книги из ГПНТБ / Милевский Э.Б. Автоматизация процессов индексирования учеб. пособие для студентов машиностроит. специальностей

Крутящий момент, идущий на поворот стола, может также созда­ ваться пружиной кручения. На рис. 16, г показана схема такого меха­ низма. После отвода упора 20 деталь с выступами поворачивается пру­ жиной 19 до встречи с упором 20, подведенным к этому моменту време­ ни. По этой схеме выполнен механизм поворота револьверной головки токарного автомата мод 1125 (рис. 16, е).

И. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ПОВОРОТА

Г и д р а в л и ч е с к и е м е х а н и з м ы применяются как для осуще­ ствления периодического поворота, так и периодического возвратно-по­ ступательного перемещения (рис. 17, а). Такие механизмы позволяют

Рис. 17. Схемы гидравлических, пневматических и электромеханических механизмов поворота

ворота или перемещения в широких пределах, смягчают ударные на­ грузки на механизмы.

Гидромоторы могут осуществить прерывистый поворот с большой частотой включений, но они весьма сложны и отличаются малой надеж­ ностью. С гндроцилиндрамп чаще всего встречаются поворотные сто­ лы. Максимальное упрощение конструкции подобных столов возможно в агрегатных станках с гидравлическими силовыми головками; масло

заклинивая собачку предупреждает перебег стола. При возврате рыча­ га 6 с собачкой 7 (при остановке стола), когда шток-рейка 2 отходит на­ зад, стол 4 с помощью второго пневмоили гидроцилиндра 1 зажимает­ ся планкой 2.

Рис. 18. Гидропривод с рычажно-храповым механизмом поворота стола

Для пневмоили гидроцилнндров 6 с механизмом с расцепляющи­ мися реечным колесом и штоком-рейкой (рис. 19) при движении влево штока-рейки 5 поворачивается зубчатое колесо 4 и сцепленные с ним

Рис. 19. Пневмоили гидроприводы поворота столов с расцепляющимися реечным коле­ сом и штоком-реігкоіі

53

зубчатые колеса 3 и 10. В свою очередь, колесо 3 сцеплено с рейкой, на­ резанной на пальце-фиксаторе 2. и выводит последний из гнезда 1 стола. Колесо 10, сцепленное с рейкой ползуном 8, который перемещается по не­ подвижной направляющей штанге 7 (она несет вилку И), перемещает зубчатое колесо 12 (вилка И входит в кольцевой паз ступицы колеса 12) вдоль шлицевого вала 9. Вал 9 непосредственно связан со столом 1 и вводит колесо 12 в зацепление со штоком-рейкой 13. Стол поворачивает­ ся при перемещении штока-рейки 13 от поршневого двигателя 14.

III. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ПОВОРОТА

П н е в м а т и ч е с к и е м е х а н и з м ы п о в о р о т а (рис. 17,6) по­ лучили распространение для немеханических и сборочных автоматов, а также начали они применяться для автоматизации таких универсальных станков, как фрезерных, сверлильных, резьбонарезных, сварочных, сбо­ рочных и агрегатных станков.

Пневматические механизмы поворота правильнее было бы называть пневмомеханические, т. к. они чаще всего применяются в сочетании с мальтийским или рычажно-храповым механизмами.

Из всех поворотных механизмов наиболее простыми являются пнев­ матические. однако нм присуще все те недостатки, которые свойственны пневматическим устройствам: невозможность осуществления регулирова­ ния плавного поворота, значительные габаритные размеры (при необхо­ димости создания больших усилий), чувствительность механизмов к ко­ лебаниям давления и влажности в воздушной магистрали, невысокая надежность.

К недостаткам пневмоприводов следует отнести также сильные уда­ ры при фиксации, что понижает точность деления. С целью компенса­ ции этого недостатка предусматривают устройство торможения штока в конце хода.

Неоспоримыми преимуществами пневмоповоротных механизмов яв­ ляются быстрота действия поворота, использование недорогого и рас­ пространенного вида энергии — сжатого воздуха, а также удобство регу­ лирования усилия поворота.

Учитывая достоинства и недостатки пневмоприводов поворотные ме­ ханизмы чаще используются в приспособлениях для универсальных стан­ ков II реже — для поворота небольших столов в стандартных узлах аг­ регатных станков и автоматических линиях. В этих случаях часто пре­ дусматривается применение также и гидропривода.

Наряду с глдроповоротными механизмами широкое распростране­ ние получили пиевмогидравлнческие механизмы поворота благодаря ря­ ду своих достоинств: позволяют передавать большие усилия и мощность силовыми устройствами меньших габаритов, обеспечивают более быст­ рый поворот узлов, а также позволяют обходиться без магистрали сжа­ того масла.

54

IV. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ПОВОРОТА

Э л е к т р о м е х а н и ч е с к и е п р и в о д ы (рис. 17, в) являются весьма простыми, что обусловило их большое распространение, и включа­ ют в себя индивидуальные электродвигатели как реверсивные, так и мно­ госкоростные. Реверсивные приводы осуществляют прижим поворачивае­ мого узла к упору при одновременном торможении его движения в кон­ це поворота (например, механизмы поворота столов и вертикальных

шпиндельных блоков).

Электроприводы с прерывистым вращением ведущего звена приме­ няются для индексирования столов, причем скорость в начале и в конце

.поворота уменьшается за счет осевого смещения червяка.

Рис. 20. Электромеханический привод пово­ рота узла

В последних моделях сборочных автоматов начали применяться для индексирования столов электромеханические приводы с повторно­

ством 6. Так как червяк 8 выполнен плавающим н может перемещать­ ся вдоль вала 10 на скользящей шпонке 9, его динамические свой­ ства значительно улучшаются. После разгона или торможения вала 10 червяк 8 центрируется сжимающей пружиной 7 или специальным амортизатором.

К торцу поворотного стола жестко прикрепляются делительный

55

время прижимается к периферии делительного диска 4 под действием пружины 1 и скользит по нему, пока не западает в очередное гнездо.

Пример. Выбор оптимального варианта электромеханического при­ вода повторно-кратковременного режима работы (двигатель постоян­ ного тока включается на период поворота стола), что обеспечивает су­ щественное снижение первоначальных и эксплуатационных затрат (наименьший типоразмер двигателя и его минимальная мощность, эффективный режим работы и т. д.), а также повышает безотказность работы при высоком быстродействии, рассмотрим на примере реше­ ния. частной задачи.

Используя методику решения вариационных задач на экстремум, получаем ориентировочное значение максимальной скорости вращения электродвигателя

Для вращательного момента электродвигателя имеем:

где А — константа, определяющая оптимальный закон изменения тока в приводе стола (А= 12);

аст — угол поворота стола (аст= 0,25) в долях оборота.

По каталогу электродвигателей устанавливаем для данного враща­ ющего момента электродвигатель типоразмера П—21, который имеет й'1цом = 0,4 кГм (3,92 н-м) и а = 8,9.

Пересчитываем величину вращающего момента электродвигателя:

10І =0,290 кГм ( ÄJ 2,86 н-м).

ад

Это вполне соответствует электродвигателю типоразмера П—21, ко­ торый имеет среднеквадратичный момент

G • Д 2ди = 0,045 кГм2.

56

Всякое отступление от іот вынуждает принимать электродвигатель большего типоразмера.

В последние годы предъявляются весьма высокие требования к точности ротационных автоматов, особенно сборочных, что в основном связано с индексированием столов. Для этой цели начали использовать цифровое импульсное автоматическое управление (в качестве исполни­ тельных механизмов — шаговые электродвигатели), которое дает высо­ кую точность поворота стола ± 2 мкм в пределах 1—2 угловых секунд,

быстроту переналадки на различное число позиций, изменение скорости поворота стола в широких пределах, возможность применения различ­ ных законов движения, поворот на неравные утлы, большую частоту включений в единицу времени.

Шаговые электродвигатели обеспечивают отработку элементарногошага (угловое деление — каждому поданному электроимпульсу соответ­ ствует поворот и деление на элементарный фиксированный шаг, обычно равный 1/3 угла, соответствующего шагу электромагнитов) в соответст­ вии с разрешающей способностью САУ и по характеру связи между статором и ротором различаются как электромеханические и электро­ магнитные (ЭШД), причем последние получили наибольшее распрост­ ранение (в частности, конструкция ЭНИМСа). В ЭШД для фиксирова­ ния программ индексирования стола используют штеккерные коммута­ торы, перфоленты и перфокарты.

На рис. 21 изображена схема одноили многосекцпонного ЭШД, который состоит из зубчатого ротора и статора с тремя электромагни­ тами. Шаг зубьев (полюсов) ротора смещен относительно шага распо-

57'

л.ожения электромагнитов (под 120°) на плюс или минус 1/3 шага. При подачи питания в обмотку любого электромагнита, создаваемый магнит­ ный поток будет притягивать зубья ротора и ротор установится так, Что­ бы сопротивление магнитному потоку было минимальным (зубья рото­ ра устанавливаются против полюсов электромагнита). При последова­ тельной подаче питания в обмотки электромагнитов I, II и III ротор бу­ дет прерывисто поворачиваться на угол, равный 1/3 шага.

Для удобства на правой части рис. 21 все три обмотки I, II и III секции электромагнитов статора условно совмещены в одной плоско­ сти, но сохраняют величину своего сдвига на 1/3 шага.

Если шагу полюсов ротора (и, соответственно статора) соответству­ ет центральный угол «о, то в какой-либо исходный момент полюса сек­ ции I статора совместятся с полюсами (зубьями) ротора Г, т. е. они бу­ дут расположены симметрично относительно оси Ох. В этот момент по­

сдвигом 2/3 Gto.

Если импульс подать последовательно с обмотки I статора на об­ мотку II, то ротор повернется на 1/3 а0, в результате чего полюса сек­ ции II статора совместятся с полюсами ротора II', а полюса секции III

ра на 1 /3 а.о и т. д.

Обмотки секции статора включаются последовательно 1, 2 и 3 с по­ мощью распределителей импульсов САУ.

V. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ ПОВОРОТА

Стабильность работы и надежность поворотно-фиксирующих уст­ ройств в значительной мере определяются оптимальной величиной силы фиксации. Недостаточная величина силы фиксации приводит к произ­ вольному «отжиму» фиксатора от поворачиваемого узла, который пере­ ходит то рабочее положение, в котором требовалась его фиксация.

При значительной величине момента трения в опорах поворачива­ емого узла его «перебега» не наблюдается, но фиксатор не всегда мо­ жет преодолеть силы трения и зафиксировать поворачиваемый узел в точном рабочем положении. Точность зафиксированных положений из­ меняется в зависимости от величины сил трения в каждой рабочей по­ зиции, а также от точности установки узла после поворота.

При расчете и проектировании поворотно-фиксирующих механиз­ мов весьма важно использовать и сопоставить экспериментальные и

58

апробированные практикой данные динамических, прочностных и panмерных параметров подобных узлов, т. к. теория расчета и проектирова­ ния индексирующих механизмов еще недостаточно разработана и обо­ снована (табл. 1).

В связи с этим необходимо отметить, что гидравлические механиз­ мы поворота, широко используемые на практике, еще недостаточно со­ вершенны и по ряду показателей уступают механическим, особенно маль­ тийским механизмам. Существенным недостатком гидравлических меха­ низмов является невысокая надежность тормозных устройств, которые должны обеспечивать плавное и быстрое снижение скорости поворота узла.

Мальтийские механизмы в зависимости от способа зацепления име­ ют различные показатели. Так, например, мальтийские механизмы с внутренним зацеплением при повороте столов с небольшим количеством позиций отличаются высокой надежностью и имеют значительно луч­ шие динамические характеристики, чем механизмы с внешним зацепле­ нием. В свою очередь, по кинематическим показателям мальтийские ме­ ханизмы с внутренним зацеплением идентичны кулисным механизмам.

Гидравлические и мальтийские механизмы широко применяются для поворота и фиксации тяжелых и средних столов, барабанов и шпин­ дельных блоков. Гидравлические механизмы наиболее перспективны для периодического поворота узлов на значительные углы: они обеспечива­ ют получение значительных крутящих моментов, разгружают опоры, эф­ фективны при торможении, фиксации и зажиме стола.

Периодический поворот мелких столов и шпинделей наиболее перс­ пективно осуществляется пневматическими, пневмогидравлическими и мальтийскими механизмами, особенно на станках и автоматах, имею­ щих пневмопривод. В агрегатных станках с гидравлическими силовыми головками целесообразно применять гидравлические механизмы пово­ рота стола или барабана.

Примечание. С одниарноіі фиксацией и мальтийским механизмом поворота с внут­ ренним зацеплением и с двойной фиксацией и механизмом поворота типа плавающего червяка для поворотных столов диаметром 630±660 мм агрегатных станков заводов

жесткость механизма фиксации 1500 и 2700 кГ/мм, жесткость столов в осевом направ­ лении—1000 кГ/мм и в радиальном — соответственно 14000 и 30000 кГ/мм).

В пределах ±0,025 мм наблюдается точность фиксации для 6 и 8- позиционных шпиндельных блоков токарных горизонтальных автоматов КЗА (модели 1261М) с мальтийским и кулисным механизмами поворота с одинарной и двойной фиксацией, токарных горизонтальных автоматов КЗА (например, модели 1261М) и вертикальных

блоков 440, 1500 и 2100 мм, при времени поворота и фиксации от 4 до 6 сек. Для та­ ких поворотных узлов характерна линейная скорость порядка 11-16 м/мин, жесткость механизма фиксации в пределах 11000±26000 кГ/мм и жесткость самих блоков в осе­ вом направлении порядка 25000-45000 кГ/мм.

Максимально-возможную точность фиксации (порядка ±0,01 мм) достигли с дву­ мя цилиндрическими фиксаторами для поворотных столов с 5 и 10-позициями диамет­ ром 560 и 1.2.50 мм агрегатных станков системы. НИТИ и МЗАЛ, где в качестве меха-

59

VI. Пневмопривод с реечной расцепляющейся парой