Назначение и виды загрузочных устройств

В зависимости от конструктивного выполнения загрузочно-разгрузочные устройства представляют собой:

– конструктивные узлы самой рабочей машины;

– самостоятельные независимые узлы;

– приспособления.

Загрузочно-разгрузочные устройства относятся к группе вспомогательных механизмов, так как сами не участвуют в собственно технологическом процессе обработки (сборки), т.е. в процессе изменения состояния предмета труда.

В зависимости от типа используемых заготовок различают два способа загрузки или питания: непрерывный и прерывистый или порционный.

При непрерывном способе питания заготовка подается на заданный шаг и от нее отделяется очередная порция материала или обрабатываемая деталь. При прерывистом или порционном способе питания осуществляется подача отдельных порций или штучных заготовок.

При первом способе материал, загружаемый в машину, обеспечивает непрерывную работу в течение нескольких операций и представляет единое целое. К этому способу относятся подача из бунтов (мотков) проволоки, ленты, проката профильного сечения или подача пруткового либо листового материала.

При порционном способе или поштучном питании осуществляется подача заготовок не связанных друг с другом. Для этого споcоба заготовки могут быть сориентированными предварительно в пространстве (магазинное питание) или могут быть расположены “навалом” (бункерное питание). Задача автоматического загрузочного устройства в этом случае состоит в том, чтобы каждый раз захватить заготовку и подать ее в рабочую зону в строго ориентированном положении.

2.2. АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО СПОСОБА ПИТАНИЯ

По способу привода эти устройства могут выполняться:

–с независимым (самостоятельным) приводом;

–приводимыми от рабочего органа машины.

Независимый привод делает загрузочное устройство самостоятельным механизмом, освобождает рабочие органы от дополнительной нагрузки, что особенно важно при выполнении деликатных или высокоточных работ. Привод от рабочего органа упрощает само устройство и, в ряде случаев, значительно упрощает синхронизацию и управление работой загрузочного устройства.

Рис. 2.1 – Блок-схема машины с независимым приводом

Блок-схема рабочей машины с автоматическим загрузочным устройством, имеющим независимый привод, представлена на рис. 2.1.

Здесь привод автоматического загрузочного устройства (АЗУ) осуществляется от своего двигателя Д₁, а рабочих органов РО – от двигателя Д₂. Для преобразования движений служат в каждой ветви редукторы Р, которые управляются исполнительным механизмом (ИМ). Синхронизация и выработка команд управления осуществляются системой автоматического управления САУ всего комплекса.

Блок-схема рабочей машины с автоматическим загрузочным устройством, имеющим привод от рабочего органа, может быть представлена рис. 2.2.

Здесь все механизмы работают от одного двигателя Д, который через редуктор Р сообщает движение рабочему органу машины РО. Последний сообщает движение собственно автоматическому загрузочному устройству АЗУ, осуществляющему подачу материала в рабочую зону станка. Синхронизация движений, включение и выключение РО и АЗУ, а иногда и общего двигателя Д, производятся исполнительным механизмом ИМ, управляемым системой автоматического управления САУ, содержащей программу управления и получающей информацию от АЗУ и РО. Уже из самой блок-схемы видно, что такое загрузочное устройство проще, чем предыдущее, содержит меньше узлов, а, следовательно, и более надежно. Однако оно создает дополнительную нагрузку на рабочий орган станка, что не всегда допустимо по условиям точности и характеру работы рабочей машины. Кроме того, ремонт и наладку такого загрузочного устройства необходимо производить совместно с рабочей машиной, что также не всегда удобно и рационально.

Рис. 2.2 – Блок-схема АЗУ с приводом от рабочего органа машины

По способу захвата подаваемого материала автоматические загрузочно-разгрузочные устройства непрерывного питания делятся на:

1) крючковые;

2) клещевые или цанговые;

3) валиковые (валковые) или роликовые.

Крючковые подающие устройства используются обычно для подачи ленточного или листового материала, осуществляя захват материала за технологические или рабочие отверстия или выступы, получаемые в процессе обработки (чаще вырубки).

На рис. 2.3 приводится сечение загрузочного устройства с подачей материала приводным клиновым устройством. При движении клина рабочего органа 3 вниз его скос через ролик 2 перемещает каретку 1 влево. Тогда крючок 4 поворачивается и его зуб перемещает материал влево. При движении клина вверх пружина 5 перемещает каретку 1 вправо, крючок 4 поворачивается, его зуб выходит из зацепления и скользит по материалу, подготавливая следующий шаг. Затем процесс повторяется. Могут быть различные модификации этих устройств, но всегда имеется захват (жесткая фиксация) по выступам или отверстиям и возвратно-поступательное или качательное движение подающего механизма. Иногда для повышения точности подачи и быстродействия используются грейферные механизмы, имеющие более сложную траекторию движения, но принцип захвата и транспортирования остает-ся прежним.

Крючковые подачи просты по конструкции, дешевы в изготовлении и могут быть легко установ-лены на любом кривошип-ном или эксцентриковом прессе с числом ходов до 200 в минуту. Однако для их работы требуются технологические отверстия или выступы, а подавае-мый материал должен быть непрерывным, что приводит к повышению расхода материала. В связи с этим применение этого способа ограничено.

Клещевые или цанговые подающие устройства характеризуются захватом и перемещением материала за счет сил трения при возвратно-поступательном движении механизма подачи. Поскольку передача движения осуществляется за счет сил трения, то сила трения в первом приближении определяется как F_тр = Nf, где N – сила нормального давления, а f – коэффициент трения. Тогда, изменяя силу нормального давления, обеспечивают одностороннюю подачу материала (зачастую с перехватом). Зажим материала для его перемещения может осуществляться рычажным, клиновым, шариковым или роликовым устройствами. В качестве примера на рис. 2.4 показана конструкция односторонней клещевой подачи с захватом подаваемой полосы или ленты роликами.

Валиковые (валковые) или роликовые автоматические загрузочные устройства осуществляют подачу в рабочую зону периодическим вращением валиков или роликов. При этом передача движения (захват) может быть за счет сил трения (фрикционная передача) либо захватом за отверстия или выступы, получаемые до захватного органа или в процессе осуществления захвата. Схема роликовой подачи приведена на рис. 2.5.

Рис. 2.5 – Роликовая подача

По способу действия на подаваемый материал автоматические загрузочно-разгрузочные устройства с непрерывным способом питания могут быть (см. рис. 2.6):

– тянущими (рис. 2.6, а);

– подающими (рис. 2.6, б);

– тянуще-подающими (рис. 2.6, в).

2.3. АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ

ПОШТУЧНОГО СПОСОБА ПИТАНИЯ

Автоматические загрузочно-разгрузочные устройства непрерывного питания довольно просты, однако они применимы далеко не во всех случаях, т.к. заготовки здесь далеки от оптимальных форм и размеров, что приводит к увеличению отходов и снижению производительности труда. Стремление сблизить формы и размеры заготовок и изготавливаемых деталей приводит к необходимости загрузки штучными (отдельными) заготовками рабочих машин. Количество используемых в машиностроении типоразмеров заготовок огромно, что значительно усложняет создание и эксплуатацию автоматических загрузочно-разгрузочных устройств. В большинстве случаев подаваемые в рабочую зону заготовки должны быть ориентированными в пространстве, тогда как разгрузка осуществляется для уже ориентированных деталей. В связи с этим, большее значение имеет создание автоматических загрузочных устройств.

Автоматические загрузочные приспособления для штучных изделий появились довольно давно. Первоначально загрузочные устройства нашли применение в огнестрельном автоматическом оружии для подачи патронов, затем на пуговичных, патронных, конфетных фабриках, где продукция производится в массовых количествах.

Автоматические устройства для поштучного способа питания позволяют подавать в рабочую зону машины заготовки не связанные друг с другом, поштучно. Все разнообразие таких устройств может быть, прежде всего, разделено на два типа:

1) устройства магазинного питания;

2) устройства бункерного питания.

2.3.1. Устройства магазинного питания

Эти устройства осуществляют автоматическую подачу заготовок предварительно ориентированных и уложенных в магазин вручную. Иногда такие устройства называют полуавтоматическими.

Ручные ориентирование и загрузка в магазин требуют значительных затрат времени, что снижает производительность по сравнению с бункерным питанием. И, тем не менее, магазинные загрузочные устройства применяются в следующих случаях:

1) для деталей сложной формы, автоматическое ориентирование которых трудно осуществимо или не осуществимо вообще;

2) для деталей повышенной взаимосцепляемости из-за трудности их разделения;

3) для деталей, которые могут быть повреждены (хрупкие, высокоточные и т.п.) при засыпке их навалом;

4) при автоматизации загрузки рабочих машин, осуществляющих длительный цикл обработки, когда применение более сложных и более производительных бункерных загрузочных устройств становится нецелесообразным.

В общем случае магазинное загрузочное устройство состоит из следующих основных узлов:

1) накопителя или собственно магазина;

2) отсекателя;

3) питателя;

4) блокирующего механизма;

5) привода загрузочного устройства.

Взаимодействие этих узлов может быть представлено схемой, приведенной на рис. 2.7.

Заготовки или детали из накопителя поступают к отсекателю и затем с помощью питателя подаются в рабочую зону станка или машины. Блокирующий механизм предупреждает нарушение работы загрузочного устройства, воздействуя на магазин, отсекатель или питатель. Движение рабочих органов устройства осуществляется с помощью привода АЗУ.

Накопитель или магазин служит для помещения в него заданного количества ориентированных заготовок и транспортирования их в питатель, а затем и в рабочую зону станка. Количество загружаемых заготовок должно обеспечить бесперебойную работу рабочей машины в течение определенного времени, обуславливаемого технологическим процессом. Обычно это время – 10…30 мин. Таким образом, при выборе размеров и объема накопителя приходится решать задачу о размещении в нем загружаемых заготовок. Заготовки могут помещаться в накопителе:

1)в один ряд;

2)в один слой и несколько рядов;

3)в один штабель;

4)в несколько штабелей и один ряд;

5)в несколько штабелей и рядов.

При выборе размещения заготовок приходится решать альтернативные задачи. Наиболее простой способ – это размещение в один ряд, поскольку здесь упрощается отбор заготовок, их транспортирование, да и сама загрузка. Однако при этом увеличиваются габариты самого магазинного загрузочного устройства, что может потребовать дополнительную производственную площадь.

Рис. 2.7 – Схема взаимодействия узлов магазинного

загрузочного устройства

В зависимости от конфигурации подаваемых заготовок, требований их хранения, условий выдачи заготовки могут располагаться вплотную или вразрядку.

В автоматических загрузочных устройствах заготовки перемещаются под действием силы тяжести, внешней приложенной силы или сил инерции.

Следовательно, можно выделить четыре вида движения, или транспортирования, изделий:

1) самотечное – под действием силы тяжести;

2) принудительное – под действием приложенной внешней силы;

3) вибрационное – под действием инерционных сил;

4) комбинированное – сочетающее вышеназванные виды для использования их различных преимуществ.

2.3.2. Лотки

По форме продольного профиля лотки бывают прямолинейные обычные, прямолинейные роликовые, изогнутые, винтовые (спиральные), зигзагообразные и специальные (змейковые, каскадные и др.).

Схемы таких лотков приводятся на рис. 2.8. При проектировании самотечных лотков следует иметь в виду, что движение заготовок осуществляется под действием составляющей силы земного притяжения и, следовательно, необходим определенный перепад высоты. Вертикальное расположение лотка приводит к быстрому росту его высоты и, таким образом, применимо для довольно мелких заготовок. Вместе с тем, такое расположение приводит к повышенному давлению заготовок друг на друга, что также не всегда допустимо. В связи с этим для самотечных лотков наиболее часто применяют их наклонную установку.

2.4. ВИБРАЦИОННОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ

Для хранения и принудительной подачи заготовок, расположенных в один ряд, в последнее время все шире применяют вибрационные лотки-транспортеры, позволяющие работать даже с отрицательным перепадом высот и обеспечивающие высокую надежность подачи без повреждения подаваемых заготовок. Они, конечно, сложнее самотечных лотков, однако, указанные их преимущества: малая энергоемкость, сравнительные простота конструкции и износостойкость – завоевывают им все большее признание.

Принцип вибрационного транспортирования одинаков как для прямолинейных лотков, так и для вибрационных бункерных питателей, которые будут рассмотрены позже.

Под вибрациями обычно понимают колебательное движение поверхности тела сравнительно малой амплитуды и значительной частоты.

Тогда вибрационное перемещение есть движение тела по вибрирующей поверхности под воздействием периодической возмущающей силы сообщаемой этой поверхностью, т.е. движение под воздействием инерционных сил, возникающих в результате вибрационного перемещения рабочей (несущей) поверхности.

2.4.4. Вибрационные лотки-транспортеры

Использование принципов вибрационного транспортирования позволяет создавать прямолинейные лотки для накопления и транспортирования в рабочую зону различных деталей и изделий. Применяемые в машиностроении прямолинейные вибрационные питатели – вибрационные транспортеры по назначению можно разделить на три группы:

1. Вибрационные транспортеры для перемещения сыпучих материалов и заготовок навалом.

2. Вибрационные транспортеры-лотки для перемещения ориентированных заготовок.

3. Вибрационные транспортеры-лотки для подачи заготовок из бункерного питателя в рабочий орган станка.

Вибрационные транспортеры для транспортирования заготовок навалом и перемещения стружки, как правило, имеют большую длину и мощность; рабочий желоб транспортера имеет поперечное сечение, позволяющее перемещать значительные объемы материалов.

Вибрационные транспортеры-лотки для перемещения ориентированных заготовок имеют небольшие габариты в поперечном сечении. К жесткости рабочего органа такого транспортера предъявляются повышенные требования.

Вибрационные лотки, предназначенные для подачи заготовок из бункерного вибропитателя в рабочий орган станка, имеют обычно небольшую длину, и привод их может осуществляться от колеблющей­ся чаши бункерного питателя, что значительно упрощает конструкцию.

2.5. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ

УСТРОЙСТВА БУНКЕРНОГО ПИТАНИЯ

Бункерные загрузочные устройства характеризуются тем, что запас заготовок сосредотачивается в емкости (бункере) беспорядочно (навалом). Необходимая ориентация заготовок перед передачей их в накопитель осуществляется специальным механизмом. Передача заготовок из накопителя в рабочую зону станка осуществляется питателем.

Таким образом, бункерное загрузочное устройство представляет собой группу механизмов, принимающих заготовки навалом и выдающих их строго ориентированными в пространстве и во времени.