Полная версия

Главная arrow Техника arrow Вопросы автоматизации в машиностроении

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

СПЕЦИАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ПОДАЧИ И ОРИЕНТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ

В массовом и крупносерийном производстве более предпочтительными, по сравнению с роботами и манипуляторами, являются специальные устройства для подачи и ориентирования деталей. Роботы и манипуляторы являются по сравнению с последними более универсальным оборудованием, а следовательно, в процессе адаптации и эксплуатации требуют дополнительных финансовых затрат, да и стоимость такого оборудования составляет значительную часть в стоимости оборудования для автоматической линии. Поэтому в указанных условиях производства предпочтительными являются специальные устройства для подачи и ориентирования деталей.

Такие устройства разрабатываются под конкретное изделие или группу изделий, они просты в эксплуатации, надежны. Максимально упрощенная конструкция требует малых затрат на разработку. Следовательно, экономически целесообразно применение подобных устройств.

Рассмотрим примеры. На рис. 6.1 представлено устройство для подачи деталей в центры токарного станка. В качестве деталей, подающихся таким способом, могут выступать различные валики, втулки, шпильки, штанги и т.п. В бункере 1 помещены заготовки 2 с центровыми отверстиями. Отсекатсль 3 периодически отсекает заготовки

Схема устройства для подачи деталей в центры токарного станка

Рис. 6.1. Схема устройства для подачи деталей в центры токарного станка

О

на выходе из бункера. Плоскость бункера, по которой они скатываются, наклонена под определенным углом. Основным подающим и позиционирующим устройством является рычаг 4, имеющий три фиксированных положения. Вышедшая из бункера заготовка скатывается по плечам рычага 6 (закреплен на шарнире 5) и рычага 4, находящегося в положении А, после чего попадает в зону расположения оси центров станка. Центры подводятся, тем самым фиксируя заготовку, рычаг 4 переходит в положение Б, заготовка обрабатывается. По окончании обработки центры

возвращаются в исходное

положение, заготовка 2 падает на рычаг 4, который в свою очередь перемещается в положение В, заготовка скатывается по направляющим 7 в приемный бункер 8. В это время отсекатель 3 поднимается, пропуская заготовку к верхнему плечу 6, препятствующему дальнейшему ее продвижению. Рычаг 4 возвращается в исходное положение А, и цикл повторяется снова.

Подобные устройства применяются для подачи деталей массой до 10 кг и с соотношением длины к диаметру более 1. Максимальная длина заготовки ограничена межцентровым расстоянием станка. Расчеты подобных устройств сводятся к определению точности исполнения деталей, предназначенных для позиционирования, а также усилий приводов исполнительных устройств. В качестве последних используются стандартные гидро- и пневмоцилиндры, а для изделий,

имеющих небольшую массу,—электромагниты.

Устройство для подачи плоских цилиндрических деталей

Рис. 6.2. Устройство для подачи плоских цилиндрических деталей

Для подачи изделий, имеющих соотношение длины к диаметру менее 1 используют устройства, один из вариантов которых показан на рис. 6.2. В качестве подаваемых деталей могут выступать диски, ступицы, фланцы, шайбы и т.п.

Основным элементом конструкции является поворотный стол 2, имеющий отверстия 3, диаметр которых несколько больше диаметра подаваемых деталей. Изделия 1 уложены стопкой в магазине 4. Нижнее изделие опирается на плоскость стола 2. Стол может вращаться непрерывно или поворачиваться на определенный угол. От выбора способа поворота стола зависит тип привода, в качестве которого могут быть использованы асинхронные электродвигатели с редуктором или электромагнит с храповым механизмом (в случае с дискретным перемещением). Мощность привода поворотного стола напрямую зависит от массы подаваемых изделий, их количества, коэффициента трения материала, диаметра поворотного стола. В момент, когда отверстие 3 занимает положение под магазином 4, стопа изделий 1 опускается вниз. Стол при повороте перемещает диск по неподвижной плите 5 до выреза 6. Изделие проваливается в это отверстие и попадает на склиз 7, перемещается по нему и попадает в рабочую зону автомата.

Доя подачи ориентированных деталей в рабочую зону станка или автоматов используют лотки. В зависимости от конструкции деталей лотки могут иметь различный профиль (П-образный, У-образный, круглый и т.п.). Лотки могут быть как открытыми (рис. 6.3, а), так и закрытыми (рис 6.3, б). Из открытых лотков деталь во время перемещения может быть изъята.

Ь

а

Рис. 6.3. Лотки: а - открытый: б - закрытый

Детали перемещаются по лоткам под действием собственного веса. По исполнению лотки могут быть вертикальными или наклонными. Угол наклона для лотка, в котором деталь перемещается качением, выбирают таким образом, чтобы не было проскальзывания, могущего повредить деталь. Устройства типа лотков используют в комплекте с другими загрузочными приспособлениями или устройствами исключительно в крупносерийном или массовом производстве. Они могут использоваться не только для подачи изделий в рабочую зону, но и для транспортирования изделий между станками. Расчет лотков сводится к выбору такого зазора между деталью и стенками лотка, чтобы деталь не заклинивалась при скольжении или качении по лотку. Для цилиндрических деталей с плоскими торцами ширину зазора можно вычислить по формулам :

(6.1)

где О - диаметр детали; I - длина детали; [- коэффициент трения;

А™ = Л.ПШ + Т, + Тп > (6.2)

*

где 7). и То -допуски, соответственно, на длину и диаметр детали.

Сами лотки могут использоваться и в качестве накопителей. Для поштучной подачи деталей из них применяют отсекатели (рис. 6.4).

б

а

Рис. 6.4. Схемы отсекающих устройств: а - с одним отсекателем; б- с двумя отсекателями

Для подачи неориентированных деталей, т. е. расположенных хаотично, применяют загрузочные механизмы, содержащие бункеры, подающие и ориентирующие устройства. При выходе из подающего устройства детали принимают требуемое пространственное положение. Подобные механизмы загрузки используют при работе с деталями, имеющими небольшие габариты и массу (винты, гайки, прокладки, шайбы, втулки и т.п.).

В массовом производстве получили широкое распространение вибробункеры, в частности применяемые для подачи изделий в резьбонарезные или сборочные автоматы. Примерная схема вибробункера показана на рис. 6.5.

Основным узлом вибробункера является чаша 1, имеющая по внутренней цилиндрической поверхности спиральный лоток 4, имеющий определенный угол наклона. Чаша, как правило, выполнена из легкого сплава и имеет стальное покрытие для уменьшения износа. В нижней части чаши расположен конус 5, предназначенный для соскальзывания или скатывания деталей от центра чаши к спиральному лотку. Сбрасыватель 2 предназначен для возвращения неправильно ориентированных деталей в чашу. Правильно ориентированные детали попадают из чаши в лоток 3, по которому поток направляется в рабочую зону автомата, станка или приспособления. Чаша установлена на пружинных подвесах 8, которые в свою очередь закреплены на основании

  • 7. Возвратно-поступательное движение чаша получает от электромагнита
  • 6. В конструкциях используют серийно выпускаемые промышленностью электромагниты переменного тока серии МИС с максимально развиваемым усилием в 3 или 5 кгс. Питание на электромагнит подается от однополупериодного (частота вибраций чаши - 50 Гц) или двух полу периодного (частота вибраций чаши - 100 Гц) выпрямителя. В конструкциях могут также использоваться и нестандартные электромагниты. В качестве привода чаши могут также использоваться различные механические приводы или асинхронные электрические двигатели, на выходном конце вала которых закреплен эксцентрик или кулачок.
Вибробункер

Рис. 6.5. Вибробункер

Расчет основных характеристик проводится в зависимости от формы и размеров загружаемых деталей.

Глубина (мм) вибробункера

И=(0,2...0,3)Д

где О - диаметр вибробункера, мм.

Внутренний диаметр вибробункера выбирают в зависимости от длины перемещаемых деталей (большие величины коэффициентов принимают для меньших диаметров вибробункера):

й=(6..Л2)1,

где /=25...250 - длина загружаемых деталей, мм.

Коэффициент проходимости деталей в вибробункере

П=(С-Ш0)/С,

где С - вес детали, перемещаемой в вибробункере; И^о - сопротивления, встречающиеся на пути детали при перемещении ее в вибробункере в виде неровностей поверхности (шероховатость и кривизна стенок вибробункера и т.д.). Практически принимается г)=(0,7...0,97)/ (большие значения для загружаемых деталей большей длины).

Одновременное движение лотка вибробункера и детали определяется неравенством:

где Т7, - сила трения между поверхностью лотка вибробункера и перемещаемой в бункере деталью; Рс - сила сопротивления перемещению детали по поверхности лотка вибробункера.

Шаг спирального лотка вибробункера

5=7,5Ад+5,

где Ид - высота перемещаемой детали в плоскости, перпендикулярной ее движению по лотку вибробункера, 5=1,5... 2 - толщина стенки лотка, мм. Угол подъема лотка вибробункера

а =5/(71 Д),

принимают угол а=2...4°.

Ширина лотка вибробункера, мм

В—Ьд+(2...3),

где Ьд - ширина перемещаемой детали, мм.

Средняя скорость (мм/с) перемещения деталей в вибробункере

уср=(21/6к,

где (2 - производительность вибробункера, шт/с; к - коэффициент

заполнения вибробункера; / - длина детали, мм.

При установившемся режиме работы производительность вибробункера

??=усррк/1,

где р=0,33 - вероятность ориентации деталей в лотке вибробункера: / -длина перемещаемой детали в направлении ее движения вдоль лотка, мм.

Частота колебаний вибробункера может быть 50 или 100 Гц; 100 Гц рекомендуется для перемещения небольших деталей с диаметром бункера до 250 мм; 50 Гц - для деталей бункеров диаметром до 500 мм.

Для подачи различных деталей малой и средней массы используются бункеры с элеваторным подъемником (рис. 6.6). Причем подаваемые детали могут иметь различную массу, объем, конфигурацию, что особенно удобно для их подачи к сортировочному автомату.

Детали скатываются по наклонной стенке бункера 1 и попадают в зону скребкового транспортера 2, в который может попасть только правильно ориентированная деталь. Выходя из транспортера, детали попадают на лоток 3, по которому они движутся в направлении обработки, сортировки или сборки.

Для подачи деталей, имеющих плоскую форму, применяются бункеры с ножевыми захватами (рис. 6.7).

В загрузочном устройстве (рис. 6.7,а) нож 1 перемещается вдоль наклонной стенки бункера, через хаотично расположенные заготовки.

Как только ориентация заготовки совпадает с отверстием в ноже, происходит ее захват и перемещение ножом к подающему лотку. Привод ножа осуществляется от кулисного механизма, гидро- или пневмоцилиндра, соленоида. Соленоидный привод предпочтителен для работы с деталями небольшой массы (до 20 г).

Ч

Бункеры с ножевым захватом

Рис. 6.7. Бункеры с ножевым захватом

В загрузочном устройстве (рис. 6.7,6) ножевой захват 1 имеет наклонный верхний торец. Заготовки 2, расположенные в бункере, не могут скатываться, так как упираются в боковую стенку 3 бункера. Как только захват перемещается в положение 4, заготовки скатываются в наклонный лоток 5, расположенный сбоку бункера.

Расчет бункера с ножевым захватом, изображенным на рис 6.7,6, начинают с определения ширины В, которую принимают в зависимости от размера загружаемых в бункер деталей. Для бункеров последовательного и параллельного действия с боковым ножевым захватом ширина

Я=(8...10Д;

для бункеров с ножевым захватом, расположенным в центре,

В=(2... 5)1,

где I - длина детали, мм.

Глубину бункера выбирают в зависимости от длины I рабочей поверхности ножа для загружаемых деталей:

/*=((),25...О,ЗЗД.

Длину рабочей поверхности ножа выбирают в зависимости от длины загружаемых деталей:

Ь=р...)1.

Число двойных ходов за минуту ножа-захвата:

пх=у/(Ьр),

где V - скорость перемещения деталей в рабочей зоне станка, обслуживаемого бункером, м/мин; р - коэффициент вероятности захватывания ножом деталей из бункера, принимают в зависимости от формы и размеров деталей.

Производительность (шт/мин) бункера с ножевым захватом:

<д=пхЬр2/1,

где 2 равно 1 или 2 - число ножей в бункере.

Если привод ножа захвата бункера осуществляется от кулисного или кулачкового механизма, то мощность электродвигателя можно рассчитать по формуле

N=0,0081.

Подающие устройства разрабатываются под конкретное изделие, они применяются в массовом и крупносерийном производстве. Обычно эти устройства используются для подачи крепежных изделий к сборочному автомату. Устройства проектируются под конкретное изделие или группу изделий одного типоразмера.

При подаче изделий к рабочим органам сборочного автомата или станка возникает необходимость в их ориентации. Если детали подавать в рабочую зону, то дополнительная ориентация не требуется, в противном случае необходимо использовать приведение деталей в правильное положение при помощи робота или дополнительного ориентирующего приспособления. Использование роботов для ориентации заготовок в рабочее положение значительно удорожает стоимость комплекса оборудования и усложняет его обслуживание, поэтому выгоднее применять специальные ориентирующие устройства, расположенные на пути потока заготовок.

Существуют два основных метода ориентации: пассивный и активный. Сущность пассивного метода заключается в том, что в рабочую зону пропускаются только детали с требуемой ориентацией, а остальные снова возвращаются в бункер, откуда вновь попадают в подающий лоток. Конструкции пассивных ориентирующих устройств представляют из себя различные пазы и выступы. Мимо этих конструкций проходят только детали, находящиеся в правильном рабочем положении, остальные сбрасываются в бункер.

Устройства активной ориентации переориентируют неправильно подаваемые детали, пример такой конструкции приведен на рис. 6.8.

Устройство активной ориентации

Рис. 6.8. Устройство активной ориентации

Бинты по лотку могут скользить в любом положении, но тело болта всегда проваливается в паз, болт принимает вертикальное положение. Встречаясь с выступом, имеющим наклон, противоположный направлению движения, болт всегда разворачивается головкой вперед, тем самым принимая требуемое положение для подачи в зону сборки.

Наибольшие трудности при разработке сборочных технологических процессов или оборудования представляет ориентация собираемых деталей относительно базовой. Для того чтобы установить одну деталь на другую, необходимо расположить их с требуемой точностью. Рассмотрим это на примере совмещения вала со втулкой (рис. 6.9).

а 6 в

Рис. 6.9. Схемы для определения максимально допустимых смешений (а, б) и угла поворота осей вала и отверстия перед сборкой (в)

Для того чтобы установить вал во втулку, необходимо обеспечить их соосность (рис. 6.9, а), ее отклонение от заданной определяют по формуле

Д,„„ =(?>-<0/2 , (6.3)

где Д с1- см. рис. 6.9, а.

Диаметры валов и отверстий имеют допустимые отклонения, следовательно формула (6.3) принимает такой вид:

Лтах =(Ашп-^тах)/2, (6.4)

На рис. 6.9, б изображены детали, имеющие фаски, выполненные под углами. Они обеспечивают скольжение одной детали относительно другой. Следовательно, допустимое отклонение от соосности может быть больше (на ширину фасок), чем в предыдущем примере; оно рассчитывается по формуле

  • - (Ап* ” Л) 12 + + 0>
  • •>
  • (6.5)

где Св, С0 - см. рис. 6.9, б.

В процессе установки вала во втулку с использованием фасок необходимо позволять детали смещаться в радиальном направлении, это достигается нежестким, упругим подвесом одной из соединяемых деталей.

В реальных условиях ширина зазора между собираемыми деталями составляет сотые и тысячные доли миллиметра. Следовательно, при разработке конструкции изделия необходимо предусматривать заходные фаски; чем они больше, тем выше допускаемый при сборке зазор.

В процессе сборки деталей может возникать не только реальное смещение оси , но и угловое (рис. 6.9, в), определяемое по формуле:

(6.6)

у = агс^О - с1 • /(А - С0)

где А - заглубление (см. рис. 6.9, в).

Формулы (6.5) и ( 6.6) используются для расчета соединений с зазором. Для соединений с натягом используют следующие формулы:

  • (6.7)
  • (6.8)

у = агсБт Стах / с10

где Стах “ бблЫПЭЯ ШИрИНЭ ИЗ С0 ИЛИ Св.

Приведенные выше формулы позволяют рассчитывать предельно допустимые отклонения положения основных баз присоединяемой и вспомогательных баз базирующей деталей, при которых возможно соединение деталей.

В автоматической линии необходимо учитывать , что перед сборкой реальная величина погрешности отклонения зазора между соединяемыми деталями должна быть меньше предельно допустимой. При расчетах допустимого зазора необходимо учитывать тот факт, что чем он больше, тем легче осуществлять сборку.

Относительно друг друга деталь можно ориентировать различными способами. В том случае, если для ориентации деталей используются фаски, то одна деталь должна иметь возможность смещаться перпендикулярно оси. Для чего схват робота или другого подающего приспособления оснащают упругим подвесом, позволяющим детали смещаться под действием сил, возникающих при соприкосновении

ГТГтРТГУиГ*Г*ТАЫ /ЪаСОДС ТТпи ш.Т^лпо тжтттх полттач'л ттлгтпттттлт^,

Установка одной детали может осуществляться в воздушном потоке или магнитном поле. При автоматизации особо сложных и ответственных конструкций могут использоваться специальные поисковые системы с обратной связью, которые оснащены специальными силовыми датчиками,

а также датчиками определения положения.

К загрузочно-разгрузочным устройствам, работающим в системе, содержащей автоматическое оборудование, предъявляются соответствующие требования, которые относятся как к накопителю, передающему заготовки на станок, так и к автооператору с механизмами загрузки-разгрузки. Станок должен иметь систему автоматического управления рабочим циклом, остановкой и пуском шпинделя и работой зажимного приспособления.

Элементная стружка, образующаяся при обработке, не оказывает существенного влияния на работу загрузочно-разгрузочного устройства, следовательно, его можно выполнить простым и дешевым. Сливная стружка требует более сложного и дорогостоящего устройства загрузки-разгрузки. В этом случае загрузочное устройство целесообразно размещать вне рабочей зоны, а его рабочие органы должны лишь на короткое время входить в зону и не мешать сходу стружки и доступу к инструменту. В нем должно быть предусмотрено предохранительное звено, исключающее поломку. Заготовка должна перемещаться в рабочей зоне принудительно, чтобы случайно попадающая стружка не нарушила цикл. СОЖ и грязь не должны попадать на путевые переключатели, или последние должны быть герметичного исполнения. Допускается, если позволяют условия, использование бесконтактных путевых выключателей. Для промывки патрона перед загрузкой очередной заготовки следует включать вращение шпинделя.

Несовмещенное время цикла работы загрузочно-разгрузочного устройства должно быть меньше времени рабочего хода станка. В противном случае производительность станка обрабатывающего оборудования будет ограничена, и использование автоматизации окажется нецелесообразным.

Для управления загрузочно-разгрузочными устройствами применяют централизованную или путевую систему. Загрузочно-разгрузочное устройство с механическим приводом управляется кулачками распределительного вала станка для синхронизации движений механизмов. Все механизмы должны иметь блокировки, отключающие вращение распределительного вала в случае встречи с препятствием или заклинивания заготовки. При остановке механизма его привод должен действовать до окончания цикла обработки и отводов суппортов и лишь после этого можно включать вращение распределительного вала. При гидравлическом или пневматическом приводе загрузочно-разгрузочного устройства необходимо путевое последовательное управление движениями отдельных узлов. Работа загрузочно-разгрузочного устройства начинается по команде путевого

выключателя станка, фиксирующего окончание предыдущего цикла.

Следует избегать применения смешанной системы управления (частично централизованной и частично путевой), так как в этом случае требуется дополнительная блокировка. Загрузочно-разгрузочное устройство должно иметь автоматический и наладочный режимы работы.

Требования к заготовкам заключаются в наличии баз для захвата и зажима и в отсутствии заусенцев. Следует учитывать, что литые заготовки, поковки, штамповки имеют значительные отклонения размеров, обусловленные износом технологической оснастки. Данный фактор значительно снижает эффективность устройств.

Различные структурные схемы загрузки и разгрузки применительно к технологическим схемам обработки и компоновкам обрабатывающего оборудования оказывают влияние на быстродействие указанных операций и возможности их совмещения во времени с основными технологическими операциями, осуществляемыми на станке. Существуют компоновки загрузочно-разгрузочных устройств, которые позволяют свести к минимуму (или к нулю) время на загрузочно-разгрузочные операции.

Если обработку на одношпиндельном станке чередовать с загрузкой и разгрузкой, то время цикла равно длине отрезков времени (на циклограмме) на загрузку и разгрузку и выражается тремя условными единицами (Тц =3), по единице на каждую операцию.

В целях частичного совмещения во времени загрузки, разгрузки и обработки в станке выделяют специальную позицию для загрузки и разгрузки. После обработки заготовки позиции загрузки и обработки меняются местами путем поворота их вокруг оси на 180°, при этом Т,, =2. Возможно также совмещение загрузки и транспортирования. Причем все эти действия производятся в одном направлении, без возвратных движений механизмов, при этом Тц =2.

Небольшого сокращения времени цикла в целях обеспечения максимальной производительности можно достичь, если загрузку, обработку и разгрузку производить при транспортировании. Это можно осуществить несколькими способами.

На одношпиндельном станке роторного типа, шпиндель которого вместе с инструментом совершает непрерывное планетарное движение вокруг центра, во время движения осуществляется непрерывная загрузка. Номинальная производительность Qн такого станка зависит от величины части цикла, приходящегося на загрузку и разгрузку:

(6.9)

где Ф - фонд времени (час, смена и т.п.); Тр - время обработки заготовки; а - угол поворота шпинделя относительно центра за время обработки заготовки . При этом Тч = 1.

Для многошпиндельных станков используют другие соотношения. Так, если на каждом из шпинделей осуществляются последовательно загрузка, обработка и разгрузка, то время на указанные операции полностью совмещено с транспортированием, а номинальная производительность станка

а, =^(лг-л) , (б.ю)

1 р

где N - общее число шпинделей станка; Я - число шпинделей, занятых одновременно загрузкой или разгрузкой в каждый данный момент.

Если операции загрузки и разгрузки осуществляются на части дуги окружности (равной углу а) , не кратной общему числу шпинделей, то

(6.11)

т. е. номинальная производительность многошпиндельного станка зависит от величины угла поворота, на протяжении которого происходит загрузка-разгрузка. Совмещение времени достигается путем увеличения числа шпинделей.

Таким образом, полное совмещение во времени загрузки и транспортирования достигается в станках, на которых заготовка обрабатывается непрерывно в процессе транспортирования. Номинальная производительность таких станков зависит от допустимой скорости V перемещения заготовки:

Ян =Ф!ТР = ч!Ь , (6.12)

где I - длина заготовки.

Производительность загрузочно-разгрузочного устройства в общем виде:

П3ру=ЯА1-К),

где Qн - номинальная производительность станка или нескольких параллельно работающих станков, обслуживаемых одним загрузочно-разгрузочным устройством; /<Г=0,2...0,3 - коэффициент нестабильности работы загрузочно-разгрузочного устройства.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>