SOUTĚŽNÍ PŘEHLÍDKA STUDENTSKÝCH PRACÍ FST 2007 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ KINEMATIKY VÝMĚNÍKU NÁSTROJŮ PRO VERTIKÁLNÍ OBRÁBĚCÍ CENTRO ŘADY MCV.

Transkript

1 SOUTĚŽNÍ PŘEHLÍDKA STUDENTSKÝCH PRACÍ FST 2007 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ KINEMATIKY VÝMĚNÍKU NÁSTROJŮ PRO VERTIKÁLNÍ OBRÁBĚCÍ CENTRO ŘADY MCV Ondřej Bublík ABSTRAKT Tato práce se zabývá návrhem, simulací a konstrukčním řešením kinematiky moderního řešení výměníku nástrojů. Výměník nástroje je umístěn v obráběcím stroji a má za úkol vyměňovat nástroje mezi vřetenem a zásobníkem. Rychlost výměny je pak hlavním parametrem, který má klíčový vliv na snižování vedlejších časů výroby. Jádro této práce spočívá ve využití moderních matematických a simulačních softwarů, zejména pak systémů MATLAB 6.5 a SIMULINK. KLÍČOVÁ SLOVA výměna nástroje, vačka, křivkový kotouč, obráběcí centrum 1. ÚVOD Úkolem je navrhnout a konstrukčně vyřešit kinematiku výměníku nástrojů pro vertikální obráběcí centrum řady MCV.Výměna bude prováděna vždy na místě k tomu určeném. Tedy vřeteno se před výměnou přesune do polohy pro výměnu nástrojů. Hmotnost nástroje uvažujte 6,5 kg, nástroj bude upnut do kužele ISO 40. Technické řešení zpracujte ve stylu moderních výměníků s chapačem.pro snadnější pochopení principu je v následujícím textu uvedena posloupnost okomentovaných obrázku, jež mají demonstrovat jak jednotlivé fáze výměny, tak celkový vzhled systému. Podrobný popis jednotlivých fází výměny 1) Vřeteno přijíždí do polohy určené pro výměnu nástroje, nástroj v bubnu potřebný pro další technologickou operaci se pootočí do vertikální polohy. (obr. 1) 2) Rameno se pootočí o 90 a uchopí současně nástroj v zásobníku a ve vřeteni. (obr. 2) Obr. 1 Obr. 2

2 3) Chapač se s oběma nástroji vysune (obr. 3) 4) Vysunutý chapač s nástroji rotuje o 180 a tím vzájemně zamění polohu obou nástrojů. (obr. 4) Obr. 3 Obr. 4 5) Chapač s nástroji se zasune. Nástroj který byl ve vřeteni je nyní v zásobníku a naopak. (obr. 5) 6) Rameno se otáčí o 90 do počáteční polohy. (obr. 6) 7) Výměna nástroje je skončena. Nástroj v bubnu se zaklopí a vřeteno může jet vstříc další technologické operaci. (obr. 7) Obr. 5 Obr. 6 Obr. 7 Hlavní požadavky kladené na výměník nástrojů: rychlost výměny má vysokou důležitost, z důvodů úspory vedlejších časů spolehlivost je důležitá z hlediska snižování času na opravy stroje vysoká životnost má vliv na návratnost investic bezpečnost při výměně nesmí dojít k destrukci vřetene, nástroje nebo k ohrožení obsluhy ekologie týká se zejména mazání cena je důležitým parametrem, má-li být obráběcí centrum jako celek konkurenceschopným

3 Vedlejší požadavky kladené na výměník nástrojů: minimální rozměry snadná demontovatelnost estetické hledisko 2. Varianty řešení 2.1 Varianta1 Pohyby otáčení a výsuvu jsou ovládány zvlášť. Pro otáčení bude sloužit krokový motor, výsuv bude realizován pneumatickým válcem. Vzájemná vazba bude pomocí elektrických snímačů. výhody: -jednoduchá kinematika -méně náročná výroba Nevýhody: -větší nároky na řízení -delší čas na výměnu nástroje -menší spolehlivost -vyšší nároky na údržbu -nebezpečí kolize nástroje s vřetenem. 2.2 Varianta2 Otáčení a výsuv bude odvozen od vačky a globoidního křivkového kotouče na společné hřídeli, jejíž rotaci bude zajišťovat pouze jeden elektromotor. výhody: -pevná kinematická vazba větší rychlosti pohybů dvojchapadla kratší čas na výměnu nástroje -velká spolehlivost -minimální nároky na údržbu. Nevýhody: -složitá kinematika-náročná výroba. 3 Rozpracování varianty2: Podrobné rozpracování této varianty bude obsahovat tyto tři části: Návrh kinematiky Simulace mechanismu Konstrukční řešení 3.1 Návrh kinematiky: Pro dobrou funkci mechanismu musíme dobře navrhnout profily vaček. Návrh vačky spočívá ve vhodné volbě průběhu zrychlení. Postupnou integrací pak dostáváme průběh rychlosti a zdvihu. Na následujících grafech (Obr. 8) jsou uvedeny skutečné hodnoty zrychlení, rychlostí a posuvů v závislosti na reálném čase výměny. První graf je vždy pro křivkový kotouč a druhý graf je pro zdvihovou vačku.

4 Obr. 8 Zvolené průběhy natočení a posuvů nyní navineme na křivkový kotouč a dostaneme model vačky, který je vidět na obr. 9. Černě jsou vyznačeny drážky sloužící pro otáčení chapače, červeně pak drážka sloužící pro vysouvání a zasouvání chapače.

5 Obr Simulace mechanismu: Pro správný chod mechanismu je třeba vědět velikosti sil působících na vačku. Pro správný návrh motoru je navíc potřeba znát průběh potřebného výkonu v jednotlivých fázích výměny. K simulaci mechanismu jsem použil program SIMULINK, který je součástí MATLABU. Viz Obr. 10. Schéma je složeno z jednotlivých bloků, které matematicky popisují dané části mechanismu. Jednotlivé bloky jsou barevně odlišeny pro rychlou orientaci a zpřehlednění schématu. Základních bloků je celkem pět a jsou označeny červenou barvou. Jsou to bloky motor, převodové mechanismy mezi motorem a vačkou (krátce převod), dále pak vlastní vačka a nakonec setrvačnosti dvojchapadla: setrvačnost při rotaci a setrvačnost při výsuvu. Jednotlivé propojení bloků odpovídá skutečným fyzikálním vazbám. Další skupinou bloků jsou bloky označené zelenou barvou. Tyto bloky jsou určeny pro zobrazování výsledků důležitých pro návrh motoru a dimenzování. Poslední skupinou bloků jsou bloky označené modře. Tyto bloky slouží opět pro zobrazování výsledků. V tomto případě se jedná o kinematiku. Nejdůležitější charakteristikou z těchto bloků bude čas výměny. Obr. 10

6 Příkladem výstupu může být např. velikost normálové síly v drážce křivkového kotouče (Obr. 11), případně v drážce zdvihové vačky (Obr. 12). Obr. 11 Obr Konstrukční řešení:

7 4. ZÁVĚR 4.1 Srovnání s konkurencí: hmotnost nástroje 6.5kg průměr ramena 600mm čas se uvažuje bez upínání a odepínání vřetena čas výměny v sekundách Taiwan Indie Bublík Hlavní přínos Hlavním přínosem této práce je využití moderních programových prostředků pro návrh a simulaci strojírenských zařízení.