книги из ГПНТБ / Волчкевич, Л. И. Автооператоры

шпинделя, где она и зажимается. Далее освобождаются кулачки 12 головки 11 автооператора и питатель 14 перемещается назад в исходное положение, причем в этом случае отсекатель 6 не сра­ батывает и новая заготовка в нижнюю часть магазина не подается. Включается вращение шпинделя, шпиндельный блок поворачи­ вается и цикл съема кольца, загрузки заготовки и ее обработки повторяется. Таким образом, за каждый цикл работы питатель автооператора с механизмом захвата совершает два двойных

хода.

Автооператор имеет блокирующее устройство для автомати­ ческого выключения фрикционной муфты привода главного рас­ пределительного вала автомата при несрабатывании автоопера­ тора. Выключение фрикционной муфты распределительного вала автомата происходит во всех случаях, когда питатель 14 встре­ чает на своем пути препятствие и не может дойти до конечного положения при движении к зажимному патрону шпинделя.

Выключение фрикционной муфты привода распределительного вала автомата происходит следующим образом. Питатель 14 по­ лучает перемещение вперед от кулачка 20 через рычажную си­ стему 17, подвижную муфту 19 и пружину 18. Если при загрузке заготовка, встретив препятствие, не дойдет до крайнего положе­ ния и остановится, то пружина 18 начнет сжиматься и подвижная муфта 19 будет перемещаться. Упор 3, установленный на хомуте 4, нажмет на золотник 2, который переключит подачу воздуха в пнев­ матический цилиндр, управляющий работой фрикционной муфты на оси червяка 16. Произойдет выключение вращения распреде­

лительного вала автомата.

Таким образом, элементарные для руки человека операции съема и загрузки деталей при автоматическом выполнении тре­ буют наличия комплекса различных механизмов и устройств со сложным циклом срабатывания, который включает полтора де­ сятка элементарных команд и перемещений. При этом замещаются функции только рук человека, но не его разума, при минимальных возможностях пассивного реагирования на возможные неполадки и отклонения условий работы от номинальных (забивание зоны обработки стружкой, попадание некондиционных заготовок и т. д.).

Автооператоры, особенно в оборудовании для черновой обра­ ботки, работают в тяжелых условиях; поэтому автоматизация операций загрузки-выгрузки является одной из труднейших за­ дач автоматизации производственных процессов, вызывает необ­ ходимость постоянных поисков новых конструкций и принципиаль­ ных схем, научного анализа и обобщения конструирования и

эксплуатации.

В соответствии с целевым назначением автооператор как слож­ ный узел включает в себя следующие механизмы: отсекатель, питатель, выталкиватель или съемник, отводящее устройство. Такая структура характерна для автооператоров, применяемых при обработке колец и валов.

20

(в зависимости от числа одновременно обрабатываемых на станке) от общего количества заготовок, находящихся в лотке-накопителе. Отсекатель работает обычно в два такта; при первом освобождается нижняя заготовка и под действием собственного веса переме­ щается к питателю; остальные заготовки удерживаются на месте; при втором такте столб оставшихся заготовок перемещается на один шаг. Питатель захватывает отделенную заготовку и пере­ носит ее в зону шпинделя. Для этого питатель имеет зажимное или иное захватное устройство, которое фиксирует заготовку

вопределенном положении во время переноса из лотка-накопи­ теля к шпинделю. Если питатель имеет поворотное движение, его часто называют механической рукой.

Заталкиватель производит непосредственную установку заго­ товки в шпинделе (в цанге, зажимном патроне или на оправке). Выталкиватель удаляет обработанную деталь из шпинделя. Отво­ дящее устройство удаляет обработанную деталь из зоны обработки.

Для надежной работы всех механизмов автооператора необ­ ходимо упростить конструкцию механизмов, сократить их коли­ чество, уменьшить величину рабочих перемещений рабочих меха­ низмов. Например, иногда питатель выполняет одновременно и функцию отсекателя. Часто один механизм совмещает функции питателя и заталкивателя, т. е. одно и то же устройство захваты­ вает заготовку из лотка-накопителя и переносит ее.

Автооператоры получили широкое распространение не только

вавтоматических линиях, но и для питания отдельных станков.

Так, магазинное устройство состоит из магазина-накопителя и автооператора. Бункерное загрузочное устройство состоит из двух основных функциональных узлов: бункерно-ориентирую- щего устройства (бункер, механизмы выборки, ориентации и др.) и автооператора; между этими узлами расположен лоток-накопи­ тель.

Автооператоры могут быть классифицированы по различным признакам: по характеру рабочих движений (возвратно-поступа­ тельное, качающееся, сложное), количеству ходов питателя (одно­ ходовые, двухходовые), типу привода (механический, гидравли­ ческий) и т. д. Все эти классификации имеют в основе кинемати­ ческие и конструктивные особенности, но не отражают факторов, определяющих надежность работы автооператоров. Такими фак­ торами являются: технологические условия обработки на станках, оснащенных автооператорами (размеры, точность, геометрические формы заготовки, характер обработки, количество и вид стружки, компоновка станка и т. д.), и требования к быстроте срабатыва­ ния автооператора. Различие этих условий не позволяет находить единые решения, пригодные для всех станков; например, для одно­ шпиндельных автоматов решающее значение имеет быстрота сра­ батывания автооператоров, в то время как для многошпиндель-

21

ных этот показатель решающего значения не имеет, так как время загрузки заготовок и выгрузки обработанных деталей совмещается

с обработкой.

Продолжительность цикла автооператоров многошпиндельных автоматов обычно составляет от 15 до 25 с. Для одношпиндельных автоматов такие конструкции непригодны, так как время сраба­ тывания значительно выше времени ручной загрузки, а это ведет к снижению производительности. Не может быть и единого реше­ ния для токарных станков, производящих черновую обработку стальных заготовок, и шлифовальных станков. Следовательно, задачи создания автооператоров для различных групп металло­ режущих станков имеют различную степень трудности.

Наиболее сложно конструировать автооператоры для станков черновой обработки. На таких станках обрабатывают грубые, не­ правильной формы заготовки, а это приводит к их перекосу, за­ стреванию, заклиниванию. Одновременная обработка заготовок

внескольких позициях на многошпиндельных автоматах приводит

кобразованию большого количества стружки, что вынуждает выносить автооператор из зоны обработки и установливать его на верхних позициях. Автооператор должен быть двухходовым, так как сбрасывать детали в лоток непосредственно возле шпин­ деля нельзя; поэтому конструкция автооператора громозка, а цикл работы сложен (см. рис. 10, б). При обработке на токарных, отделочных, сверлильных, зуборезных и других автоматах заго­ товки имеют более точную форму и размеры, что позволяет созда­ вать более простые и надежные конструкции автооператоров.

Небольшое количество стружки в зоне обработки шлифоваль­ ных станков позволяет располагать автооператор рядом со шпин­ делем и при малых ходах механизмов загрузки быстро заменять заготовки; конструкция автооператора упрощается, а надежность

его увеличивается.

В данной книге в качестве основных классификационных приз­ наков приняты: вид детали (кольца, валы); характер обработки (черновая, чистовая), тип автоматов (одношпиндельные, много­ шпиндельные, многопоточные).

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЗАГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Одним из важнейших показателей качества загрузочно-раз­ грузочных механизмов автоматических линий, в том числе линий обработки тел вращения, наряду со стоимостью, быстродействием и т. д., является их работоспособность, т. е. приспособленность к выполнению заданного функционального назначения.

Любая транспортно-загрузочная система и ее элементы могут находиться в двух состояниях: работоспособном, при котором она способна выполнять заданные функции-—транспортировку, загрузку-выгрузку деталей, и неработоспособном. Событие, заклю­

22

чающееся в нарушении работоспособности в переходе системы или элемента из работоспособного состояния в неработоспособное, вследствие возникших неполадок, называется отказом. При этом система или элемент считаются неисправными, если нарушено хотя бы одно из технических требований; однако не всякая неис­ правность приводит к неработоспособности — к отказам. Отказы различных элементов (механизмов, устройств, аппаратуры) при­ водят к частичным или полным отказам всей системы — автомати­

ческой линии.

Так как в общем функциональном назначении автоматической линии (выпуск годной продукции при выполнении технологи­ ческих операций обработки, контроля, сборки и т. д.) транспортно­ загрузочная система несет вспомогательные функции, состояние отказа линии определяется по основному технологическому обо­ рудованию. Поэтому влияние отказов различных элементов транс­ портно-загрузочной системы на функционирование основного обо­ рудования неодинаково. Отказы механизмов автоматической загрузки-выгрузки (автооператоров) приводят к простоям станков, т. е. безусловным отказам автоматической линии и потерям произ­ водительности. Отказы транспортирующих устройств (подъем­ ники, транспортеры, лотковые системы), как правило, не вызывают простоев основного технологического оборудования ввиду нали­ чия межоперационных заделов и возможностей временного вы­ полнения транспортных операций иными способами (вручную или

средствами механизации).

Поэтому при всей важности проблемы высокой работоспособ­ ности транспортно-загрузочных систем в целом особенно важным является обеспечение высокой надежности в работе автооператоров.

Причины отказов в работе« Теория надежности рабочих машин рассматривает отказы как свойство процессов функционирования машин, неизбежное следствие нестабильности внешних воздей­ ствий и рабочих параметров технологических процессов и кон­ структивных элементов. Безотказных систем и механизмов не бывает. Задача расчета, конструирования и эксплуатации авто­ матических линий заключается в том, чтобы свести количество отказов к допустимому минимуму, максимально сократить дли­ тельность их обнаружения и устранения.

Отказы механизмов возникают при неблагоприятном воздей­ ствии разнообразных факторов, которые можно разделить на две

основные категории.

Обратимые, циклические факторы, действие которых прояв­ ляется в любом интервале срока службы, начиная с момента ввода в эксплуатацию: 1) нестабильность воздействия внешней среды ц условий работы механизмов и устройств (колебание окружаю­ щей температуры, степени запыленности и загрязненности; не­ стабильность размеров, геометрической точности, твердости обра­ батываемых материалов; наличие стружки и других отходов про­ изводства и т. д.); 2) нестабильность параметров работы самих

23

і'оприятное сочетание этих параметров означает нормальное сра­ батывание и получение продукции заданного качества; неблаго­ приятное сочетание— отказ. Износ является дестабилизирующим фактором этих случайных циклических процессов, снижая ве­ роятность благоприятного сочетания параметров и вероятности безотказной работы (например, износ направляющих скалки автооператора приводит к увеличению возможной ее несоосности с осью шпинделя в момент загрузки колец в патрон и выгрузки). Во многих случаях отказы механизма и устройств обусловлены и неполным замещением функций человека при автоматизации. Множество технологических процессов и конструкций машин

втечение десятилетий формировались и отрабатывались из усло­ вия совместной работы человека и машины, с исключительно ра­ циональным распределением обязанностей (снятие стружки —■ машина, удаление ее со шпинделей и от суппорта — человек; загрузка и съем — человек, зажим и разжим — машина и т. д.). Создание автоматических линий приводит к нарушению сложив­ шихся связей, так как никакая автоматика сегодняшнего дня не

всостоянии полностью заменить функции человека, его руки и разум. В итоге — увеличение интенсивности отказов при автома­ тизации даже при полном сохранении технологических процес­ сов, компоновки машин и конструкций механизмов. Ниже при­ ведены данные по обслуживанию рабочим-оператором полуавто­ матов в поточных линиях (полуавтоматы типа 1265, кольца ко­ нических подшипников, автоматно-токарный цех 1 ГПЗ):

При создании автоматической линии автоматизируются за­ грузка-выгрузка, межстаночная транспортировка, иногда кон­ троль готовых деталей. Что касается функций постоянного кон­ троля хода процесса, качества заготовок и готовых деталей, со­ стояния инструментов и механизмов, подготовки заготовок, очистки рабочей зоны от стружки и т. д., то эти функции механиз­ мами, как правило, не замещаются.

Между тем, в среднем через каждый третий цикл рабочий производит очистку шпинделей, суппортов, инструментов от стружки; каждый шестой цикл — зачистка или отбраковка заго­ товок и т. д. В автоматических линиях, которые обслуживают наладчики, непрерывный контроль за ходом технологического

25

процесса, состоянием инструмента, качеством заготовок, наличием стружки в рабочей зоне и т. д. невозможен. Отсюда высокая интен­ сивность отказов из-за несрабатывания механизмов (автоонераторов, транспортеров), возрастание поломок инструментов, бо­ лее частые выходы из строя механизмов и устройств, удовлетво­ рительно работавших при наличии рабочего у станка. Поэтому проблема высокой эксплуатационной надежности для автомати-

Рис. 11. Автоонератор к многошпиндельному токарному полуавтомату 1261 системы Н. М. Князькова:

а — принципиальная схема; б — циклограмма

ческих линий является гораздо более актуальной, чем для отдель­ ных станков, работающих индивидуально, при постоянном при­ сутствии человека.

Рассмотрим наиболее типовые отказы автооператоров и других механизмов автоматических линий на примере линий обработки подшипниковых колец.

Отказы автооператоров* Типовая конструктивная схема и цик­ лограмма автооператора к токарному станку — многошпиндель­ ному автомату в линии обработки колец подшипников — приве­ дена на рис. 11. Автооператор установлен на шестой позиции. Перемещения исполнительных органов автооператора совер­ шаются от гидравлического привода. Механизмы автооператора управляются от распределительного вала полуавтомата. Авто­ оператор состоит из питателя, включающего скалку, с левой сто­ роны которой установлена головка 14 с зажимными кулачками, а с правой — гидравлический цилиндр, шток 7 которого закреплен в задней стенке коробки привода станка (правой стойки). Скалка 9 перемещается в двух опорах: неподвижная опора 10 выполнена

26

в виде втулки, закрепленной в передней стенке коробки привода; вторая подвижная опора 12 установлена на продольном суппорте 13. Скорость перемещения скалки 9 изменяется коробкой управления 6, которая регулирует поступление жидкости в гидравлический цилиндр автооператора.

Кольца с транспортера-распределителя подаются в магазин, откуда поштучно выдаются отсекателем 2. Отсекатель 2 управ­ ляется через тягу 3 от упора 11, закрепленного на скалке 9 авто­ оператора. Чтобы кольцо заготовки не перекосилось и не выпало из магазина 1, предусмотрены подпружиненные защелки 16. Управление работой зажимных кулачков головки 14 осуще­ ствляется переключателем 8. Автооператор снабжен блокирующей системой 5, которая обеспечивает выключение фрикционной муфты распределительного вала станка в случаях, если автоопе­ ратор, встретив какое-либо препятствие на пути движения к шпин­ делю, не совершает полного хода; если автооператор не совершил полного цикла операций по съему обработанного кольца и уста­ новке заготовки к моменту начала поворота шпиндельного блока станка и в конце обратного хода не нажмет на упор 4. Блокирую­ щая система предотвращает произвольное включение фрикцион­ ной муфты до полного устранения возникшей неисправности.

Циклограмма работы автооператора показана на рис. 11,6. После поворота шпиндельного блока станка шпиндель останав­ ливается в загрузочной позиции (выключается муфта сцепления с последующим торможением), питатель получает перемещение влево и подходит к шпинделю, кулачки головки 14 захватывают обработанное кольцо, которое освобождается патроном. Далее читатель совершает обратный ход, кулачки головки 14 освобо­ ждают обработанное кольцо и оно сбрасывается в приемный ло­ ток 15. При дальнейшем обратном ходе упор 11, установленный на питателе, воздействует через тягу 3 на отсекатель 2 и заготовка подается в нижнюю часть магазина 1. Затем питатель совершает второй ход в направлении шпинделя станка. При проходе кольца через магазин 1 кулачки головки 14 захватывают заготовку и пе­ реносят последнюю в патрон шпинделя станка, где заготовка за­ крепляется; питатель с головкой 14 возвращается в исходное по­ ложение. Включается вращение шпинделя, поворачивается шпин­ дельный блок, и цикл обработки, съема и загрузки повторяется в описанной последовательности. Таким образом, за один рабочий цикл автооператора питатель с головкой 14 совершает два двой­ ных хода разной длины. Такая конструкция автооператора яв­ ляется универсальной и может использоваться для автоматизации загрузки различных заготовок и съема обработанных колец при небольших конструктивных изменениях (замене двух узлов —• магазина 1 и головки 14).

Применение кулачкового зажима в головке автооператора позволяет использовать его при обработке заготовок с значи­ тельными допусками по диаметру. Положение магазина 1 может

27

регулироваться в радиальном и осевом направлениях относительно головки 14 автооператора. Питатель с головкой установлен на двух опорах, что создает хорошую устойчивость и обеспечивает соосность его относительно оси шпинделя станка; ход питателя может также регулироваться. Таким образом, в конструкции автооператоров, как наименее надежных механизмов автомата, встраивают блокирующие устройства, что позволяет устранять

отказы за 1,5—2,5 мин.

Автооператор должен: а) отделить нижнюю заготовку в лоткенакопителе от общей массы заготовок с тем, чтобы она под дей­ ствием силы тяжести заняла положение, соосное шпинделю станка; б) захватить заготовку в нижнем положении на дне лотка и пере­ нести ее к шпинделю; в) вставить заготовку в шпиндель, патрон или оправку; г) закрепить заготовку в шпинделе и открепить ее после окончания обработки, когда шпиндельный блок снова займет то же положение; д) перенести кольцо в отводной лоток; е) отнести кольцо из зоны станка с дальнейшей передачей для последующей обработки.

Отказ автооператора заключается в том, что при его включе­ нии в работу одно из перечисленных действий оказывается не­ выполненным, в результате готовая деталь не отводится из зоны обработки или заготовка не загружается в патрон.

Исследования работоспособности таких автооператоров в авто­ матической линии системы Н. М. Князькова на 1 ГПЗ показали, что все элементы цикла работы автооператора подвержены отказам.

Причинами застревания заготовки в лотке-магазине являются прежде всего большой разброс размеров заготовок и наличие заусенцев, а также попадание стружки в лоток. Если ширина за­ готовок колеблется в широких пределах, то практически невоз­ можно создать систему с высокой надежностью транспортирова­ ния заготовок по лотку [1 ]. Большие припуски на обработку при­ водят к забиванию зоны обработки и попаданию стружки внутрь станка.

Заготовки колец с большими заусенцами не надеваются на головку скалки автооператора или застревают в магазине, и авто­ мат отключается блокирующим механизмом. Кольца в нижней части магазина перекашиваются потому, что кольцо не устанав-

28

ливается соосно со скалкой автооператора. Головка автооператора зажимает заготовку в перекошенном состоянии, в результате чего она не вставляется в патрон.

Такие отказы также являются неизбежным следствием того, что наружные и внутренние диаметры заготовок имеют большой разброс. В этих случаях стремление наладчиков отрегулировать положение магазина по высоте лишь приводит к увеличению ча­ стоты отказов, так как постоянное регулирование уменьшает жесткость системы, а получить гарантированную соосность осей заготовок с осью скалки невозможно из-за большого разброса по­ ложений оси заготовок. Заклинивание обработанного кольца в отводном лотке также происходит в основном из-за стружки. Стружка, попадая в отводной лоток, не дает возможности выкатиться кольцу, загораживает головку скалки автоопе­ ратора.

Таким образом, отказы обусловлены комплексным действием как циклических, так и необратимых факторов: наличие стружки

инестабильные размеры заготовок; несоосность осей зажимного патрона и скалки питателя из-за погрешностей сборки; хаотич­ ность положения заготовки при ее захвате головкой питателя и другие циклические факторы, действие которых проявляется с са­ мого первого момента эксплуатации автомата, после его пуска, ремонта, подналадки.

Действие необратимых факторов большой и средней интенсив­ ности — разрегулирование хода автооператора и положение дна магазина, снижение жесткости, загрязнение рабочих поверх­ ностей и т. д. — также проявляется достаточно быстро и требует периодической очистки и подналадки механизмов, что выполняется достаточно часто в новых станках или после капитального ремонта.

Все перечисленные циклические и необратимые факторы фор­ мируют сравнительно стабильную во времени интенсивность отказов автооператоров, которая зачастую бывает весьма высо­ кой. Так, автооператоры к автоматам 1261 для черновой обработки колец в линии системы Н. М. Князькова (1 ГПЗ) имели среднюю наработку на отказ не более 20—25 рабочих циклов; аналогичного типа автооператоры в линии системы Н. М. Морозова — около

55—70 циклов.

Необратимые, медленно действующие факторы (изнашивание рабочих поверхностей, усталостная прочность и т. д.) являются дестабилизирующими факторами уровня безотказности в работе из-за увеличения разброса параметров, поломок и т. д. Так, износ

иухудшение качества поверхностей магазинов (появление забоин, вмятин) увеличивают нестабильность положения заготовок и частоту их застревания в магазине; износ направляющих пита­ теля увеличивает нестабильность взаимного положения осей

шпинделя автомата и подаваемой заготовки в момент загрузки, а следовательно, — вероятность отказа при загрузке в патрон или на оправку.

29