СТЕНД ДЛЯ СВЕРЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ В ХРЕБТОВОЙ БАЛКЕ ПОЛУВАГОНА

Полезная модель относится к специальному сверлильному оборудованию, предназначенному для сверления отверстий в длинномерных крупногабаритных изделиях с перемещением сверлильных головок в рабочие позиции по координатам отверстий, в частности, для сверления отверстий в хребтовых балках грузовых вагонов, и может быть использована на вагоностроительных и на вагоноремонтных предприятиях при изготовлении, модернизации и капитальном ремонте вагонов, а также на машиностроительных предприятиях различного профиля.
Известен стенд для сверления отверстий в хребтовой балке полувагона (Цыган Б.Г., Цыган А.Б. Вагоностроительные конструкции. Изготовление, модернизация, ремонт / Монография, под ред. Б.Г.Цыгана. - Кременчуг: Изд. "Кременчуг", 2005. - 751 с. - С.148-153), состоящий из основания с закрепленными на нем базирующими и прижимными элементами с приводами, устройств для сверления с приводами, устройств для подачи и сбора смазочно-охлаждающей жидкости с насосами и системы управления, выполненной с возможностью управления приводами базирующих и прижимных элементов, устройств для сверления и насосами устройств для подачи и сбора смазочно-охлаждающей жидкости. Стенд содержит также приводной подъемный рольганг для транспортирования и подачи хребтовой балки на основание, кольцевой подъемный кантователь для ее поворота в положение для сверления и лотковый шнековый транспортер для удаления стружки. Устройства для сверления выполнены в виде двух горизонтальных четырехсторонних агрегатно-сверлильных станков, закрепленных на заданном расстоянии друг от друга. Каждый станок содержит по четыре шпиндельные головки, расположенные попарно и зеркально друг относительно друга. Изменение параметров сверления осуществляют посредством замены сменных зубчатых колес на силовых агрегатах станков. Основание выполнено на станках в виде горизонтальных столов, на которых закреплены базирующие и прижимные элементы с электромеханическими приводами. Устройства для подачи и сбора смазочно-охлаждающей жидкости смонтированы на станках. Система управления обеспечивает работу стенда в полуавтоматическом и наладочном режимах.
Работа стенда осуществляется следующим образом: хребтовую балку в сборе с передними и задними упорами подают на приводной подъемный рольганг, который закатывает ее в кольцевой подъемный кантователь; в кантователе хребтовую балку зажимают, поднимают над рольгангом, поворачивают вокруг продольной оси на 180°, опускают на рольганг и освобождают от зажимов; рольганг поднимает хребтовую балку на горизонтальные столы станков и удерживает ее в этом положении; хребтовую балку базируют на первом станке, зажимают прижимными элементами и выполняют сверление отверстий на этом конце с одновременной подачей в зону сверления смазочно-охлаждающей жидкости и удалением ее вместе со стружкой посредством лотков и шнекового транспортера; разжимают прижимные элементы и досылают хребтовую балку к базирующим элементам на втором станке, зажимают прижимными элементами и выполняют сверление отверстий на ее противоположном конце с одновременной подачей в зону сверления смазочно-охлаждающей жидкости и удалением ее вместе со стружкой посредством лотков и шнекового транспортера; разжимают прижимные элементы и приводным подъемным рольгангом закатывают в кольцевой подъемный кантователь; зажимают в кантователе, поднимают над рольгангом и поворачивают вокруг продольной оси на 180°, опускают на рольганг и освобождают от зажимов; рольганг подает хребтовую балку на следующую технологическую позицию - на участок клепки.
Недостатками известного стенда являются высокая трудоемкость выполнения работ, обусловленная большим количеством подготовительно-заключительных операций, и сравнительно невысокий уровень автоматизации выполнения операций, что приводит к снижению производительности и увеличению затрат на изготовление хребтовых балок и полувагонов в целом.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования конструкции стенда для сверления отверстий в хребтовой балке полувагона, в котором за счет оборудования его порталом, выполненным с возможностью перемещения вдоль продольной оси основания, иного выполнения основания и иной их взаимосвязи между собой, а также за счет оснащения портала устройством для определения координат отверстий, иного выполнения устройств для сверления и устройств для подачи смазочно-охлаждающей жидкости и расположения их на портале, оснащения портала магазинами для размещения сменного инструмента, выполненными с возможностью взаимодействия с соответствующими устройствами для сверления, и иного выполнения системы управления обеспечивается существенное снижение количества подготовительно-заключительных операций и соответствующие повышение производительности стенда и увеличение уровня автоматизации технологических операций. Одновременно с вышеуказанным техническим результатом достигается снижение затрат на изготовление хребтовых балок и полувагонов в целом, а также повышение уровня безопасности стенда при эксплуатации, что позволяет обеспечить современные требования как к организации производства и технологии изготовления полувагонов на вагоностроительных и вагоноремонтных предприятиях, так и безопасности технологического оборудования.
Поставленная задача решается тем, стенд для сверления отверстий в хребтовой балке полувагона, состоящий из основания с закрепленными на нем базирующими и прижимными элементами с приводами, устройств для сверления с приводами, устройств для подачи в зону сверления смазочно-охлаждающей жидкости и сбора упомянутой жидкости и системы управления, выполненной с возможностью управления приводами базирующих и прижимных элементов, приводами устройств для сверления и устройствами для подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону сверления и сбора упомянутой жидкости, согласно полезной модели, он содержит портал со смонтированными на нем устройством для определения координат отверстий и магазинами для размещения сменного инструмента, закрепленными зеркально друг относительно друга с возможностью взаимодействия с соответствующими устройствами для сверления, устройства для сверления выполнены в виде сверлильных головок и закреплены на портале зеркально друг относительно друга с возможностью перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях, устройства для подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону сверления закреплены на портале зеркально друг относительно друга и соединены с устройствами для сбора упомянутой жидкости, смонтированными на основании, базирующие и прижимные элементы размещены на основании и снабжены досылателями и прижимами с приводами для базирования и фиксирования хребтовой балки, при этом основание выполнено в виде рамы с закрепленными на ней направляющими, портал выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси основания по направляющим, а система управления содержит средства для управления и контроля выполнения операций перемещения портала и смонтированного на нем упомянутого оборудования, а также блокирования работы стенда при возникновении нештатных или аварийных ситуаций.
Для повышения уровня автоматизации выполнения технологических операций, производительности и безопасности эксплуатации система управления стенда выполнена с возможностью управления в автоматическом и ручном режимах перемещениями портала, операциями определения координат отверстий относительно заданной базы на хребтовой балке, перемещения сверлильных головок в соответствии с определенными координатами отверстий, выполнения сверления отверстий по определенным координатам, замены инструмента в сверлильных головках в соответствии с диаметрами отверстий и их координатами, наладки и диагностики упомянутого оборудования и программ управления им, остановки работы стенда при выполнении любой из операций, снижения скорости перемещения портала при рабочем положении устройства для определения координат отверстий, а также блокирования автоматического пуска портала при незафиксированном положении хребтовой балки, блокирования включения приводов базирующих и прижимных элементов при нештатном положении портала, блокирования продолжения перемещения портала при достижении им конечных положений и блокирования выполнения операций в автоматическом режиме при отказе любого из приводов упомянутого оборудования и/или падении давления ниже заданной величины в пневматической системе.
Совокупность общих и отличительных существенных признаков заявляемой полезной модели позволяет снизить трудоемкость выполнения операций сверления и за счет этого существенно повысить производительность стенда и уровень автоматизации технологических операций и, соответственно, снизить затраты на изготовление хребтовых балок и полувагонов в целом. Введение в конструкцию заявляемого стенда портала, выполненного с возможностью перемещения вдоль продольной оси основания, и выполнение основания в виде рамы с закрепленными на ней направляющими для перемещения портала позволяет существенно упростить технологическую схему и последовательность выполнения операций сверления хребтовой балки, сократив количество подготовительно-заключительных операций, связанных с транспортированием хребтовой балки, и полностью исключив операции по ее многократному кантованию в положения для сверления и для транспортирования.
Размещение на портале устройства для определения координат отверстий, устройств для сверления, выполненных в виде сверлильных головок, закрепленных зеркально друг относительно друга с возможностью перемещения в вертикальном и поперечном направлениях относительно хребтовой балки, и устройств для подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону сверления, закрепленных зеркально друг относительно друга, позволяет сконцентрировать основные технологические операции на этой мобильной части стенда и за счет этого исключить большую часть подготовительно-заключительных операций, связанных с транспортированием и кантованием хребтовой балки. Выполнение портала с магазинами для размещения сменного инструмента, закрепленными зеркально друг относительно друга с возможностью взаимодействия с соответствующими устройствами для сверления, позволяет производить в автоматическом режиме переналадку инструмента в сверлильных головках, что повышает производительность стенда. Размещение базирующих и прижимных элементов на противоположных концах основания и выполнение их в виде подставок с закрепленными на них досылателями и прижимами хребтовой балки, оборудованных приводами, позволяет изменить схему базирования хребтовой балки, исключив необходимость в ее промежуточном перемещении для базирования по второму концу.
Выполнение системы управления со средствами управления и контроля в автоматическом и ручном режимах операциями перемещения портала и смонтированного на нем оборудования, а также блокирования работы стенда при возникновении нештатных или аварийных ситуаций позволяет повысить уровень автоматизации управления стендом при одновременном повышении безопасности его эксплуатации. В целом заявляемая полезная модель решает задачи, направленные на реализацию современного уровня требований к организации производства и технологии изготовления полувагонов на вагоностроительных и на вагоноремонтных предприятиях, предполагающего комплексное решение вопросов повышения производительности технологического оборудования, обеспечения качества продукции, охраны и безопасности труда, экономии трудовых, материальных и энергетических ресурсов.
Заявляемое техническое решение поясняется на примере конструктивного исполнения стенда для сверления отверстий в хребтовой балке полувагона, разработанного Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Техвагонмаш", г.Кременчуг, Украина.
Сущность полезной модели поясняется представленными фигурами чертежей, где на фиг.1 показан общий вид стенда; на фиг.2 - общий вид портала; на фиг.3 - принципиальная схема системы управления.
Стенд состоит (фиг.1, 2) из основания 1, портала 2 с размещенными на нем двумя сверлильными головками 3, средств 4 для подачи и сбора смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и системы управления. Основание 1 предназначено для базирования и фиксирования хребтовой балки полувагона (не показана) в положение для сверления и для перемещения по нему портала 2. Основание 1 выполнено (фиг.1) в виде горизонтальной рамы, жестко закрепленной на стойках 5, которые посредством анкерных болтов 6 крепятся на полу цеха. На горизонтальной раме смонтированы базирующие и прижимные элементы, выполненные в виде двух подставок 7, на каждой из которых закреплено по одному досылателю 8 и прижиму 9, оборудованных пневматическими приводами, соответственно, 10 и 11. Направляющие 12 для перемещения портала 2 закреплены вдоль горизонтальной рамы с двух ее сторон и выполнены в виде шариковых рельсовых направляющих. Средства 4 для сбора СОЖ расположены на горизонтальной раме под подставками 7 и выполнены в виде наклонных желобов (не показаны), соединенных с баками, оборудованных насосами (не обозначены).
Портал 2 предназначен для автоматического определения координат отверстий в вертикальных стенках хребтовой балки, подачи сверлильных головок 3 в зону сверления, выполнения операций сверления отверстий по их координатам и выполнения сопутствующих им технологических операций. Портал 2 выполнен (фиг.2) в виде рамы, состоящей из горизонтальной балки 13, жестко соединенной с двумя тележками: ходовой тележкой 14 и приводной тележкой 15, снабженной сервоприводом, который кинематически связан с зубчатой рейкой 16. На портале 2 зеркально друг относительно друга смонтированы следующие устройства и оборудование: две сверлильные головки 3; сервоприводы 17 и 18 с механизмами 19 и 20 для перемещения сверлильных головок 3, соответственно, в вертикальном и горизонтальном направлениях; магазины 21 для сменного инструмента с механизмами 22 для их перемещения, закрепленные на консольных балках 23; устройства для подвода СОЖ в зону сверления (не обозначены) с шарнирными рукавами 24; устройства 25 для удаления стружки посредством подачи сжатого воздуха через сверло в зону сверления. Кроме этого на портале 2 может устанавливаться траверса 26 для его транспортирования, система слежения 27, состоящая из щупа с закрепленными на нем индуктивными датчиками и механизма перемещения с пневматическим приводом (не показаны), и пневматическое оборудование для обдува шпинделей сверлильных головок 3, а также зажимания сверл в шпинделях сверлильных головок 3 (не показаны). Подача сжатого воздуха и СОЖ на портал 2 обеспечивается посредством энергетической цепи 28, смонтированной на горизонтальной раме основания 1. Приводная тележка 15 обеспечивает перемещение портала 2 с маршевой скоростью до 11 м/мин. Регулирование и скорости в приводе приводной тележки 15 обеспечивается посредством программного обеспечения.
Управление стендом осуществляется посредством системы управления, которая построена на базе управляющего контролера, сенсорной панели и сервоприводов. Система управления через стабилизированный блок питания подключена к трехфазной электросети напряжением 380 В и частотой 50 Гц.
Объектами управления являются:
- пневматические приводы 10 и 11, соответственно, досылателей 8 и прижимов 9 на основании 1;
- насосы средств 4 для подачи и сбора СОЖ;
- сервопривод приводной тележки 15 на портале 2;
- сервоприводы шпинделей сверлильных головок 3;
- сервоприводы 17 и 18 механизмов, соответственно, 19 и 20 для вертикального и горизонтального перемещения сверлильных головок 3;
- пневматический привод механизма перемещения щупа системы слежения 27;
- пневматическое оборудование для обдува шпинделей и сверл, а также зажимания сверл в шпинделях сверлильных головок 3.
Управление указанными объектами осуществляют посредством (фиг.3):
- шкафов управления 29 и 30, расположенных, соответственно, на горизонтальной раме основания 1 и на портале 2;
- мобильного пульта управления 31, выполненного с сенсорной панелью.
В состав системы управления также входят шкаф тормозных сопротивлений 32, расположенный на портале 2, контактные и бесконтактные индуктивные датчики положения, электромагниты пневмораспределителей, звуковые (не показаны) и светосигнальные устройства.
Система управления обеспечивает:
- автоматический и ручной режимы управления операциями определения координат отверстий, сверления отверстий и выполнения сопутствующих технологических операций;
- наладку исполнительных механизмов и программы управления ими;
- диагностику средств контроля и управления;
- остановку работы стенда, в том числе, аварийную, при выполнении любой из операций.
Системой управления предусмотрены технологические и защитные блокировки стенда, в том числе:
- блокирование автоматического пуска портала 2 при незафиксированном положении хребтовой балки;
- блокирование включения пневмоприводов базирующих и прижимных элементов на основании 1 при нештатном положении портала 2;
- снижение скорости перемещения портала 2 при рабочем положении щупа системы слежения 27;
- блокирование дальнейшего перемещения портала 2 при достижении им конечных положений на основании 1;
- блокирование автоматического цикла выполнения операций при отказе любого привода и/или падении давления в системе пневматических приводов ниже заданной величины.
Движению портала 2 предшествует предупредительная звуковая сигнализация, а сопровождает движение - сигнализация светосигнального устройства 33, расположенного на шкафу управления 30.
Работа стенда осуществляется следующим образом.
В исходном положении стенда досылатели 8 и прижимы 9 на подставках 7 разжаты, портал 2 находится в крайнем стояночном положении, а щуп системы слежения 27 находится в поднятом положении. После подключения к стенду силовых электрических, пневматических цепей в заданной последовательности включают кнопочные выключатели в шкафу управления 29 и на мобильном пульте управления 31. По команде с мобильного пульта управления 31 напряжение поступает в блок питания пульта управления 30 и через него - на управляющие контроллеры, светосигнальное устройство и контактор, посредством которого напряжение подается в силовые цепи стенда.
При помощи подъемно-транспортных средств хребтовую балку с закрепленными в ней передними и задними упорами укладывают на подставки 7. Дальнейшее управление стендом выполняют с сенсорной панели мобильного пульта управления 31. Нажатием на соответствующие окна сенсорной панели включают пневматические приводы 10 и 11 досылателей 8 и прижимов 9, которые фиксируют положение хребтовой балки на основании 1.
На сенсорной панели включают автоматический режим работы стенда, после чего запускается цикл автоматического выполнения операций по определению координат отверстий в хребтовой балке и последующего сверления. В начале цикла портал 2 перемещается к базе замера координат первой группы отверстий, расположенной на дальнем конце хребтовой балке между передним и задним упорами. На этой позиции портал 2 автоматически останавливается и опускает щуп с двумя индуктивными датчиками системы слежения 27 между передним и задним упорами. Затем портал 2 медленно перемещается к переднему упору до момента срабатывания первого индуктивного датчика, после чего перемещается к заднему упору - до момента срабатывания второго индуктивного датчика. В блок данных контроллера записываются показания датчиков, а портал 2 возвращается к координате замера и поднимает щуп. Программа контроллера отражает на сенсорной панели замеренные координаты отверстий и необходимый номер сверла, который автоматически сравнивается с номером сверла, установленного в сверлильных головках 3, и, при необходимости, выполняется автоматическая замена сверла в магазине 21. Далее включаются сервоприводы 17 и 18 механизмов 19 и 20, которые согласно координатам отверстий перемещают сверлильные головки 3 к точкам сверления на противоположных стенках хребтовой балки. При достижении этих координат включаются сервоприводы шпинделей сверлильных головок 3 и выполняется сверление отверстий, текущее количество которых отображается на счетчике сенсорной панели и автоматически сравнивается с их количеством по замеренным координатам отверстий. Если эти значения не равны между собой, то программа контроллера автоматически подставляет координаты следующего отверстия и номер соответствующего ему сверла, после чего сверлильные головки 3 перемещаются к этим координатам и выполняют сверление. По окончании сверления первой группы отверстий, портал автоматически переводится в транспортное положение и перемещается к базе замера координат второй группы отверстий на ближнем конце хребтовой балки. На этой позиции выполняются вышеописанные операции для этой группы отверстий. После завершения сверления последнего отверстия во второй группе портал 2 возвращается в исходное положение и автоматический цикл выполнения операций завершается.
На сенсорной панели выключают пневматические приводы досылателей 8 и прижимов 9, освобождая хребтовую балку на основании 1, и посредством подъемно-транспортных средств транспортируют ее на следующую технологическую позицию - для выполнения заклепочного крепления передних и задних упоров.
Вышеуказанные операции могут выполняться в ручном режиме при выборе на сенсорной панели соответствующей программы.
Переключение стенда на наладочный, диагностический и сервисный режимы работы осуществляют в стартовом меню на сенсорной панели мобильного пульта управления 31. При работе в наладочном режиме автоматически отключаются технологические блокировки стенда, после чего выполняют регулирование скорости перемещения портала 2, координат и диаметров отверстий в детали, скорости подачи и оборотов шпинделя сверлильных головок 3, а также их координат и координат магазина 21 для замены сменного инструмента в зависимости от задаваемых размеров и расположения отверстий. В диагностическом режиме работы выполняют проверку средств контроля и управления, а в сервисном режиме - регулирование калибровки и контрастности сенсорного экрана.
Предлагаемая конструкция стенда для сверления отверстий в хребтовой балке полувагона позволяет повысить уровень автоматизации технологических операций и на 20-25% сократить их трудоемкость. Выполнение системы управления с возможностью блокирования работы стенда при нештатных и аварийных ситуациях позволяет одновременно повысить безопасность его эксплуатации.