УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЖИМА ДЕТАЛЕЙ

Устройство относится к машиностроению и может быть использовано в качестве устройства для зажима деталей при автоматизации обрабатывающих и сборочных операций производственных процессов.
Известно устройство зажима для манипулятора (см. а.с. SU №889423, опубл. 1981 г.) (1), которое содержит две подвижные губки и выполнено с ограничителем усилия зажима. Губки устройства расположены на направляющих корпуса, и выполнены с набором зажимных элементов, что предназначено для деталей сложной формы. Указанный набор выполнен в виде подпружиненных поршней, размещенных в отверстиях губок и выполненных со штоками, пропущенными через фланец, и взаимодействующими с двух сторон с зажимаемой деталью. Полости поршней с пружиной заполнены жидкостью и сообщены между собой патрубком с образованием системы сообщающихся сосудов. Ограничителем усилия зажима детали служит установленный в патрубке нормально открытый клапан, управляющая полость которого связана с рабочей полостью зажимных элементов одной из губок. В устройстве при достижении требуемого усилия зажима клапан перекрывает магистраль системы сообщающихся сосудов.
Однако выполнение зажимных элементов в виде подвижных друг относительно друга деталей, ведет к неравномерному износу сопрягаемых поверхностей, к увеличению зазоров между ними, снижает точность установки деталей. К тому же, штоки поршней выполняют зажим независимо, что может привести к непредсказуемому перекосу детали и дополнительно снизить точность и надежность зажима. Это устройство не может быть рассчитано на преодоление повышенных крутящих моментов или тангенциальных усилий, неизменно сопровождающих технологические процессы систем автоматизации.
Известно устройство для зажима деталей сложной формы (см. а.с. SU №1146182, опубл. 1983 г) (2). В этом устройстве регулировочный узел каждого элемента зажима деталей снабжен двумя подпружиненными золотниками, обеспечивающими регулирование зажима или раскрепление детали. Управление золотниками выполняется соответствующими кулачком и рейкой с криволинейными выступами, взаимодействующими с упорами зажимных элементов. Накопитель рабочей среды в этом устройстве выполнен в виде емкости с подвижной упругой стенкой. Для компенсации неточностей изготовления золотников и взаимного расположения каналов в устройстве служат демпферы, установленные на каждом канале между каждым зажимным элементом и золотником. Жесткость демпферов больше жесткости упругой стенки накопителя рабочей среды.
Однако сложность устройства ведет к его повышенной стоимости, что ограничивает его использование для управления производственными процессами.
Устройство по а.с. SU №1391864, опубл. 1988 г. (3) содержит установленные на направляющих основания подвижную и неподвижную губки. Равномерность распределения давления по поверхности зажимаемой детали сложной формы достигается поворотной накладкой подвижной губкой, самоустанавливающейся по форме детали, и сегментным элементом, подвижным в пределах заданного зазора, что обеспечивает окончательный зажим детали. Это устройство не надежно для зажима деталей особо сложной формы.
Наиболее близким аналогом предложено устройство для зажима деталей, содержащее рабочий стол, исполнительный механизм поступательного перемещения, установленный на направляющих, две губки для зажима детали, задатчик усилия зажима, логическое устройство, блок коммутации и цифро-аналоговый преобразователь (см. пат. RU №2083345, 1997 г.) (4)
В этом устройстве исполнительный механизм выполнен в виде поступательно перемещающихся ползунов, несущих соответствующую губку, и установленных на направляющих рабочего стола. В ползуны встроены гайки, через которые пропущен ходовой винт, связанный с гайками соответствующими роликово-винтовыми средствами, и, скрепленный одним концом, с выходным звеном приводного электродвигателя. Система управления зажимом включает контура управления по усилию зажима и по скорости и выполнена с задатчиком тока и с датчиками начального и конечного перемещения ползунов. Для задания усилия зажима служит задатчик тока. В устройстве зажим выполняют в два этапа, и прекращают по сигналу задатчика тока, при котором отключается тормоз электродвигателя. Это требует повышенных затрат времени. К тому же, отсутствие средств демпфирования в цепи управления зажимом губок снижает точность усилия зажима. Устройство не универсально, и не рассчитано на зажим деталей различной формы, выполненных из разных материалов. При этом длина зажимаемых деталей ограничена ходом ходового винта. Такие устройства нецелесообразно использовать для управления производственными процессами, ввиду их повышенной стоимости, большой массы и габаритов и функциональной сложности, снижающей производительность.
Таким образом, ни этот, ни другие приведенные аналоги (1), (2), (3), не обеспечивают, с достаточной точностью, зажим детали путем динамического регулирования текущих значений усилия зажима, со сглаживанием возможных колебаний в цепи управления губками и с обеспечением равномерности распределения усилия зажима по всей поверхности зажимаемых деталей, независимо от их формы, материала и от длины.
Задача предложенной полезной модели состоит в повышении точности усилия зажима и одновременно равномерности его распределения по поверхности детали, с одновременной возможностью использования для зажима деталей различной формы, выполненных из разных материалов и имеющих различную длину, в повышении быстродействия работы при одновременном упрощении устройства, повышении его надежности и снижении стоимости.
Для решения поставленной задачи в предложенном устройстве для зажима деталей, содержащем рабочий стол, исполнительный механизм поступательного перемещения, установленный на направляющих, две губки, задатчик усилия зажима, логическое устройство, блок коммутации и цифро-аналоговый преобразователь, согласно полезной модели, устройство снабжено двумя опорными плитами, разнесенными по оси и закрепленными на рабочем столе, демпфирующим устройством, датчиком давления и блоком сравнения, причем на одной опорной плите установлен исполнительный механизм, расположенный на направляющих и скрепленный с подвижной губкой, а вторая опорная плита служит для крепления второй губки и выполнена с закрепленными на этой плите упором и с корпусом со встроенным патрубком, при этом вторая губка закреплена на корпусе через демпфирующее устройство, которое образовано не менее, чем четырьмя, заполненными маслом сильфонами, соосно и равномерно расположенными по окружности между этой губкой и корпусом и равномерно зажатыми между ними, не менее, чем четырьмя стягивающими стержнями, с возможностью малых перемещений, причем с одной стороны торцы сильфонов взаимодействуют с нерабочим торцом второй губки, а противоположный торец сильфонов герметично ввинчен в указанный корпус и сообщен с патрубком, в который встроен датчик давления, причем выход датчика давления и выход задатчика усилия зажима подключены ко входу элемента сравнения, выход которого через логическое устройство, блок коммутации и цифро-аналоговый преобразователь, подключен ко входу исполнительного механизма. Кроме того, согласно полезной модели, в корпус второй опорной плиты встроены направляющие втулки под стягивающие стержни, оси которых равномерно расположены и равноудалены от оси корпуса, а каждый стягивающий стержень скреплен с нерабочим торцом второй губки, подвижно пропущен через направляющую втулку и закреплен на корпусе. Кроме того, согласно полезной модели, роль исполнительного механизма поступательного перемещения выполняет силовой цилиндр, а его направляющими служат корпуса дополнительных цилиндров, симметрично расположенных относительно оси силового цилиндра на первой опорной плите, причем выходные штоки дополнительных цилиндров и шток силового цилиндра скреплены с подвижной губкой через фланец, связывающий штоки. Кроме того, согласно полезной модели, опорные плиты закреплены на рабочем столе, с возможностью осевой перестановки, а на рабочих торцах губок соосно закреплены фасонные втулки, имеющие форму, ответную форме обрабатываемой детали.
Технический результат заявленной полезной модели состоит в повышении точности заданного усилия зажима детали, в равномерном распределении усилия по всей ее поверхности, в том числе, по поверхности деталей усложненной формы и различной длины, и деталей, выполненных из разных материалов, в точной ориентации детали, необходимой для последующей операции производственного техпроцесса: обработки, сборки и др., при одновременном упрощении устройства и повышении надежности его работы.
На фиг 1 приведена принципиальная блок-схема устройства.
На фиг.2 приведена конструктивная схема устройства управления зажимом.
На фиг.3 раскрыт узел связи опорной плиты со второй губкой.
Устройство содержит две опорные плиты 1, 2, разнесенные по оси и закрепленные на рабочем столе 3, с возможностью перестановки по оси, что позволяет выполнить зажим деталей, существенно отличных по длине. На опорной плите 1 установлен исполнительный механизм 4 поступательного перемещения, расположенный в направляющих 5. Шток 6 исполнительного механизма 4, который может быть выполнен в виде силового электро-гидро-пневмо-цилиндра, скреплен с подвижной губкой 7. Вторая опорная плита 2 выполнена с закрепленным на ней упором 8 и с корпусом 9, в который встроен патрубок 10. Вторая губка 11 скреплена с корпусом 9 через демпфирующее устройство 12. Последнее образовано не менее, чем четырьмя сильфонами 13, заполненными маслом. Сильфоны 13 соосно и равномерно расположены по окружности между губкой 11 и корпусом 9, и равномерно закреплены не менее, чем четырьмя стягивающими стержнями 14 (см. фиг 3). В корпусе 9 выполнены выборки 15 под встроенные в них втулки 16. Последние равноудалены от оси корпуса, равномерно расположены по окружности и служат для размещения в них стягивающих стержней 14. Каждый стягивающий стержень 14 закреплен на нерабочем торце второй губки 11, пропущен, с возможностью малых перемещений, через втулку 16 и закреплен на корпусе 9.
Сильфоны 13 одним торцом взаимодействуют с нерабочим торцом второй губки 11, а с другой торец сильфонов 13 скреплен с корпусом 9 путем ввинчивания (штуцером 18), что предназначено для сообщения с патрубком 10. В патрубке 10 установлен датчик давления 19. Выходы датчика давления 19 и задатчика усилия 20 зажима подключены ко входу блока сравнения 21, выход которого через логическое устройство 22, блок коммутации 23 и цифро-аналоговый преобразователь 24 подключен ко входу исполнительного механизма 4. Направляющими 5 исполнительного механизма 4, роль которого выполняет силовой цилиндр, могут служить корпуса дополнительных цилиндров, которые симметрично расположены на опорной плите 1 относительно оси силового цилиндра. Выходные штоки 25 дополнительных направляющих цилиндров и шток 6 силового цилиндра скреплены с губкой 7 через, связывающий их, фланец 26. Этим выполняется точная и надежная ориентация подвижной губки 7, что дополнительно повышает точность усилия зажима. На рабочих торцах губок 7, 11 соосно закреплены фасонные втулки 27, форма которых ответна форме обрабатываемой детали 28.
Устройство используется следующим образом.
По команде «начать зажим» (по сигналу от оператора, или по программе, которая отслеживается в процессе зажима,) от системы управления на вход исполнительного механизма 4 поступательного перемещения (силового электро-гидро-пневмо-цилиндра) поступает сигнал. Исполнительный механизм 4 по направляющим 5 опорной плиты 1 перемещается до упора губки 7 в деталь 28. При этом происходит зажим детали, которая удерживается в фасонных втулках 27, соответственно закрепленных на рабочих поверхностях губок 7. Одновременно происходит минимальное смещение губки 11 и сжатие сильфонов 13.
При сжатии сильфонов объем масла в них уменьшается, и соответственно возрастет давление масла в выходном патрубке 10 корпуса 9, что фиксируется встроенным в патрубок 10 датчиком давления 19. Сигналы с выходов датчика давления 19 и задатчика усилия 20 зажима, пройдя через блок сравнения 21, формируют сигнал рассогласования. При достижении необходимого значения сигнала рассогласования с логического устройства 22 на блок коммутации 23 поступает команда, переключающая цифро-аналоговый преобразователь 24, и, связанный с ним, исполнительный механизм, на режим зажима и процесс сжатия останавливается.
В процессе зажима детали 28 происходит деформация сильфонов 13 демпфирующего устройства 12 в пределах, ограниченных малыми перемещениями стягивающих стержней 14 в направляющих втулках 16. Это позволяет сглаживать колебания в цепи управления губками 7, 11, устранять скачки давления и удары, в процессе зажима, и повысить точность усилия зажима и быстродействие выполнения зажима. Равномерное расположение сильфонов по окружности между губкой 11 и корпусом 9 обеспечивает равномерный зажим по всей поверхности деталей, в том числе, деталей сложной формы.
Наличие фасонных втулок 27 расширяет возможности устройства, обеспечивая зажим деталей, имеющих сложную ступенчатую, криволинейную и другую форму, выполненных из разных материалов: из металла, дерева, картона, пластмассы, керамики и стекла, при одновременном упрощении устройства, которое значительно проще, чем аналоги (1), (2), (3) того же назначения.
Проведенные испытания показали, что устройство рассчитано на усилие с силой до 6000 Н (600 кг), которое может быть выполнено с точностью 10%.
Технико-экономический эффект предложенного технического решения состоит в повышении точности усилия зажима и одновременно равномерности его распределения по поверхности детали, с одновременной возможностью зажима деталей различной формы и различной длины, и выполненных из разных материалов, в повышении быстродействия работы при одновременном упрощении устройства, повышении его надежности и снижении стоимости.