|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Если вращательное движение рассматривать приведенным к определенному радиусу, например радиусу расположения инструмента, то расчетные формулы как для вращательного, так и для поступательного движения становятся идентичными.
Рекомендуемые ускорения ат при торможении автооператоров, определенные из условия нормального подхода в конечное положение, составляют 2...7 м/с2. При этом наибольшая скорость ограничена ударом об упор, а наименьшая — обеспечением надежного дохода до упора в условиях переменных параметров системы.
При переходных процессах (разгон — торможение) возникают колебания в механизмах привода, которые также ограничивают номинальное ускорение. Так как импульсные возмущения, образующиеся при разгоне и торможении, характеризуются силовым спектром, то в приводе появляются главным образом колебания с собственными частотами системы. Для ограничения этих колебаний время торможения должно быть таким, чтобы низшая собственная частота колебаний системы была выше полосы частот, в которой сосредоточена основная часть энергии импульсов. Для простейших форм импульсов — прямоугольного, треугольного и поступательного — это условие может быть выражено как т/Гк 2...2,5, где % — время действия импульса ускорения, Гк — период собственных колебаний системы.
В большинстве случаев Тк = 0,02...0,04 с и соответственно т 0,08...0,1 с. При малых ходах 0,15...0,3 м и для выполнения этого условия необходимо, чтобы номинальное ускорение а, было меньше 5...6 м/с2, при больших ходаХ 0,7...0,8 м (например, для поворота автооператора или перемещения вспомогательного носителя) ускорение должно быть меньше 10... 12 м/с2.
Рациональную скорость поворота инструментального магазина определяют также по времени поворота. Отличительные особенности движения инструментальных магазинов по сравнению с другими узлами УАСИ — двухступенчатое изменение скорости (рис. 6.6, в) и переменная длина хода (поворот на разное число позиций).
При проектировании и расчете УАСИ необходимо учитывать, что вследствие неуравновешенности, обусловленной изменением масс инструмента, возникают дополнительные моменты, изменяющиеся по углу поворота, которые могут препятствовать или способствовать движению.
Момент неуравновешенности автооператора (рис. 6.7) где тъ m2 — масса инструментов; г — расстояние между осями автооператора и инструмента; р — угловое положение автооператора; g— ускорение свободного падения; а = (т! — т2) r2/J — степень неуравновешенности; J — суммарный момент инерции автооператора с инструментом. В зависимости от положения автооператора направление действия момента М„ может изменяться.
Максимальный момент приводного двигателя Млтлх и его мощность Уд тах при условии оптимального быстродействия и практически постоянном статическом моменте нагрузки Мс и динамическом моменте инерции J’z привода определяют по формулам
уравновешенности автооператора
при разгоне и торможении — 5...7 м/с2,где Дфд — угол поворота вала двигателя; ku — коэффициент нагрузки двигателя по моменту; tmin = 2l/vmax — минимальное время переходного процесса при треугольном законе изменения скорости (рис. 6.6, а); I — путь перемещения исполнительного органа; отах — максимальная расчетная скорость. Мгновенное изменение знака ускорения в точке начала торможения приводит к появлению ударов, а также делает закон треугольного изменения скорости менее рациональным в сравнении с трапецеидальным законом.
Разброс времени срабатывания из-за разброса параметров УАСИ составляет = 0,015...0,04 с, а из-за систем управления Дт2 = 0,003...0,01 с. Для обеспечения скорости подхода к упору исполнительного органа в заданных пределах при номинальном времени торможения г = mv0/Pa (и0 — установившаяся скорость, Рс — сила сопротивления) ускорение а с Ди/Дт, где До — разброс скорости; Дт = Дтх + Дт2.
6.2. Механизмы автоматической смены зажимных патронов и их элементов
Проблема создания гибких производственных систем (ГПС) механической обработки на базе станков с ЧПУ и станочных модулей становится все более актуальной и требует особого методологического подхода не только к подбору номенклатуры деталей, построению технологического процесса, выбору основного станочного оборудования, систем программного управления, поддержания работоспособности (диагностики и контроля), но и к осуществлению вспомогательных движений, связанных с быстрой переналадкой технологической оснастки, систем инструментального обеспечения, загрузочно-разгрузочных устройств и транспортно-накопительных систем [4].
Создание быстропереналаживаемых и широкодиапазонных механизмов и устройств автоматического манипулирования заготовками связано с решением ряда технических и экономических проблем, что позволяет существенно повысить технико-экономические показатели станков с ЧПУ, станочных модулей и ГПС, а также расширить их технологические возможности в условиях мелкосерийного производства..
К этим устройствам предъявляются следующие основные требования: точность и быстродействие позиционирования; гибкость, быстропереналаживаемость и широкодиапазон-ность; надежность стыковки и функционирования; чувствительность и самонастраиваемость; трудоемкость, экономичность изготовления и обслуживания.
В некоторой степени эти требования противоречивы и их удовлетворение связано с решением оптимизационных задач на различных уровнях проектирования [54].
Аналогично способам регулирования скоростей (частот и подач) в приводах станков можно выделить три основных способа автоматического манипулирования заготовками с охватом различных размеров и форм: 1) ступенчатым (дискретным); 2) бесступенчатым (непрерывным); 3) комбинированным (дискретно-непрерывным).
В настоящее время широкое распространение получил дискретный принцип охвата за счет автоматической смены: зажимных устройств и их элементов (патронов, цанг, основных и промежуточных кулачков); оправок, шпиндельных узлов и бабок.
Второй принцип охвата является наиболее перспективным, но пока не получил широкого распространения из-за сложности удовлетворения противоречивых требований, необходимости применения новых физических эффектов и явлений. Характерными примерами устройств, реализующими этот принцип, являются: следящие люнеты для длин-номерныхдеталей; программно-перестраиваемые приспособления для корпусных заготовок; зажимные патроны с автоматически регулируемыми (по длине хода) кулачками; самонастраивающиеся и широкодиапазонные зажимные механизмы переменной структуры и др.
Гибкость токарного станка с ЧПУ по диапазону размеров обрабатываемых заготовок от dx — dmln ДО d-n — dmax и широкодиапазонности зажимного механизма (ЗМ) может определяться коэффициентом охвата, показателем дискретности или комплектности, числом сменяемых элементов или их комплектов, числом ступеней многоступенчатых зажимных элементов [54].
Быстропереналаживаемые ЗМ с дискретной схемой охвата могут быть созданы с применением системно-морфологического подхода [54], где в качестве двух основных морфологических признаков взяты переналаживаемая часть и способ переналадки. Этот подход успешно реализован при создании быстропереналаживаемых зажимных патронов.
Принцип непрерывного охвата реализуется в самонастраивающихся и широкодиапазонных ЗМ [54], при этом может быть постоянным или переменным положение и площадь базирующих и рабочих поверхностей, а также объем зажимных элементов Для самонастраивающихся и широкодиапазонных ЗМ характерно наличие не менее двух кинематических цепей, одна из которых служит для натяга упругой системы, а другая — для выборки зазоров и перестройки элементов и структуры механизма.
В широком смысле широкодиапазонность ЗМ может быть: 1 — по размеру (диаметру и длине заготовки); 2— по форме заготовки (круглая, граненная, профильная); 3 — по силе зажима; 4 — по жесткости зажима; 5 — по чувствительности к изменению свойств и состояния заготовки, характера воздействия на нее сил резания, центробежных и др.
Основная трудность при создании широкодиапазонных ЗМ заключается в органиченных возможностях достижения в рамках одной конструкции двух противоречивых требований. С одной стороны, необходимо обеспечить сравнительно высокий уровень сил, создающих эффект удержания одной поверхности относительно другой при наличии значительных внешних силовых воздействий, обусловленных инерционными нагрузками и силами резания, с другой — необходимо сохранить этот уровень сил при минимальных затратах на переналадку в широком диапазоне изменения диаметров. Дополнительные трудности связаны с необходимостью учета и количественной оценки множества ограничений, определяющих область нормального функционирования широкодиапазонных ЗМ в конкретных условиях производства.
Если широкодиапазонный зажимной механизм, должен обеспечить значительный диапазон изменения размера поперечного сечения зажимаемой заготовки, превышающей диапазон, который может быть получен с помощью широко-диапазонного патрона с бесступенчатой схемой охвата размеров, то вводится ступенчатая система охвата, обеспечиваемая сменой патрона или его элементов. В результате получаем комбинированную (непрерывно-дискретную) схему охвата размеров зажимаемых заготовок во всем рабочем диапазоне станка.
В клинореечных быстропереналаживаемых патронах с двумя рейками на диаметры 200, 260 и 315 мм, например типа 3KGHVNC фирмы «Forkardt» (ФРГ) (рис. 6.8), в корпусе расположены три пары косозубых реек 4 и 5 соответственно с небольшим и большим углом наклона зубьев, зацепляющихся с зубьями кулачков 3. Рейки соединены с втулкой 2, рейки 5 — с втулкой 1, а обе втулки — со штоком поршней сдвоенного гидроцилиндра. При перемещении реек 4 осуществляется зажим — разжим заготовки (радиальный ход кулачков 7... 8 мм). Для изменения положения кулачков рейки 4 выходят из зацепления с последними.
В рычажно-винтовом быстропереналаживаемом патроне фирмы «New — Britain» (США) (рис. 6.9) усилие зажима
Рис. 6.8. Клинореечный быстро-переналаживаемый патрон фирмы гForkardt» (ФРГ
Рис. 6.10. Патрон с последовательной автоматической сменой кулачков фирмы «SMW» (ФРГ)
передается от гидродилиндра, закрепленного на заднем конце шпинделя станка, через тягу 1 и рычаги 2 к основным 3 и накладным 4 (со сменной вставкой 5) кулачкам. Кулачки 3 опираются на подпятники регулировочных винтов 6, которые ввинчены в кулачки 4. Положение кулачков регулируют с помощью валика 7 и конических колес 8 [25].
Для автоматической смены кулачков в патроне фирмы «SA1H7» (ФРГ) (рис. 6.10) шпиндель станка индексируется последовательно в трех положениях, при которых шток поршня цилиндра 2 расположен соосно одному из трех отверстий в патроне 1. Шток, перемещаясь вниз, выводит зубья косозубой рейки, соединенной с приводом патрона, из зацепления с косыми зубьями кулачка 3. После этого захват 4, установленный в одной из позиций револьверной головки станка, перемещается к торцу патрона, входит в торцевое отверстие кулачка и затем перемещает последний в радиальном направлении на заданную величину. После этого поршень цилиндра 2 поднимается и зубья рейки входят в зацепление с зубьями кулачка 3; при этом шпиндель поворачивается на 120°.
Для осуществления черновой и чистовой обработки заготовок на одном станке применяют патроны с автоматиче-
Рис. 6.11. Схема закрепления патрона системы САМ фирмы Garnet» (Франция)
Рис. 6.12. Этапы автоматической смены кулачков с помощью зажимного устройства Mazak Aic (Япония)
ской сменой закаленных и незакаленных кулачков, хранящихся в магазине-накопителе или в кассете. Магазины-накопители бывают линейные, кольцевые, дисковые, барабанные и цепные.
Применяются также патроны с автоматической сменой комплекта кулачков из кассеты.
Сменный патрон 8 системы САМ фирмы «Garnet» (Фран ция) (рис. 6.11) базируется на шпинделе 1 станка по корот-
кому конусу. Перед установкой патрона на шпиндель патрон позиционируется промышленным роботом (ПР) соосно шпинделю (поз. I), после чего две трубы 4 и 5, смонтированные внутри шпинделя и соединенные G вращающимся гидроцилиндром, закрепленным на заднем конце шпинделя, перемещаются вправо, входят в отверстие патрона и поворачиваются на угол 60°; при этом их выступы входят в прорези байонетного замка в патроне 3 (поз. II). Затем трубы 4 и 5 перемещаются влево, прижимая патрон к торцу шпинделя (поз. III). Датчик 2 контролирует положение патрона.
В автоматически сменяемых патронах фирмы «Garnet» (Франция) на торце постоянной части, закрепляемой на шпинделе станка, имеются зубья. Эти патроны хранятся в четырехместном поворотном накопителе. Поворотные накопители применяются для автоматической смены зажимных кулачков патронов фирмы nMazak А/с» (рис. 6.12). |
