Механизмы переноса заготовок между позициями штамповочного автомата

250 

Описание

Механизмы переноса заготовок между позициями
штамповочного автомата

1 Назначение и особенности конструкции механизма переноса

Механизм переноса является наиболее сложным и ответственным механизмом многопозиционного штамповочного автомата (МША), цикл работы которого жестко связан с циклом работы всех основных механизмов автомата. Он предназначен для зажима выталкиваемой из матрицы заготовки, последующего ее перемещения от предшествующей позиции автомата в последующую и удержания заготовки в момент ее заталкивания пуансоном в матрицу. Поэтому конструкция механизма переноса представляет собою встроенный автоматический манипулятор с механическим приводом, включающий механизм перемещения, на подвижной каретке которого размещено несколько механизмов зажима. Механизм переноса, как правило, является узлом, который определяет максимальную производительность и надежность работы МША, поскольку продолжительность цикла его работы очень мала по отношению к общему циклу работы автомата, что порождает большие ускорения при движении его звеньев. На Рис. 1 показан цикл работы механизма переноса многопозиционного холодно – высадочного автомата для стержневых изделий: включающий:
– сведение губок механизмов зажима заготовок на угле 54 град,
– перемещение каретки механизма переноса с заготовками на угле 120 град,
– разжим губок механизмов зажима заготовок на угле 16 град,
– возврат каретки механизма переноса в исходное положение на угле 96 град

Рис. 1 Циклограмма работы механизма переноса в составе многопозиционного холодно – штамповочного автомата

         Поэтому при работе в составе современных многопозиционных автоматов для объемной штамповки и особенно холодно – высадочных автоматах для изготовления крепежных изделий (болтов, гаек и т. п.) производительность которых доходит до 300 ход/мин, механизм переноса работает в тяжелом динамическом режиме, что накладывает на его конструкцию жесткие требования и ограничения. Основным требованием, предъявляемым к механизму переноса, является минимальный вес входящих в него деталей, а основным ограничением является минимальное количество их шарнирных соединений.

На Рис. 2 показана конструкция механизма переноса многопозиционного холодно – штамповочного автомата для стержневых изделий. Он содержит кинематически связанный с приводом автомата кулачковый вал 1, на котором закреплены кулачок 2 привода перемещения каретки и кулачок 3 привода механизма зажима. Эти кулачки взаимодействуют с роликами 21 и 22 шарнирно установленными на сборных двуплечих рычагах 4 и 5, включающих промежуточные валы, а последние с помощью тяг 6 и 8 кинематически соединены с кареткой 7 и штангой 9 привода зажимных рычагов соответственно. На штанге 9 установлены пружины 12 и закреплены упоры 10, взаимодействующие с ползушками 13, кинематически соединенными с клещевыми захватами, кроме того, на штанге 9 между крайним правым упором 10 и стенкой каретки 7 установлена пружина 11, которая через тяги 6 и 8, а также двуплечие рычаги 4 и 5 обеспечивает силовое замыкание роликов 21 и 22 с кулачками 3 и 4 соответственно. Ползушки 13 оснащены пальцами 14, которые входят в пазы ведущих рычагов 15 клещевых зажимов, а последние жестко закреплены на валах 16, также как и зубчатые секторы 17, зацепляющиеся с ответными зубчатыми секторами 19 закрепленными на валах 18, при этом валы 16 и 18 установлены с возможностью вращения в расточках каретки 7. Кроме того, на валах 16 и 18 жестко закреплены зажимные рычаги 20 клещевого механизма зажима, а каретка 7 имеет возможность горизонтального перемещения в направляющих 23 и 24 станины автомата.

Рис. 2 Конструкция механизма переноса многопозиционного холодно – высадочного автомата для стержневых изделий.

            Работает механизм переноса следующим образом. При вращении вала 1 кулачки 2 и 3 посредствам рычагов 4 и 5 и тяг 6 и 8 в последовательности заданной циклограммой работы автомата приводят в движение каретку 7 и зажимные рычаги 20 механизма зажима. Цикл работы механизма переноса начинается с того, что при выталкивании заготовок из матриц ролик 22 перемещается с максимального радиуса кулачка 3 на его минимальный радиус, что приводит к тому, что под действием пружины 11 тяга 9 перемещается влево, а рычаг 5 поворачивается по часовой стрелке (см. Рис. 2 главный вид). В результате этого, пружины 12 перемещают ползушки 13 вправо, а последние посредствам пальцев 14 и рычагов 15 закрепленных на валах 16 поворачивают ведущие рычаги 20 по часовой стрелке, а последние посредствам зубчатых секторов 17 и 19 поворачивают против часовой стрелки валы 18 вместе с закрепленными на них ведомыми зажимными рычагами 20, что приводит к зажиму заготовки. В это время ролик 21 рычага 4 обкатывается по цилиндрической поверхности кулачка 2 с минимальным радиусом, в результате чего каретка 7 остается неподвижной. После зажима заготовок осуществляется их перенос с предшествующей позиции автомата и последующую, при этом каретка 7 перемещается вправо (см. Рис. 2 главный вид). Это происходит при перемещении ролика 21 с минимального радиуса кулачка 2 на максимальный, в результате чего рычаг 4 поворачивается по часовой стрелке и посредствам тяги 6 перемещает каретку 7 вправо вместе с заготовками, зажатыми в рычагах 20 механизмов зажима. В конце хода каретки 7 оси заготовок совмещаются с осями матриц следующих позиций автомата, после чего, осуществляется выстой каретки 7, с зажатыми заготовками, обеспечиваемый за счет перемещения ролика 21 по цилиндрической поверхности кулачки 2 с максимальным радиусом. После заталкивания заготовок в соответствующие матрицы автомата пуансонами, установленными на штамповочном ползуне, на величину, обеспечивающую их устойчивое положение, происходит разжима рычагов 20 механизмов зажима, осуществляемый при неподвижной каретке 7. Разжим рычагов 20 механизмов зажима происходит при перемещении ролика 22 с минимального радиуса кулачка 3 на максимальный, при этом рычаг 5 поворачивается против часовой стрелки, а тяга 8 и штанга 9 перемещаются влево. В результате этого, упоры 10 воздействуют на ползушки 13 которые посредствам пальцев 14, рычагов 15, валов 16, 18 и зубчатых секторов 17 и 19 разжимают рычаги 20, которые освобождают заготовки. После этого, через некоторую выдержку времени, каретка 7 с механизмами зажима возвращается в исходное положение, что обеспечивается за счет перемещения ролика 21 по поверхности кулачка 2 с максимального радиуса на минимальный и повороту рычага 4 против часовой стрелки и перемещению тяги 6 влево под действием пружины 11. В это время тяга 8 и штанга 9 остаются неподвижными относительно каретки 7, поскольку ролик 22 перемещается по поверхности кулачка 3 с минимального радиуса на максимальный, что приводит к повороту рычага 5 против часовой стрелки, в результате чего тяги 6 и 8 синхронно перемещаются влево. На этом цикл работы переноса заканчивается.
Недостатками рассмотренной конструкции механизма переноса являются:
− большая масса каретки, имеющей коробчатую форму, во внутренней полости   которой размещен механизм управления зажимными рычагами,
− нежесткая конструкция рычагов передающих движение от кулачка к ведущим    тягам за счет наличия промежуточных валов,
− наличие зазоров в зацеплении зубчатых секторов, которые односторонне выбираются при реверсивной работе зажимных рычагов, что влияет на динамику и точность работы механизмов зажима заготовки,
− силовое замыкание кулачковых механизмов, вызывающее отрыв ролика от       поверхности кулачка при высоких скоростях работы механизма.

Указанные недостатки в конструкции рассмотренного механизма переноса свидетельствуют о том, что его надежная работа может быть обеспечена, только при производительности МША не более 60 – 80 ход/мин (в зависимости от типоразмера).

2 Механизм перемещения каретки переноса.

Конструкция механизма перемещения каретки в значительной степени зависит от места расположения и типа управляющего кулачка, что определяется кинематической схемой привода вспомогательных механизмов МША. Существуют две принципиально отличные кинематические схемы автоматов, которые предусматривают:
− наличие продольного распределительного вала с коническими зубчатыми  колесами на обоих концах, на котором установлены кулачки привода механизма реза и механизма переноса (см. Рис. 3),
− наличие системы цилиндрических зубчатых колес соединяющих поперечные      кулачковые валы с приводом (см. Рис. 4)

Рис. 3 Кинематическая схема МША с продольным распределительным валом

         МША выполненный по первой схеме содержит двигатель 1 главного привода, который через шкивы 2, 3 (шкив 3 является маховиком) передает вращение коленчатому валу, 4, который через шатун 5 сообщает возвратно – поступательное движение штамповочному ползуну 6 несущему пуансоны, а на противоположном конце кривошипного вала 4 закреплено зубчатое колесо 7, которое за счет зацепления с зубчатым колесом 8 сообщает вращение промежуточному валу 14, а на последнем установлено коническое зубчатое колесо 15, передающее через коническое зубчатое колесо 16 вращение продольному распределительному валу 9. На последнем установлены кулачок 10 привода механизма реза и кулачок 11 привода механизма переноса (привод зажимных рычагов механизма переноса на схеме условно не показан), а также коническое зубчатое колесо 17, которое через коническое зубчатое колесо 18 сообщает вращение поперечному кулачковому валу 12, на котором установлены кулачки 13 привода механизма выталкивания из матриц и кулачок 25 привода механизма подачи исходной заготовки (проволоки). Кулачок 10 привода механизма реза через рычажный механизм 19 кинематически соединен с ползуном реза 20, кулачок 11 привода механизма переноса через рычажно – зубчатый механизм 21 кинематически связан с кареткой 22 механизма переноса, а кулачок 13 привода механизма выталкивания связан через рычажный механизм 23 кинематически связан в толкателями 24.
В данном случае привод каретки механизма переноса осуществляется от цилиндрического кулачка расположенного на продольном распределительном валу через рычажный, или рычажно – зубчатый механизм.

Рис. 4 Кинематическая схема МША, в котором поперечные кулачковые валы соединены цилиндрическими передачами

МША выполненный по второй схеме содержит двигатель 1 главного привода, который через шкивы 2, 3 (шкив 3 является маховиком), передает вращение коленчатому валу 4, который через шатун 5 сообщает возвратно – поступательное движение штамповочному ползуну 6 с пуансонами, а на противоположном конце кривошипного вала 4 закреплено зубчатое колесо 7, которое за счет зацепления с зубчатым колесом 8 сообщает вращение промежуточному валу 9, на котором установлено зубчатое колесо 10, а последнее за счет зацепления с зубчатым колесом 11 передает вращение промежуточному валу 12. На последнем установлен кулачок 13 привода механизма реза и звездочка 14, передающая вращение звездочке 15 закрепленной на валу 16, на котором установлен кулачок 17 привода механизма переноса (кулачки управления механизмами зажима заготовки,   установленные на валу 16 условно не показаны). Зубчатое колесо 11 за счет зацепления с зубчатым колесом 18 сообщает вращение кулачковому валу 19, на котором установлены кулачок 20 привода механизма выталкивания из матриц и эксцентрик 21 привода механизма подачи исходной заготовки (проволоки). Кулачок 13 посредствам рычажного механизма 23 кинематически связан с ползуном 24 механизма реза, кулачок 17 посредствам рычажного механизма 25 кинематиченски связан с кареткой механизма переноса, а кулачок 20 посредствам рычажного механизма 27 кинематически связан с толкателями 28.
В данном случае привод каретки механизма переноса осуществляется от торцевого кулачка (улиты) расположенного на поперечном волу.
Рассмотрим конструктивные особенности привода перемещения каретки механизма переноса при расположении кулачков на продольном и поперечном валах.

Рис. 5 Конструкция механизма переноса для изделий типа гаек с приводом от кулачка расположенного на продольном распределительном валу МША.

            На Рис. 5 показана конструкция механизма переноса для изделий типа гаек с приводом от кулачка расположенного на продольном распределительном валу МША. Он содержит двухпрофильный кулачок 3, закрепленный на распределительном валу 2, который установлен на подшипниках качения в станине 1, трехплечий рычаг 4 с роликами 5, шарнирно установленный на оси 6, закрепленной на станине 1, тягу 7, один конец которой шарнирно соединен с ведомым плечом 14 рычага 4, а второй с кареткой 8 механизма переноса, с установленными на последней механизмами зажима заготовки 11, а последняя на цилиндрических скалках 9 установлена с возможностью поступательного перемещения в кронштейне 10. Двухпрофильная форма кулачка 3 позволяет осуществить кинематическое замыкание кулачкового механизма, при котором во время прямого и обратного хода рычаг 4 перемещается принудительно и каждый из его роликов 5 установленных на ведущих плечах 12 и 13 рычага 4 постоянно находятся в контакте с соответствующим профилем кулачка 3. Это позволяет максимально приблизить фактический цикл работы механизма переноса к теоретической циклограмме работы автомата, что очень важно, поскольку он работает в динамическом режиме и влияние возникающих при этом сил инерции должно компенсироваться жесткостью кинематической цепи привода механизма. Рычаг 4 установлен на неподвижной оси 6 посредствам подшипников скольжения 15 и зафиксирован в осевом направлении торцевой шайбой 16, а ролики 5 посредствам подшипников скольжения 17 шарнирно установлены на ступенчатых осях 18, которые крепится в ведущих плечах 12 и 13 рычага 4 посредствам ригелей 19. Тяга 7 соединена с ведомым плечом 14 рычага 4 и кареткой 8 посредствам подшипников типа ШС по ГОСТ 3635 – 72, что обеспечивает компенсацию качания рычага 4 в вертикальной плоскости, а каретки 8 в горизонтальной плоскости. Для регулировки величины хода каретки 8 механизма переноса в ведомом плече 14 рычага 4 выполнен паз 20, в котором расположена ползушка 21, шарнирно соединенная с тягой 7, при этом ее радиальное положение в пазу, обеспечивающее изменение дины плеча 14 рычага 4, регулируется посредствам резьбовой втулки 25 и фиксируется бортом 24. При поступательном движении каретка 8 для гарантированного удержания заготовки обязательно должна отходить от зеркала матричного блока в сторону штамповочного ползуна на некоторую величину (смешаться в направлении оси штамповки). Для этого на каретке 8 посредствам подшипников скольжения 36 и оси 37 шарнирно установлен ролик 35, который при ее поступательном движении обкатывается по плоскому кулачку 33 закрепленному на неподвижной плите 34 осевое положение которой регулируется, а в горизонтальных расточках кронштейна 10 установлены два ступенчатых стакана 26, опорная поверхность которых расположена в подшипниках скольжения 27, установленных в неподвижном корпусе 28 механизма переноса. В каждом стакане посредствам скалок 32 установлены пружины 31 , постоянно прижимающие ролик 35 к кулачку 33, а их усилие регулируется гайками 29 установленными на резьбовых концах скалок 32, которые закреплены на неподвижном кронштейне 30 механизма переноса.
Работает привод каретки механизма переноса следующим образом. При вращении вала 2 вместе с кулачком 3 рычаг 4 совершает качательное движение, которое за счет наличия тяги 7, совершающей плоско – параллельное движение, преобразуется в возвратно поступательное движение каретки 8 по направляющим 9, вместе с механизмами зажима 11, осуществляя, таким образом, перенос заготовок с предыдущей позиции на последующую. В процессе движения, шарнирно установленный на каретке 8 ролик 35 обкатывается по неподвижному плоскому кулачку 33, в результате чего, кронштейн 10 вместе с кареткой 8, преодолевая усилие пружин 31, в начале движения отходит от матричного блока в сторону штамповочного ползуна, а затем при подходе к последующей позиции приближается к нему. При движении в обратном направлении пружины 31 заставляют каретку 8 двигаться в обратом порядке.
Недостатками данной конструкции привода механизма переноса являются:
− значительная масса каретки механизма переноса,
− дополнительное сопротивление перемещению каретки вызываемое трением ролика о кулачок, к которому он постоянно поджат пружинами,
− высокие требования к точности изготовления рабочих поверхностей сдвоенного кулачка привода каретки механизма переноса.

В полной версии статьи приведены примеры конструктивного
исполнения приводов каретки механизма переноса (см. таб)

3. Механизм зажима переносимых заготовок.

Основным фактором, определяющим конструкцию механизма зажима переносимых заготовок является форма заготовки, а точнее отношение ее диаметра к длине. Поэтому все типы механизмов зажима заготовки можно разделить на три типа, это механизмы для зажима стержневых заготовок, у которых l > 3d, для деталей типа гайки, у которых l ≤ 3d, и механизмы зажима для деталей оригинальной формы, которые могут иметь конструктивные особенности двух первых типов механизмов, а также оригинальные конструктивные элементы. При этом, основной конструктивной особенностью механизмов зажима для стержневых заготовок является значительная величина раскрытия зажимных губок, достигаемая за счет увеличенной длины ведомых плеч этих рычагов, а основной конструктивной особенностью механизмов зажима для деталей типа гаек является дополнительное отведение зажимных рычагов от зеркала матричного блока и их разворот на угол 180 град, при переносе заготовок с предыдущей позиции на последующую.

В полной версии статьи приведены примеры конструктивного
исполнения механизмов зажима заготовок (см. таб)

4. Рекомендации по проектированию механизма переноса

       Проектирование механизма переноса начинается с выбора его конструктивной схемы, которая зависит от следующих факторов:
– кинематическая схема МША,
– тип переносимой заготовки (отношение длины к диаметру) и ее масса,
– технологический процесс изготовления штампуемой детали, определяющий форму и размеры заготовки после каждого технологического перехода,
– производительность МША и циклограмма работы механизма переноса.
Кинематическая схема автомата (см. Рис. 3, 4), определяет, прежде всего, место расположения кулачков являющихся ведущим звеном привода каретки механизма переноса и механизмов зажима заготовок, а также место расположения рычажного механизма преобразующего вращение кулачка в поступательное, или плоско – параллельное движение каретки вместе с механизмами зажима (см. Рис.5, 8). При этом, конструкция механизма зажима заготовки и механизма управления им в определяющей степени зависит от типа, размеров и формы переносимой заготовки и прежде всего отношения ее длины к диаметру. Основное отличием конструкции механизмов переноса для деталей стержневого типа от механизма переноса для деталей типа гайки состоит в том, что в первом случае управление раскрытием зажимных рычагов с губками осуществляется кулачком и производится в соответствии с циклограммой работы автомата (см. Рис. 17), а во втором случае разведение зажимных рычагов, которые, как правило, совмещены с губками осуществляется или штампуемой заготовкой, или пуансоном (см. Рис. 18). При этом сведение зажимных губок в обоих случаях осуществляется пружиной соединяющей их. Кроме того в большинстве случаев механизмы зажима для коротких заготовок, типа гайки, при переносе осуществляют поворот на угол 180 град, для чего в их конструкцию вводятся дополнительные элементы (см. Рис. 5,18, 19).
Поскольку детали привода каретки и зажимные рычаги с губками механизмов зажима в процессе работы механизма переноса движутся с большими скоростями, в конечных точках своей траектории они испытывают значительные динамические нагрузки, вызывающие удары и вибрации, которые невозможно полностью исключить, даже при профилировании переходных участков кулачков по закону cos. Поэтому в конечных положениях каретки механизма переноса могут устанавливаться демпфирующие устройства (см. Рис. 22)

Рис. 22 Конструкция каретки механизма переноса оснащенной демпфирующими устройствами.

        На Рис. 22 показана конструкция каретки механизма переноса оснащенной демпфирующими устройствами. Для этого каретка 2 механизма переноса, расположенная в направляющих кронштейна 1 закрепленного на верхней плоскости станины и соединенная с приводом посредствам тяги 5 оснащена бонками 6, с которыми при подходе каретки к крайним положениям взаимодействуют демпфирующие устройства. Каждое демпфирующее устройство включает упорный винт 7, установленный с возможностью регулировки в резьбовом отверстии планки 8, и зафиксирован в ней с помощью гайки 9, при этом, планка 8, установлена на штанге 10 закрепленной на торце кронштейна 1 и закреплена посредствам гайки 13 на подвижной в осевом направлении штанге 11 подпружиненной пружиной 12.
Работают демпфирующие устройства следующим образом. При подходе каретки 1 к крайнему положению ее бока 6 упирается в винт 7 и ему передается усилие сообщаемое каретке приводом, в результате чего винт вместе с планкой 8 и штангой 11, которая при этом начинает сжимать пружину 12, смещаются в сторону движения каретки. Усилие сжатия пружины 12 действует в направлении противоположном движению каретки 2 и таким образом гасит действующие на нее инерционные нагрузки, что позволяет свести к минимуму ускорение каретки и соответственно силы инерции вызывающие удары и вибрации возникающие в конце ее хода.

В полной версии статьи приведены рекомендации по расчету
основных конструктивных элементов механизма переноса
(прежде всего, кулачков) и по установлению требований
по точности к основным деталям кулачковых механизмов
привод перемещения каретки (см. таб.)

ЛИТЕРАТУРА

1. Игнатьев Н П Справочно – методическоепособие. Проектирование механизмов. Азов 2015г.
2. Шаронов К. С. Проектирование кулачковых механизмов с учетом износа профиля Машиноведение 1965 г №3

Полная версия статьи содержит 44 страницы текста
и 32 рисунка (чертежа, графика)

Для приобретения статьи сбросьте ее в корзину

Стоимость полной версии статьи 250 руб