Поворотний магазин тонкостінних циліндричних деталей

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для автоматизации процессов загрузки обрабатывающего и сборочного технологического оборудования тонкостенными цилиндрическими деталями (ТЦД) типа гильз, стаканов, втулок и т.п. Известны конструкции поворотных магазинов для автоматизации процессов загрузки. Так, например, описанный в книге Рабиновича А.Н. "Автоматическое ориентирование и загрузка штучных деталей". К., Техника, 1968, с.50-51, поворотный магазин, содержащий роторы в виде дисков с шахтами для деталей типа колец (шайб), нанизанных на установочные элементы в виде стержней, и дискретный механизм вращения с механизмом угловой фиксации, имеет сложную и громоздкую конструкцию, не позволяющую обеспечить высокую точность позиционирования (центрирования) деталей из-за наличия гарантированных зазоров между ними и установочными элементами. Поворотный магазин [Гаврилов А.Н., Ковалев П.И., Ушаков Н.Н. Автоматизация производственных процессов в приборо- и агрегатостроении. М., Высшая школа, 1968, с.20], выполненный на базе револьверного диска с установочными элементами в виде гнезд, и имеющий храповый механизм дискретного вращения диска, а также механизм фиксации углового положения, не обеспечивает точного центрирования деталей из-за наличия гарантированных зазоров в гнездах и в опоре вращения. Кроме того требуются значительные энергозатраты для преодоления при вращении диска трения в опоре, выполненной в биде подшипника скольжения, что приводит к увеличению габаритов приводных пневмодвигателей, В качестве прототипа взят поворотный магазин [Малов А.Н. Загрузочные устройства для металлорежущих станков. М., Машиностроение, 1972, с.190—192], содержащий диск с установочными элементами в виде штырей (оправок), установленный с возможностью вращения на оси, а также мальтийский механизм дискретного вращения и конический фиксатор, являющийся одновременно штоком пневмоцилиндра одностороннего действия. Наличие гарантированных радиальных зазоров в опоре скольжения диска, а также между штырями (оправками) и деталями, не позволяет получить высокую точность центрирования последних, что может привести к их повреждениям в процессе снятия и установки с помощью автооператоров или промышленных роботов, особенно если это касается ТЦД, обладающих малой жесткостью как в осевом, так и в радиальном направлениях. В основу изобретения поставлена задача создания такой конструкции поворотного магазина, в котором новое выполнение механизма дискретного вращения и установочных элементов позволило бы повысить точность позиционирования тонкостенных цилиндрических деталей, загружаемых в технологическое оборудование. Поставленная задача достигается тем, что в поворотном магазине, содержащем диск с установочными элементами, смонтированную с помощью ступицы на оси, механизмы дискретного вращения и угловой фиксации, размещенных на общем основании, согласно изобретению, установочные элементы, закрепленные на наружной поверхности диска, имеют вид полых оправок, полости которых связаны каналами с соосно выполненными на внутренней поверхности расточками под уплотнительные элементы и конический конец штока со сквозным центральным отверстием механизма угловой фиксации, представляющего собой пневмоцилиндр одностороннего действия, а на боковой образующей закреплены на равных угловых расстояниях постоянные стержневые магниты, обращенные наружу полюсы которых расположены с зазором напротив противоположных полюсов постоянных магнитов, установленных при помощи плунжеров, связанных со штоками пневмоцилиндров, в корпусе механизма дискретного вращения, причем ступица диска смонтирована с гарантированным радиальным зазором на оси между неподвижными кольцевыми постоянными магнитами, сориентированные в осевом направлении полюсы которых расположены с гарантированным зазором напротив одноименных полюсов магнитов на ступице, а выполненные на наружных поверхностях оправок и оси кольцевые канавки, соединены радиальными отверстиями с каналами для подвода сжатого воздуха. При сравнении известных конструкций поворотных магазинов с предлагаемой видно, что она проявляет новые технические свойства, заключающиеся, во-первых, в повышении точности центрирования (вращения) за счет эффекта усреднения первоначальных погрешностей изготовления как деталей, так и элементов опоры диска магазина [Жедь В.П., Пинегин СВ., Табачников Ю.Б. Применение в промышленности опор с газовой смазкой. - "Станки и инструмент", 1977, №12]; во-вторых, в меньших потерях на трение, что позволяет использовать маломощные и малогабаритные приводные двигатели; в-третьих, в возможности увеличения установочных радиальных зазоров между тонкостенными деталями и установочными элементами благодаря эффекту усреднения, что позволяет расширить размерный диапазон деталей, т.е. расширить технологические возможности магазина; в-четвертых, благодаря увеличению установочных радиальных зазоров снижаются требования по точности позиционирования к автооператорам и промышленным роботам, а следовательно и затраты на их проектирование и изготовление; в-пятых, снижаются требования к точности относительного расположения технологического оборудования и магазина; в-шестых, отсутствие прямых силовых механических контактов в приводных элементах механизма дискретного вращения устраняет их износ, повышая тем самым срок службы. Эти свойства новые, так как у аналогов и прототипа наличие гарантированных зазоров приводит к пространственным смещениям диска с установочными элементами и деталей относительно последних в радиальном направлении, снижая точность центрирования (позиционирования), что при их захвате в процессе снятия или установки может привести к повреждениям (смятиям). Уменьшение величины установочных зазоров требует ужесточения допусков на обработку деталей, повышения точности позиционирования у автооператоров и промышленных роботов, что приводит к увеличению материальных затрат, снижает технологические возможности магазина, а также повышает требования к точности монтажа магазина относительно технологического оборудования. Используемые механизмы дискретного вращения (храповые, мальтийские), требуют значительно больших по мощности приводов, из-за больших контактных давлений в кинематических парах характеризуются повышенным износом последних, негативно отражающимся на надежности, точности и долговечности функционирования. На фиг.1 представлен общий вид поворотного магазина в разрезе; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг. 1. Поворотный магазин (фиг.1) состоит из диска 1, установленного с помощью ступицы 2, двух пар кольцевых керамических постоянных магнитов 3, центрирующей шайбы 4 и гаек 5 на оси 6, в свою очередь закрепленной с помощью гайки 7 на основании 8 с опорами 9. На оси 6 выполнены кольцевые канавки 10 с радиальными отверстиями 11, связанными центральным отверстием 12 со штуцером 13 для подвода сжатого воздуха. Ось со ступицей образуют аэростатическую опору с гарантированным радиальным зазором όι, величина которого ограничивается значением [Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. М., Машиностроение, 1977, с. 197-201]. где d - диаметр оси. Число Ζ радиальных отверстий для подвода воздуха в радиальный зазор выбирается с учетом зависимости Ζ = pd/50, с округлением в большую сторону до ближайшего целого числа: число отверстий не должно быть меньше трех. Диаметр отверстий принимается равным 0,2-0,3 мм. Одноименные полюсы кольцевых магнитов 3 на ступице и оси обращены друг к другу, что создает усилие взаимного отталкивания, т.е. образуют газомагнитную осевую опору с гарантированным зазором d 2, величиной 0,03-0,05 мм. На боковой образующей диска выполнены под углом α друг к другу пазы (фиг.2), в которых размещены постоянные стержневые пластиковые магниты 14, обращенные наружу полюсы N которых расположены с зазором d 3 напротив противоположных полюсов S постоянных магнитов 23 механизма дискретного вращения диска, что обеспечивает их взаимное притяжение. Наружная торцовая поверхность диска имеет выполненные на окружности D круглые расточки под установочные элементы 15 для тонкостенных деталей 16 с наружным диаметром DH. Установочные элементы представляют собой аэростатические полые оправки с радиальными отверстиями 17 в кольцевых канавках, аналогичных канавкам на оси 6, имеющих треугольный профиль и глубину t, рассчитываемую с помощью выражения (см.Пуш В.Э.) где В - удвоенное расстояние от конца опорной части оправки до канавки; d 4 -гарантированный радиальный зазор между деталью 16 и оправкой 15, принимаемый для тонкостенных деталей, обладающих малой массой, в пределах 0,3-0,5 мм. Внутренняя торцовая поверхность диска 1 имеет выполненные соосно установочным элементам 15 расточки под уплотнения 18 и конический конец штока-поршня 19 со сквозным отверстием диаметром d 1, установленным вместе с пружиной 20 внутри цилиндра 21с крышкой и штуцером 22, диаметр отверстия которого d2 больше d 1, и составляющих механизм угловой фиксации диска. Механизм дискретного вращения диска выполнен на основе трех стержневых постоянных магнитов 23, установленных в плунжерах 24, связанных со штоками соответствующих пневмоцилиндров 25 одностороннего действия. Плунжеры сдвинуты в окружном по отношении к диску 1 направлении относительно друг друга на угол φ = 2/3a и смонтированы в направляющих корпуса 26, закрепленного на основании 8. Функционирует поворотный магазин следующим образом. Перед началом вращения диска 1 включается подача сжатого воздуха в центральное отверстие 12 оси 6, из которого воздух через отверстия 11 поступает в зазор d 1, a затем через зазоры d 2 истекает в атмосферу. В результате осуществляется центрирование ступицы 2 относительно оси 6 и увеличение жесткости осевых магнитных опор, превращаемых в результате наличия сжатого воздуха в зазорах d 2 в газомагнитные опоры. Соответствующим поочередным включением по часовой или против часовой стрелке пневмоцилиндров 25 достигается перемещение соответствующего плунжера 24 вверх и размещение его магнита 23 на расстоянии 1/3a слева или справа от соответствующего магнита 14 на диске (фиг.1 и 2). Взаимное притяжение магнитов обеспечивает втягивание магнитного поля, создаваемого магнитом 14 на диске, в магнитное поле магнита 23, т.е. поворот на 1/3a, до совмещения силовых линий магнитных полей. Таким образом, поворот диска на угол а достигается последовательным включением трех пневмоцилиндров 25, причем в верхнем положении всегда находится лишь один плунжер с магнитом 23, в магнитное поле которого стремится переместиться, поворачивая диск, ближайший магнит 14. Два других магнита 23 находятся в нижнем положении и их магнитные поля не вступают во взаимодействие с магнитными полями, создаваемыми магнитами 14. После поворота диска на заданный угол подается сжатый воздух в цилиндр 21. Поскольку диаметр d 2 подводящего канала больше диаметра d1 канала в штоке, бесштоковая полость заполняется более интенсивно, чем происходит истечение из нее воздуха через канал d1 в атмосферу. В результате поршень перемещается вверх на величину I и конический конец штока, проходя через отверстие в уплотнении 18, входит в коническую расточку, обеспечивая точную угловую фиксацию диска с оправками. Воздух поступает в полость оправки 15, а затем истекает из нее через отверстия 17 в зазор 04 между оправкой и деталью 16. Образующаяся в зазоре воздушная подушка центрирует деталь относительно оси оправки. Увеличение давления в полости оправки вызывает самоуплотнение штока за счет обжатия его эластичными стенками (воротничком) отверстия в уплотнении, на которые действует изнутри это давление. После выполнения манипуляций с очередной деталью, давление воздуха, подаваемого в цилиндр 21, отключается, поршень 19 со штоком возвращаются в исходное положение, давая диску возможность повернуться на требуемый угол для вывода следующей детали в зону манипулирования. При отсутствии сжатого воздуха все плунжеры 24 под действием возвратных пружин пневмоцилиндров 25 занимает верхнее положение, обеспечивая надежную угловую фиксацию диска. Для установки деталей 16 по наружной поверхности оправки заменяются на установочные элементы в виде стаканов. Возможна установка базирующих элементов для деталей коробчатой формы, например, для тонкостенных деталей квадратного профиля.