Направляющие качения

Для направляющих качения характерны низкая сила трения (10…40 Н) и ее независимость от скорости рабочего органа, благодаря чему достигаются равномерность медленных движений, снижение мощности привода подачи и высокая точность позиционирования (зона нечувствительности направляющих качения по сравнению с парой трения чугун-чугун снижается в 10-12 раз). Значительно меньшая, чем в направляющих с гидростатической смазкой, переориентация рабочего органа обусловливается только податливостью направляющих, которая значительно ниже податливости направляющих других типов. Для направляющих качения характерна высокая долговечность, так как при хорошей защите их износ на порядок ниже, чем износ направляющих полужидкостного трения. К недостаткам направляющих качения относятся низкое демпфирование в направлении движения при малых скоростях движения и сравнительно высокая стоимость.

Направляющие качения применяют в обрабатывающих центрах сверлильно-фрезерно-расточной группы, станках с ЧПУ высокой точности малых и средних размеров, круглошлифовальных, бесцентрово-шлифовальных стан­ках.

1 НАПРАВЛЯЮЩИЕ БЕЗ ЦИРКУЛЯЦИИ ТЕЛ КАЧЕНИЯ

В конструкцию направляющих входят за­каленные планки, прикрепляемые к столу и станине, тела качения (шарики или ролики), сепараторы, устройства для создания предварительного натяга и для защиты направляющих от загрязнений.

Направляющие без циркуляции тел качения применяются при небольшой длине хода узла (до 1 м).

Направляющие бывают незамкнутыми и замкнутыми. Отрыву подвижно­го узла, установленного на незамкнутых направляющих (рис. 12.1, а, б), пре­пятствуют его сила тяжести и вертикальная составляющая силы резания. Не­замкнутые направляющие качения могут быть только горизонтальными. Замкнутые направляющие (рис. 12.1, в-е) сложнее и дороже незамкнутых, однако благодаря создаваемому натягу обладают высокой точностью и жест­костью. Они могут быть не только горизонтальными, но и вертикальными, и наклонными.

В конструкциях направляющих качения используются поверхности тех же форм, что и в направляющих скольжения. Применение шариков или роликов дает большое число их исполнений.

Шариковые направляющие со встречными призмами (рис. 12.1, в) отли­чаются простотой конструкции, однако не могут воспринимать больших нагрузок и легко повреждаются в результате перетяжки элементов, регули­рующих натяг. Направляющие типа "ласточкин хвост" (рис. 12.1, г) по сравнению с другими имеют более высокую жесткость, хорошо регулируются, но отличаются сложностью в изготовлении; применяются при малой и средней массе подвижного узла. Прямоугольные роликовые направляющие (рис. 12.1,д) просты по конструкции и в изготовлении, имеют высокую жесткость в гори­зонтальной плоскости, но недостаточную при работе планок на отрыв. Недо­статком их являются и большие габариты. Применяются при средней массе подвижного узла и большом опрокидывающем моменте.

Ролики в призматических направляющих (рад. 12.1, е) из-за малого диа­метра могут проскальзывать, что приводит к повышенной силе трения. На работоспособности направляющих сильно сказываются погрешности углов призм.

Шариковые или роликовые направляющие выбирают в зависимости от нагрузки. Для роликовых направляющих допускаемая нагрузка в 20-30 раз больше, чем для шариковых. При больших нагрузках используются направляющие в виде накладных планок из закаленной цементируемой стали 20Х, а при малых— как стальные, так и чугунные.

В качестве сепараторов применяются штампованные стальные пластины с прямоугольными (рис. 12.2) или круглыми гнездами, стальные составные пластины, а также роликовые цепи.

Направляющие смазываются пластичным смазочным материалом или мас­ляным туманом. Для защиты от загрязнений применяются лабиринтные уп­лотнения, расположенные вдоль них (рис. 12.3, а, б. Со стороны торцов к столу прикрепляют щитки или стальные ленты (рис. 12.3, в).

2 НАПРАВЛЯЮЩИЕ С ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ТЕЛ КАЧЕНИЯ

Направляющие, оснащенные комплектными элементами в виде роликовых опор, применяются в станках с ЧПУ, узлы которых при значительных нагрузках имеют большой ход.

Роликовая опора Р88 включает направляющую (корпус) 1 (рис. 12.5), циркулирующие вокруг нее ролики 2, препятствующие выпаданию роликов обоймы 4, винты 5 и штифты 6 для крепления обоймы к направляющей 1, а также винты 3 и штифты 7 для крепления опоры к подвижному узлу станка. Стандартные роликовые опоры бывают нормальной Р88, узкой Р88У и широ­кой Р88Ш серий.

Незамкнутые направляющие с роликовыми опорами (рис. 12.6, а) приме­няются только для горизонтального перемещения и не могут воспринимать больших опрокидывающих моментов. Замкнутые направляющие (рис. 12.6, б) сложнее незамкнутых и могут быть применены для горизонтального и вертикального движений. Наиболее технологичны прямоугольные направляющие. Чтобы исключить изгибные деформации, замкнутые направляющие монтируют так, чтобы каждая роликовая опора взаимодействовала с противостоя­щей опорой. Другими словами, роликовые опоры применяются парами. На­пример, в конструкции на рис 12.6, б опоры 1 и 2 воспринимают силу тяжести стола и вертикальные рабочие нагрузки, опоры 3 и 5 препятствуют отрыву сто­ла, опоры 4 и 6 создают направление стола в горизонтальной плоскости. С помощью предварительного натяга повышают жесткость направляющих и не допускают отрыва подвижного узла под действием разных по направле­нию и значению нагрузок. При создании натяга пружинами и винтом (рис. 12.7) достигаются наилучшая самоустановка опоры и минимальное сопротивление движению, но жесткость почти в 3 раза ниже по сравнению с регулировкой клиньями.

3.19 Промышленные роботы

Промышленные роботы (ПР) являются универсальным средством комплексной автоматизации производственных про­цессов.

Промышленный робот (ГОСТ 25686—85) — автоматическая ма­шина, стационарная или передвижная, состоящая из исполни­тельного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства про­граммного управления, для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.

Классификация роботов:

l По назначению

технологичные

загрузочные

l По специализации

по виду станка(напольные, пристаночные,подвесные)

тела вращения

по весу

число степеней свободы

l Структура

плоская

пространственная

l Система координат

декартовая

полярная

для роботов (прямоугольная, цилиндрическая, криволинейная (сферическая))

l Рабочая зона робота

l Скорость перемещения

l Точность позиционирования

Модули:

l Подвижное основание

l Неподвижное основание

l Неподвижная колонна

l Подвижная каретка

l Выдвижная рука

l Подвижная кисть

l Захватное устройство

Движения: ПП, ВП, ПВ, ВВ, ПВП и т. д.

В настоящее время ПР используют в промышленном производ­стве для выполнения как технологических (пескоструйная об­работка, нанесение лакокрасочных покрытий, точечная и шовная сварка, клепка, сборка и т. д.). так и вспомогательных операций (обслуживание прессов, молотов, металлорежущих станков, пере­грузка и транспортирование материалов и заготовок и т. д.). Промышленные роботы позволяют интенсифицировать использо­вание технологического оборудования, выравнивать и стабили­зировать производительность отдельных станков, повышать смен­ность работы оборудования, уменьшать дефицит вспомогательного персонала и рабочих основного производства. Робот не утом­ляется, он практически нечувствителен к условиям труда. Мораль­ное старение ПР происходит очень медленно, так как при смене объектов производства требуется только замена простой и недо­рогой оснастки и смена программы. Поэтому они могут много­кратно использоваться.

Роботы позволяют освободить человека от выполнения тяже­лого, быстро утомляющего ручного труда, а также в тех случаях, когда работа связана с использованием вредных веществ.

Наиболее эффективно применение ПР в условиях многономен­клатурного производства, требующего частой смены выпускаемых изделий и соответствующих изменений технологического процесса и переналадки оборудования. В этих условиях в наибольшей степени используются универсальные свойства роботов.

Роботы позволяют проводить комплексную автоматизацию не только по видам технологии (сварка, штамповка и т. д.), но и по видам производства, включая создание автоматизированных

производственных комплексов вплоть до полностью автоматизи­рованных цехов и заводов будущего с многономенклатурным производством.

При автоматизации металлорежущего оборудования с помощью ПР производят установку заготовок в рабочую зону станка, снятие заготовок со станка и раскладку их в тару (накопитель), передачу заготовок от станка к станку, кантование заготовок в процессе обработки, очистку базовых поверхностей заготовок и приспособлений и смену инструмента. Однако не следует забы­вать, что при использовании ПР для выполнения технологических операций или обслуживания технологического оборудования не­обходимо создавать специальную оснастку, обеспечивающую не­прерывную работу оборудования. При этом к организации про­изводства предъявляются повышенные требования, в частности к обеспечению заготовками, а также к качеству последних (их точности).

В зависимости от информационных возможностей ПР подраз­деляют на три поколения.

Роботы I поколения (с обучением) получили широкое приме­нение в машиностроительной промышленности. Они обладают способностью запоминать программы выполнения разнообразных операций. Эти роботы имеют очень ограниченные возможности по восприятию рабочей среды и не могут адаптироваться к окру­жающей обстановке, для нормального функционирования тре­буют специальной ориентирующей оснастки. Работают по жесткой программе, что существенно упрощает их конструкцию, облег­чает переналадку.

Роботы II поколения (адаптивные) с помощью сенсорных или тактильных датчиков воспринимают информацию о внешней среде. В них частично заложена организующая система управле­ния, обучения и адаптации с использованием ЭВМ. Такие роботы имеют основную программу и подпрограммы, которые выбираются в зависимости от информации, полученной от внешней среды. Следовательно, такие роботы, имеющие ЭВМ или обслуживаемые ЭВМ, обладают «зрением» и «осязанием» и способны ориентиро­ваться в окружающей обстановке.

Роботы III поколения (интеллектуальные) наделены искус­ственным интеллектом и обладают способностью самообучения. Они получили название «разумных» или «думающих» роботов и способны распознавать предметы в пространстве, вырабатывать планы решения поставленных перед ними задач и контролировать выполнение последних. В данном случае задается конечная цель работы, т. е. лишь алгоритм поиска. Информационные возможности роботов III поколения значительно выше, чем роботов II поколе­ния. Для управления интеллектуальными роботами требуются средства вычислительной техники, часто большие ЭВМ.

По степени универсальности различают промышленные ро­бота:

универсальные, предназначенные для выполнения комплекса как основных, так и вспомогательных операций, независимо от типа производства с автоматической сменой захватного устройства и обладающие наибольшим числом степеней подвижности;

специализированные, служащие для выполнения технологи­ческих операций определенного вида или обслуживания оборудо­вания определенного класса (производство кузнечное, литейное, механосборочное и т. д.) с автоматической сменой захватного устройства и обладающие ограниченным числом степеней подвиж­ности;

специальные, предназначенные для- выполнения только опре­деленных технологических операций или обслуживания кон­кретного оборудования по строго зафиксированной программе и обладающие одной — тремя степенями подвижности. По характеру выполняемых операций различают ПР: операционные, непосредственно выполняющие операции техно­логического процесса (окраска, сварка, клепка, сборка и т. п.); транспортные или обслуживающие, выполняющие вспомога­тельные переходы или операции перемещения (взять — перенести — установить и т. д.) при обслуживании технологического обору­дования, конвейерных линий и складов.

В зависимости от характера конструктивного исполнения и связи со станком бывают ПР стационарные (напольные), подвес­ные (устанавливаемые непосредственно на станке, подвешенные на специальной опоре портального или консольного типа) и пере­движные.

По грузоподъемности ПР делятся (ГОСТ 25204—82) на сверх­легкие (0,08—1,0 кг), легкие (1,25—10 кг), средние (12,5—200 кг) и тяжелые (250—1000 кг).

В зависимости от типа силового привода рабочих органов различают ПР с гидроприводом, пневмоприводом, электропри­водом и комбинированным приводом.

Значительная часть промышленных роботов, применяемых в ма­шиностроении, относится к группе вспомогательных (подъемно-транспортных). Очи предназначены главным образом для обслужива­ния основного технологического оборудования (станков, прессов и других рабочих машин). Применение таких роботов обусловлено необходимостью гибкой автоматизации вспомогательных операций: установки-снятия заготовок и деталей, смены инструментов и осна­стки, очистки базовых поверхностей деталей и приспособлений, контроля размеров заготовок и деталей. Кроме того, подъемно-транспортные промышленные роботы могут осуществлять установку заготовок в ориентированном виде в накопителе, на транспортере, выполнять транспортно-складские операции (при обслуживании автоматизированных складов), обеспечивать транспортные потоки заготовок, деталей и инструментов как между отдельными станками, так и в пределах всего цеха. Обслуживающие промышленные ро­боты взаимодействуют с основным технологическим оборудованием, транспортными механизмами и другим вспомогательным оборудова­нием. Они являются в этом случае частью гибкого производствен­ного модуля. Вспомогательные промышленные роботы позволяют, таким образом, повысить производительность и технологическую гибкость основного оборудования, обеспечить комплексную автома­тизацию производства.

Роботы разделяют также в зависимости от системы координат, в которой они работают: декартовой (прямоугольной), цилиндри­ческой, сферической и смешанной.

Число степеней подвижности манипуляторов зависит от компо­новки станка, размеров, расположения и доступности его рабочей зоны, схемы движений при обслуживании, а также выбранной ком­поновочной схемы гибкого производственного модуля или комплекса. Исходя из компоновки, можно выделить две основные группы стан­ков: с горизонтальной осью шпинделя, с вертикальной осью шпин­деля и горизонтальным столом. В станках первой группы заготовка должна подаваться на линию центров станка и затем устанавли­ваться в патроне или центрах за счет осевого движения. В станках второй группы заготовка сначала должна подаваться в рабочую зону выше базовой плоскости стола, а затем устанавливаться на ней за счет вертикального перемещения. Загрузка и разгрузка станка по любой из этих схем требует минимум трех степеней по­движности манипулятора для установочных (поступательных и вра­щательных) движений руки относительно координатных осей Л", V и 2. Если установка и ориентация заготовки в патроне или зажим­ном приспособлении осуществляется независимыми движениями, то число степеней подвижности манипулятора увеличивается. В общем случае для перемещения тела в пространстве и его произвольной ориентации робот-манипулятор должен иметь шесть степеней по­движности: три для осуществления рукой установочных перемещений и три для ориентирующих движений кисти. Передвижные промыш­ленные роботы имеют, кроме того, степени подвижности, связанные с транспортными движениями.

При проектировании специализированных и специальных про­мышленных роботов число степеней подвижности обычно принимают минимально необходимым для данной технологической задачи.! Выбранному числу степеней подвижности могут соответствовать различные варианты кинематической структуры манипулятора, за­висящие от вида и последовательности расположения кинематиче­ских пар — вращательных (В) и поступательных (П). Для каждого сочетания пар возможно несколько структурных кинематических схем, отличающихся взаимным расположением звеньев и формой рабочего пространства манипулятора.

Перемещение кисти робота в прямоугольной плоской системе координат обеспечивается с помощью двух прямолинейных дви­жений (а), в прямоугольной объемной системе координат - - с помощью трех прямолинейных движений (б, в), в цилиндрической системе коор­динат— с помощью двух прямолиней­ных и одного вращательного движе­ний (а) или двух вращательных и одного прямолинейного движения {б, в), в сферической системе координат — с помощью двух вращательных и од­ного прямолинейного движений (а) или трех вращательных движений (б, в).

Число степеней подвижности промышленного робота опреде­ляется общим числом поступательных и вращательных движений манипулятора, без учета движений зажима-разжима его схвата. Большинство промышленных роботов в машиностроении имеет до пяти степеней подвижности.

Рабочая зона определяет пространство, в котором может пере­мещаться схват манипулятора. Обычно оно характеризуется наиболь­шими перемещениями захватного устройства вдоль и вокруг каждой оси координат.

Мобильность промышленного робота определяется его способ­ностью совершать разные по характеру движения: перестановочные (транспортные) перемещения между рабочими позициями, находя­щимися на расстоянии, большем, чем размеры рабочей зоны мани­пулятора; установочные перемещения в пределах рабочей зоны, опре­деляемой конструкцией и размерами манипулятора; ориентирующие перемещения схвата, определяемые конструкцией и размерами ки­сти — конечного звена манипулятора. Промышленные роботы могут быть стационарными, не имеющими перестановочных перемещений, и передвижными, обеспечивающими все названные виды дви­жений.

Быстродействие определяется наибольшими линейными и угло­выми скоростями перемещений конечного звена манипулятора. Большинство промышленных роботов, применяемых в машинострое­нии, имеет линейные скорости манипулятора от 0,5 до 1,2 м/с, а угло­вые — от 90 до 180 °/С.

Погрешность позиционирования манипулятора характеризуется средним значением отклонений центра схвата от заданного положе­ния и зоной рассеяния данных отклонений при многократном повто­рении цикла установочных перемещений. Наибольшее число про­мышленных роботов, применяемых в машиностроении, имеет погреш­ность позиционирования от ±0,05 до ±1,0 мм. Устройства программ­ного управления промышленных роботов могут быть цикловыми (индекс Ц), числовыми позиционными (индекс П), контурными (индекс К) или контурно-позиционными (индекс С). Приводы ис­полнительных органов промышленных роботов могут быть элек­трическими, гидравлическими, пневматическими или комбиниро­ванными, например, эле

9.1. Структурные схемы механических рун

9.1. Структурные схемы механических рун

3.20 Пути повышения производительности, точности, надежности, гибкости и степени автоматизации станков.