Отчет оп практике в ОАО “Минский завод им. Октябрьской революции”

Рисунок 19 – Установка магазина на шпиндельной бабке станка

Недостатки: масса магазина и инструментов будет  оказывать влияние на точность обработки заготовок, так как силы инерции, возникающие в момент пуска и торможения магазина при поиске инструмента, воздействуют на систему СПИД станка и микрогеометрию обрабатываемой поверхности. Кроме того, степень заполнения магазина инструментами и его различная масса обусловливают различные нагрузки на бабку станка, что приводит к смещению оси шпинделя, а также влияет на стабильность позиционирования.

При установке  магазина вне шпиндельной бабки (рис17) смена инструмента осуществляется при перемещении шпиндельной  бабки по окончании очередного перехода в позиции смены инструмента, что увеличивает время между переходами, а также снижает точность обработки на величину повторяемой точности позиционирования шпиндельной бабки.

Инструментальные  манипуляторы (рис. 20), предназначенные для смены инструмента в шпинделе станка, по числу захватов подразделяются на одно-, двух- и многозахватные. Наиболее широкое применение получили двух-захватные манипуляторы.

Рисунок 20 –  Конструктивная схема смены инструмента манипулятором: 1 – инструмент; 2 – манипулятор; 3 – магазин; 4 – шпиндель

Цепные магазины:

Цепной магазин  смены инструмента может размещать  инструменты и агрегаты больших  размеров. Револьверный магазин смены  инструмента позволяет осуществлять замену инструментов и агрегатов во время выполнения станком других обработок, сокращая таким образом время обработки.

Рисунок 21 – Инструментальные магазины

 

Манипуляторы:

На рис. 22 показана последовательность работы двухзахватного автооператора. Блок инструмента 4 установлен в шпинделе станка, а блок 1 — в гнезде магазина. Поворотный двухзахватный оператор 2 снабжен двумя вырезами с подпружиненными плунжерами 3. Автооператор может вращаться относительно оси и перемещаться вдоль нее. При смене инструмента автооператор поворачивается по ходу часовой стрелки на 90°. При этом выступы А и В входят в канавки оправок инструментов, установленных соответственно в шпинделе и магазине. После того как зажимной механизм шпинделя освободит оправку, автооператор, перемещаясь в осевом направлении, выводит оправки из гнезд шпинделя и магазина и затем поворачивается на 90°. При этом отработавший' инструмент устанавливается соосно с гнездом магазина, а новый инструмент — соосно с гнездом шпинделя. При перемещении оператора в осевом направлении инструменты с оправками устанавливаются в гнездо шпинделя и гнездо магазина. После закрепления оправок оператор поворачивается в исходное положение.

Рисунок 22 – Последовательность работы двухзахватного автооператора:

1 – блок  инструмента, установленный в  гнезде магазина; 2 – двухзахватный автооператор; 3 – подпружиненные плунжеры; 4 – блок инструмента, установлен в шпинделе станка.

При использовании  автооператоров оси инструментов и  шпинделя могут быть параллельны и расположены по горизонтали (рис. 23, а) или вертикали (рис. 23, б), а также размещаться под углом друг к другу (рис. 23, в, г).

В зависимости  от расположения шпинделя и магазина можно "применять следующие автооператоры:

- простейшие  рычажного типа без кантователей, когда ось инструмента параллельна оси шпинделя и магазин расположен на шпиндельной бабке;

-с кантователем в одной плоскости;

- с кантователем в двух плоскостях, с дополнительными транспортирующими устройствами для перемещения в одном направлении;

- с дополнительными  транспортирующими устройствами  для перемещения в двух направлениях.

Рисунок 23 – Взаимное расположение автооператора и шпинделя станка:

1 — шпиндельная  бабка; 2 — шпиндель; 3 — автооператор; 4 — магазин

 

4.2 Патентно – поисковое исследование

В этом пункте приведены выдержки из патентов, основной текст смотри в приложении.

US 1973/3744648 A1, 1973 год

Система поиска инструмента в магазине

Система рассчитана на поиск инструмента  для конкретной операции обработки и его смены. Она включает в себя устройство хранения информации, которая содержит информацию о порядке последовательности инструментов в единицы хранения инструмента. Расположение инструмент поиска опрашивает устройства хранения информации, а также выбранный инструмент, на основе информации, полученной характеристика, которой они обмениваются на ранее используемый инструмент.

Рисунок 24 – Система поиска инструмента в магазине

US 1980/4182021 А1, 1980 год

Инструментальный  магазин

Магазин инструментов цепного типа с автоматической системой поиска инструмента. Привода руку проведение толкателя в шарнирно поддерживается на журнал кадра. Рычаг автооператора приводится в движение по команде ЧПУ. Также оснащен блокирующем устройством, для предоставляется отжатия руки каждый раз, когда автооператор переходит в исходное положение с нужным инструментом.

Рисунок 25 – Инструментальный магазин

 

US 1981/4300278 A1, 1981 год

Инструментальный  манипулятор

Инструмент  в руке манипулятора фиксируются на одном конце и вращающийся вал аксиально скользящим формируется с парой полукруглых отверстия на противоположных концах.

Рисунок 26 – Инструментальный манипулятор

US 1987/4699276 A1, 1987 год

Инструментальный  магазин цепного типа

Магазин состоит  из нескольких звеньев, соединенных друг с другом образуя замкнутую цепь. Для предотвращения соприкосновения инструментов между собой магазин движется медленно.

Рисунок 27 – Инструментальный магазин цепного  типа

US 1988/4773152 A1, 1988 год

Устройство  автоматической смены инструмента

Станок включает в себя шпиндель станка, инструментальный магазин, имеющий множество гнезд для хранения инструментов и его автоматической смены с помощью автооператора.

Рисунок 28 – Устройство автоматической смены инструмента

US 1989/4835837 A1, 1989 год

Инструментальный  магазин

Изобретение относится к инструментальным магазином  для станков с ЧПУ, состоящий из несущей конструкции, включая держатель инструмента с программным управлением от системы ЧПУ. В соответствии с изобретением держатель инструмента подразделяются на множество сменных сегментов адаптированы для смены инструмента.

Рисунок 29 – Инструментальный магазин

US 1991/4993996 A1, 1991 год

Инструментальный  магазин

Держатели для  размещения инструментов, деталей и  т.п., установлены на цепях через разъемы. Каждый разъем, в его части, что расположена за пределами шестерни, имеет опорную часть.

Рисунок 30 – Инструментальный магазин

US 2008/7322916 A1, 2008 год

Магазин инструментов для вертикального обрабатывающего центра

Изобретение представляет собой устройство автоматической смены инструмента с защитной крышкой. Магазин инструментов включает в себя цепь, перемещаются между шестерни, оснащенную держателями инструмента.

Рисунок 31 – Магазин инструментов для вертикального обрабатывающего центра

 

US 2008/20080146426 A1, 2008 год

Инструментальный  магазин

Инструментальный  магазин цепного типа с большим  количеством инструмента и длинной  цепью.

Рисунок 32 – Инструментальный магазин

US 2011/20110218087 A1, 2011 год

Инструментальный  магазин

Инструментальный  магазин цепного типа с большим  количеством инструмента и длинной  гибкой цепью.

Рисунок 33 – Инструментальный магазин

 

US 2011/20110251035 A1, 2011 год

Цепь инструментального  магазина

Цепь магазина состоит из ряда звеньев связаны суставным образом друг с другом, где поддержка и направляющие элементы предоставляются на каждого звена цепи, и каждое звено цепи имеет соответствующий разъем, как держатель для инструментов конус. База органов звеньев журнала цепи образуются инструмент станций централизованно расположенных в нем, а передние и задние соединительных швов звеньев цепи расположены в продольной оси центра журнала цепи.

Рисунок 34 – Цепь инструментального магазина

 

5 Предварительные  расчеты гидросистемы автоматической смены инструментов

5.1 Поворотный гидродвигатель манипулятора

Рисунок 35 – Расчетная схема поворотного гидродвигателя

Для выбора гидродвигателя необходимо знать расход, который  рассчитывается по формуле:

 

где Q – расход рабочей жидкости, л/мин;

ω – угловая  скорость поворота выходного вала, рад/с;

ω = 1,3 c^-1 – по рекомендации [1].

m – модуль реечной шестерни , мм;

z – число зубьев реечной шестерни;

D – диаметр поршня, мм;

 

где Δр – полезный перепад давления, МПа;  Δр = 0,9р_р;

η_м – механический КПД гидродвигателя, η_м = 0,9;

z – число зубьев реечной шестерни;

m – модуль реечной шестерни, мм;

М_р – вращающий момент на выходном валу гидродвигателя, Н·м;

 

где α – коэффициент, характеризующий степень неуравновешенности;

α = 0,3^.10^-3;

r – плече действия силы, м;

r=0,308 м;

J – суммарный момент инерции автооператора с инструментом, кг^.м².

Рассмотрим  два случая:

1)Когда происходит  смена двух инструментов с  максимальной массой – 20 кг:

 

где – масса инструмента с оправкой, кг;

 – масса поворотной  части автооператора, кг;

 – плотность стали, кг/м³;

r – плече действия силы, м.

 

 

2)Когда происходит  смена инструментов с разными  массами: один – 20 кг, а второй  – 5,5 кг:

 

 

где – момент инерции центра масс, кг^.м²;

  – масса инструментов с оправками кг;

 – масса поворотной  части автооператора, кг;

 – плотность стали, кг/м³;

r – плече действия силы, м;

r_ц.м – расстояние смещения центра масс от оси симметрии, м.

 

 

Принимаем M_p = 300 Н^.м. По каталогу[2] находим гидроматор – героторный с рабочим объем q=160 см³, давлением р=16 МПа и диапазоном частот 10 – 400 об/мин.

Находим полезный перепад  давления:

 

 

 

Из стандартного ряда принимаем  D=40 мм.

5.2 Расчет силового  гидроцилиндра манипулятора

Рисунок 36 –  Расчетная схема силового гидроцилиндра

Так как смена  инструмента происходит за 3 с, то на возвратно – поступательное движение отводится 1,5 с. Из них 0,1 с на разгон и торможение и 1,13 на основное движение.

Сила, которую  необходимо преодолеть, складывается из силы трения F_тр и силы инерции F_и:

 

где – сила трения, равная:

 

где G – сила тяжести от инструмента и руки манипулятора, Н;

f – вспомогательный коэффициент для определения силы трения.

 

 – сила инерции,  равная:

 

где – ускорение разгона – торможения, м/с².

 

где – длина разгона, м;

 – время разгона, с.

 

 

 

Находим нужный диаметр поршня:

 

где F – сила которую необходимо преодолеть, Н;

 – полезный перепад давления, МПа;

 – механический КПД гидродвигателя, η_м = 0,9.

 

Из стандартного ряда принимаем  D=32 мм.

Находим расход:

 

где – рабочая площадь в полости цилиндра, мм²;

 

V – скорость движения поршня силового цилиндра, м/мин;

 

где L – ход цилиндра, м;

t – время движения цилиндра, мин.

 

5.3Расчет гидромотора привода каретки

В качестве двигателя  выбираем гидромотор. В станочных  приводах применяют нерегулируемые аксиально-поршневые гидромоторы, которые  в ряде случаев имеют существенные преимущества перед электромоторами.

Рисунок 37 – Конструкция гидравлического аксиально-поршневого мотора

Для движения манипулятора необходимо преодолеть силы трения F_тр, силы инерции F_и и силу тяжести F_т манипулятора с аппаратурой.

F=F_тр+F_и+F_т,

где F_т – сила тяжести манипулятора, равная:

F_T = m ^. g = 200 ^. 10 = 2000 H.

F_тр – сила трения, равная:

F_TP = F_T ^. f =2000 ^. 0,15 = 300 H.

F_и – сила инерции, равная:

F_и =  F_T ^. a = 2000 ^. 2 = 4000 H;

F = 2000 + 300 + 4000 = 6300 H.

Так как момент от двигателя передается через зубчатую передачу, то необходимо силу F умножить на межосевое расстояние:

M_д = F ^. a_w = 6300 ^. 0,095 = 598,5 Нм.

 

Принимаем M_д = 600 Нм.

Определяем  расход:

Q = (q ^. n)/1000,

где – частота вращения вала каретки, об/мин;

n = (1000 ^. v)/(π ^. d),

где – скорость движения каретки, м/мин;

v = L/t,

где L – путь движения каретки, м;

t – время движения каретки, мин.

v = 1,38/0,05 = 27,6 м/мин

 – номинальный диаметр шестерни, мм.

n = (1000 ^. 27,6)/(3,14 ^. 95) = 95 об/мин.

По каталогу[2] принимаем аксиально – поршневой гидроматор с моментом M = 600 Н^.м, давлением p=32 МПа, рабочем объемом q=125 см³ и диапазоном частот вращения n = 25 – 2100 об/мин.