, вакуумные, примораживающие и некоторые другие устройства.

Магнитные зажимные устройства нашли применение в шлифовальных и некоторых других станках для отделочной обработки деталей из магнитных материалов. При питании постоянным током магнитные зажимные устройства в зависимости от конструкции самого устройства и от характера закрепляемых деталей способны развивать силу притяжения 0.2...1.2 МПа. Большим недостатком магнитных зажимных устройств и питание катушки постоянным током является постоянной выделение тепла и нежелательные при этом температурные деформации. Поэтому весьма перспективными являются магнитные зажимы на постоянных магнитах, способна развивать значительную силу притяжения, не требующие коммуникаций питания и не являющиеся источниками выделения тепла. Вакуумные зажимные устройства применяют для закрепления деталей из листового немагнитного материала или в тех случаях, когда немагнитные детали нежелательны. Предельно возможная сила прижима ограничивается величиной атмосферного давления и не может превышать 0,1 МПа на рабочей поверхности с вакуумом.

Устройства для примораживания используют при шлифовании небольших деталей из немагнитных материалов. Холодильник состоит обычно из корпуса, внутри которого размещены термоэлементы, образующие батарею. Тепло от батареи отбирается циркулирующей водой, а холодные её спаи сопрягаются с поверхностью, на которой примораживаются закрепляемые детали. Температура рабочей поверхности в течение нескольких минут снижается до -20 и примерно за то же время нагревается до комнатной температуры при освобождении деталей. Метод примораживания обеспечивает более высокую точность крепления деталей, чем метод приклеивания.

Размещено на Allbest.ru