Раздел 4-Kapyc (Лекции ОПиЭНТО)

4. Привод многопозиционных установок

Содержание:

конвейерные, карусельные (в том числе, роторные) установки;

структура и особенности построения приводов многопозиционных установок;

требования к приводам многопозиционных установок;

кинематические схемы установок для нанесения люминофора, ЛВО, установки приварки электрода ламп ДРЛ;

механизмы поворота и фиксации карусельных машин;

кулачково-роликовый механизм, мальтийский механизм;

взаимосвязь геометрии механизма и параметров движения установки;

пример расчета и проектирования привода многопозиционной установки с анализом и выбором вариантов построения кинематических цепей и звеньев настройки.

Многопозиционные машины явились в своё время значимым этапом развития технологического оборудования. Появление таких машин было вызвано началом массового производства изделий: сигарет, обуви, электроламп, автомобилей... Многопозиционная установка заменила несколько установок, на которых изделие проходило замкнутый цикл обработки. На такой установке изделия занимают ряд последовательных положений (позиций): производится загрузка изделий (или компонентов), их обработка и выгрузка. Теория проектирования многопозиционного оборудования, основанная на принципах дифференциации технологического процесса и концентрации операций, будет рассматриваться в рамках специальной дисциплины. В дальнейшем будем полагать, что на рассматриваемой установке техпроцесс подвергся дифференциации (расчленению) на отдельные операции, которые выполняются на рабочих позициях, сконцентрированных в одной многопозиционной машине.

В электронной технике многопозиционные установки нашли своё применение на всех стадиях производства: от заготовительного до контрольно-испытательного и упаковочного.

Обработка изделий на многопозиционных установках производится либо в процессе движения (установки непрерывного действия), либо во время остановки изделия на соответствующей позиции (установки периодического действия).

Рис.4-1. Приводы многопозиционных установок конвейерного (слева)

и карусельного (справа) типов

Привод установок непрерывного действия традиционен (рис.4-1): от постоянно вращающегося электродвигателя 1 движение передаётся через передачи 2, 3 на конвейер 4 или карусель 5. Наиболее характерной установкой этого вида является линия вакуумной обработки кинескопов - ЛВО (рис.4-2). Линия состоит из 164 позиций. Каждая позиция представляет собой откачной пост, снабженный вакуумной системой с насосами. Кинескоп помещают на откачной пост, который по рельсам перемещается приводом, размещённым внутри конвейера. Включение того или иного исполнительного механизма ЛВО производится путевыми кулаками. Аналогичный привод имеет установка для нанесения люминофора на экран кинескопа (рис.4-3). Для равномерного распределения усилий на приводную цепь, привод состоит из двух ветвей. К установкам непрерывного действия относятся также роторные машины (рис.4-4). Они нашли свое применение в массовом производстве малогабаритных изделий простейшей формы, когда для технологического воздействия достаточно сообщить инструменту возвратно-поступательное осевое перемещение. Поэтому роторные машины чаще всего применяются для операций штамповки, вытяжки, прессования, сборки, покраски и т.п.

Рис.4-2. Линия вакуумной обработки цветных электронно-лучевых трубок

Расчёт и проектирование привода установок непрерывного действия основан на подборе звеньев кинематической цепи с целью получения требуемой скорости перемещения конвейера и развития усилия, достаточного для перемещения всех механизмов конвейера.

Р

Рис.4-4. Роторная многопозиционная установка

ис.4-3. Многопозиционная установка для нанесения люминофора на экран кинескопа

Другой разновидностью многопозиционных установок являются установки периодического действия. Наиболее характерными установками этого вида являются карусельные машины. Обработка изделия производится во время остановки карусели. Перемещение изделия на следующую позицию происходит при повороте карусели на угол .

При проектировании привода для многопозиционных машин периодического действия следует учитывать следующие специфические требования:

1. Привод должен обеспечивать движение карусели с периодическими остановами, во время которых осуществляются технологические воздействия на изделие.

2. Для повышения производительности машины поворот карусели должен осуществляться с высокой скоростью. Это требование связано с тем, что согласно теории производительности, время перевода изделия на следующую позицию является временем холостого хода t_x.

Q = 1/(t_p+t_x)

1. Привод должен обеспечивать точную фиксацию карусели в заданных позициях.

2. Поворот карусели должен производиться с минимальными динамическими воздействиями на изделие и элементы конструкции машины.

В качестве источника периодического движения может быть выбран шаговый электродвигатель. Он удовлетворяет большинству приведенных требований за счёт регулируемой подачи импульсов на обмотки шагового двигателя. С помощью соответствующей настройки (программирования) системы управления можно обеспечить периодическое движение карусели (требование №1) за минимальное время (требование №2) и с требуемым законом изменения скорости (требование №4). Однако для обеспечения точной фиксации (требования №3) конструкцию карусели необходимо снабдить дополнительными механизмами: фиксаторами, тормозными устройствами и т.п.

В электронной технике многопозиционные установки периодического действия используют специальные поворотно-фиксирующие механизмы (ПФМ). Они преобразуют постоянное вращение от электродвигателя в периодическое движение исполнительного механизма – карусели. Рассмотрим два наиболее часто использующихся ПФМ:

• мальтийский механизм;

• кулачково-роликовый механизм.

Рис. 4-5. Мальтийский механизм

В мальтийском механизме (рис.4-5) перевод карусели осуществляется при взаимодействии ролика поводка 1 с пазом мальтийского креста 2, соединённого с каруселью. При повороте поводка на угол 2 он входит в паз мальтийского креста и, поворачивая карусель на угол 2, выходит из него. При дальнейшем вращении поводка осуществляется фиксация карусели за счёт вхождения сектора 3 в вырезы мальтийского креста.

В мальтийском механизме соотношение времени поворота t_п и времени останова t_o зависят от числа пазов креста. Рассмотрим кинематические соотношения мальтийского механизма, воспользовавшись рисунком 4-5.

Чтобы поворот креста происходил без жёстких ударов при вхождении ролика в паз и при выходе из него, вектор скорости ролика должен совпадать с направлением паза, т.е. необходимо выполнение соотношения

 +  = /2. (1)

Принимая во внимание, что 2=2/Z, где Z – число пазов мальтийского креста, получим

= /Z;  = (Z-2)/2Z.

Отсюда, соотношение времени холостого хода t_x=t_п ко времени цикла (времени одного оборота поводка T=t_р+t_х) будет равно

2/2 = t_x/T = (Z-2)/2Z. (2)

Мальтийский механизм конструктивно прост, хорошо компонуется в автоматической установке, но оказывает значительные динамические воздействия на карусель (см рис.4-6). Поэтому мальтийский ПФМ применяют в автоматах с каруселями, имеющими малые габариты (малый момент инерции) с числом позиций от 4-х до 6-ти.

Рис.4-6. Кулачково-роликовый поворотно-фиксирующий механизм

В кулачково-роликовом механизме (рис.4-6) периодическое вращение карусели осуществляется за счёт взаимодействия профиля кулака 1 с роликами, расположенными на диске 2. Кулак 1 принято называть «улитой». При повороте улиты на угол  ₀ ролик попадает в паз переводящего профиля и карусель поворачивается. При дальнейшем вращении на угол (2- ₀) фиксирующий гребень улиты 1 входит между роликами, что приводит к остановке диска 2 и фиксации карусели 3. Изменяя угол  ₀, можно в широких пределах менять соотношение между временем поворота и временем останова. Кроме того, для переводящего профиля можно использовать различные законы движения и обеспечить, тем самым, хорошие динамические условия работы механизма. Вместе с тем, выбор угла  ₀ ограничен величиной угла давления. Как известно, углом давления называется угол  между нормалью к поверхности кулака и направлением движения толкателя. Этот угол должен удовлетворять неравенству   45. Для основных законов движения максимально допустимый угол давления _макс на среднем диаметре D_ср профиля улиты, шаг роликов Н и угол  ₀ связаны между собой соотношением

для синусоидального закона tg_макс = 230Н/( ₀D_ср),

для косинусоидального закона tg_макс = 180Н/( ₀D_ср).

Стремление обеспечить максимально допустимый угол давления при заданных ₀ и Н может привести к значительному росту диаметра D_ср кулака.

Выбор закона движения карусели оказывает большое влияние на конструкцию и работоспособность привода. Для правильного решения вопроса о выборе закона движения карусели необходимо знать величины и направление сил, действующих на механизм поворота карусели в различные моменты времени движения. В карусельных машинах динамические моменты М_дин, вызванные инерционными нагрузками, бывают больше статических моментов М_ст, обусловленных силами трения, т.е. М_дин > М_ст. На рис.4-7 приведены графики изменения нагрузки на звенья кулачково-роликового механизма для синусоидального и косинусоидального законов движения. В начальный момент движения суммарная нагрузка на механизм при косинусоидальном законе выше, чем при синусоидальном. В конце движения при синусоидальном законе суммарная нагрузка уже может стать выше, чем при косинусоидальном. В случае если М_дин < М_ст, то графики получат вид, представленный на рис.4-8.

Рис.4-7. Графики суммарной погрешности при Мдин > М ст

Опыт эксплуатации карусельных установок показал, что синусоидальный закон движения имеет наилучшие динамические характеристики и рекомендуется к применению в быстроходных механизмах с высокими требованиями по плавности и для высокопроизводительных карусельных машин. Следует отметить, что этот закон требует высокой точности изготовления кулака.

Косинусоидальный закон движения позволяет получить меньшие габариты ПФМ и требует меньшей мощности. Этот закон рекомендуется использовать в жестких быстроходных и среднескоростных приводах карусельных машин с нормальными требованиями к плавности работы ПФМ. В большинстве случаев условия работы позволяют применять косинусоидальный закон. По этой причине он получил наибольшее распространение, чем синусоидальный. Наилучших результатов удается получить при использовании комбинированных или специально разработанных законов движения, учитывающих специфику привода, габариты карусели и требования к динамическим воздействиям на изделие.

Рис.4-8. Графики суммарной погрешности при Мдин < М ст

На рис.4-9 представлена кинематическая схема 20-позиционной 10-шпиндельной полуавтоматической установки заварки электронно-оптических систем в оболочку кинескопа. Количество позиций выбрано в соответствии с принципами дифференциации технологического процесса заварки, а число шпинделей – исходя из приемлемых габаритов машины. В установке используется распределенный привод: каждая кинематическая цепь имеет свои источники движения (двигатели).