Бункерные загрузочные устройства

 

Бункера принимают заготовки «навалом», накапливают их и ориентируют в пространстве с помощью ориентирующих механизмов, т.е. бункера должны иметь механизм ориентации. Характерным показателем бункера является его вместимость. Чем больше вместимость, тем меньше времени требуется на его обслуживание. Но увеличение вместимости бункера ведет к возрастанию размеров, как накопителя, так и ориентирующего устройства.

Кроме того, большое количество заготовок может привести к затруднению работы механизмов бункера. Поэтому уровень загрузки в накопителе выбирают таким, что давление от заготовок и сами заготовки не мешают работе механизмов бункера. Если окажется, что заготовок в накопителе недостаточно, то вводят дополнительный накопитель. Поэтому бункера могут иметь либо один накопитель, либо два: при этом основной накопитель (собственно бункер) служит для выдачи заготовок, а второй – вспомогательный, для накопления основного запаса.

 

 

Рис. 20.1. Схема бункера с двумя накопителями

 

Бункера бывают: шиберные, стержневые, дисковые карманчиковые, вибрационные и др.

 

Шиберный (ножевой) бункер

Рис. 20.2. Схема шиберного бункера

Заготовки, захваченные шибером, поднимаются вверх, затем скатываются в приемный лоток, затем по нему попадают в отводящий лоток. Если заготовки по приемному лотку скатываются в неправильно ориентированном положении, то они возвращаются в накопитель сбрасывателем. Шибер получает возвратно–поступательное движение.

Рекомендуются следующие параметры бункера:

- угол наклона приемного лотка a = 30^о;

- угол скоса шибера g = 50^о;

- окружная скорость сбрасывателя V_о = (20...25) м/мин

- число зубьев ролика z = 8…10

Другие конструктивные размеры см. [3, c. 62.]

Производительность шиберного механизма определяется по формуле:

,

где h = 0,3.....0.4 - коэффициент заполнения;

L – длина приемного лотка накопителя, мм;

- длина заготовки, мм;

n - число двойных ходов шибера, в минуту.

Число двойных ходов шибера выбирают с учетом времени движения заготовки по приемному лотку, которое определяется по формуле:

[сек.]

Поэтому максимальное число двойных ходов шибера равно

.

Обычно число двойных ходов в минуту принимают от 8 до 20. Производительность при этом достигает 120 - 150 шт./мин. Шиберные бункера применяют для подачи стержней с головками, а также гаек и валиков.

Стержневой бункер

В этом бункере стержень движется возвратно-поступательно. Применяется для заготовок типа шаров, валиков, втулок и колпачков с соотношением а также небольших колец. Стержень получает движения от кулачкового, кулисного или кривошипного привода. В этом случае стержневой захват делают подпружиненным. Привод стержневого захвата может приводиться в действие от гидро- или пневмоцилиндра (в этом случае стержневой захват можно не подпружинивать).

 

 

1 - стержень

2 - накопитель

3 – приемный вертикальный

лоток

 

 

Рис. 20.3. Схема стрежневого бункера

 

Производительность бункера определяется по формуле

Q = nh шт. /мин.,

где: n - число двойных ходов толкателя;

h - коэффициент вероятности захвата заготовок стержнем,

h = 0,2....0,4.

,

где V - средняя скорость толкателя (выбирают из допустимой скорости

соударения), обычно V = 0,3...0,5 м/сек;

S - ход толкателя, мм;

Мощность электродвигателя N = 0,005L, кВт.

Высота бункера h = (0,5...0,25)D + nL, мм,

где: n-количество одновременно захватываемых изделий.

a_б = 110...130^о,

a_в = 80...100^о.

Диаметр бункера D = (10...15)L

Максимальная производительность 50...70 шт./мин.

Дисковый карманчиковый бункер

Эти бункера имеют наибольшее практическое применение следствии высокой производительности. Дисковые карманчиковые бункера используют для загрузки станков гладкими стержневыми деталями с головкой, дисками, кольцами и плоскими деталями.

Эти устройства имеют вращающийся диск 3 с вырезами (карманчиками) по форме заготовок. Эти вырезы могут располагаться либо по хорде диска, перпендикулярно плоскости диска, либо по радиусу. Запавшие в вырезы диска заготовки 5 транспортируются до отводящего лотка 6, по которому направляются в зону обработки. Ворошители 4 способствуют ворошению деталей в накопителе 1 и западанию их в карман диска.

 

 

 

Рис. 20.4. Схема дискового карманчивого бункера

 

Производительность карманчиковых дисковых бункеров определяется по формуле:

Q = nzh, шт. /мин,

где: n - число оборотов диска в минуту,

z - число карманов, шт.;

h - коэффициент заполнения карманчиков заготовками,

h = 0,2...0,6.

В свою очередь

где: D - наружный диаметр диска, мм

S - шаг карманов, мм.

поэтому

,

Скорость диска выбирается из следующих соображений: за время прохождения пути «с» заготовка должна опуститься через окно в приемный лоток на длину, равную диаметру заготовки d

,

с = B - L,

a = 90 - b, обычно b = 40...50,

производительность составляет 100...200 шт./мин.

Вибрационные загрузочные устройства

К вибрационным загрузочным устройствам относятся вибролотки и вибробункеры.

Вибролотки

Рис. 20.5. Схема вибролотка

 

На рис. 20.5. показана схема вибролотка. Заготовка перемещается снизу вверх

, где - угол трения покоя

При этом условии заготовка не скользит вниз. Лоток приводится в колебательное движении чаще всего электромагнитом и пружиной. Причем лоток перемещается параллельно самому себе. Электромагнит питается однополупериодным током за счет установки в электрической цепи диода. Благодаря этому в первую половину периода времени электромагнит, преодолевая усилие пружины, стремиться перемещать лоток. В течение второй половины периода времени работает только пружина и лоток возвращается в исходное положение.

а) В первую половину периода на заготовку действуют следующие силы;

 

Рис. 20.6. Расчетная схема при перемещении лотка вправо - вверх

 

Лоток перемещается вправо-вверх:

G sinq + J cosa = F,

N = G cosq+J sina,

F = m_покN,

m_покmg cosq + m_покm sina = mg sinq + m cosa,

g(sinq -m_{по cк} cosq) = (m_пок sina - cosa),

,

при этом условии силы находятся в равновесии.

Для перемещения заготовки вместе с лотком должно быть

(1)

ускорение регулируется силой тока, питающего электромагнит.

В этих формулах:

G - вес заготовки,

J - сила инерции, приложенная к заготовке,

F - сила трения между деталью и лотком (сила сопротивления, которая

стремиться перемещать заготовку в месте с лотком),

g - ускорение свободного падения,

- ускорения лотка,

m_пок - коэффициент трения покоя (если m = 0,1...0,2, то m_пок можно принять 0,2, а m_{движения} = 0,1).

 

б) при движении лотка влево-вниз за счет пружины - второй полупериод

 

Рис. 20.7. Расчетная схема при перемещении лотка влево - вниз

F + G sinq = J cosa,

F = m_покN,

N = G cosq - J sina,

m_покG cosq - m_покJ sina + G sinq = J cosa,

G = mg, J = m ,

m_покmg cosq - m_покmw sina + mg sinq = mw cosa

g(m_пок cosq + sinq) = w(cosa + m_пок sina)

Для проскальзывания заготовки относительно лотка (только в этом случае заготовка будет перемещаться по лотку вправо-влево) должно соблюдаться условие

(2)

w- регулируется изменением жесткости пружины

Формулы (1) и (2) справедливы для условия сохранения целостности контакта между заготовкой и лотком. Однако можно задать режимы работы такими, при которых заготовка будет перемещаться по лотку скачками.

Принцип работы вибробункеров такой же, что и вибролотков.

Рис. 20.8. Схема вибробункера

На рисунке 20.8 показана принципиальная схема вибробункера. Чаша вибробункера 1 установлена на трех плоских пружинах 3, закрепленных на основании 6. Внутри чаши расположен винтообразный лоток 2. В бункер засыпают обрабатываемые детали, которые распределяются ближе к стенкам чаши, т.к. дно ее имеет форму конуса, обращенного вершиной вверх. Чаша вибробункера приводится в колебательное движение. Чаще всего для этой цели используют электромагниты. При пропускании тока через обмотку электромагнита 5, он притягивает якорь 4, прикрепленный к дну чаши бункера. В результате эта чаша несколько опускается вниз, одновременно поворачиваясь вследствие прогиба плоских пружин в сторону их наклона. При прекращении тока, пружины возвращаются в исходное положение, заставляя чашу бункера подняться и слегка повернуться в обратную сторону. Если пропускать через электромагнит переменный ток, то чаша будет совершать быстрые колебательные движения, и находящиеся внутри бункера детали начнут двигаться вверх по лотку 2.

Практически в вибрационных бункерах обычно используют три электромагнита. Скорость движения деталей по лотку можно регулировать, изменяя зазор между якорем и сердечником вибратора (в пределах 2-5 мм) или напряжения в цепи, питающей вибратор.

При питании электромагнитов переменным током промышленной частоты 50 Гц с однополупериодным выпрямлением, чаша получает 3000 колебаний в минуту. Деталь за каждое колебание чаши перемещается на 2-3 мм, что соответствует средней скорости движения 7-8 м/мин. Обычно углы q и равны: q = от 1^о до3^о, и a = от 8^о до 30^о. Вибробункера имеют большие преимущества по сравнению с другими бункерами. Они проще по конструкции, не имеют вращающихся деталей, не нуждаются в смазке и почти не изнашиваются. Их можно применять для ориентации в пространстве самых разнообразных по форме и по размерам деталей, в том числе деталей трудно поддающихся или вообще не поддающихся ориентации в бункерах других типов.

Расчет параметров вибробункера дан в [4, с. 100-101].

Узлы загрузочных устройств

Отделители (отсекатали) – предназначены для отделения от общего потока одной либо нескольких заготовок, а затем для подачи их к питателю, либо в рабочую зону. В качестве отсекателей используют штифты, планки, диски, барабаны и т.п. Отсекатели в зависимости от движения подразделяются на отсекатели: а) с возвратно-поступательным движением; б) колебательным движением; в) вращательным движением. Штифты – отсекатели приводятся в движение либо от кулачков распределительного вала, либо от пневмоцилиндра, либо от подвижных частей питателя.

 

Рис. 21.1. Штифтовой отделитель: 1-магазин, 2-заготовка, 3-штифты, 4-рычаг

 

В штифтовых отсекателях штифты 3 располагаются параллельно на расстоянии, равном размеру заготовки 2. Приводятся в движении от поворачиваемого рычага 4.

Недостаток штифтовых отсекателей состоит в том, что они имеют нейтральное положение, поэтому при недостаточной скорости действия отсекателя возможно наскакивание штифтов на заготовку или проскакивание нескольких заготовок.

Производительность отсекателей с возвратно-поступательным движением 100-120 отсеканий/мин.

Отсекатель с колебательным движением изображен на рис. 21.2.

Рис. 21.2. Отсекатель с колебательным движением

Этот отсекатель состоит из качающегося сектора и двух штифтов, расположенных с разных сторон накопителя. В том положении, как показано на рис. 21.2., верхний штифт удерживает общий поток заготовок, кроме нижней заготовки, которая проваливается в приемный лоток. При движении справа налево нижний штифт перекрывает выход в приемный лоток, а верхний даст возможность деталям опуститься до нижнего штифта. Расстояния между отсекателями равно размеру заготовки, если отсекается одна деталь, либо размеру заготовки, умноженному на число деталей, если отсекается несколько штук.

Производительность таких отсекателей до 150 шт./мин. Как упоминалось ранее, существуют отсекатели с вращательным движением отсекающих звеньев, например, дисковые или барабанные отсекатели.

 

Рис. 21.3. Дисковый отсекатель

 

Дисковые отсекатели представляют собой диски или барабаны с вырезами по форме подаваемых заготовок. Они получают принудительное периодическое вращение от специального механизма. При повороте такого диска или барабана на некоторый угол запавшая из магазина в вырез заготовка отделяется от общего потока и передается в питатель, в то время как остальные заготовки удерживаются в накопителе. Дисковые отсекатели, имея малую относительную скорость, обеспечивают высокую производительность, плавность работы и отсутствие повреждений поверхностей подаваемых заготовок. В то же время, по сравнению со штифтовыми отсекателями, они имеют более сложную конструкцию и их можно использовать для заготовок типа тел вращения.

Питатели - это механизмы загрузочных устройств, которые подают заготовки из магазина или накопителя к шпинделю станка или к транспортной системе автоматической линии. Конструкции питателей разнообразны, они многозвенны и пространственны и зависят от конфигурации и компоновки станка, формы и размеров заготовок. Питатель является неотъемлемой частью автоматического загрузочного устройства, и его работа связана с кинематикой станка и входит в его цикл.

По движению исполнительного органа различают питатели:

1) с возвратно- поступательным движением (траектория-прямая линия);

2) c возвратно-колебательным движением (траектория- часть окружности);

3) c вращательным движением (траектория-окружность);

4) с комбинированным движением.

 

 

Рис. 21.4. Схема питателя с возвратно-поступательным перемещением

 

На рис. 21.4. показана схема питателя с возвратно-поступательным перемещением. Для подачи очередной заготовки в патрон станка магазин по направляющим кронштейна опускается вниз, после этого питатель, совершая возвратно-поступательное движение, заталкивает заготовку. После этого патрон должен зажать заготовку, питатель вернется в исходное положение, магазин поднимется вверх.

Питатели с возвратно-поступательным движением рабочего органа являются наиболее распространенным в загрузочных устройствах для металлорежущих станков. Конструкция их проста, но они могут быть рекомендованы при малых скоростях перемещения толкателя. Привод питателей самый разнообразный: механический, пневматический, гидравлический и электромеханический.

Питатели с колебательным движением (маятниковые), по конфигурации проще питателей с возвратно-поступательным движением, кроме того, они позволяют освободить рабочую зону обслуживаемого станка

 

 

Рис. 21.5. Питатели с колебательным движением

Эти питатели перемещают заготовку путем переноса, а поэтому, для удержания подаваемой заготовки они имеют захват. В зависимости от типа обслуживаемого станка питатель может иметь горизонтальную или вертикальную ось качания. Работают такие питатели стабильно, конструктивно они несколько проще питателей с возвратно-поступательным движением, т.к. для них нет необходимости применять специальные направляющие. Примером питателя с комбинированным движением рабочего органа является питатель в дисковом магазине- транспортере, с которым мы знакомились. Там в качестве питателя выступает револьверная головка, совершающая как вращательное, так и возвратно-поступательное перемещения. Являются наиболее распространенными. Обычно используются в многопозиционных контрольных автоматах и различных полуавтоматах, на револьверных станках.

 

Лотки и транспортеры

 

Лотки используют не только как накопители лотковых магазинов, но и как транспортные средства от станка к станку.

По конструкции лотки могут быть:

а) прямые простые,

б) прямые роликовые,

в) спиральные простые и др.

 

 

Рис. 22.1. Схема прямого простого лотка

 

Используют в качестве склизов и скатов, и как накопители.

 

Рис. 22.2. Схема прямого роликового лотка

 

Используют для самотечного перемещения заготовок при небольших углах наклона (из практики n = 4÷5^о).

 

 

Рис. 22.3. Схема спирального простого лотка

 

Используют для перемещения в вертикальном направлении и как емкости для катучих деталей.

Форма лотков довольно разнообразна и определяется в основном размерами и формой обрабатываемых деталей, например:

1) открытые коробчатые лотки для лотков-скатов

H = (0, 27...0, 3)d, мм – для коротких валиков;

H = 0, 3 , мм - при перемещении дисков, колец, шаров;

H = (0, 35...0, 4)d, мм – для колпачков;

для открытых коробчатых лотков – склизов H ³ S,

где: S - высота заготовки, мм.

Рис. 22.4. Схема открытого коробчатого лотка

 

2) коробчатый лоток с закраинами, как для лотков–скатов, так и лотков-склизов

H = 0,4d, мм,

H = d + ∆₁, мм,

∆₁ - зазор между заготовкой и закраиной лотка, обычно ∆₁ = 0,5...1 мм.

Рис. 22.5. Схема открытого коробчатого лотка с закраинами

3) для ступенчатых валиков, при их опоре цапфами на бортики лотка используют лоток (рис. 22.6)

 

 

Рис. 22.6. Схема лотка для ступенчатых валов

 

Если валики опираются средней ступенью, то предусматривается зазор между цапфами и бортиками лотка.

 

 

Рис. 22.7. Схема лотка при качении детали большей ступенью

 

Поверхности лотков, по которым катятся и скользят заготовки, должны быть обработаны до шероховатости

Для перемещения заготовок с позиции на позицию, а также между станками служат различного рода транспортеры: цепные, шаговые, роторные и др. Цепные транспортеры применяют для перемещения заготовок как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях. Их применяют, как правило, для сквозного транспортирования, поскольку ими невозможно обеспечить точное перемещение заготовки из одной позиции в другую.

Шаговые транспортеры применяют в автоматических линиях, осуществляющих обработку корпусных деталей, ступенчатых валов, осей и т.п. Они осуществляют перемещение обрабатываемых деталей из одной позиции в другую, т.е. на один шаг.

 

Рис. 22.8. Схема шагового штангового транспортера с собачками: 1 – штанга, 2 – упор,

3 – собачка, 4 – заготовка

 

Наибольшее применение получили шаговые штанговые транспортеры с собачками. При перемещении обрабатываемых заготовок 4 (по схеме вправо) штанга 1 транспортера совершает возвратно-поступательные движения (медленное вперед и быстрое назад). В качестве привода обычно применяется гидроцилиндр. При передвижении вперед собачки 3 захватывают заготовки 4, перемещая их на следующую позицию. При передвижении назад собачки утапливаются, поворачиваясь на оси, и проходят под заготовками.

Основным достоинством шагового штангового транспортера с собачками является то, что штанга совершает простое прямолинейное возвратно-поступательное движение; кроме того, конструкция пневмо- или гидропривода транспортера является несложной.

Основным же недостатком шаговых штанговых транспортеров с собачками является сложность обеспечения точного перемещения заготовок на рабочие позиции станка. Для перемещения заготовок сравнительно небольшого веса в последнее время большое предпочтение отдают транспортерам с флажками и круглыми штангами.

 

Рис. 22.9. Схема шагового штангового транспортера с флажками

 

Шаговые штанговые транспортеры с флажками обеспечивают точное перемещение и базирование заготовок на рабочих позициях. Точность положения заготовок на рабочих позициях при перемещении их флажковыми транспортерами определяется в основном допуском зазора между флажками 1 и заготовками 2. Штанга 3 транспортера совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение и вращательное движение вокруг своей оси.

Обрабатываемые заготовки перемещаются только при движении штанги вперед.

Конструктивно транспортеры с флажками гораздо сложнее, чем транспортеры с собачками, т.к. для штанги, кроме возвратно-поступательного движения, требуется еще и колебательное движение вокруг своей оси. Поворот штанги с флажками вокруг оси для освобождения заготовки производится дополнительным приводом, вследствие чего управление усложняется.

 

Рис. 22.10. Схема грейферного транспортера

 

Грейферные рамные шаговые транспортеры с флажками (рис. 22.10) перемещают обрабатываемые детали 3 флажками 2. Конструкция грейферных транспортеров получается сложной, потому что штанга 1 совершает два возвратно-поступательных движения в горизонтальном и вертикальном направлениях. Транспортеры такого вида применяют обычно в тех случаях, когда обрабатываемые детали установлены на рабочих позициях таким образом, что сначала их необходимо поднять, а затем уже переместить на следующие операции для дальнейшей обработки.

 

 

Рис. 22.11. Цепной транспортер

 

Детали 1 поднимаются вверх с помощью козырьков 2, установленных на движущейся цепи 3. При переполнении козырьки отклоняются и проскальзывают по заготовкам, не вызывая поломку механизма (рис.22.11).

 

 

Рис. 22.12. Схема шагового транспортера для перемещения деталей вверх: 1 – заготовка, 2- подводящий лоток, 3 – корпус, 4 – штанга, 5 – собачка, 6 - козырьки

 

В шаговом транспортере для перемещения деталей вверх (рис. 22.12) штанга совершает возвратно-поступательное движение. При этом захватывается одна заготовка, попавшая на штангу по приемному лотку, и перемещается на один шаг вверх вместе со штангой. При обратном ходе штанги, под действием веса заготовок, собачки 5 отжимаются вниз и задерживают на себе заготовки. При последующем ходе штанги за счет козырьков 6, заготовка поднимется вверх еще на один шаг, а верхняя заготовка попадет в приемный лоток. Применяются обычно в сборочных машинах и многопозиционных контрольных автоматах.

Ориентирующие устройства

 

Под ориентацией понимают приведение заготовки из любого положения в пространстве в положение, требующееся для обработки на станке. Для этой цели служат ориентирующие устройства, имеющие разнообразные конструкции.

Для поворота заготовки в требуемое положение используют с одной стороны особенности заготовок (наличие отверстия, паза, бурта, головки) или смещение их центра тяжести относительно оси симметрии; с другой стороны, форму ориентирующего звена (фасонные вырезы, щель, козырек и др.) (рис. 23.1). В зависимости от той или иной особенности формы заготовки и ориентирующего звена различаются и способы ориентирования.

 

а) б)

Рис. 23.1. Схема ориентации с использованием фасонных вырезов (а) и фасонных выступов (б)

Например, заготовка имеет отверстие, а ориентирующее устройство звено в виде крючка, то такой способ называется «Надевание заготовки на крючок». Если для ориентирования принимают головку заготовки, а ориентирующее звено – сектор со щелью, то такой способ называют «Ориентирование щелью».

 

 

Рис. 23.2. С хема

Ориентирование заготовок может производиться в один или два приема. Например, на рисунке 23.2 показано крючковое устройство, в котором заготовка захватывается крючком за отверстие. Следовательно, захват заготовки является в то же время и процессом окончательного ориентирования. Ориентирование в два приема осуществляется раздельно: предварительно – во время захвата, окончательно – при прохождении через вторичный механизм ориентации. Механизм вторичного ориентирования показан на рис. 23.3.

 

Рис. 23.3. Схема механизма для вторичной ориентации конических роликов

 

Из бункерного загрузочного устройства конические ролики попадают в накопитель 2, большим или меньшим основанием вниз. Из накопителя ролики попадают на направляющую 7, имеющую паз 8, в конце которого делается перегородка 3. Если ролик попал на направляющую большим основанием, то он перекрывает паз и толкателем 1 перемещается по направляющей и сталкивается в таком же положении в лоток 4. Если ролик попадает меньшим основанием на направляющую, то он опускается в паз 8. Толкатель перемещает его по пазу до перегородки 3, а далее засчет перегородки он переворачивается большим основанием вниз, и в таком положении попадает в лоток.

Рассмотренные примеры не исчерпывают все возможные варианты и приемы ориентирования.