Целевые механизмы автоматов и автоматических линий. Целевые механизмы рабочих ходов (суппорты автоматов).

ЦЕЛЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ АВТОМАТОВ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ Целевыми называют механизмы, предназначенные для выполнения отдельных элементов технологического процесса и частных движений рабочего цикла на автомате и автоматической линии. Целевые механизмы автомата и автоматической линии увязываются как в пространстве, так и во времени работы для осуществления рабочего цикла без вмешательства человека. Весь комплекс взаимно увязанных целевых механизмов и образует исполнительный механизм рабочей машины. Целевые механизмы автоматов и автоматических линий весьма разнообразны и зависят от технологического процесса, осуществляемого на них. Для выполнения одних и тех же действий в однотипном оборудовании используется большое количество типов целевых механизмов, отличающихся друг от друга по конструкции. Конструктивная сложность целевых механизмов зависит не столько от механизма, обеспечивающего выполнение заданной операции, сколько от необходимости связать действия этого механизма с действиями остальных механизмов во времени и а пространстве. Несмотря на то, что целевые механизмы отличаются друг от друга по конструкции и характеру работы, их можно разбить на две группы: 1) целевые механизмы рабочих ходов; 2) целевые механизмы холостых ходов. К первой группе относят целевые механизмы, выполняющие операции по обработке данного материала и обеспечивающие рабочие движения материалов и рабочих органов: суппорты одношпиндельных и многошпиндельных автоматов, силовые головки, различные приспособления (токарные, фрезерные, резьбонарезные, быстросверлильные и др.). Ко второй группе относят целевые механизмы, выполняющие все холостые операции, не связанные с непосредственной обработкой изделия н обеспечивающие подготовку для совершения рабочих ходов: механизмы загрузки, зажимные устройства, механизмы поворота и фиксации, транспортирующие устройства и др. ЦЕЛЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ РАБОЧИХ ХОДОВ СУППОРТЫ АВТОМАТОВ Суппорты относятся к целевым механизмам рабочих ходов и предназначены для закрепления инструментов, установки их относительно обрабатываемого изделия, а также перемещения их согласно заданному технологическому процессу. К группе суппортов следует отнести револьверные головки, шлифовальные бабки, ползуны зуборезных станков и другие рабочие механизмы того же технологического назначения. Следует отметить, что универсальность автоматов и полуавтоматов зависит от технологических возможностей суппортов. Поэтому при проектировании суппортов в зависимости от выполнения предполагаемых технологических процессов необходимо выбрать их число, расположение, траектории рабочих и холостых перемещений, а также скорости их перемещений. Независимо от их количества в автомате или полуавтомате каждый суппорт имеет самостоятельную независимую настройку. К суппортам и другим узлам, несущим режущий инструмент, предъявляются высокие требования в отношении надежности, стабильности работы и быстроты наладки и подналадки. В автоматах и полуавтоматах применяется большое количество различных конструкций суппортов. В зависимости от направления перемещения различают суппорты продольные и поперечные. Продольные, в свою очередь, делятся так: для осевого перемещения инструмента (расточные и внутришлифовальные полуавтоматы), для продольной обточки (токарные многошпиндельные автоматы и полуавтоматы, многорезцовые полуавтоматы и др.) и фасонной обточки (гидрокопировальные полуавтоматы). Наиболее простые движения имеют поперечные суппорты. Типичным циклом работы для них является быстрый подвод,— рабочий ход (фасонная обточка, отрезка, подрезка) — быстрый отвод инструмента. При фасонной обточке для зачистки поверхности в конце рабочего хода дают выдержку. Суппорты с подобным циклом работы используют в фасонно-отрезных автоматах, в автоматах фасонно-продольного точения, револьверных, многошпиндельных и др. Суппорты для осевого перемещения инструмента имеют циклы, в основном сходные с циклами поперечных суппортов (быстрый подвод — рабочий ход — быстрый отвод). По такому циклу перемещаются револьверные головки, головки агрегатных станков, суппорты расточных и внутришлифовальных полуавтоматов. Суппорты для продольной и фасонной обточек имеют большое разнообразие циклов. Эти суппорты используют в гидрокопировальных, многорезцовых и других полуавтоматах и автоматах для обработки деталей типа валов, Различные конструкции продольных суппортов позволяют производить обработку цилиндрических, ступенчатых, конических и фасонных поверхностей. Наиболее простой цикл работы продольного суппорта при обработке цилиндрической поверхности; быстрый подвод — продольное рабочее перемещение — возврат в исходное положение. Характер траектории отвода суппорта в исходное положение зависит от типа механизма, применяемого для этой цели. При обработке фасонных поверхностей суппорт должен иметь рабочее перемещение по соответствующей траектории. Приспособленность автомата к заданному виду технологического процесса определяется, прежде всего, количеством, расположением и типами суппортов. При компоновке суппортов учитывают удобство и быстроту обслуживания при переналадке, и максимально возможное упрощение конструкции всей суппортной группы. Компоновка и конструкция суппорта находятся во взаимной связи, и при проектировании эти вопросы рассматривают в комплексе. Рис. ХII-1. Примеры компоновки суппортов токарных одношпиндельных автоматов: а – автомат фасонно-доводочного точения модели 1Б10П; б – автомат фасоннопродольного точения Tornos; в — револьверный автомат модели 1Б140; г — револьверный автомат модели 1125 Для примера на рис. XII-1 приведена компоновка суппортов некоторых типов одношпиндельных автоматов. Выбор числа суппортов и их компоновка являются важной проблемой для многошпиндельных токарных автоматов. В этих автоматах обработку производят одновременно на всех шпинделях большим количеством режущих инструментов. Поэтому при проектировании суппортов учитывают такие факторы, как удобство наладки автомата, удобство смены и регулировки инструмента, отвод стружки и предохранение от нее направляющих суппортов, точность и стабильность перемещения суппортов и др. Число поперечных суппортов в многошпиндельных автоматах обычно берут равным или на единицу меньше числа шпинделей. Нижние суппорты выполняют более массивными, так как они используются для черновых операций. Каждый суппорт следует выполнять с независимой подачей. Рис. XII-2. Примеры компоновки поперечных суппортов многошпиндельных автоматов: а — автомат модели 1A240-4; б — полуавтомат модели 1265ПМ-6; в — автомат типа Gildemeister DAM 6 х 25; г — автомат типа New Bretain 326 Широко применяется центральный продольный суппорт, который обслуживает все позиции автомата и обеспечивает наилучшую соосность между инструментами и рабочими шпинделями. Анализ конструкций многошпиндельных автоматов показывает, что имеется большое разнообразие компоновочных схем поперечных суппортов. Для примера на рис. XII-2 показано несколько компоновок суппортов современных автоматов. Важным вопросом при конструировании многошпиндельных автоматов является выбор конструктивной схемы продольного суппорта и его привода. Компоновка и конструкция продольного суппорта во многом зависят от расположения распределительного вала автомата (верхнее или нижнее), конструкции механизмов, передающих движение от кулачка распределительного вала и. точки приложения осевой силы, перемещающей продольный суппорт, которая должна быть по возможности максимально приближена к оси суппорта. Продольный суппорт обычно устанавливают на стальной круглой направляющей, и движение на него в основном передается от цилиндрических кулачков распределительного вала. Рис. ХII-3. Конструкция продольного суппорта шестишпиндельного автомата модели 1А290-6 На рис. ХII-3 показана конструкция продольного суппорта современного шестишпиндельного автомата 1А290-6. Продольный суппорт 1 представляет собой шестигранную каретку, которая перемешается по круглой направляющей 2. От проворота вокруг оси продольный суппорт удерживается ползуном 3, скользящим по направляющей планке, закрепленной на траверсе автомата. Перемещение суппорта осуществляется рычагом 4 через шток 5, который соединен с кареткой суппорта шарниром 7, Перемещение суппорта ограничивается упором 6. Особенностью продольного суппорта является бескулачковая наладка величины рабочего хода, что не требует сменного комплекта кулачков, облегчает и ускоряет наладку. Движение на суппорт передается от двух постоянных кулачков рабочего хода 2 и холостого хода 1 с одинаковой величиной подъема, установленных на распределительном валу (рис. ХII-4). Толкатели рабочего 5 и холостого 3 ходов связаны с сектором 6 соответственно осями О1 и О2. Изменение величины рабочего хода производится путем перестановки колодки 7 по зубчатому сектору 6. Колодка 7 через шатун 4, рычаг 8 и тягу 9 соединяется с суппортом 10. При отведенном суппорте оба толкателя 5 и 3 находятся в крайнем левом положении (рис. ХII-4, а). При вращении распределительного вала первым начинает смещаться толкатель холостого хода 3, при этом ось О1 остается неподвижной и служит временной осью поворота сектора 6. Колодка 7 получает быстрое перемещение вправо; вследствие большого угла подъема на кулачке холостого хода 1 происходит быстрый подвод суппорта (рис, ХII-4, б). Одновременно с окончанием подъема на кулачке холостого хода 1 начинается подъем на кулачке рабочего хода 2 и перемещается толкатель 5, а ось 02 служит временной осью поворота сектора 6. При этом колодка 7 медленно перемещается вправо, обеспечивая рабочий ход суппорту, после окончания которого толкатели 3 и 5 одновременно отводятся в крайнее левое положение (рис. ХII-4, в). XII-4. Схема механизма бескулачковой наладки продольного суппорта автомата модели 1А290-6 Общая величина хода продольного суппорта всегда постоянна и определяется величиной подъема кулачков, соотношение между быстрым и медленным ходом зависит от положения колодки 7 на секторе 6. Бескулачковая наладка суппортов широко применяется в современных многошпиндельных автоматах. В ряде конструкций (1А240, Wikman и др.) постоянные кулачки применены для всех суппортов, в том числе и поперечных. На конструкцию суппорта существенное влияние оказывают степень сложности цикла, усилие подачи, количество режущих инструментов, требуемая точность обработки и возможность использования при проектировании унифицированных узлов и деталей. Точность перемещения суппорта во многом зависит от конструкции выбранных направляющих. В современных автоматах и полуавтоматах применяют различного типа направляющие скольжения: призматические или треугольного профиля; с профилем в форме ласточкина хвоста; плоские или прямоугольного профиля, цилиндрические. Рис. ХII-5. Примеры направляющих поперечных суппортов На рис. ХII-5 приведены примеры направляющих суппортов современных автоматов и полуавтоматов. На рис. ХII-5, а показан нижний поперечный суппорт, автомата модели 1265-6. Автомат имеет шесть поперечных суппортов, перемещающихся в призматических направляющих. Каждый суппорт имеет независимый привод от распределительного вала. Верхняя направляющая суппорта 1 неподвижно закреплена на корпусе; нижняя направляющая 2 регулируется при помощи двух винтов, завинченных в пальцы. После регулировки направляющие надежно закрепляются двумя винтами. На рис. ХII-5, б показан копировальный суппорт полуавтомата модели 1722. В продольном направлении он перемещается по прямоугольным направляющим 1 станины. Для регулирования зазора в вертикальных плоскостях стыка направляющих служит планка прямоугольного профиля и постоянной толщины. При выборке зазора планку поджимают несколькими винтами. Направляющие в форме ласточкина хвоста приведены на рис. XII-5, в. Такого типа направляющие используют в поперечных суппортах автоматов фасонно-продольного точения, в поперечных суппортах полуавтоматов модели 1722 и др. Регулировка зазора осуществляется с помощью клина 3. Цилиндрические направляющие получили широкое применение в продольных суппортах многошпиндельных автоматов. Каждая из конструктивных форм направляющих имеет достоинства и недостатки. Призматические направляющие реже повреждаются мелкой стружкой, которая легко скатывается с наклонных граней, и обладают способностью саморегулироваться. С другой стороны, на них плохо удерживается смазка. Изготовление, пригонка и ремонт призматических направляющих сложнее, чем плоских. Их износ меньше влияет на точность работы станка, чем износ направляющих прямоугольного профиля. Преимущества направляющих с профилем в форме ласточкина хвоста — простота регулировки, которая производится с помощью лишь одной планки или клина, и удобство применения в качестве направляющих для вертикальных перемещений. Изготовление и контроль направляющих в форме ласточкина хвоста сравнительно сложны. Направляющие прямоугольного профиля проще всех других в отношении обработки и ремонта. Их несущие плоскости легко сделать широкими, а, следовательно, удельное давление — малым. При расположении в горизонтальной плоскости они хорошо удерживают смазку, но уступают призматическим направляющим в отношении опасности повреждения стружкой. Цилиндрические направляющие обычно располагают горизонтально, причем обработка сопряженной направляющей, имеющей форму круглого цилиндра, значительно проще. Учитывая необходимый цикл перемещения суппортов, их количество и компоновку, принятую систему управления, при проектировании необходимо правильно выбрать тип привода. Наиболее широкое применение в автоматах и полуавтоматах получил привод суппортов от дисковых или цилиндрических кулачков, так как он обеспечивает легкое получение различных циклов. Значительно реже применяется привод от рейки и ходового винта, которые требуют реверса в цепи привода и с их помощью трудно получить требуемую траекторию перемещения суппорта. В токарных гидрокопировальных полуавтоматах, в силовых головках, в силовых столах и некоторых других станках получил применение гидравлический привод, который обеспечивает возможность получения различных циклов работы при больших усилиях подачи. При использовании привода от дисковых или цилиндрических кулачков в качестве промежуточных передаточных механизмов получили широкое применение рычажные передачи. На рис. ХII-6 приведены некоторые схемы рычажных механизмов для передачи движений от дисковых и цилиндрических кулачков. Сложность передаточных рычажных систем в некоторых случаях приводит к значительным трудностям при проектировании, изготовлении и особенно эксплуатации оборудования. Рис: XII-6. Схемы рычажных механизмов для передачи движений от дисковых (а) и цилиндрических (б) кулачков В последнее время для передачи движения от кулачков распределительного вала к целевым механизмам автомата находят применение шариковые передаточные механизмы. На рис. ХII-7 показана принципиальная схема шарикового передаточного механизма, предложенного проф. Г, А. Шаумяном, Рис. ХН-7 .Схема шарикового передаточного механизма ШПМ Шариковый передаточный механизм ШПМ предназначен для передачи прямолинейного движения целевым механизмам автомата. Он состоит из двух толкателей 2 и 6, замыкающих цепочку шариков 4 и сферических втулок 3, расположенных в калиброванной трубке (трубопроводе) 5. Движение, сообщаемое одному толкателю 2 кулачком 1, передается, через цепочку шариков и втулок другому толкателю 6, а им — исполнительному механизму 7. Пружина 8 служит для возврата исполнительного механизма в исходное положение. Применение ШПМ позволяет значительно упростить конструкцию автомата за счет устранения плоских и пространственных многозвенных передаточных механизмов, которые заменяются трубопроводами. Распределительный вал при использовании ШПМ заменяется быстросменными оправками-валами длиной 150 — 200 мм, а это значительно сокращает время переналадки автомата и позволяет применять широкую унификацию обрабатываемых изделий, создавая магазины наладок. Для ШПМ применяют шарики степени точности I и II, группы П (по ГОСТ 3722—60), диаметром 6, 8 и 10 мм. В зависимости от диаметра применяемого шарика в трубопроводе к толкателю ШПМ можно приложить наибольшее допускаемое усилие соответственно 800, 1800 и 2500 Н. Рис. XII-8. Конструкция шарикового передаточного механизма (ШПМ): 1 – трубопровод, 2 – шарики, 3 – Втулки, 4 – головка толкателя, 5 регулировочная шайба, 6 – толкатель, 7 – установочный винт Трубопровод выполняют из труб размерами 8 х 1, 10 х 1 и 12 х 1 мм из латуни Л62. Сферические втулки обычно изготовляют из латуни ЛС59-1. На рис. ХII-8 приведена конструкция ШПМ. Рабочий ход предварительно устанавливают подбором количества шариков 2 и втулок 3 и окончательно подгоняют регулировочными шайбами 5. Длину трубопровода 1 устанавливают в зависимости от расположения кулачка и исполнительного механизма; наибольшая длина трубопровода не превышает 2 м. Пространство между шариками и втулками заполняется консистентной смазкой ЦИАТИМ-201 или ЦИАТИМ-203. Ход толкателя должен быть плавным, без заеданий и рывков. При конструировании ШПМ стремятся к уменьшению числа колен, суммы их углов и суммарной длины прямых участков, а также к увеличению радиусов изгиба колен, так как при этих условиях увеличивается к.п.д. механизма. Угол каждого колена не должен превышать 210°. Минимально допустимый радиус изгиба трубопровода (рис. ХII-9) Rmin ≥ 6d, где d — диаметр шарика, а минимально допустимая длина прямого участка на конце трубопровода lmin ≥ l1 + 25 мм, где l1 — предельный рабочий ход механизма.