2.4. Способы и средства транспортирования, автоматической подачи и ориентирования заготовок и деталей

Транспортирование заготовок и деталей. Способы и средства автоматической подачи деталей на сборку аналогичны способам и средствам подачи заготовок деталей к станкам и другому автоматизи­рованному оборудованию.

На автоматическую сборку или дальнейшую обработку детали и заготовки могут подаваться поштучно и партиями в ориентированном или дезориентированном положении.

Ориентированным считается определенное одинаковое положение всех деталей, например всех валиков в горизонтальном положении или всех валиков в вертикальном положении. Дезориентированным считается случайное, хаотичное положение деталей, например вали­ков, ссыпанных в бункер. Каждый валик ( в бункере) ориентирован в пространстве случайным образом. При обработке на станках заго­товки ориентированы определенным образом относительно приспособ­ления, шпинделя, инструмента. Это же относится, как правило, и к последней операции технологического процесса обработки заготовок, после которой детали подаются на сборку. Ориентированное положе­ние деталей после последней операции целесообразно сохранить при транспортировании на сборку, поскольку на сборку детали должны поступать к рабочим органам сборочного автомата в предварительно ориентированном положении. Если же после изготовления деталей их ориентация будет нарушена, то на сборке детали снова понадобится ориентировать, на что необходимо будет затратить дополнительное время и средства. Вместе с тем сохранение ориентированного положе­ния деталей при транспортировании их на сборку также требует спе­циальных средств. Поэтому целесообразность ориентированного или неориентированного транспортирования деталей определяется в итоге стоимостью варианта. Таким образом подача деталей на сборку или на склад после последней операции изготовления может осуще­ствляться как с сохранением, так и с потерей ориентации.

Схемы подачи деталей показаны на рис. 2.12. Поштучно передают­ся, как правило, крупные детали в ориентированном положении, а также средние и мелкие детали, если расстояние между последним станком и сборочной позицией невелико (рис. 2.12, а, г, д). Так, например, средние и мелкие детали могут быть поданы от станка СТ к сборочной машине СМ по наклонному лотку (см. рис. 2.12, а), промышленным роботом (см. рис. 2.12, г) или другим транспортным устройством, например поворотным столом многопозиционного сбо­рочного автомата (см. рис. 2.12, д), на котором может осуществляться и изготовление некоторых деталей, например пружин. Во всех этих случаях ориентированная деталь со станка без потери ориентации либо подается на транспортную систему разгрузочным устройством Р, либо непосредственно переносится на сборочную позицию. При этом детали могут быть ориентированы иначе, чем на станке; валы, например, могут находиться на станке в горизонтальном положении, а транспортироваться роботом или устанавливаться в кассету в верти­кальном положении. Управляемое изменение положения деталей в пространстве не означает потери ориентации. Деталь, например, зажатая в захвате робота, может перемещаться им по различным запрограммированным траекториям, но это не имеет ничего общего с потерей ориентации и занятием произвольного случайного положе­ния, как, например, тогда, когда детали скатываются в ящик, бункер или другую тару, где располагаются хаотически.

Рис. 2.12. Схемы автоматического транспортирования:

В — бункер; О ориентирующее устройство, М — магазин

На рис. 2.12, б показана схема транспортирования деталей каким- либо конвейером: ленточным, штанговым или другим, оснащенным базирующими элементами, например призмами, которые позволяют транспортирующим системам сохранить положение деталей при транспортировании к сборочной машине или к другому станку.

Иногда сборочная позиция и позиция обработки заготовки могут быть объединены в одном автомате (см. рис. 2.12, д). Тогда перенос детали с одной позиции на другую может осуществляться тактовым поворотным столом, роботом, манипулятором.

Очевидное преимущество указанных способов состоит в сохране­нии ориентированного, упорядоченного положения детали, которое

Рис. 2.13. Транспортная тара, сохраняющая ориентированное положение транспорти­руемых деталей при сборке: а — детали; б — установочные элементы; в — корпус; г — транспортная тара в сборе

она занимает на станке, и отсутствии необходимости в ее повторной ориентации у сборочного автомата.

Это важное преимущество может быть обеспечено и при транс­портировании деталей партиями по несколько штук, в магази­нах, кассетах, палетах и другой транспортной таре, обеспечиваю­щей сохранение ориентации деталей при транспортировании (см. рис. 2.12, е). Некоторые виды такой тары приведены на рис. 2.13. Тара может быть специальной, рассчитанной только на определенный вид заготовки или детали, универсальной для транспортирования изделий различных наименований без переналадки, а также перена­лаживаемой — для транспортирования различных изделий.

Характерной особенностью кассеты для автоматизированного производства является: во-первых, наличие постоянных основных баз Б для точной установки кассеты около станка или сборочной машины; во-вторых, наличие определенного нормированного расстояния между комплектами вспомогательных баз, ориентирующих детали во всех кассетах; в-третьих, наличие определенных размеров Ах, Бу с допус­ками, определяющих положение вспомогательных баз относительно основных баз кассет. Это необходимо для автоматической загрузки и разгрузки тары с помощью манипуляторов или роботов. Робот может брать детали, находящиеся в определенном положении в ячейках кассеты в заранее известных координатах пространства, закодирован­ных в управляющей программе.

Транспортирование магазинов, палет, кассет может осуществлять­ся теми же средствами, что применяются при транспортировании единичных деталей (конвейерами, тележками и т.п.), включая транс­портирование мелких кассет роботом. Транспортирование деталей в кассетах, магазинах может осуществляться не только в пределах цеха, завода, но и между заводами.

Заготовки и некоторые изделия могут транспортироваться в неупо­рядоченном положении в соответствующей таре. Тара в этом случае представляет собой железный или пластмассовый ящик. Ориентиро­ванная на станке заготовка или деталь, попадая в этот ящик, теряет ориентацию, и для последующей сборки или продолжения обработки должна быть снова ориентирована с помощью ориентирующего уст­ройства.

Хранение или транспортирование неориентированных заготовок и деталей проще (см. рис. 2.12, ж), поскольку не требует применения специальных магазинов или кассет, а также упорядоченной укладки деталей. Вместе с тем неупорядоченному хранению и транспортирова­нию деталей в ящиках и бункерах присущи существенные недостат­ки, основные из которых следующие: детали могут быть повреждены в результате постоянных соударений друг о друга и о стенки тары при разгрузке, транспортировании в неупорядоченном состоянии и при пересыпании из тары в бункер ориентирующего устройства; некото­рые детали могут сцепиться друг с другом, что затрудняет последую­щее автоматическое транспортирование деталей.

Для автоматической подачи в рабочую зону сборочного автомата детали должны быть ориентированы требуемым образом, для чего необходимы специальные ориентирующие устройства.

Подача ориентированных заготовок и деталей. Для подачи заго­товок и деталей из магазинов, кассет, лент к сборочным, обрабатыва­ющим или другим системам используют разнообразные устройства, отличающиеся в том числе степенью универсальности и гибкости. Наиболее гибким устройством является промышленный робот, кото­рый, например, может поочерсди брать заготовки в заданном про­граммой порядке из ячеек кассеты и устанавливать их в патрон станка для обработки, а после обработки снова ставить в кассету на свободное место и так до тех пор, пока все заготовки не будут обрабо­таны. Причем, если известны постоянные шаги tx и t

расположения гнезд в кассете под детали (см. рис. 2.13), то нет необходимости задавать в программе робота координаты каждого гнезда. Достаточно задать положение первого гнезда, шаги tx, ty , а также число рядов и ячеек в одном ряду и порядок выемки. Координаты каждого гнезда УЧПУ робота вычислит автоматически. Если кассеты или детали будут другими или по-другому расположены, то достаточно поменять программу и захват робота и он сможет работать в новых условиях. Смена программы и захвата на многих современных роботах может осуществляться автоматически.

Однако и стоимость такого загрузочного робота с системой управ­ления на базе ЭВМ (CNC) значительно превышает стоимость многих других устройств, не имеющих такой гибкости и универсальности. Абсолютное большинство современных роботов может брать деталь или заготовку только в предварительно ориентированном виде и в заданном месте пространства, что требует применения кассет, магази­нов или бункеров с ориентирующими устройствами. Известны робо­ты, оснащенные техническим зрением, которые могут различать детали и брать их в различном положении, как и человек.

Автоматические манипуляторы имеют постоянную программу работы, которая не может так быстро меняться, как у роботов. Поэто­му манипулятор может брать деталь или заготовку только в одном определенном месте, на которое он настроен. Манипулятор не может без посторонней помощи последовательно брать заготовки из ячеек кассеты, как робот. Чтобы манипулятор мог брать детали из ячеек кассеты, необходимо дополнительное устройство — тактовый стол, который должен перемещать кассету с деталями гак, чтобы они оказывались по очереди в зоне захвата манипулятором. Часто детали без кассеты устанавливают на тактовые столы, периодически подаю­щие детали в рабочую зону.

В массовом и крупносерийном про­изводстве манипуляторы при простых программах перемещений, характер­ных для загрузки оборудования, более предпочтительны, чем роботы, по­скольку значительно дешевле, а для изменения программы работы не тре­буется продолжительное время. Для работы манипулятора ему должны быть поданы предварительно ориенти­рованные детали в одном месте рабо­чего пространства. С этой целью могут использоваться не только тактовые столы, но и вибробункеры с ориентирующими устройствами, магази­ны с отсекателями. Роботы и манипуляторы могут быть использованы как универсальное оборудование для подачи различных деталей с допустимыми массой, размерами в пределах обслуживаемой зоны.

Рис. 2.14. Устройство для подачи дисков

В отличие от роботов и манипуляторов специальные устройства для подачи ориентированных деталей, как правило, создаются для подачи деталей только конкретного типа или нескольких близких по форме деталей в условиях массового и крупносерийного производств. Примером является устройство (рис. 2.14) для подачи дисков 1 или других плоских деталей. Устройство представляет собой поворотный стол 2 с отверстиями 3, диаметр которых чуть больше диаметров транспортируемых дисков 1. Диски 1 уложены стопкой в трубчатом магазине 4. Нижний диск опирается на поверхность поворотного стола 2. Стол 2 может вращаться непрерывно или поворачиваться дискретно на определенный фиксированный угол. Как только отвер­стие 3 при вращении стола занимает положение под трубчатым накопителем 4, стопа дисков 1 в накопителе 4 опускается вниз, так как нижний диск падает в отверстие 3 стола 2. Стол при повороте перемещает диск по неподвижной плите 5, имеющей вырез б. Под вырезом 6 установлен склиз 7. Когда при повороте стола 2 его отверстие 3 с диском 1 ока­зывается над вырезом 6, диск 1 падает на склиз 7 и, перемещаясь по наклонной плоскости склиза 7, попадает в рабочую зону сборочного автомата.

Рис. 2.15. Схема устройства для подачи валиков в центры станка

Схема специального устройства для подачи валиков в центры станка показана на рис. 2.15. В бункере помещены штучные заготов­ки 2 валов с центровыми отверстиями. Отсекатель 3 периодически отсекает поток заготовок на выходе бункера. Рычаг, расположенный на оси 5, может поворачиваться, занимая три различных положения левым плечом 4 на рис. 2.15: вверх в положении /, в среднем положе­нии II ив нижнем положении III. В верхнем положении плеча 4 происходит загрузка заготовки в центры станка, расположенные по оси О. В положении I правое плечо 6 рычага опущено и очередная заготовка скатывается по плечам 6 и 4 рычага в положение, при котором ось заготовки располагается по оси центров станка. Далее осуществляется подвод заднего центра, и заготовка вдвигается в центровой патрон станка. Плечо рычага 4 опускается в положение II. Осуществляется обработка заготовки. По окончании обработки задний центр станка отходит, обработанная заготовка попадает на плечи 4 рычага. Рычаг опускается плечом 4 в нижнее положение III, при котором обработанная заготовка скатывается по направляющим 7 в приемный бункер 8. В это время отсекатель 3 поднимается, пропуская очередную заготовку из бункера I к торцу плеча 6 рычага, препят­ствующего дальнейшему движению заготовок. Далее плечо 4 рычага идет вверх в положения II и / и цикл повторяется.

Лотки — наиболее простые устройства, предназначенные для подачи ориентированных деталей самотеком. Лотки могут иметь различный поперечный профиль (прямоугольный, круглый V-образ- ный и др.), различное расположение в пространстве: (лотки прямые, наклонные, вертикальные и т.д.). Детали перемещаются по лоткам, как по наклонным поверхностям, под действием собственного веса. Лотки могут быть открытыми и закрытыми (рис. 2.16). В открытых лотках можно в любом месте вынуть или вставить деталь. В закрытых лотках выпадение детали не может произойти. Лотки используют в основном в комплекте с другими загрузочными устройствами в массо­вом и крупносерийном поточном производстве. При расчете лотков необходимо выбрать зазор А между деталью и стенками лотка, такой, чтобы детали не заклинивались при скольжении или качении по лотку. Для цилиндрических деталей с плоскими торцами минималь­ную ширину зазора вычисляют по формуле

где D и L -соответственно диаметр и длина детали; f — коэффициент трения;

Рис.2.16.Лотки

а – открытый, б-закрытый

где TL, ТB — допуски соответственно на длину детали и ширину лотка.

Угол наклона лотков для неперекатывающихся деталей выбирают таким, чтобы при качении не было проскальзывания детали в лотке, потому что это может вызвать ее повреждение.

Лотки часто используют в автоматических линиях для транспорти­рования деталей от станка к станку. Лотки могут быть переналажива­емой конструкции, что позволяет их использовать в крупносерийном производстве на переналаживаемых поточных линиях. В лотках детали могут накапливаться. Для поштучной выдачи деталей из наклонных и вертикальных лотков применяют отсекающие устрой­ства. Схемы отсекающих устройств двух типов показаны на рис. 2.17. Отсекающие устройства обеспечивают поштучную выдачу деталей из потока.

Подача неориентированных заготовок и деталей. Устройства для подачи заготовок или деталей, расположенных хаотично, содержат обычно бункера, подающие механизмы, ориентирующие устройства. На выходе подающего устройства детали принимают требуемое для дальнейшей работы определенное пространственное положение. К устройствам для подачи деталей из неориентированного положения относятся вибробункера различного исполнения, скребковые бункера, бункера с ножевыми захватами и др.

Широкое распространение получили вибробункера (рис. 2.18). Основной частью вибробункера является бункерная чаша 1, которую обычно выполняют из алюминиевого сплава и покрывают внутри тонким слоем стали для повышения износостойкости. Чаша имеет конусную форму. Внутренняя поверхность чаши имеет спи­ральный выступ 2 такой шири­ны, чтобы подаваемые детали в каком-либо одном или несколь­ких положениях могли подни­маться по спиральному выступу со дна чаши вверх. Внизу в чаше установлен конус 3, обес­печивающий подачу засыпан­ных деталей к периферии ча­ши.

2.17. Схемы отсекающих ус­тройств: а – с одним отсекателем;

б – с двумя отсекателями

Рис. 2.18. Вибробункер с электромаг­нитным вибратором

Чаша вибробункера установлена на пружинных подвесках 4 на основании 5 и совершает крутильные колебания. Вибрация чаши создается обычно механически либо с помощью асинхронного элек­тродвигателя, на валу которого установлен эксцентрик, либо с по­мощью электромагнита, питающегося переменным напряжением промышленной частоты 50 - Гц. Электромагнит 6 периодически с частотой в 100 Гц притягивает якорь 7, прикрепленный к периферии чаши. В результате бункер совершает колебания, амплитуда которых может составлять доли миллиметра. В чашу бункера засыпают детали или заготовки, которые требуется подать в ориентированном виде к лотку 8. На выходе бункера перед лотком 8, как правило, устанавли­вают ориентирующее устройство 9, которое пропускает в лоток 8 только детали, ориентированные на спиральном выступе в строго определенном положении. Детали, оказавшиеся в других положениях на выступе, сбрасываются устройством 9 вниз, в чашу, и проходят повторный путь по спиральному выступу 2. Движение деталей по спиральному выступу вверх внутри чаши вибробункера осуществляет­ся благодаря вибрации чаши.

С помощью вибробункеров удается ориентировать миниатюрные детали часовых механизмов в сборочных автоматах, метизы и даже детали массой в несколько килограмм.

Бункера с элеваторным подъемником (рис. 2.19) могут использо­ваться для подачи деталей малых и средних размеров, например, для подачи заготовок валов. Наклонная стенка бункера 1 способствует перемещению заготовок к передней стенке. Около передней стенки смонтирован скребковый конвейер 2. Непрерывно перемещающаяся лента конвейера с укрепленными на ней скребками может поднять из бункера только заготовку, рас положенную горизонтально. Заготовки вала далее перегружа­ются на лоток 3. Далее заготов­ки могут транспортироваться шаговым конвейером автомати­ческой линии.

Рис. 2.19. Бункер с элеваторным подъем­ником

Рис. 2.20. Бункер с ножевым захватом

На рис. 2.20 показан бункер для подачи деталей 2 типа дисков. Ножевой захват 1 перемещается вдоль стенки бункера вверх и вниз возвратно-поступательно с по­мощью, например, кулисного механизма или гидроцилиндра. При этом захват проходит через массу наваленных хаотически заготовок. Заготовки, оказавшиеся в положении, показанном на рисунке, подни­маются захватом. Ножевой захват имеет наклонный верхний торец. Но заготовки, поднимаемые торцом захвата, не могут скатиться, так как упираются в стенки 3 бункера. Как только захват поднимет их до положения 4, заготовки 3 скатятся в лоток 5, расположенный сбоку бункера.

Все описанные загрузочные устройства могут быть использованы и для загрузки заготовок на станки и для загрузки деталей на сбороч­ный автомат.

Специальные подающие устройства могут подавать, как правило, детали только одного наименования и типоразмера, в ряде случаев нескольких близких по размерам и форме. Поэтому они могут приме­няться там, где требуется подача одних и тех же изделий в течение нескольких лет, т.е. в массовом и крупносерийном производстве.

Ориентирование заготовок и деталей. Детали должны быть пода­ны к рабочим органам сборочного автомата или к захвату робота в определенном требуемом, ориентированном положении. Если детали попадают на сборку в ориентированном положении, то дополнитель­ных средств ориентации, как правило, не требуется за исключением тех случаев, когда положение детали, в котором она находится в кассете, должно быть изменено. Если детали подаются на сборку или заготовки на обработку в неупорядоченном положении, то для их установки необходимо прежде всего придать им требуемое положение в пространстве. Для этой цели используют различные ориентирующие устройства.

Различают два метода ориентации: пассивный и активный. При пассивном методе из потока разнообразно ориентированных деталей пропускаются только детали с требуемой ориентацией. Остальные детали вновь возвращаются в бункер, откуда снова подаются на вход ориентирующего устройства в случайных положениях. При активном методе ориентации неправильно ориентированные детали переориен­тируются требуемым образом.

Рис. 2.21. Устройства пассивной ориентации

Устройства пассивной ориентации показаны на рис. 2.21. Простей­шие ориентирующие устройства представляют собой различные преграды на пути потока разноориентированных деталей, пройти которые могут только детали в требуемом положении. На рис. 2.21, а на пути потока деталей установлен упор, который отклоняет вер­хнюю часть деталей, двигающихся вертикально по выступу бункера. Смещение центра тяжести вызывает падение такой детали на дно бункера. Под упором могут пройти только горизонтально расположен­ные детали. На рис. 2.21, б показано устройство, пропускающее только вертикально двигающиеся валики, которые поддерживаются верхней скобой. Детали с горизонтально расположенной осью скаты­ваются в выемку.

Устройство активной ориентации переориентирует неправильно ориентированные детали. Примером является устройство, ориентиру­ющее винты головками вперед (рис. 2.22). Винты по лотку скользят головками и вперед и назад, но тело болта проваливается в паз, болт принимает почти вертикальное положение, продолжая двигаться на нижнем торце головки. Ударяясь об уступ, болты поворачиваются и двигаются только головками вперед.

Рис. 2.22. Устройство активной ориентации

А) Б) В)

Рис.2.23. Схема для определения максимально допустимого смещения (а,б) и угла поворота осей вала и отверстия во втулке перед сборкой (в)

Ориентирование присоединяемых деталей относительно базовых. Собираемые детали подаются на сборочную позицию автомата в определенных положениях, удобных для их последующего соедине­ния. Однако для того, чтобы установить одну деталь на другую, необходимо расположить одну деталь относительно другой определен­ным образом с заданной точностью. Так, например, чтобы установить вал во втулку, необходимо обеспечить соосность вала с отверстием втулки. Предельно допустимое отклонение от соосности вала с отвер­стием в показанной на рис. 2.23 а схеме определяется лишь шириной зазора: чем больше зазор, тем больше предельно допустимое отклоне­ние от соосности, которое вычисляют по формуле Δ max = (D — d)/2. Учитывая, что диаметры валиков и отверстий имеют допустимые отклонения, необходимо, чтобы отклонение от соосности не превыша­ло минимальной ширины радиального зазора:

Если вал и отверстие имеют фаски, выполненные под углами, обеспечивающими скольжение одной фаски по другой, то при движе­нии валика вдоль оси А, благодаря фаскам он может попасть в отвер­стие втулки. В этом случае (см. рис. 2.23, б) допустимое отклонение от соосности в исходном положении может быть больше, чем рассчи­танное по формуле (2.6), на ширину фасок:

Следует иметь в виду, что при установке валика во втулку с использованием фасок необходимо позволить деталям смещаться в радиальном направлении. Это достигается нежестким, упругим подве­сом одной из соединяемых деталей.

Исходя из формулы (2.6) и (2.7) и принимая во внимание, что ширина радиальных зазоров для многих соединений с зазором в машинах составляет сотые и тысячные доли миллиметра, станет очевидным, что на деталях необходимо делать заходные фаски. При наличии фасок допуск относительного положения деталей может быть значительно большим, чем без фасок. Чем больше допуск отклонения от соосности деталей перед сборкой, тем легче его обеспечить при автоматической сборке.

Помимо смещения возможно и отклонение от параллельности осей деталей (см. рис. 2.23, в), которое может быть определено по формуле

где z - заглубление.

Формулы (2.7) и (2.8) справедливы для соединений с зазором. Для соединений с натягом используют следующие формулы:

где Cmax — большая ширина из С0 или Св.

С помощью указанных формул можно рассчитать предельно допустимые отклонения положения основных баз присоединяемой и вспомогательных баз базирующей детали, при которых возможно соединение деталей. Эти предельно допустимые отклонения иногда называют условиями собираемости.

Для осуществления автоматической сборки погрешности положе­ния деталей перед сборкой должны быть меньше предельно допусти­мых значений, в противном случае при сближении деталей сборочный автомат может заклинить. Чем больше предельно допустимые откло­нения в исходном положении деталей, тем легче осуществить сборку, особенно автоматическую.

Относительное ориентирование деталей может осуществляться различными способами. Если при установке детали используются фаски, то по крайней мере одна из деталей должна иметь возмож­ность смещаться перпендикулярно оси. Для этого захват робота или другого рабочего органа автомата оснащают упругим подвесом, позво­ляющим детали смещаться под действием сил, возникающих при соприкосновении поверхностей фасок.

Ориентация одной детали относительно другой может осущес­твляться рабочими органами сборочного автомата, например захватом робота. При этом погрешность позиционирования робота должна быть значительно меньше предельно допустимых погрешностей положения деталей с учетом погрешностей установки деталей. Установка одной детали в другую с зазором может осуществляться в воздушном пото­ке, в магнитном поле. Установка детали может выполняться поиско­вой системой с обратными связями. При установке детали измеряются силы сопротивления, определяется направление смещения детали, чтобы, например, поставить ее в отверстие по посадке с зазором.