АДАПТИРУЕМОЕ ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО С ШАГОВЫМ ОТНОСИТЕЛЬНЫМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕМ
ADAPTABLE SUPPORT DEVICE WITH STEP-WISE RELATIVE POSITIONING

Изобретение относится к адаптируемому опорному устройству с шаговым относительным позиционированием, которое содержит множество вертикальных исполнительных механизмов, установленных на мостовых модулях, расположенных в поперечном направлении над углублением с возможностью перемещения друг относительно друга. Это устройство используется в промышленности при механической обработке для фиксации деталей, имеющих различную форму или неправильную форму, Устройство согласно изобретению отличается тем, что оно содержит две двойные группы гидравлических цилиндров между каждыми двумя модулями, при этом каждая группа включает два гидравлических цилиндра с разной длиной хода, ориентированных в противоположных направлениях и соединенных друг с другом задними сторонами их головок, что делает возможным шаговое перемещение каждых двух мостовых модулей друг относительно друга с их установкой в четыре фиксированных положения в зависимости от того, какие цилиндры включены.
В настоящее время в промышленности вообще и в авиационной промышленности в частности известны и широко применяются крепежные инструменты или устройства, удерживающие детали при их механической обработке. Проблема, связанная с использованием этих инструментов или устройств, состоит в том, что для каждой детали требуется свое крепежное устройство. В авиационной промышленности самолеты содержат множество деталей различной формы и размеров и потому там используется большое количество таких инструментов.
Были разработаны некоторые универсальные опорные устройства, которые можно адаптировать к форме различных деталей и которые известны как "инструментальные матрицы" и представляют собой полужесткие программируемые устройства, которые благодаря комбинации вертикальных исполнительных механизмов с регулируемой высотой позволяют удерживать детали различной формы.
Указанные известные адаптируемые опорные устройства могут относиться к следующим типам:
Пассивная инструментальная матрица. Она представляет собой матричный массив пассивных вертикальных исполнительных механизмов. Термин «матричный массив пассивных вертикальных исполнительных механизмов» означает, что все исполнительные механизмы установлены на столе на фиксированном расстоянии друг от друга как в продольном, так и в поперечном направлениях, т.е. расположены в виде сетки. Термин «пассивный» означает, что вертикальные исполнительные механизмы не имеют привода для перемещения по любой из трех осей и потому регулировка их вертикального положения должна выполняться другими устройствами, такими как внешние манипуляторы, или самим станком для механической обработки, работающим в сочетании с гибким инструментом. Недостаток такого устройства состоит в том, что позиционирование деталей, подлежащих механической обработке, производится очень медленно, поскольку манипулятор или станок устанавливает все исполнительные механизмы в требуемое положение поочередно и это может занимать несколько часов.
Активная в вертикальном направлении инструментальная матрица. Она представляет собой матричный массив вертикальных исполнительных механизмов. Это устройство аналогично предыдущему за исключением того, что каждый вертикальный исполнительный механизм имеет собственный привод. Это позволяет одновременно позиционировать все исполнительные механизмы посредством внешнего управляющего устройства, например компьютера или промышленного программируемого логического контроллера, так что время позиционирования уменьшается до нескольких минут. Недостаток этого устройства, как и устройства, рассмотренного выше, состоит в невозможности перемещения исполнительных механизмов по оси X, обеспечивающего гибкость позиционирования.
Гибкая инструментальная матрица. Вместо сеточной матрицы или матрицы с постоянным шагом, как в предыдущих случаях, расположение исполнительных механизмов в рабочей области можно изменять с помощью программы. Это позволяет регулировать положение исполнительных механизмов посредством индивидуальных приводов в стратегически важных точках обрабатываемой детали, чтобы оптимизировать способность исполнительных механизмов поддерживать вес или улучшить их адаптацию к деталям различной формы.
Недостаток устройства этого типа заключается в том, что концентрация исполнительных механизмов или опорных присосов изменяется в зависимости от размера удерживаемой детали, т.е. для крупных деталей эта концентрация будет меньше, чем для мелких деталей. Другой недостаток устройств этого типа состоит в высокой стоимости из-за большого количества приводов и из-за того, что они неэргономичны.
В патенте Испании ES 2188327, кл. B23Q 1/03, опубл. 16.06.2003, который является ближайшим аналогом заявленного устройства, описано адаптируемое опорное устройство с шаговым относительным позиционированием, используемое при механической обработке для закрепления деталей, имеющих различную или неправильную форму, содержащее множество вертикальных исполнительных механизмов, расположенных на поперечных элементах, установленных с возможностью перемещения друг относительно друга. В этом устройстве исполнительные механизмы установлены на мостовых модулях, расположенных в поперечном направлении и соединенных друг с другом и, в частности с соседними, посредством исполнительных механизмов, расположенных на концах указанных мостов так, что конец их корпуса прикреплен к мосту, а конец штока соединен с соседним мостом. Несмотря на повышение гибкости позиционирования, у этой системы имеется недостаток, заключающийся в том, что требуется высокая точность установки исполнительных механизмов, расположенных на концах мостов, в нужное положение, вследствие чего их стоимость оказывается довольно высокой, что заметно сказывается на стоимости всего устройства.
Задачей настоящего изобретения является преодоление указанных выше недостатков и проблем, связанных с удерживанием обрабатываемых деталей в промышленности, в особенности в авиационной промышленности.
Решение поставленной задачи обеспечено созданием адаптируемого опорного устройства с шаговым относительным позиционированием, используемого при механической обработке для закрепления деталей, имеющих различную или неправильную форму, содержащего множество вертикальных исполнительных механизмов, расположенных на поперечных элементах, установленных с возможностью перемещения друг относительно друга, при этом поперечные элементы соединены друг с другом на их концах посредством двух пневматических цилиндров с разной длиной хода, соединенных друг с другом задними сторонами их головок или задними частями, причем каждый пневматический цилиндр соединен с соответствующим поперечным элементом концом своего штока, и один из поперечных элементов предназначен для прикрепления к основанию или полу.
Вертикальные исполнительные механизмы, которые могут иметь на своей верхней части магнитный чашечный присос и могут быть установлены с возможностью перемещения по оси Z на поперечных элементах, которые установлены с возможностью перемещения по оси X, при этом количество исполнительных механизмов на каждом поперечном элементе зависит от ширины удерживаемых деталей и свойств материала, подлежащего механической обработке (металл или композитный материал и т.д.).
Каждый поперечный элемент установлен на двух расположенных параллельно направляющих с элементами качения, с двумя салазками на каждой стороне и предохранительным тормозом между ними, предпочтительно пружинного типа, чтобы по окончании позиционирования прекратить подачу воздуха к этим тормозам и каждый поперечный элемент оставался в фиксированном положении на продольных направляющих.
Поперечные элементы соединены друг с другом посредством двух пневматических цилиндров с разным ходом: один цилиндр имеет большой ход ″K″, а другой цилиндр имеет малый ход ″k″. Цилиндры соединены между собой головками или задними частями так, что в зависимости от того, какой из них включен, расстояние Х между поперечными элементами может изменяться пошагово и принимать следующие четыре значения A, B, C или D, где:
A - минимальное расстояние (не включен ни один цилиндр), A=X
B - второе расстояние (включен цилиндр с малым ходом), B=X+k
C - третье расстояние (включен цилиндр с большим ходом) C=X+K
D - максимальное расстояние (включены оба цилиндра) D=X+k+K
Каждым пневматическим цилиндром управляет соответствующий электрический клапан, приводимый в действие программируемым логическим контроллером или внешней компьютерной системой с соответствующей программой.
Очевидно, что один из поперечных элементов, которым может быть любой из них, должен быть прикреплен к основанию или к полу, чтобы служить точкой отсчета для позиционирования остальных поперечных элементов, что позволяет создать программируемую матрицу и устанавливать поперечные элементы на разных расстояниях друг от друга.
По сравнению с известными устройствами адаптируемое опорное устройство с шаговым относительным позиционированием имеет много преимуществ, важнейшим из которых является возможность программирования механизированного позиционирования каждого исполнительного механизма индивидуально по оси Z и помодульно, с помощью пневматических средств - в направлении оси X.
Значительное преимущество достигается благодаря использованию для выполнения шагового позиционирования двух пневматических цилиндров с разной длиной хода, соединенных между собой головками или задними частями, поскольку это позволяет использовать более экономичные пневматические цилиндры, а не дорогостоящие точные исполнительные механизмы, которые требуются в других устройствах, и снизить стоимость устройства.
Другое важное преимущество состоит в том, что это устройство позволяет удерживать детали с различной кривизной и разной длиной в зависимости от их структуры, так что позиционирование выполняется за меньшее время, чем с помощью любого из указанных устройств, и при заметно меньших затратах.
Самое большое преимущество перед указанными выше системами заключается в экономии времени позиционирования, поскольку, как только получена соответствующая команда, это время сводится ко времени, которое требуется для позиционирования одного из элементов, так как при перемещении элементов каждый из них тянет соседний и скорость их увеличивается в связи с тем, что скорость каждого элемента измеряется относительно предыдущего элемента, а их движение происходит по типу телескопического движения.
Еще одним важным преимуществом устройства согласно изобретению является низкая стоимость пусковых работ, регулировки и эксплуатации благодаря простоте устройства по сравнению с известными системами.
В заключение следует отметить, что устройство согласно изобретению является очень эргономичным в отношении загрузки и разгрузки, поскольку точка отсчета для вертикального позиционирования предпочтительно находится на уровне 600 мм над полом, что делает возможным свободный доступ к обрабатываемой детали и проход по всей зоне без риска падения.
Для лучшего понимания изобретения на чертежах представлен предпочтительный практический вариант выполнения адаптируемого опорного устройства с шаговым относительным позиционированием, при этом
на фиг.1 показаны два вида сбоку устройства в целом и фрагмент его профиля, изображенный в увеличенном масштабе,
на фиг.2 - вид сверху устройства и его фрагмент, изображенный в увеличенном масштабе,
на фиг.3 - вид сверху устройства, когда оба цилиндра выключены и расстояние X между поперечными элементами минимально,
на фиг.4 - вид сверху устройства, когда включен цилиндр с малым ходом и расстояние между поперечными элементами равно указанному минимальному расстоянию плюс длина хода ″k″,
на фиг.5 - вид сверху устройства, когда включен цилиндр с большим ходом и расстояние между поперечными элементами равно минимальному расстоянию плюс длина хода ″K″,
на фиг.6 - вид сверху устройства, когда включены оба цилиндра и расстояние между поперечными элементами равно минимальному расстоянию плюс длина хода ″k″ плюс длина хода ″K″.
Как видно на чертежах, адаптируемое опорное устройство с шаговым относительным позиционированием, которое является предметом настоящего изобретения, образовано множеством вертикальных исполнительных механизмов (1), которые установлены на поперечных элементах (3) с возможностью перемещения по оси Z и имеют на своей верхней части магнитный чашечный присос (2). Поперечные элементы (3) установлены с возможностью перемещения по оси X и количество исполнительных механизмов (1) на каждом поперечном элементе (3) зависит от ширины удерживаемых деталей и свойств материала, подлежащего механической обработке (металл или композитный материал и т.д.).
Каждый поперечный элемент (3) установлен на двух расположенных параллельно направляющих (4) с элементами качения с двумя салазками (5) по обеим сторонам и предохранительным тормозом (6) между ними, предпочтительно пружинного типа. Как только позиционирование закончено, подача воздуха к этим тормозам прекращается и каждый поперечный элемент оказывается зафиксированным на продольных направляющих (4).
Поперечные элементы (3) соединены друг с другом на каждом своем конце посредством двух пневматических цилиндров (7, 8) с разной длиной хода, а именно, цилиндра (7) с большим ходом ″K″ и цилиндра (8) с малым ходом ″k″. Цилиндры (7, 8) соединены между собой своими головками или задними частями (13), а с поперечными элементами (3) они соединены концами (14) своих штоков (15). Благодаря этому возможно пошаговое изменение расстояния X между поперечными элементами в соответствии с тем, какой пневматический цилиндр (7, 8) включен. Это расстояние X между поперечными элементами может принимать четыре значения A, B, C или D, где:
A (9) - минимальное расстояние, которое достигается когда не включен ни один из цилиндров (7, 8),
B (10) - второе расстояние, которое достигается, когда включен цилиндр (8) с малым ходом,
C (11) - третье расстояние, которое достигается, когда включен цилиндр (7) с большим ходом,
D (12) - максимальное расстояние, которое достигается, когда включены оба цилиндра (7, 8).