Манипуляторы для смены инструментов

Устройства смены инструментов в станках с ЧПУ вклю­чают в себя накопители необходимых инструментов (шпиндельные ре­вольверные головки, многопозиционные резцедержатели, инстру­ментальные магазины, склады-стеллажи), автооператоры или ма­нипуляторы с захватными механизмами, зажимные механизмы в шпинделе или резцедержателе, транспортирующие механизмы и устройства управления, обеспечивающие автоматический цикл по­иска необходимого инструмента, передачу его в рабочую зону станка, установку в определенной позиции в инструментальном шпинделе или резцедержателе, контроль состояния во время рабочего цикла и возврат в конце цикла в накопитель или на склад.

Данные устройства должны обеспечить точность и стабиль­ность положения инструмента в шпинделе или резцедержателе, жесткость и надежность его закрепления, минимальное время смены инструментов, достаточно большую емкость накопителя, компактность конструкции, возможность унификации и агрегати­рования. Конструкции устройств смены инструментов разнообразны и могут быть выполнены с автооператором (манипулятором) или без него. Устройства, работающие без автооператора, чаще всего представляют собой многопозиционные резцедержатели или револь­верные шпиндельные головки, в которых предварительно устанавли­вают необходимый набор инструментов, В процессе обработки детали на станке резцедержатель или револьверная головка периодически поворачивается и фиксируется, В зависимости от направления оси вращения они могут быть горизонтальными, вертикальными или наклонными. В отличие от резцедержателя с неподвижно закреплен­ными инструментами в револьверных головках шпиндель, находя-щийсй в рабочей позиции, приводится во вращение от главного привода станка.

Поворотные резцедержатели и револьверные головки обеспечи­вают быструю смену инструментов (время смены 1—3 с), отличаются простотой конструкции и возможностью унификации и агрегатно-модульного построения. Однако число инструментов в этих устрой­ствах ограничено (до 6—12 шт.), так как с увеличением числа пози­ций возрастают габаритные размеры, снижается жесткость конст­рукции и уменьшается рабочая зона станка.

Для повышения жесткости шпинделя и увеличения его хода используют револьверные головки для размещения в них набора унифицированных сменных инструментальных оправок. Такая ре­вольверная головка представляет собой инструментальный магазин, непосредственно расположенный на шпиндельной бабке.

Конструкция револьверной головки со сменными инструменталь­ными оправками и наклонной осью вращения показана на рис. 16.2. В рабочей позиции шпиндель 6 станка и инструментальная опра­вка 2 устанавливаются соосно, что позволяет шпинделю при его движении вниз (вместе со шпиндельной бабкой) захватить инстру­мент, обеспечив беззазорную посадку конической оправки в отвер­стии шпинделя. При дальнейшем выдвижении шпинделя осущест­вляется фиксация установленной инструментальной оправки с по­мощью торцовых шпонок 1, входящих в пазы на фланце оправки. Инструментальную оправку зажимают тарельчатые пружины 7, которые выдвигают вверх штангу 8 вместе со втулкой 4 и шариками, захватывающими выступы стержня 3 на хвостовике оправки. Для фиксации инструментальной оправки шпиндель должен быть пред­варительно установлен в определенное угловое положение гидро­цилиндром 9, шток которого посредством пальца, входящего в винто­вой паз на втулке 10, поворачивает приводной вал с шестерней 5. Контроль правильности позиционирования шпинделя осуществля­ет бесконтактный датчик положения 11.

После завершения операции обработки детали шпиндельная каретка 14 цилиндром 12 поднимается вверх, освобождая оправку с инструментом. Одновременно осуществляется разжим инструмен­тальной оправки гидроцилиндром 13, шток которого нажимает на штангу 8 и, преодолевая усилие пружин 7, опускает втулку 4 до тех пор, пока шарики не закатятся "в кольцевую канавку в отверстии шпинделя и не освободят хвостовик оправки. Оправка остается в ма­газине 19, удерживаясь в его гнезде фиксатором 20, а шпиндель под­нимается выше, пока его передний конец полностью не освободит инструмент.

Револьверная головка поворачивается относительно оси 18 гидроприводом 16 и зубчатой передачей 17 в следующую позицию до совмещения оправки 15 очередного инструмента с осью шпинделя. Затем цикл работы механизма повторяется.

Большинство многооперационных станков с ЧПУ имеют устрой­ства с магазином инструментов и совместно выполненным с ним авто­оператором. Если инструментальный магазин большой вместимости представляет собой автономное устройство, то дополнительно име­ются автоматические транспортирующие механизмы, транспортные манипуляторы или тележки для' перемещения выбранного в магазине инструмента в позицию захвата его автооператором и возврата за­меняемого инструмента в магазин.

Конструктивная схема устройства смены инструментов в значи­тельной степени зависит от типа магазина, который, в свою очередь, определяется числом размещаемых инструментов (вместимостью магазина). При относительно небольшой вместимости (не более 20-25 инструментов) применяют дисковые инструментальные магазины, размещаемые непосредственно на шпиндельной бабке станка.

 

 

 

 

Такие магазины могут быть с различным расположением инструментов относительно оси вращения диска: параллельным, радиальным или наклонным.

При большем числе инструментов (до 40—50 шт.) целесообразно использовать многосекционные барабанные или планетарные мага­зины, представляющие собой либо многорядные дисковые устрой­ства, либо многопозиционные инструментальные головки, в каждой позиции которых устанавливается поворотный дисковый магазин с небольшим числом (4—6 шт.) инструментов. Многосекционные инструментальные магазины устанавливают непосредственно на станке или на отдельной стойке.

При дальнейшем увеличении вме­стимости (до 100—140 шт. и более) необходимо применять цепные магазины, устанавливаемые на колонне станка или на отдельном основании и изготавливаемые в виде автономных агрегатов, предна­значенных для встройки в гибкие производственные модули.

В агрегатных станках с ЧПУ может осуществляться автоматиче­ская смена комплектов одновременно работающих инструментов (рис, 16.3). Сменные многошпиндельные насадки 1, которые пред­варительно устанавливают в специальном магазине 2, выполненном в виде многопозиционного поворотного стола, затем автооператором 4 с наклонной осью вращения переносятся к шпинделю агрегатной силовой головки 3 станка.

В гибких производственных комплексах на базе многоопераци­онных станков требуется дополнительное транспортирование ин­струментальных магазинов из склада-стеллажа, установка их на станок и возврат снятых со станка магазинов на склад. При большом числе инструментов (более 100 шт.), имеющих массивные державки, целесообразна смена только их ^режущих головок.

Токарный станок с ЧПУ и устройством автоматической смены резцовых головок показан на рис. 16.4. Сменные головки с унифи­цированными базовыми поверхностями для быстрой установки и крепления их на инструментальной державке предварительно за­гружают в магазин 1, выполняющий функции инструментального склада. Автооператором 2 осуществляется замена режущих головок в многопозиционном резцедержателе 3. После замены режущих го­ловок измерительный щуп 4 контролирует размеры инструментов. Большой запас инструментов создает условия для длительной работы гибкого производственного модуля без участия рабочего, а также расширяет технологические возможности входящего в него станка.

Механизмы смены инструментов с автооператором, наиболее часто применяемые в станках с ЧПУ, приведены в табл. 16.3. В таблице использованы следующие условные обозначения: I, II, III — положения схвата автооператора; М — магазин; И — инструмент; Ш — шпиндель; ЗУ — захватное устройство; РГ — револьверная головка; К — кантователь; →И← –зажим инстру­мента в шпинделе; →И← – разжим инструмента в шпинделе;

Для переноса инструмента из дискового магазина в шпиндель, когда их оси параллельны, а расстояние между положениями ин­струмента в магазине и шпинделе не превышает 250—300 мм, при­меняют однозахватные автооператоры рычажного типа, совершающие одно простое вращательное (схема 1а) или поступательное (схема 1б) движение захватного механизма. Для обеспечения минимального времени смены инструмента (до 1 с), необходимого только для пово­рота револьверной головки, и увеличения числа инструментов в одном комплекте (до 25—30 шт.) часто применяют инструменталь­ный магазин в сочетании с револьверной головкой (схема 16).

Двухзахватные механизмы автооператоров, в которых к моменту окончания какой-либо операции непосредственно у шпинделя рас­полагается захватное устройство для снятия заменяемого инстру­мента, а вновь устанавливаемый инструмент уже подготовлен и на­ходится во втором схвате, также обеспечивают малое время (2—3 с) смены инструмента. Это достигается за счет совмещения с основным временем станка всех дополнительных движений автооператора, непосредственно не связанных с перестановкой инструментов в шпин­деле и обеспечивающих возвращение отработавшего инструмента в магазин, поворот магазина для поиска нового инструмента, захват и перенос данного инструмента к шпинделю.

Механизмы с двухзахватным автооператором, совершающим про­стые вращательные и поступательные перемещения, показаны на схемах 2а, 2б и 2в. Если оси инструментов в магазине и шпинделе не параллельны или направления этих осей противоположны, то применяют двузахватные автооператоры, совершающие одновременно с переносом инструмента из магазина в шпиндель станка его поворот на 90° (схема 2г) или на 180° (схема 2д).

При необходимости частой смены небольшого числа инструмен­тов применяют многозахватные автооператоры с последовательными простыми движениями схватов. Многозахватный автооператор с пря­молинейным движением в радиальном направлении показан на схе­ме За. Установка инструмента в шпиндель и изъятие из него осуще­ствляется за счет возвратно-поступательного движения шпинделя перпендикулярно плоскости перемещения схватов.

 

При размещении инструментального магазина на значительном расстоянии от шпинделя станка применяют схемы многозахватных автооператоров, обеспечивающих предварительное перемещение инструмента из магазина в промежуточную позицию, а затем из этой позиции в шпиндель станка. Для этого обычно используют допол­нительный однозахватный автооператор, совершающий простое качательное (схема 36), комбинированное — осевое и радиальное (схема Зв) или только радиальное возвратно-поступательное (схема Зг) движение относительно инструментального магазина.

При необходимости изменения ориентации инструментальной оправки перед установкой ее в шпиндель станка или магазин устрой­ство смены оснащают специальным однозахватным автооператором-кантователем (схема 3д). Кантователь передает инструмент из пози­ции /, в которую он предварительно переносится из магазина, в по­зицию // для установки в шпиндель (или, наоборот, из позиции // в позицию / при возврате инструмента в магазин). Оси инструмен­тальных оправок в позициях / и // взаимно перпендикулярны.

Важным узлом инструментального автооператора является зах­ватное устройство, которое удерживает инструмент за счет силы зажима. Наибольшее распостранение получили захватные устрой­ства с радиальным зажимом инструментальной оправки за ее ци­линдрическую поверхность. Реже используют захватные устройства с осевым зажимом за фланец оправки. Закрепление инструмента в схвате в обоих случаях осуществляется за счет сил трения при сжа­тии губок (в схватах клещевого типа) либо с помощью фиксирую­щего устройства (в схватах типа охватывающей скобы или в схватах с губками для осевого зажима).

Захватное устройство с силовым закреплением состоит из при­вода (механического, гидравлического или комбинированного) и передаточного механизма, обычно с самотормозящим звеном для повышения надежности зажима. Примером такого устройства может служить схват клещевого типа (рис. 16.5), Втулка 1, на которой установлены на осях серьги 2, передвигается вдоль оси схвата вместе

со штоком гидро- или пневмоцилиндра (на рисунке не показан). Противоположные концы каждой серьги 2 шарнирно закреплены па рычагах 3, в передние части которых устанавливают сменные за­жимные губки 4, имеющие трапецеидальный профиль для захвата инструментальной оправки 5 с V-образной кольцевой канавкой. Ось 6 качания каждого из рычагов 3 закреплена в корпусе 7. Раз­жим инструмента осуществляется при движении штока вперед, а зажим — при его отходе назад под действием пружины 8. Торцовые шпонки 9, передающие крутящий момент от шпинделя станка на инструмент, при данной конструкции схвата должны быть срезаны (на рисунке не показано) для свободного прохождения губок 4 схвата над вращающейся вместе со шпинделем оправкой.

Конструкция захватного устройства типа охватывающей скобы с фиксирующим устройством показана на рис. 16.6. Скоба 1 с V-образным профилем для захвата инструмента за кольцевую канавку, выполненную на его оправке 2, крепится винтами на поворотной руке о автооператора. Фиксатор 3, имеющий такой же поперечный профиль, установлен на рычаге 7, который может поворачиваться относительно руки. Фиксатор к инструментальной оправке при ее зажиме прижимается стержнем 4 под действием пружины 5. Отжим выполняется в момент подвода корпуса руки к торцу шпинделя или инструментального магазина, когда стержень 4 утапливается в спе­циальный паз на подвижном упоре механизма выдвижения руки (на рис. 16.6 не показан).

Для автоматического поиска необходимого инструмента ис­пользуют различные методы кодирования непосредственно инстру­ментальной оправки или гнезда магазина (рис. 16.7). Кодирование самих инструментов осуществляют с помощью набора 1 колец, закрепляемых на специальном цилиндрическом пояске оправки 2 (рис. 16.7, а). Считывающее устройство 3 контактного или бес­контактного типа формирует двоично кодированные сигналы при движении относительно него инструментального магазина. В мо­мент совпадения кода инструмента, заданного управляющей про­граммой, с кодовым сигналом считывающего устройства подается команда на останов и фиксацию магазина инструментов. Данный способ кодирования позволяет располагать инструменты в произ­вольном порядке, что упрощает обслуживание станка с ЧПУ. Од­нако при этом усложняется конструкция инструментальной оправки, снижается ее жесткость, увеличивается масса магазина и время по­иска инструмента.

Кодирование гнезд магазина выполняют либо кодовыми клю­чами 4 (рис, 16.7, 6), устанавливаемыми в специальные замки 5 рядом с соответствующим инструментом, либо кодовым барабаном с набором 1 кулачков, который установлен в хвостовой части вала 6 магазина (рис. 16.7, в) или механически связан с его приводом. Ключи, выполненные в виде пластин, с различными комбинациями проточек (например, по двоично-десятичному коду) или соответству­ющие каждой позиции магазина комбинации выступов кулачков на барабане, воздействуют на контактные или бесконтактные микропереключатели считывающего устройства 3. Кодирование гнезд магазина получило широкое применение в станках с ЧПУ главным образом из-за сокращения времени поиска инструмента в связи с воз­можностью выбора кратчайшего пути для вращения инструменталь­ного магазина. Однако цикл работы механизма автоматической смены инструментов и устройство его управления в этом случае усложня­ются.

 

 

Рис. 16.7. Устройства для кодирования инструментов

Перспективными являются способы кодирования и поиска ин­струментов с использованием фотоэлектрических, электромагнитных и других физических эффектов, позволяющие достичь наибольшей компактности конструкции устройства. Для кодирования инстру­мента в определенном месте нерабочего участка инструментальной оправки прикрепляют небольшую этикетку, например, с ферромаг­нитным слоем или штриховой шкалой, в котором записаны кодовый номер и параметры (геометрические, технологические и др.) данного инструмента.(Металлорежущие станки:Учебник для машиностроительных втузов/Под.ред.В.Э. Пуша.-М.:Машинстроение,1985.-256 с.,ил.)стр. 291-308.

 

Вопрос 18: Термины и определения в области робототехники.Основные показатели промышленных роботов. Общие характеристи и классификация.

⇐ Предыдущая29303132333435363738Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: