Целевые механизмы холостых ходов
Содержание
Введение
Одним из основных направлений деятельности человека является совершенствование процессов производства с целью облегчения тяжёлого физического труда и повышение эффективности процесса в целом – это направление может реализоваться через автоматизацию производственных процессов.
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 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 пространстве.
Несмотря на
то, что целевые механизмы
1) целевые механизмы рабочих ходов;
2) целевые механизмы холостых ходов.
Целью курсовой работы является получение необходимых знаний о целевых механизмах холостых ходов автоматического агрегата. К этой группе относят целевые механизмы, выполняющие все холостые операции, не связанные с непосредственной обработкой изделия и обеспечивающие подготовку для совершения рабочих ходов: механизмы загрузки, зажимные устройства, механизмы поворота и фиксации, транспортирующие и др.
Задачи для достижения цели курсовой работы:
- изучить структуру автоматического агрегата;
- рассмотреть конструкции механизмов загрузки, уделить внимание механизмам питания для бунтового материала, для пруткового материала, для штучных заготовок;
- изучить конструкции поворотно-фиксирующих механизмов (поворотных устройств, механизмов изменения ориентации, механизмов поворота и механизмов фиксации).
1 Структура автоматического агрегата
Первым этапом автоматизации производственных процессов явилась автоматизация рабочего цикла машины, создание машин - автоматов и полуавтоматов. На этом этапе основной конструкторской задачей является создание автоматически действующих механизмов холостых ходов и управления рабочим циклом.
Автоматом называется самоуправляющаяся рабочая машина, которая при осуществлении технологического процесса самостоятельно производит все рабочие и холостые ходы рабочего цикла и нуждается лишь в контроле и наладке. Таким образом, конструктивным признаком автомата является наличие полного комплекта механизмов рабочих и холостых ходов, осуществляющих все движения рабочего цикла, и механизмов управления, координирующих их работу.
Рабочими ходами называют такие движения, благодаря которым производится непосредственное технологическое воздействие на обрабатываемый материал (обработка, контроль, сборка).
Холостыми ходами называются вспомогательные движения, которые служат для подготовки условий, необходимых для обработки (подача заготовок, их зажим, подвод инструментов и т.д.). Некоторые рабочие и холостые ходы могут совмещаться во времени между собой.
Механизмы рабочих и холостых ходов, выполняющие отдельные элементы рабочего цикла, называются целевыми механизмами.
В 30-е гг. XX в началось проектирование специальных машин из унифицированных функциональных узлов, которые к настоящему времени получили широкое применение во многих отраслях автоматостроения. Наибольшее их количество создано для механической обработки корпусных и других изделий, неподвижных при обработке. Такие автоматы и полуавтоматы получили название агрегатных станков.
Агрегатные станки компонуются из разнотипных унифицированных механизмов и узлов с минимальным количеством оригинальных конструктивных элементов. Они предназначаются обычно для выполнения сверлильных, расточных операций; нарезания резьбы в отверстиях; фрезерования плоскостей, пазов и выступов.
Многопозиционный агрегатный станок-автомат имеет следующие основные функциональные узлы:
- силовые столы;
- несамодействующие силовые головки;
- шпиндельные коробки;
- поворотный стол с приводом поворота;
- боковые станины;
- вертикальные стойки;
- центральную станину.
Унификация возможна для тех узлов, функциональное назначение которых не зависит от конкретных обрабатываемых изделий. Так, силовые столы как механизмы подачи при любой обработке имеют один и тот же цикл срабатывания: быстрый подвод − медленная рабочая подача − быстрый отвод − остановка в исходном положении. Поэтому силовые столы унифицированы в виде гаммы типоразмеров.
Аналогично унифицируют несамодействуюшие силовые головки, которые монтируются на силовых столах и имеют по одному выходному шпинделю.
Шпиндельные коробки являются специальными узлами и проектируются применительно к конкретному обрабатываемому изделию, которое определяет и число, и взаимное расположение рабочих шпинделей, несущих режущие инструменты. Аналогично необходимо в каждом случае проектировать и приспособления для закрепления обрабатываемых изделий.
Поворотные столы различных станков имеют одинаковое функциональное назначение − периодический поворот и стоянку в фиксированном положении − и могут отличаться лишь числом позиций и габаритными размерами. Поэтому поворотные столы унифицированы по типоразмерам, отличающимся числом позиций и диаметром стола. Стол унифицируют вместе с механизмом поворота и центральной (круглой) станиной, которая имеет стыковочные присоединительные поверхности для боковых станин и стоек, на которых монтируют силовые узлы (столы, головки).
В результате проектирование агрегатных станков по разработанному технологическому процессу сводится к проектированию шпиндельных коробок и приспособлений. Остальные узлы подбирают из имеющейся номенклатуры типоразмеров и компонуют в соответствии с типовыми компоновочными решениями, одно из которых представлено на рисунке 1.
1 − приспособление
с обрабатываемыми изделиями: 2
− направляющая; 3
− силовая головка с шпиндельной коробкой: 4
− центральная колонка; 5
− боковая станина;
6
− центральная станина; 7
− поворотный стол
Рисунок 1 − Компоновочная схема многопозиционного агрегатного станка
Агрегатные станки решают проблемы автоматизации, прежде всего массового производства, потому что, как правило, они не предусматривают переналадки на другие изделия.
Схема классификации механизмов автомата приведена на рисунке 2. Как и всякая рабочая машина, автомат имеет двигательный, исполнительный и передаточный механизмы. Однако если неавтоматизированная машина имеет только механизмы рабочих ходов, исполнительный механизм автомата включает в себя механизмы холостых ходов и управления, число и наименование которых в каждом конкретном случае определяются технологическим назначением, принципом действия, типом системы управления и т.д.
Для многопозиционного агрегатного
станка-автомата исполнительный механизм
согласно схеме, представленной на рисунке
2, включает в себя следующие механизмы:
1 − сверлильная силовая
головка; 2 − фрезерная силовая
головка; 3 − резьбонарезная силовая головка;
4 − механизм загрузки; 5 − механизм зажима
изделий в приспособлении; 6 − механизм
поворота стола; 7 − механизм фиксации
стола; 8 − установочный силовой стол;
9 − гидропанель управления циклом силовой
головки; 10 − система управления циклом
станка.
Рисунок 2 − Структурная схема механизмов автомата
Степень автоматизации машины можно повысить путем введения автоматических механизмов и устройств для регулирования и стабилизации процессов обработки, контроля качества изделий, замены и подналадки инструмента, уборки отходов и т.д.
2 Механизмы загрузки
Механизмы загрузки предназначены для автоматической загрузки обрабатываемых заготовок на станки-автоматы и выгрузки из них.
Конструкция механизма загрузки зависит от вида применяемой заготовки и компоновки станка.
В зависимости от характера подаваемых заготовок загрузочно - разгрузочные устройства разделяют на три группы: механизмы питания для бунтового материала, механизмы питания для пруткового материала и механизмы питания для штучных заготовок. Загрузка и выгрузка штучных заготовок осуществляется с помощью бункерных или магазинных механизмов питания, автооператоров или манипуляторов.
Основные требования к механизмам питания: быстродействие, высокая надежность и простота конструкции.
2.1 Механизмы
питания для бунтового
Бунтовые материалы (проволока, лента, прокат различного сечения) служат для питания автоматических станков, прессов, холодно-высадочных автоматов и других машин.
Особенность бунтового материала состоит в том, что, будучи свернутым в бунт, он сильно деформируется и поэтому перед обработкой необходимо производить его правку. Кроме того, при обработке материал обычно закрепляется неподвижно, а его перемещение и правка производятся во время холостого хода. Следовательно, механизм питания для бунтового материала должен иметь следующие целевые механизмы: механизмы подачи, механизмы правки и зажимы (передний и задний).
Механизмы подачи должны обеспечивать быстрый и надежный зажим материала без его деформирования. Наиболее часто применяют рычажные, шариковые и роликовые механизмы подачи.
На рисунке 3, а показан рычажный механизм подачи. Механизм имеет два захвата: захват 1, закрепленный неподвижно, и захват 2, установленный на подвижной каретке. Пружина, поворачивая рычаг, создает контакт зажимных губок с перемещаемым материалом. При перемещении каретки вправо происходит заклинивание материала между губками правого захвата и подачи его вправо. При этом материал свободно проходит через левый захват. При обратном перемещении каретки материал удерживается левым захватом. Величина подачи материала соответствует ходу каретки.
Конструктивно механизм очень прост. Однако при большой массе бунта во время подачи материала острая кромка подающего штифта наносит глубокие риски на материал вследствие возникновения больших усилий подачи.
Рисунок 3 − Механизмы подачи бунтового материала
Шариковый механизм подачи показан на рисунке 3, б. Механизм имеет два одинаковых захвата: неподвижный 1 и подвижный 2. Материал захватывается тремя шариками 3, перемещающимися в конусном отверстии.
Три шарика перемещаются в осевом направлении втулкой 5, на которую воздействует пружина 4. Во время подачи материала зажим 2, установленный на каретке, получает возвратно-поступательное движение. Цикл подачи аналогичен циклу работы рычажного механизма (см. рисунок 3, а). При использовании шарикового механизма подачи в местах соприкосновения шариков с материалом образуются небольшие лунки, размеры их значительно меньше, чем риски, образующиеся при рычажном механизме подачи.
На рисунке 3, в показан роликовый механизм подачи, в котором подача материала производится двумя роликами 2 с желобками в соответствии с размерами проволоки. Проволока, зажатая между двумя вращающимися роликами, благодаря трению подается вправо на заданную длину периодическим поворотом роликов на соответствующий угол. Усилие, создаваемое при вращении прижатых к проволоке роликов, достаточно не только для подачи, но и для протягивания материала через правильные ролики 1. Повреждения материала при роликовой подаче минимальны.
Механизмы правки предназначены для правки материала перед подачей его на обработку. Существует много различных конструкций механизмов правки, в которых материал протягивается между штифтами, гребенками, роликами и т. д. В результате многократных деформаций материал приобретает правильную форму.
Механизмы правки с жесткими штифтами и гребенками (см. рисунок 4, а) применяют преимущественно для проволоки малого диаметра (до 1 мм) и выполняют их обычно неподвижного типа. В механизмах правки в качестве механизмов подачи применяют рычажные (см. рисунок 4, а) или шариковые (см. рисунок 4, б). В некоторых случаях во избежание повреждения материала при правке штифты и гребенки выполняют из пластмассы.
Рисунок 4 − Механизмы правки для бунтового материала
Механизмы правки роликами бывают однорядные и двухрядные и могут быть неподвижными и подвижными.
В однорядных механизмах ролики расположены в одной плоскости, в двухрядных – в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
В подвижных механизмах ролики установлены на подвижной каретке, которая при правке материала совершает возвратно-поступательное движение, а в неподвижных каретка закреплена. Двухрядный роликовый механизм правки обеспечивает более точную правку материала.
Механизмы правки роликами получили широкое распространение в металлорежущих станках, например, в автомате 1106.
Передний и задний зажимы предназначены для закрепления прутка в процессе обработки и выполняются: передний – клещевого или цангового типа, а задний – клещевого.
2.2 Механизмы
питания для пруткового
Прутковое питание широко используется в одно- и многошпиндельных токарных автоматах. Длина применяемых прутков находится в пределах 1 … 5 м. Прутковые материалы выполняют круглого, шестигранного, квадратного и других профилей.
Все механизмы питания для пруткового материала можно разделить на две группы: без подающих цанг и с подающими цангами.
В механизмах питания без подающих цанг подача прутков может осуществляться под собственным весом, с помощью груза, с помощью пневматики и роликами. Преимуществами данных механизмов являются простота конструкции и возможность обработки прутков большего диаметра при тех же габаритах шпинделя по сравнению с механизмами с подающими цангами. Недостатки – неудобство заправки прутка при вертикальном расположении шпинделей станка, продольный изгиб прутка под действием груза (пневматики и др.), вследствие чего увеличивается биение прутка и шум направляющей трубы. Кроме того, постоянное действие осевой силы на пруток вызывает износ подшипников шпинделя.
Подача пруткового материала с помощью груза (реже пневматики) широко используется в автоматах фасонно-продольного точения. Особенность работы этих автоматов состоит в том, что подача прутка в осевом направлении является рабочей подачей. Существует два основных метода подачи прутка: перемещение шпиндельной бабки и перемещение внутреннего шпинделя.
Во время рабочего перемещения прутка и в момент перевода шпиндельной бабки или внутреннего шпинделя в исходное положение перед началом обработки новой детали в автоматах фасонно-продольного точения на пруток действует осевая сила, которая создается действием груза или с помощью пневматических механизмов.
В механизмах
питания с подающими цангами пе
На рисунке 5 приведены некоторые конструкции подающих цанг. Цельные цанги (рисунок 5, а, б) изготовляются из одного куска металла. Закалку их производят в сжатом состоянии. Очень сложно достичь таких условий, чтобы при высокой твердости головки цанги ее средняя часть была пружинистой, а хвостовая, нарезанная, – мягкой.
Рисунок 5 − Конструкции подающих цанг
Сравнительно проще достичь условий можно в цангах со вставными вкладышами (рисунок 5, в). Здесь корпус цанги может быть изготовлен из пружинящей стали, а вкладыш – из высокосортной, хорошо сопротивляющейся износу. Благодаря этому облегчается процесс термической обработки, и повышаются эксплуатационные свойства подающих цанг. Подающие цанги с вкладышами дают возможность применять различные материалы для вкладышей в зависимости от обрабатываемого материала и менять вкладыши при износе.
Сравнительно редко применяются саморегулирующие цанги (см. рисунок 5, г), так как они снижают максимальный диаметр обрабатываемого материала.
Перемещение подающей цанги может осуществляться пружиной, грузом или кулачком, отвод – с помощью контркулачка или пружины.
Для поддержки свободного конца обрабатываемого прутка применяют направляющие трубы, которые выполняют простыми и бесшумными.
Наиболее широко распространены простые трубы, представляющие собой гладкую трубу, в которую вставляется обрабатываемый пруток. В автоматах фасонно-продольного точения применяют трубы со сквозным шлицем, в котором проходит поводок толкателя. Сквозной шлиц может вызывать повреждение поверхности прутка вследствие его ударов об острые кромки стенок шлица.
Бесшумные трубы используют для снижения шума и вибраций, возникающих вследствие ударов прутка о стенки труб. Бесшумная направляющая труба имеет спиральную пружину, которая выполнена в форме синусоиды и проходит через всю ее длину. Наибольший диаметр плотно прилегает к стенкам направляющей трубы, а наименьший (внутренний) обеспечивает свободное прохождение прутка. В направляющей трубе пруток проходит через металлические или неметаллические направляющие втулки, каждая из которых удерживается с помощью двух спиральных пружин. В обеих конструкциях труб возникающие при вращении прутка удары воспринимаются пружинами (т. е. упругими звеньями) и не передаются наружной трубе. В бесшумной трубе на стальную трубу, направляющую пруток, плотно надета резиновая рубашка, закрепленная холщовой обмоткой. Эта труба в свою очередь вставляется в стальную трубу значительно большего диаметра и удерживается в ней двумя резиновыми кольцами. Кроме рассмотренных, имеется еще много различных конструкций бесшумных труб.
2.3 Механизмы питания для штучных заготовок
При обработке на станках-автоматах штучных заготовок их загрузку производят с помощью бункерных, или магазинных, механизмов питания, автооператоров или манипуляторов.
Наиболее развитым типом механизма питания для штучных заготовок является бункерной механизм; его принципиальная схема показана на рисунке 6.
Бункерный механизм питания состоит из двух функциональных узлов: бункерно-ориентирующего устройства и автооператора, между которыми расположен лоток-накопитель (магазин). Бункерно-ориентирующее устройство включает: бункер 4, механизм выборки 5, механизм ориентации 3, механизм разрушения сводов 6, предохранительный механизм 2, лоток-накопитель 1. В автооператор входят: отсекатель 7, механизм подачи (питатель) 8, заталкиватель 10 с зажимным устройством 9, отводящее устройство 11, зажимное устройство 12, выталкиватель 13.
Рисунок 6 − Схема бункерного питания
В бункер засыпают
навалом неориентированные
Лоток-накопитель предназначен для создания запаса заготовок между бункерно-ориентирующими устройством и автооператором для компенсации неритмичности подачи заготовок из бункерно-ориентирующего устройства к автооператору.
Загрузочное устройство, в которое входят только лоток-накопитель (магазин) и автооператор, называют магазинным. В этих устройствах загрузка заготовок производится вручную в ориентированном (определенном) положении в магазин, а затем автооператором они автоматически подаются в зону обработки.
Бункерные механизмы
питания широко применяют в массовом
и крупносерийном производстве при
обработке заготовок сравнитель
Использование бункерных механизмов питания позволяет внедрять многостаночное обслуживание, так как при этом обеспечивается длительная работа станка без вмешательства человека.
Рассмотрим
принцип работы и конструкции
бункерно-ориентирующих
Механизм выборки
заготовок или захватное
По способу
поштучной выборки заготовок
из общей массы в бункере все
бункерно-ориентирующие
В устройствах с захватными органами используют механические захватные приспособления, которые производят выборку заготовок из бункера с помощью возвратно-поступательных или вращательных движений механических захватных органов (крючков, штырей, шиберов, дисков с карманчиками и т. д.). Их общим недостатком является наличие большого количества движущихся деталей и трущихся поверхностей, интенсивное перемещение заготовок и связанные с ними большие силы, износ, а также возможность поломок захватных органов и повреждения поверхности подаваемых заготовок.
В устройствах без захватных органов выборка заготовок из бункера производится за счет сил трения, без использования механических захватных органов. Среди устройств этой группы наиболее перспективными являются вибрационные загрузочные устройства, в которых заготовки перемещают по лоткам за счет сил инерции и трения, возникающих при колебании лотков.
Методы захвата и ориентации заготовок являются наиболее типичными признаками, характеризующими работу бункерно-ориентирующего устройства. Существует ряд методов и средств ориентации, применение которых зависит от формы и размеров подаваемых заготовок.
В вибрационных загрузочных устройствах (без захватных органов) ориентация заготовок часто производится в процессе их перемещения по вибрирующему лотку. При этом выбор способа ориентации зависит от формы перемещаемых заготовок. Некоторые способы ориентации наиболее распространенных типов деталей приведены на рисунке 7.
Заготовки типа дисков, колец, квадратных или прямоугольных пластин можно ориентировать и подавать в один слой с использованием спирального лотка, выполненного с наклоном к центру бункера на угол β = 3-5° (см. рисунок 7, а).
Буртик лотка
выполняется меньше высоты заготовки.
При перемещении заготовок
(h = d), может осуществляться
выполнением на плоском лотке выреза с
язычком (см. рисунок 7, б). Заготовки,
перемещающиеся отверстием вверх, проходят
над язычком, а заготовки, расположенные
отверстием вниз, выпадают в вырез лотка.
Рисунок 7 − Способы ориентации заготовок в вибрационных загрузочных устройствах
Способ ориентации заготовок типа роликов или трубочек d < l показан на рисунке 7, в.
Заготовки, перемещающиеся вертикально, сбрасываются козырьком в чашу бункера.
На рисунке 7, г показан способ ориентации двухступенчатых заготовок. Заготовки, расположенные большим диаметром вниз, перемещаются по лотку, а заготовки, расположенные большим диаметром вверх, сбрасываются козырьком. Заготовки с головками (болты, винты и т. д.), а также колпачки можно ориентировать на выходе со спирального лотка на прямолинейном участке (см. рисунок 7, д, е).
2.4 Механизмы магазинного питания
При автоматизации загрузки штучных заготовок на станках-автоматах с помощью магазинных загрузочных устройств ориентацию и закладку заготовок в магазин (лоток-накопитель) производят вручную, а подачу из лотка-накопителя в шпиндель станка и выгрузку обработанной детали – автоматически.
Магазинные загрузочные устройства применяют в массовом и крупно-серийном производстве при обработке заготовок, захват и ориентация которых затруднены из-за их геометрической формы, размеров или веса.
Благодаря конструктивной простоте магазинные загрузочные устройства часто применяют тогда, когда по масштабам производства нецелесообразно изготовлять сравнительно сложные бункерно-загрузочные устройства.
Магазинное загрузочное устройство имеет (см. рисунок 6) магазин (лоток-накопитель) и автооператор. Магазины предназначены для укладки и транспортирования их в автооператор. Назначение автооператора – загрузка ориентированных заготовок в шпиндель станка, а также съем и выведение из зоны обработки обработанных деталей.
Конструктивные формы магазинов зависят, прежде всего, от конфигурации заготовок и метода транспортирования. Транспортирование заготовок может осуществляться под собственным весом и принудительно.
На рисунке 8 показан ряд конструкций лотков с подачей заготовок под собственным весом. Они могут выполняться горизонтальными, вертикальными, наклонными, спиральными, что определяется конструкцией загрузочного устройства.
Трубчатые магазины вертикальные и наклонные (рисунок 8, а, б) применяют, как правило, для подачи шариков и цилиндрических заготовок, перемещаемых в направлении оси вращения. Заготовки типа дисков, колец, цилиндрических (перемещение перпендикулярно оси вращения), прямоугольных и других транспортируют по прямоугольным лоткам (рисунок 8, в, г).
Лотки обычно изготовляют из листовой стали, трущиеся поверхности шлифуют и подвергают термической обработке. В закрытых коробчатых лотках две стенки выполняют с пазами для наблюдения и выборки застрявших заготовок.