Самонаводящееся устройство для обрабатывающих станков

Союз Советскик Социалистическик Республик3/155 19/06 23) Приоритет31) 69197-А/ суаарственный комите СССР по делам изобретений н открытий(33) Италия 010.81. Бюллетень, Ио ания описания 3010.(54 ) САМОНАВОДЯЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВОСТАНКОВ БРА БАТЫВМО ся к станко ящееся устройстстанковсония, опору дляинструментальленный в патнный с рабощи узла, вклюединительных орых связан сектромагнитом,тания, а втонтом и устасвязи посредс первым элеа установлена ещения в направом плоскости ых элеменв а ель и устан румент, свя кой при пом себя два с лемейта, один из ко оловкой и снабжен э вязанным с блоком и ой связан с инструм овлен с воэможностью твом электромагнита ментом, причем голов возможностью перем енин, перпендикуляр онтакта соединительо Недостаткомявляется низкаяния положения ипатроном относиЦель изобретности регулировчей головки с ино опоры. тройства улировавки с звестного уточность ре рабочей Гол ельно опоры ния - повьта ния положен троном отно ние то я рабо чес фиг сительИзобретение отностроению.Известно самонавво для обрабатывающдержащее блок управобрабатываемой детаный шпиндроне инстчей головчающего взгсР Указанная цель достигается тем, что соединительный узел снабжен ограничителем относительно перемещения двух элементов соединительного узла, в плоскости их контакта, причем электромагнит снабжен дополнительным источником пониженного напряжения.Кроме того, элемент соединительного узла, связанный с головкой,может быть выполнен из двух частей, шарнирно связанных между собой, и снабжен втулкой, установленной с возможностью поворота и аксиального смещения по отношению к элементу, связанному с инструментом, причем втулка связана с ограничителем относительного перемещения двух элементов соединительного узла.Помимо этого, устройство может быть снабжено пневматическим узлом, содержащим регулятор подвода воздуха и, по крайней мере один канал для нагнетания воздуха в промежуток между двумя элементами соединительного узла, причем регулятор подвода воздуха связан с блоком управления.На фиг. 1 изображен центрмеханикой обработки, общий виду на2 - вариант самонаводящегосяройства, частичный разрез на878184 Составитель Т. Юдахинародная ТехредМ.Рейвес Корректор Е. Рошк Редактор Заказ 9655/ илиал ППП "Патеьтф, г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 773 ВНИИПИ Государственного по делам .изобретений 13035, Москва, Ж, Раушфиг. 3 - второй вариант самонаводящегося устройства, разрез на фиг.4разрез А-А на фиг.З; на фиг. 5 - схема системы управления центром механической обработки, изображенным нафиг.1; на фиг. 6 - вид части варианта устройства, представленного нафиг.З; на фиг. 7 - ряд фаз при работе, выполняемой устройством, котороепоказано на фиг.6.Устройство содержит основание 1центра механической обработки,оборудованное стационарным рабочимстолом 2, на котором крепится подлежащая обработке деталь 3. К основанию 1 крепятся две передние колонны 4, перекрытые перекладиной 5. Узаднего края основания 1 имеютсявертикальные боковые стены 6, соединенные задней стеной 7, которые сверху перекрыты второй перекладиной 5и прилегающей зубчатой рейкой 8. 20Перекладины 5 соединены при помощизначительного количества продольныхбалок, концы 9 которых соединены вФорме каретки, скользящей по перекладинам 5. У дальнего конца каретки в зацеплении с закрепленной зубчатой рейкой 8 может быть установлена шестерня, приводимая во вращение при помощи шагового двигателя10. Им управляет соответствуюшийблок 11 управления посредством выдачи числа импульсов, пропорционального движению, которое соответствующая балка 12 должна совершать вдольоси Х,Обрабатывающие головки 13 имеютсуппорты 14, которые скользят побалкам 12 в направлении оси У. Дляэтой цели к каждому суппорту 14 крепится шестерня 15, которая входит взацепление с зубчатой рейкой 16,неподвижно соединенной с балкой 12,и которая приводится в движениевторым шаговым двигателем 17, управляемым блоком 11.Каждый суппорт 14 снабжен третьей 45шестерней 18 (фиг.2), приводимой вовращение третьим шаговым двигателем19, который также управляет блоком11. Шестерня 18 зацепляется с. зубчатой рейкой 20, нарезанной на барабане 21 обрабатывающей головки 13 сцелью осуществления движения головкипо оси Е. Вал 22 имеет возможностьвращения внутри барабана 21 и соединен через коробку передач 23 с электродвигателем,24 для приведения во 55вращение закрепленного в патроне 25инструмента 26. Патрон 25 установленв обрабатывающей головке 13 с возможностью движения, которое описанониже. 60Смена патрона 25 в связи с выполняемыми технологическими операциями осуществляется автоматически.Для этой цели к задней стене 7 (фиг.1)крепится стеллаж 27 с инструментом 26, на котором в заранее определенном порядке размещены различные применяемые патроны 25. Предусмотреныдва блока программирования 28 (фиг.5),служащие для обеспечения блоков 11информацией, необходимой шаговым двигателем 10, 17 и 19 для выдачи каждойголовке 13 команд о возвращении настеллаж инструмента, работающего наопределенной операции, о поиске нового инструмента, работающего на определенной операции, о поискеновогоинструмента, его снятии с соответствующей ячейки стеллажа 27 и обустановке головки 13 в требуемое положение по отношению к обрабатываемой детали 3.Два блока 28 программирования управляются через устройство обработки данных, например через мини-ЭВМ.Для каждой головки 13 предусмотренблок регистрации 29, активизация ко,торого осуществляется через ручноеуправление, включая триггер 30,осуществляющий запись программ.Патрон 25 (фиг.2) соединен с обрабатывающей головкой 13 посредствоммуфты 31, которая может быть иливысвобождена с целью обеспечения определенного смещения патрона 25 поотношению к головке 13, или закреплена с целью жесткой фиксации патрона 25 в головке 13. Муфта 31 включаетпервую деталь, в качестве которойиспользуется втулка 32, неподвижносоединенная с барабаном 21. У нижнего торца втулки 32 находится бронзовое кольцо 33, в котором имеетсяопорная плоскость 34 для второй детали 31, в качестве которой используется диск 35 патрона 25.Кроме того, во втулке 32 помещается электромагнит 36 с обмоткой 37,которая запитывается двумя различными напряжениями по сигналу блока 11управления (фиг.5): первое напряжение равно 8 В, а второе - 25 В.Элек-,тромагнит 36 имеет воздушный зазормежду двумя деталями, одна иэ которых - сердечник 38 обмотки 37, авторой деталью служит диск 35 патрона 25.Диск 35 снабжен двумя отверстиями39 и 40, предусмотренными для установки двух осевых штифтов 41, соединенных с сердечником 38 электромагнита 36 в диаметрально противоположных местах. Диаметры отверстий 4,0превышают диаметры штифтов 41, и этообеспечивает определенный ход патрона 25 по отношению к втулке 32.Патрон 25 снабжен коротким валиком 42, который вращается вместе синструментом 26 и служит для сцепления со шпинделем головки 13. Этотшпиндель включает гильзу 43, котораяна верхнем торце имеет два одинаковыхспиральных паза 44, расположенныхпод углом 180 друг к другу,отверстия 55, находящиеся в диске35, почти уравновешивает действиеэлектромагнита 36. По .этой причинеэлектромагнит 36 удерживает патрон25 и может происходить радиальноесмещение патрона в пределах,определяемых диаметром отверстий 40, ивеличиной воздушного зазора междуплоскостью 34 и диском 35. Это движение передается также на гильзу 43и на ось 46, в то время как вал 22может оставаться в спокойном состоянии благодаря шарнирному соединению 47,При таком соединении патрона 25с обрабатывающей головкой последняятеперь смещается по сигналу блоков11 и 28 (фиг.5) до тех пор, пока недостигнет, в пределах допуска, установленного шаговыми двигателями 10и 17 положения, занимаемого обрабатываемойдеталью 3, представленной вкачестве примера с наибольшим глухимотверстием во втулке, установленнойв обрабатываемую деталь 3.Обрабатывающая головка 13 теперьдвижется вниз при помощи шаговогодвигателя 19 для того, чтобы совместить инструмент 26 с отверстием57. Если инструмент 26 не находитсяточно на одной прямой с отверстием57, такое взаимное положение вызывает смещение инструмента 26 по отношению к валу 22. Как только необходимое положение инструмента 26достигнуто, шаговый двигатель 19останавливается, так как инструмент26 достиг пределов своего поступательного движения. После этого двигатель выдает сигнал в блок 11 управления, который подает команду о запитке электромагнита Зб с током с напряжением 24 вольта и одновременно о прекращении подачи воздуха в шланг 54. Таким образом, патрон 25 остается жестко закрепленным с втулкой 32, и электродвигатель 24 может быть использован для целей механической обработки.В конце механической обработки обрабатывающая головка 13 сначала поднимается, а затем движется для того, чтобы вернуть патрон 25 на стеллаж 27. Теперь подача энергии в электромагнит 36 полностью прекращена, и сжатый воздух подается в выпускные отверстия 55. В это время сжатый воздух, уже не уравновешиваемый подаваемой в электромагнит 36 энергией, может преодолеть действие упругого кольца 52 на шарики 51,так что патрон 25 отделяется от обрабатывающей головки 13 и возвращается на соответствующее место на стеллаже 27 (фиг.1).Согласно другому варианту выполнения устройства обрабатывающая головка 13 приспособлена для крепления в ней чувствительного инструмента. 35 Два ридальных штифта 45, имеющиеся в оси 46, которая соединена с валом 22 через шарнирное соединение47, заходят в пазы 44. Между гильзой43 и осью 46 помещена нажимная пружина 48, которая заставляет гильзу 43двигаться в направлении вниз, как этопоказано на чертеже.Имеющийся в патроне 25 короткийвалик 42 снабжен двумя радиальнымиштифтами 49, назначение которых -входить в два паза 50, сделанные дляэтого .в гильзе 43, и приводить инструмент 26 во вращение. Ряд шариков 51, находящихся в упругом кольце 52, служат для поддержания патрона 25 в осевом положении в тех случаях, когда отсутствует полная запитка электромагнита Зб.Во втулке 32 имеется также кольцевой канал 53, в который поступаетсжатыйвоздух через гибкий шланг 2054. Через четыре осевых канала, изкоторых на фиг; 2 виден только один,канал 53 соединен с таким количеством выпускных отверстий 55, имеющихся в бронзовом кольце 33, какое 25необходимо для создания воздушногозазора или подушки между плоскостью34 кольца 33 и прилегающей плоскостьюциска 35.Наконец, в кольце 33 имеется датчик 56, предназначенный для выдачисигналов о присутствии патрона 25и прекращении как подачи воздуха,так и запитки электромагнита 36,пока патрон 25 соединен с головкой 13.Самонаводящееся устройство, работает следующим образом.Когда обрабатывающая головка подвешена к месту хранения на стеллаже27 нового инструмента 26 (фиг.1), 40патрон 25 уже расположен так, чтоотверстие 40 находится в соответствии с осевым штифтом 41 (фиг.2),при этом гильза 43 может быть развернута на любой угол по отношению к 45короткому валику. Если штифты .49ие заходят в пазы 50, то гильза 43отталкивается вверх в противоположном направлении от направления действия пружины 48; В этом случае спи Оральные пазы 44 вместе со штифтами45 вызывают. вращение гильзы 43 дотех нор, пока пазы 50 не будут находиться на одной линии со штифтами49. Затем пружина 48 вызывает отскакивание вниз гильзы 43, котораяпреодолевает силу действия упругогокольца 52 и достигает положения, показанного на фиг.2.В этот момент блок 11 управления.(Фиг.5 выдает сигнал о запитке )электромагнита 36 током с напряжением 8 В и о подаче сжатого воздухачерез шланг 54 в каналы 53. Давление воздуха регулируется таким образом, что его действие через выпускныеСуппорт обрабатывающей головки 13несет на себе. барабан 58 (фиг.3),имеющий возможность вертикальногоскольжения (этот барабан аналогиченбарабану 21, показанному на фиг.2).Ниже барабана 58 имеется неподвижная втулка 59, к которой крепится5бронзовое кольцо 60. В кольце 60сделаны четыре осевых канала 61,снабжаемые воздухом через кольцевойканал 62 и оканчивающиеся в выпускномотверстии 63, имеющемся в нижнем торце,Втулка 5.9 содержит электромагнит36, аналогичный тому, какой показанна фиг, 2, магнитный контур которого состойт из диска 64, соединенного с патроном 65. Диск 64 несетна себе гильзу 66, внутри которойс определенным входом скользит плунжер 67, крепящийся своим основаниемк диску 68 патрона 65. Диск 68 соединен с диском 64 при наличии угловогоразворота посредством штифта 69,который заходит в паэ 70, имеющийся вдиске 64, К верхнему торцу плунжера67 подходит короткий валик 71, сверхук валику подводится датчик 72, который предназначен для выдачи предусмотренным образом сигналов о любом движении короткого валика по оси.Между коротким валиком 71 и заплечиком 73 гильзы 66 .расположена первая нажимная пружина 74, вторая нажиная пружина 75 расположена междудиском 68 и гильзой 66. Усилие пружины 74 превосходит усилие пружины 75,в результате чего патрон 65 обычнозанимает верхнее положение, показанное на фиг.З.Диск 64 имеет два диаметральнорасположенных отверстия 76, в которыевходят с определенным люфтом два закрепленных штифта 77, сидящих в коль.це 60. На кольце 60, кроме. того,расположены два упругих штифта 78, которые также расположены на разныхконцах диаметра и.чередуются со штифтами 77. Каждый штифт 78 закрепленв поршне 79 (фиг.З), скользящем внутри расточенного в кольце 60 цилиндра80, и при помощи нажимной пружины81 смещается вниз. Предусмотрено,чтобы штифты 78 входили в пазы 82диска 64, вследствие чего установленный в диске инструмент долЖен двигаться только по оси Х.Между нижним, торцом поршня 79 ицилиндром 80 имеется воздушная камера 83, заполняемая воздухомпосту-,пающим по радиальным каналам 84 иугловому каналу 85 от внешнего шланга 86 (фиг,З),Четыре полые цилиндрические плун- щжера 87, расположенные по периметрупод углом 90 О друг к другу, причемкаждый из них изготовлен за одно целое с поршнем 88, который скользитвнутри цилиндрического глухого отверстия 89, могут взаимодействовать с цилиндрической поверхностью 90 короткого валика 71. Пружина 91 смещает каждый поршень 88 внутрь, в это время сжатый воздух может поступать в кольцевую камеру 92 через ряд трубопроводов 93 и 94. Обычно .каждый поршень останавливается напротив кольца 95 (фиг.З) так, что оставляет определенный зазор между концом центрирующего плунжера 87 и поверхностью 90. Два плунжера 87 расположены соответствующим образом под углом 90 ф друг к другу по осям Х и У, в каждом из них установлен датчик 96 положения; аналогичный датчику 72Патрон 65 состоит из поршня 97, имеющего воэможность вертикального хода с помощью пневматического средства и снабженного у основания шлицом 98, в который попадают два выступа 99, принадлежащие двум захватам 100. Эти захваты поворачиваются на двух штифтах 101 патрона 65 и предназначены для захвата детали 102 и приведения ее к месту установки отверстию 103 в детали 104.Обрабатывающая головка, иэображенная на фиг, 3 и 4, действует следующим образом.Предположим, что патрон 65 может перемещаться в двух направлениях Х и У, так что пазы 82 не будут нужны, и если бы это было основное применение, предусмотренное для этой системы, могут не выполняться на диске 64.Во-первых, блок 28 программирования и блок 11 управления (фиг.5) заставляют обрабатывающую головку 13 смещаться для того, чтобы привести ее в соответствие с патроном 25, отобранным на стеллаже 27 (фиг.1). Блок 11 управления (фиг.5) заставляет сжатый воздух поступать в шланги 86 (фиг.З), так что через каналы 85 и 84 штифты 78 втягиваются за счет преодоления действия пружины 81 Блок 11 теперь выдает сигнал о подаче в электромагнит 36 (фиг.З) тока с напряжением 8 В, соединяя при этом диск 64 с обрабатывающей головкой 13Теперь путем действия пружины 91 на поршни 88 производится первое центрирование плунжера патрона в рабочей головке 13. После этого сжатый воэдух подается в трубопроводы 94 и 93, таким образом, четыре плунжера 87 втягиваются, а сжатый воздух поступает в выпускное отверстие 63 так, что приводит диск 64 в состояние свободного движения по отношению к головке 13, как это показано на фиг. 2. Затем через блок 11 управления, блок 28 программирования заставляет патрон 65 переместиться в положение (не показано), в котором возможен подвод шланга 86 (фиг.З). Теперь поршень приведен в рабочее сос - тояние, т.е. начинается его днижение вверх так,что захваты 100 зацепляют деталь 102, которая находится в расчетном положении, определяемом при помощи команд блока 28 программирования, при схождении захватов 100 инструмент 65 смещается по отношению к обрабатывающей головке 13, заставляя диск 64 скользить по кольцу 60.Этому процессу способствует входящий че- рез выпускное отверстие 63 сжатый воздух, так что создается воздушный зазор между двумя поверхностями - диска 64 и кольца 60, которые находятся в непосредственном соприкосновении.В конце хода поршня 97 головка 13 уже движется вверх, а сжатый воздух больше не подается в трубопроводы 94 и 93Через тело плунжеров 87 пружина 91 теперь центрирует плунжер 67 вместе с диском 64, патроном 65 и детально 102. На электромагнитв этом случае подается ток напряжением 20 24 В, и сжатый воздух выходит иэ выпускных отверстий 63, в результате чего патрон 25 остается жестко соединенным с головкой 13.Теперь обрабатывающая головка 13 25 приведена в соответствие с местом установки отверстия 103 в детали 104, в которое ставится деталь 102. Если положение, занятое под воздействием команд, поступающих от блока ЗО 11, не точно совпадает с заданным, .то начинается поисковое перемещение, управляемое при помощи двух датчиков 72 и 96, которые приводятся в действие блоком 11 выборочно через соответствующий мультипликатор 105 и которые передают в мини-ЭВМ соответствующие данные, переводимые в цифровые значения преобразователем 106.Поисковым перемещением управляет мини-ЭВМ 107 оно выражается в спиральО ных движениях головки 13.Более конкретно это выражается в том, что когда деталь 102 касается детали 104 без центрирования относительно отверстия 103,пружина 75 сжи мается, при этом короткий валик 71 движется вверх, заставляя датчик 72 выдавать сигнал, который в сочетании с показаниями достигнутой инструментом высоты вызывает соответствую О щее поисковое чередование. Пружина 75 может быть также сжата на других фазах цикла, например, из-за невозможности захватить штифт или иэ"эа безуспешного поиска детали, или 55 из-за иных неожиданно встречающихся препятствий В этих случаях датчик 72 выдает один и тот же сигнал о повторе чередований цикла столькО раз, сколько необходимо. Когда достигнуто желаемое положение, датчик 60 72 выдает об этом сигнал. Деталь 102 устанавливается в место установки отверстия 103, после чего поршень 97 приходит в действие и открывает захваты 100. Если место установки отверстия 103 или детали 102 снабжено камерой или другим подходящим вводным средством, поисковое перемещение прекращается пока электромагнитом 36, к которому подведено напряжение 8 В, осуществляется движение установки детали 102 в установочноеотверстие 103 и создан воздушный зазор..Когда патрон 25 необходимо возвратить на стеллаж (фиг.1), блок 11 управления заставляет головку 13 двигаться к соответствующему месту хра.нения.патрона, после чего полностью прекращается подача энергии в электромагнит 36, а воздух опять подается в выпускные отверстия 63.Сжатый воздух обеспечивает освобождение патрона 25 из головки 13.Если устанавливаемой детальюявляется винт, то патрон может бытьснабжен отверткой 108 (фиг.6), закрепленной в шпинделе 109, которыйприводится во вращение собственнымэлектродвигателем 110 через коробку передач 111, В этом случае валик 71 делается полым для того, чтобы в неговходила пружина 112 расположенная между самим коротким валиком и заплечиком плунжера 113, соединенного посрецством двух пазов 114, соответствующим двум штифтам 115 шпинделя 109. Этот шпиндель 109 далее может перемещаться по отношению к головке13 благодаря муфте 31, которая аналогична показанной на фиг. 2 и 3. Кроме того, короткий валик 71 может быть подвергнут осевому перемещению по отношению к наконечнику отвертки 108. Через плунжер 87 это движение реги трируется датчиком 72.Для пояснения соответствующего движения плунжера 113 по отношению к короткому валику 71 (фиг.7) плунжер 113 изображен в виде указателя 116, перемещающегося по отношению к шкале 117 обрабатывающей головки 13В первой фазе (фиг. 7 а,в), если головка 13, управляемая блоком 11 и, возможно, совершающая поисковое движение, приводит винт 118 в положение, соответствующее отверстию 119 в детали 120, то пружина 112 (фиг.6) не сжата и машина переходит в следующую фазу. С другой стороны, если пружина сжата, например, из-за того, что не найдено отверстие (фиг.7 в) датчиком 72 об этом выдается сигнал, который создает в программе команду безусловного перехода и обработка прекращается (подавление).Во второй фазе (фиг. 7 с, д) отвертка 108 установлена в нужное по" ложение, т.е. еще не повернута. Если пружина 112 сжата, машина переходитк следующей фазе, с другой стороны, если пружина не сжата, это значит, что резьбовая деталь 121., в которую заворачивается винт 118, инструментомне найдена или не найден винт 118, или резьба винта или детали сорвана, В этом случае выдаваемый датчиком 72 сигнал о том, что пружина 112 не сжата, вызывает прекращение обработки.5В третьей фазе (фиг. 7 а,Г) отвертка 108 вращается до тех пор, пока винт 118 не дойдет до упора в деталь 120, вызывая, остановку электродвигателя 110 (фиг.6), Если все в порядке, пружина 112 не сжата и пригонка деталей выполнена правильно. С другой стороны, если пружина 112 сжата, то означает, что винт при заворачивании не занял своего места, и, следовательно, не коснется детали 120, так 15 что в этом случае обработка, тоже .прекращается, и деталь бракуется.Следовательно, запйтка электромагнита 36 двумя различными токами в каждом случае создает два различ ных условия для муфты 31: в первом случае патрон 25 (65) может подвергнуться определенному смещению по отношению к головке 13,в то время как во втором патрон 25 (65) жестко устанавливается по отношению к самой ,головке 13.Электромагнит может быть заменен иным механическим или гидравлическим средством, пригодным для приведения в движение двумя различными путями с целью обеспечения хода патрона в обрабатывающей головке - одним путем и с целью жесткого закрепления патрона в головке - другим путем.Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность обработки и производительность труда.40Формула изобретения1. Самонаводящееся устройство для обрабатывающих станков, содержащее блок управления, опору для обрабатываемой детали, инструментальный шпин- дель и установленный в патроне инструмент, связанный с рабочей головкой при помощи соединительного узла,включающего в себя два элемента, первыйиз которых связан с головкой и снабжен, например, электромагнитом,связанным с источником питания, а второйсвязан с инструментом и установлен свозможностью связи посредством электромагнита с первым элементом, причемрабочая головка установлена с возможностью перемещения в направлении,перпендикулярном плоскости контактадвух элементов соединительного узла,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности регулирования положения рабочей головкис патроном относительно опоры,соединитЕльный узел снабжен ограничителемотносительного перемещения двух указанных элементов в плоскости их контакта, причем электромагнит снабжендополнительным источником пониженного напряжения.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что элемент,связанный с головкой, выполнен издвух частей, шарнирно связанныхмежду собой.3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем,что элемент,связанный с инструментом, снабженвтулкой, установленной с воэможностьюповорота и аксиального смещения поотношению к элементу, связанному синструментом, причем втулка связанас ограничителем относительного перемещения двух элементов соединительного узла.4. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено пневматическим узлом, содержащимрегулятор подвода воздуха и по крайней мере один канал для нагнетаниявоздуха в промежуток между двумяэлементами соединительного узла,причем регулятор подвода воздухасвязан с блоком упраэления.Источник информации,принятые во внимание при экспертизе1. Рашкович М.П. и др. Индуктивные преобразователи для автоматизации металлорежущих станков. М., Маши-.ностроение, 1969, с. 106-111.