2.3 Автоматизация загрузки-разгрузки технологических автоматов

2.3.1 Автоматические загрузочные устройства

Для загрузки-разгрузки автоматического оборудования специального и специализированного назначения созданы и находят применение различные автоматические и автоматизированные устройства. Все загрузочные устройства прежде всего можно разбить на два основных вида: автоматические и полуавтоматические. Авто­матические загрузочные устройства обеспечивают автоматическую ориентацию объектов загрузки (заготовок), как в пространстве, так и во времени. Харак­терной особенностью автоматических загрузочных устройств явля­ется наличие бункера того или иного типа, поэтому такие устрой­ства называют бункерными. В бункерных загрузочных устрой­ствах часто имеется магазин, однако он в данном случае выпол­няет вспомогательную роль и может отсутствовать.

Полуавтоматические загрузочные устройства ориентируют объекты загрузки только во времени. Ориентация объектов загрузки в пространстве осуществляется вручную. Характерным элементом полуавтоматического загрузочного устройства является магазин, который последовательно загружается заготовками в ориентированном положении вручную. В связи с необходимостью предварительной ручной ориентации заготовок при загрузке их в магазин возрастает трудоемкость обслуживания автомата. Однако конструкция последнего существенно упрощается за счет исключения бункера и ориентирующего устройства.

Автоматические загрузочные устройства (бункерные) осуществляют первичную ориентацию детали, захватываемой из неорганизованной «кучи»; накопление некоторого запаса ориентированных в заданном положении деталей; поштучную выдачу деталей объекту загрузки. Для этой цели используются различные бункерные загрузочные устройства. Конструкции бункерных загрузочных устройств разнообразны и предназначены для деталей конкретных конфигураций, что обуславливает их специализацию.

С труктурная схема загрузочного устройства представлена на рис. 21. Объекты загрузки (заготовки) в достаточном для бесперебойной работы автомата количестве помещают в бункер (обычно в беспорядке, «навалом»), который производит их первичную ориентацию и выдает в определенной последовательности. В зависимости от конфигурации объектов может потребоваться их дополнительная пространственная ориентация, что осуществляется ориентирующим устройством, которое может быть и частью бункера.

Ориентированные в пространстве заготовки по лотку попадают в магазин-накопитель, откуда через определенные промежутки времени выдаются механизмом поштучной выдачи на рабочую позицию автомата. Таким образом, механизм поштучной выдачи деталей является устройством, ориентирующим объекты загрузки во времени. Необходимые перемещения подвижных элементов загрузочного устройства осуществляются приводом.

Следует отметить, что названные элементы загрузочного устройства не всегда можно выделить в «чистом» виде при рассмотрении конкретного автомата. Некоторые элементы могут отсутствовать, либо один конструктивный элемент может выполнять несколько функций. Так, часто лоток выполняет одновременно и функции магазина. Необходимость магазина в составе загрузочного устройства объясняется тем, что производительность бункера из-за его конструктивных особенностей колеблется во времени и для компенсации этого колебания приходится накапливать некоторый запас ориентированных объектов загрузки в магазине. Наиболее характерными элементами загрузочного устройства являются бункер (или магазин) и питатель.

Н а рис. 22 приведен пример дискового карманчикового автоматического бункера для ориентации заготовок в один прием. Неподвижный диск 1 является основанием, а подвижный диск 2 приводится во вращение валом 3 червячного редуктора. По окружности диска 2 имеются карманы Б, в которые при вращении диска западают заготовки. Таким образом происходит ориентация заготовок.

Лопасти 5 улучшают заполнение карманов. Емкость 4 позволяет поместить в бункер необходимый запас заготовок. В рабочем положение ось бункера наклонена на 45°. Попавшие в карманы заготовки выпадают в накопитель через приемное окно в неподвижном диске 1.

При изменении размеров загружаемой детали необходимо изменить размеры карманов захватного диска 2. Изменения конфигурации допустимы только в небольших пределах. Многообразие конструкций бункерных загрузочных устройств связано именно с возможностью использования бункера только для деталей определенного типа.

Производительность бункерного загрузочного устройства

,

где z – число захватных органов бункера, n – частота вращения или число двойных ходов захватного органа в минуту,  – коэффициент вероятности захвата детали захватным органом, v – линейная (окружная) скорость движения захватного органа, m – линейный (окружной) шаг захватных органов.

Практическая производительность бункерных устройств лежит в пределах 60–1200 шт/мин, т.е. может достигать весьма больших значений. Такая производительность достигается за счет специализации загрузочного устройства.

Бункерные загрузочные устройства разделяют по признакам, характеризующим их принцип действия и конструктивные особенности. В этом отношении существенной оказывается степень ориентации загружаемого объекта в загрузочном устройстве (поскольку бункерные устройства производят ориентацию автоматически, то их степень конструктивной сложности связана с требованиями к ориентации деталей). В том случае, когда заготовка имеет простую симметричную форму (например, гладкие валики, ролики и т. п.) или когда заготовка на рабочей позиции ориентирована только относительно одной оси, достаточно бывает одинарной ориентации заготовки относительно выбранной оси в бункерном устройстве. Необходимость ориентации заготовки относительно нескольких осей приводит к усложнению бункерного загрузочного устройства и к введению дополнительного ориентирующего механизма.

Существенные различия имеют бункерные устройства в зависимости и от применяемого способа захвата заготовок при их ориентации. Применяют два основных способа захвата: по наружной поверхности заготовки и по отверстию в заготовке.

Большое значение имеет разгрузка захватных органов, предупреждающая их поломку при заклинивании деталей или при переполнении отводящего лотка. Необходимо заметить, что для нормальной работы бункерного загрузочного устройства не безразлично количество заготовок в бункере. Это количество всегда должно лежать в определенных пределах, устанавливаемых практикой эксплуатации загрузочного устройства.

Различные типы бункерных загрузочных устройств наилучшие результаты дают при загрузке заготовок определенной формы. Это обстоятельство также приводит к большому разнообразию бункерных загрузочных устройств.

Классификация загрузочных устройств автоматов и полуавтоматов приведена на рис. 23.

Д ля выделения каждой группы загрузочных устройств в классификационной схеме использованы символьные обозначения в виде составных номеров. Необходимо заметить, что классификация условна и не является общепринятой. Однако она позволяет отразить многообразие конструкций бункерных загрузочных устройств и некоторые их особенности.

В соответствие с этой классификационной схемой на рис. 24 приведены конструктивные схемы бункерных загрузочных устройств. Для каждой конструкции приведены эскизы типовых объектов загрузки. Представленные схемы на рис. 24 поясняют основной принцип, заложенный в бункерное загрузочное устройство. Реальное осуществление устройства обычно связано с применением дополнительных конструктивных усложнений, важнейшими из которых являются приспособления для устранения нарушений в работе бункера, например, при переполнении приемного лотка заготовками и при заклинивании заготовок. С этой целью в бункерах применяют различные подпружиненные крышки, отражатели и сбрасыватели, возвращающие заготовки в бункер в случае переполнения приемного лотка. Полуавтоматические загрузочные устройства (магазинные) требуют ручной первичной ориентации детали. Остальные функции выполняются автоматически. Такие устройства обычно проще бункерных загрузочных устройств, но менее производительны.

На рис. 25 приведен пример магазинного загрузочного устройства для загрузки роликов. Магазин выполнен в виде наклонного лотка 5, куда вручную загружают ролики 2. Под действием собственного веса ролики скатываются на базирующую призму 6. Направляющая планка 3 предотвращает заклинивание роликов. Толкателем 1, приводимым в движение от торцевого кулачка 7, ролик подается на позицию обработки 4.

Магазинные загрузочные устройства также специализированы и работают с объектом определенной конфигурации или допускают только небольшие вариации его конфигурации. Производительность их ниже производительности бункерных загрузочных устройств.

На рис. 26 приведены конструктивные схемы для наиболее распространенных магазинных загрузочных устройств. Существуют различные конструктивные схемы магазинных загрузочных устройств, которые объединены общим принципом действия. Так же как и бункерные загрузочные устройства, различные типы магазинных загрузочных устройств применяют для разных видов объектов загрузки. Для каждой конструктивной схемы магазина приведены эскизы загружаемых деталей, для которых данный магазин применим.

При выборе загрузочного устройства для технологического автомата и при конструктивной разработке загрузочного устройства необходимо обеспечить: наличие технической возможности применения выбранного загрузочного устройства для загрузки объектов данной конкретной формы с данными размерами; обеспечение заданной производительности питания автомата заготовками (для соблюдения требуемой производительности автомата, определяемой из технических и экономических соображений); наличие такой емкости загрузочного устройства, которая обеспечивала бы непрерывную и бесперебойную работу автомата с одной загрузки в течение промежутка времени, устанавливаемого исходя из норм обслуживания автомата и требуемых технико-экономических показателей; обеспечение наименьшей конструктивной сложности и стоимости загрузочного устройства при выполнении требуемых технико-экономических показателей.

Для разделения потока ориентированных объектов загрузки во времени на выходе загрузочного устройства устанавливается механизм поштучной выдачи объектов загрузки технологическому автомату. Механизм поштучной выдачи исключает несогласованность загрузочного устройства и автомата во времени. Такие устройства разнообразны и их конструктивная реализация во многом определяется формой объекта загрузки.

В качестве примера на рис. 27 показана схема механизма поштучной выдачи цилиндрических заготовок из лоткового магазина. В наклонном лотке – магазине 1 находятся в ориентированном упорядоченном состоянии цилиндрические втулки 2 (заготовки).

Под действием силы веса втулки упираются в поверхность ползуна 3, который совершает возвратно-поступательные движения. Привод ползуна осуществляется от кулачкового вала 5 через зубчатый сектор 4 и реечную передачу. За один ход ползун может переместить только одну заготовку.

Для загрузки-разгрузки автоматического оборудования могут использоваться также цикловые автоматические манипуляторы и автооператоры. Такие устройства являются цикловыми автоматами специального назначения и широко используются для загрузки-разгрузки станков-автоматов.

Одна из конструкций манипулятора в виде сдвоенной механической руки показана на рис. 28. Каждая из механических рук имеет привод в виде сдвоенного пневмо- или гидроцилиндра. Шток 6 с поршнем 7 служит для перемещения руки 2. Полость штока является цилиндром для штока 4 с поршнем 3, поворачивающих губки клещевого захвата 1. При ходе штока 4 вниз клещи раскрываются, освобождая транспортируемую деталь. Обратный ход обеспечивает пружина 5. Поворот механической руки относительно оси штока при подъеме и опускании предупреждается штангами 8, закрепленными одним концом в корпусе руки и проходящими через направляющие втулки во фланце 9.

Корпус руки перемещается по монорельсу вдоль обслуживаемого оборудования. Недостаток такой конструкции – её сложность. Привод механических рук предпочитают делать пневматическим. Это повышает скорость их срабатывания, а, следовательно, сокращает потери времени на загрузку станка; пневмопривод достаточно надежен в работе. На гидрофицированных станках привод механических рук целесообразно выполнять гидравлическим.

Механическую руку при необходимости используют для поворота детали перед подачей с транспортера на станок (например, в случае, когда на одном станке обрабатывают деталь с одного конца, а на втором станке – с другого).