TECHNOLOGIE AUTOMATIZOVANÝCH VÝROB

Transkript

1 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava FS TECHNOLOGIE AUTOMATIZOVANÝCH VÝROB Jaromír Adamec Ostrava 2006

2 Recenzent: Doc. Ing. Imrich Lukovics, CSc. Jaromír Adamec, 2006 ISBN

3 Předmluva V rámci studijního oboru Strojírenská technologie je zařazený předmět Technologie automatizovaných výrob.jeho cílem je seznámit studenty se základními otázkami technologie v podmínkách automatizované strojírenské výroby. Je známo, že zvyšování produktivity, jakosti výrobků a snižování pracnosti ve výrobě je podmíněno změnami v technologii. Použití automatizačních prostředků umožňuje realizovat taková technologická řešení, která nebyla možná při ruční obsluze zařízení. Studenti se dále seznámí se základy konstrukce obráběcích strojů, s technologickými parametry a možnostmi těchto strojů. Rovněž se seznámí s průmyslovými roboty a jejich periferiemi. Dovoluji si poděkovat oponentu panu Doc. Ing. Imrichovi Lukovicsovi, CSc. za posouzení obsahové i formální stránky a za konkrétní připomínky, které výrazně přispěly k vyšší kvalitě tohoto učebního textu. * * * Autor 3

4 Obsah Předmluva... 3 Obsah Úvod Požadavky kladené na OS Směry vývoje Systematické třídění obráběcích strojů Rozdělení soustruhů Rozdělení frézek Příslušenství frézek Rozdělení vrtacích a vyvrtávacích strojů Typové označení a charakteristické parametry obráběcích strojů Rozdělení číslicově řízených obráběcích strojů Rozdělení podle tvarů opracovaných obrobků Rozdělení podle počtu druhů operací Rozdělení podle úrovně konstrukce (podle vývojového stupně) Nasazení číslicově řízených strojů Charakteristické znaky konstrukce NC obráběcích strojů Rámy NC obráběcích strojů Beton ve stavbě obráběcích strojů Vedení obráběcích strojů Přímočará vedení obráběcích strojů Rozdělení přímočarých vedení obráběcích strojů Automatická výměna nástrojů Kódování nástrojů Automatická výměna obrobků Operační manipulace rotačních součástí Operační manipulace nerotačních součástí Automatické polohování Indexovací zařízení Mechanismy zajišťující pootočení o daný úhel Mechanismy s přetržitým pohybem výstupního členu Cyklické mechanismy Necyklické mechanismy Ústrojí pro ustavení a zajištění polohy Polohování vřetena Automatizační systémy výrobních strojů Uspořádání a rozdělení automatizačních systémů Automatizační systémy vačkové Automatizační systémy narážkové Kopírovací systémy obráběcích strojů Programové řízení obráběcích strojů Informace potřebné k řízení obráběcího stroje Číslicové řídicí systémy obráběcích strojů

5 8. Automatizace podávání Násypky (řadicí zásobníky) Zásobníky Speciální žlábky zásobníků pro obrobky opatřené různými čepy Dopravníky Odměřovací a podávací mechanismy Kontrolně orientační zařízení Automatizace upínání Výrobní systémy pro obrábění Realizace výrobních systémů Pružné výrobní systémy Projektování pružných výrobních systémů Pružnost výrobních systémů Přínosy pružných výrobních systémů Doprava, manipulace a skladování v PVS Skladování v automatizované strojírenské výrobě Automatizované sklady Operační manipulace na technologických pracovištích Mezioperační doprava a manipulace Mezistředisková doprava a manipulace Dopravní prostředky Manipulace, doprava a skladování odpadu v PVS Průmyslové roboty a manipulátory (PRaM) Rozdělení manipulačních zařízení podle funkce, provedení a úrovně řízení Funkční skupiny manipulátorů a průmyslových robotů Charakteristické znaky PR a M Kinematické řetězce PR a M Manipulační schopnost Kinematika průmyslových robotů Pracovní ústroji průmyslových robotů a manipulátorů Úchopné výstupní hlavice Mechanické úchopné výstupní hlavice Podtlakové úchopné výstupní hlavice Magnetické úchopné výstupní hlavice Speciální úchopné výstupní hlavice Technologické hlavice Pomocné technické prostředky a zařízení (periferie) Příklady řešení pracovišť s průmyslovými roboty a manipulátory Automatizované pracoviště přípravy polotovarů Automatizované pracoviště obrábění přírub I Automatizované pracoviště obrábění přírub II Automatizované pracoviště obrábění hřídelí I Automatizované pracoviště obrábění hřídelí II Automatizované pracoviště obrábění hřídelí III Technologická scéna Graf vývoje stavů Schematické znaky popisující funkce pomocných úkonů

6 13. Kontrola automatizované výroby Kontrola chodu technologického procesu Kontrola stavu nástrojů Kontrola jakosti výrobků Kontrola v automatizovaném výrobním systému Ekonomická efektivnost automatizace Ekonomické hodnocení nové techniky Produkčnost výrobního systému pro obrábění Porovnání projektů automatizovaných technologických pracovišť multikriteriálním hodnocením Závěr Literatura

7 1. Úvod Trvalým dlouhodobým směrem rozvoje ve všech výrobních odvětvích, a tedy i ve strojírenství, je automatizace výrobního procesu. Ve strojírenství rozlišujeme dvě oblasti automatizace (tab. 1): a) Tvrdou automatizaci pro velkosériovou a hromadnou výrobu, která je charakterizována automatickými výrobními linkami a jednoúčelovými stroji. Řídicí systémy jsou u těchto strojů tvořeny vačkami, narážkami, křivkovými bubny a elektrohydraulickými prvky. b) Pružnou automatizaci pro malosériovou a kusovou výrobu, která je charakterizována číslicově řízenými stroji. Tab. 1.1 Automatizace výrobního procesu Druh automatizace: Tvrdá Pružná Uplatnění ve výrobách: Velkosériová, hromadná Kusová, malosériová Podíl z celkové produkce: cca 25% cca 75% Čas na seřízení: Dlouhý Krátký Přechod na novou výrobu: Obtížný Snadný Výrobní zařízení: Jednoúčelové stroje Automatické výrobní linky NC/CNC stroje Programové řízení: Typičtí představitelé: Kopírovací systémy Řízení narážkami Křivkové bubny Vačky Elektrohydraulické prvky Motocykly Automobily Nádobí Pračky Ledničky Číslicově řídicí systémy: Stavění souřadnic Pravoúhlé Souvislé Turbiny Investiční celky Obráběcí stroje Kolejová vozidla Číslicově řízený obráběcí stroj je takový, u něhož průběh pracovního procesu je řízen číslicově vyjádřenými informacemi o dráze, směru a smyslu pohybu pracovních orgánů, řezných podmínkách a pomocných funkcích, které jsou postupně předávány stroji nositelem informace. NC (z angl. Numerical Control) obráběcí stroje, jsou stroje univerzálního charakteru, vybavené vysokým stupněm automatizace, pružně přizpůsobitelné změnám výroby. 7

8 2. Požadavky kladené na OS velký výrobní výkon (krátkodobý i dlouhodobý) vysoká přesnost práce spolehlivost (funkční i v kvalitě) hospodárnost (u výrobce i uživatele) nízká hlučnost velká životnost bezpečnost práce malá půdorysná plocha vzhled minimální tepelné deformace snadná obsluha a ovládání (přístupnost pracovního prostoru) vybavenost příslušenstvím 2.1 Směry vývoje růst řezných výkonů růst posuvových a manipulačních rychlosti zvyšování statické a dynamické tuhosti zvyšování tepelné stálosti zvyšování bezobslužnosti rozšiřování pružnosti a univerzálnosti konstrukce a využití spolehlivě pracujících uzlů a skupin použití aktivní kontroly použití technické diagnostiky uzpůsobení strojů pro použití v PVS stavebnicovost 8

9 3. Systematické třídění obráběcích strojů 1. Obráběcí stroje pracující nástroji s geometrii určitou a) Hlavní pohyb rotační Soustruhy Frézky Vrtačky Vyvrtávačky b) Hlavní pohyb přímočarý Hoblovky Obrážečky Protahovačky Protlačovačky 2. Obráběcí stroje pracující nástroji s geometrii neurčitou Brusky Honovačky Lapovačky 3. Dělení obráběcích strojů podle pracovního rozsahu: Univerzální Speciální Jednoúčelové 3.1 Rozdělení soustruhů Soustružnické stroje tvoří největší podíl obráběcích strojů používaných ve strojírenské výrobě. Ze všech obráběcích strojů se vyrábí také nejvíce typů. Z konstrukčně technologického hlediska je můžeme rozdělit podle obr Obr. 3.1 Rozdělení soustruhů z konstrukčně technologického hlediska 9

10 3.2 Rozdělení frézek 1. Rozdělení podle způsobu řízení: a) konvenční b) číslicově řízené 2. Rozdělení podle konstrukční koncepce a druhu frézovacích operací: a) frézky konzolové - vodorovné, svislé, univerzální b) frézky stolové - vodorovné, svislé, s revolverovou hlavou c) frézky rovinné - vodorovné, s výložníkem, portálové d) frézky speciální - kopírovací, na závity, na ozubení, nástrojařské Příslušenství frézek 1. Setrvačník - tlumí rázy a chvění vřetena způsobené proměnlivou silou obrábění. 2. Zařízení pro sousledné frézování. 3. Dělící přístroje slouží k pootáčení obrobku o určitý úhel, aby se daly frézovat x- hrany, přímé i šroubové drážky apod. 3.3 Rozdělení vrtacích a vyvrtávacích strojů 1. Vrtačky dělíme dle konstrukce na: a) stolní (do φ 20 mm) b) sloupové c) stojanové (do φ 80 mm) d) radiální (otočné) e) speciální montážní, vícevřetenové, s revolverovou hlavou, apod. 2. Vyvrtávačky dělíme dle konstrukce na: a) vodorovné (horizontky) b) souřadnicové (vodorovné, svislé, jednostojanové, dvoustojanové) c) jemněvyvrtávací stroje d) vyvrtávací i vrtací stroje na obrábění hlubokých otvorů 10

11 3.4 Typové označení a charakteristické parametry obráběcích strojů ČSN , ČSN až ČSN Tab. 3.2 Typové označení a charakteristické parametry obráběcích strojů Obráběcí stroj První písmeno Hlavní tech. parametr Soustruhy hrotové S φd o - svislé SK φd max - revolverové R Max φ procházející vřetenem - poloautomaty SP φd max - několikavřetenové A (+ 3. písmeno K) φd max - automaty A Vrtačky V φd max, Morse vřetena Vyvrtávačky W φ vřetena Frézky F Šířka upínacího stolu Obrážečky a hoblovky H Šířka hoblování, Max délka obrážení Brusky B Hrotové: φ D o Na plocho: šířka stolu Stroje na ozubení O Obráběcí centra MC Jednoprofesní Víceprofesní 11

12 4. Rozdělení číslicově řízených obráběcích strojů 4.1 Rozdělení podle tvarů opracovaných obrobků a) stroje pro opracování rotačních obrobků b) stroje pro opracování skříňových a plochých obrobků 4.2 Rozdělení podle počtu druhů operací a) stroje pro jeden druh operací jednoprofesní b) stroje pro více druhů operací víceprofesní (obráběcí centra) 4.3 Rozdělení podle úrovně konstrukce (podle vývojového stupně) a) NC stroje 1. generace (1. vývojový stupeň) 50. léta Byly odvozeny od běžných konvenčních strojů při relativně malém přizpůsobeni pro číslicový řídicí systém. b) NC stroje 2. generace 60. léta Jsou konstruovány pro NC řízení a bývají již vybaveny systémy automatické výměny nástrojů a slouží k individuálnímu nasazení do výrobního procesu. c) NC stroje 3. generace 70. léta Důležitým znakem je jejich uzpůsobení pro skupinové nasazení, resp. nasazení do pružných výrobních systémů s řízením DNC. Vyznačují se též použitím principu stavebnicovostí. d) NC stroje 4. generace 80. léta Bezobslužné obráběcí stroje, pružné výrobní buňky jsou vybaveny adaptivním řízením vlastního řezného procesu včetně aktivní kontroly stroje a nástroje. e) NC stroje 5. generace 90. léta (doposud) Hybridní obráběcí stroje konvenční stroje doplněné číslicovými odměřovacími systémy a servopohony pro každou osu. Vysokorychlostní obráběcí stroje pro zkrácení hlavních i vedlejších časů. Jsou vybaveny vysokootáčkovými vřeteny (elektrovřetena), inteligentními servosystémy, tuhými a bezvůlovými mechanizmy, senzorikou, diagnostikou, měřící a řídicí technikou včetně softwaru. Jsou vybaveny řídicími systémy s vysokou rychlosti zpracování bloku a s obvody predikce tvaru (Look Ahead), které kontrolují rychlost s ohledem na změnu tvaru obráběného povrchu, aby nedocházelo k tvarovým chybám při přechodech tvaru. 12

13 5. Nasazení číslicově řízených strojů a) jednotlivě b) skupinově c) v integrované soustavě (integrované výrobní úseky -IVU, pružné výrobní systémy - PVS) 6. Charakteristické znaky konstrukce NC obráběcích strojů 1. Vysoká tuhost a přesnost provedení (šikmá, svislá lože, betonová lože) 2. Zdroje tepla jsou kompenzovány (neovlivňuje se přesnost práce stroje) 3. Nastavení optimální řezné rychlosti (plynulá změna otáček vřetena) 4. Nízké pasivní odpory přímočarých a kruhových vedení (valivá vedení a jejich vysoká životnost, nejsou zdrojem tepla) 5. Automatické polohování 6. Automatická výměna nástrojů 7. Automatická výměna obrobků (ne u všech) 8. Přizpůsobení stroje k automatickému odvodu třísek 9. Adaptivní řízení (ne u všech) 10. Technická diagnostika (monitorování stroje, nástroje, řezného procesu i obrobku ne u všech) 6.1 Rámy NC obráběcích strojů Rám obráběcího stroje je soustava spojených těles, která mezi sebou váže složky sil obrábění a odporů a přenáší hmotové síly na základ. Na jeho tuhosti a dynamické stabilitě závisí schopnost stroje pracovat s požadovanou přesnosti při plném využití výkonových možností. Požadavky na rám stroje: Velká tuhost, Dynamická stabilita, Snadné a dokonalé odstraňování třísek, Snadná a levná výroba Rámy obráběcích strojů jsou převážně konstruovány jako dělené, tj. skládané z částí. Jsou to: Lože, stojany, sloupy, konzoly, příčníky, jejichž vzájemná poloha může být stálá nebo proměnlivá. Z hlediska celkového tvaru rozlišujeme rámy otevřené a uzavřené. 13

14 6.2 Beton ve stavbě obráběcích strojů Beton se dnes stává pro stavbu rámů obráběcích strojů plnohodnotným materiálem, který umožňuje efektivně zvyšovat výrobní výkony strojů. Výhody použití betonu: Zkrácení výroby rozměrných a těžkých rámů a nosných části, Lepší vlastnosti tlumení samobuzených kmitů (obr. 6.2) a hladiny akustického výkonu, Při formování lze do něj umístit trubkový rozvod pro elektřinu, hydrauliku i procesní kapalinu nebo zapustit ochranný plech proti mechanickému opotřebení při odpadu třísek, Rovněž se tam umísťují a zakotvují lišty pro upevnění vodicích ploch pro suportové saně a koník, apod. Tyto výhody umožňují výrazné zvýšení výkonu elektromotorů vřeten a jejich otáček i velikosti pracovních posuvů a rychloposuvů při zvýšení celkové přesnosti obrábění. Toto konstrukční řešení plně vyhovuje pro vysokorychlostní obráběcí stroje. Řez železobetonovým ložem NC soustruhu +GF+ NDM 7 se zapuštěnými předpjatými šrouby, ochrannými ocelovými kryty rohových hran a vloženými jádry z pórovité umělé hmoty pro odlehčení lože a s upnutým nosičem válcových vodicích ploch ukazuje obr. 6.1a. Na obr. 6.1b je jiný příklad řešení rámu soustruhu s popisem základních částí. Obr. 6.1a Řez železobetonovým ložem NC soustruhu Obr. 6.1b Příčný řez rámem soustruhu Na obr. 6.1b znamenají pozice: 1 příčné saně se zásobníkem nástrojů 2 podélné saně 3 horní válcové vedení podélných saní 4 vřeteno 5 dolní válcové vedení 6 betonové lože 7 nádoba na třísky nebo dopravník třísek 14

15 Obr. 6.2 Porovnání tlumicích vlastnosti lože nástrojařské frézky UWF 902 H firmy Herme 6.3 Vedení obráběcích strojů Pod pojmem vedení rozumí se soustava ploch, na nichž se stýká pohyblivá část (suport) s nepohyblivou (lože), která má zaručovat pohyb po geometricky přesné dráze. Jednotlivé plochy se nazývají plochy vodicí. Podle tvaru dráhy rozlišujeme vedení přímočará a vedení kruhová. Podle druhu tření ve styčných plochách rozlišujeme vedení: Kluzná, kluzná s obložením, valivá, hydrostatická, aerostatická, kombinovaná a kombinovaná s řízenými vlastnostmi Přímočará vedení obráběcích strojů Přímočará vedení na obráběcích strojích plní tři hlavní funkce: 1. Realizují přímočaré pohyby 2. Slouží k polohování uzlů obráběcího stroje 3. Uskutečňují přenos sil a momentů mezi uzly obráběcího stroje Má-li vedení plnit tyto tři funkce a k tomu splňovat celou řadu dalších požadavků provozních, výrobních a ekonomických, má mít tyto vlastnosti: a) nízké pasivní odpory ve směru pohybu vedení b) přímočarost chodu s vysokou přesnosti c) stabilitu pohybu v celém rozsahu posuvových rychlostí d) bez vůle e) schopnost tlumit chvění ve směru kolmo k vodicím plochám i ve směru pohybu f) velkou životnost, tj. odolnost proti otěru g) jednoduchou konstrukci h) snadnou výrobu i) snadnou údržbu j) levný provoz 15

16 6.3.2 Rozdělení přímočarých vedení obráběcích strojů 1. Kluzná vedení (litina-litina, ocel-ocel, ocel-litina) Klady: Zápory: + dobrá tuhost - velké pasivní odpory + dobrá schopnost tlumit chvění - existují vůle +jednoduchá konstrukce - zadírají se + dobrá technologičnost výroby - malá životnost + snadná údržba - trhavé pohyby při malých posuvech (obr. 6.3) 2. Kluzná vedení s obložením (základem jsou epoxidové pryskyřice a různá plnidla teflon, grafit, apod.) Tyto hmoty se nanášejí ve stavu tekutém (TLH 11), kašovitém (GAMAPEST) a tuhém (METALOPLAST SP25, TURCITE B). Vlastnosti stejné jako u kluzných vedení a navíc mají tyto klady: + snížený součinitel tření + příznivý průběh třecí charakteristiky + nezadírají se + zvýšená životnost Obr. 6.3 Stribeckův diagram (závislost součinitele tření μ na posuvové rychlosti v p) Oblast 1 Oblast 2 - zde pracují přímočará vedení OS (kromě hoblovek) - zde pracují rotační uložení vč. vedení stolů hoblovek Při kluzném tření rozlišujeme tři stavy: A - Suché tření - bez olejového filmu B - Smíšené tření C - Kapalinové tření - tenká vrstva oleje Trhavé pohyby při malých posunových rychlostech v p jsou způsobeny proměnlivým součinitelem tření μ a poddajnosti posuvového mechanismu. Snižování velikosti poskoků: a) Zvyšováním tuhosti posuvového mechanismu b) Snižováním rozdílu mezi třením za klidu a za pohybu 16

17 3. Valivá vedení Klady: Zápory: + nízký a konstantní součinitel tření - malá schopnost tlumit chvění + není vůle - složitější konstrukce i výroba + velká tuhost - choulostivá na nečistoty + vysoká přesnost chodu Rozdělení valivých vedení: kuličková, válečková, jehlová uzavřená, otevřená předepjatá, polopředepjatá (v jedné rovině), nepředepjatá pro omezené zdvihy - bez recirkulace valivých tělísek (obr. 6.4) pro neomezené zdvihy - nutná recirkulace valivých tělísek => VALIVÁ HNÍZDA (obr. 6.5) Valivá hnízda: jednostranná (obr. 6.6) a dvoustranná (obr. 6.7) Obr. 6.4 Přímočará vedení pro omezené zdvihy Obr. 6.5 Přímočará vedení pro neomezené zdvihy 17

18 Obr. 6.6 Jednostranné valivé hnízdo Obr. 6.7 Dvoustranné valivé hnízdo (řez) Výpočty valivých vedení: a) zatížení valivých tělísek - cílem je určit sílu působící na nejvíce zatížené tělísko b) deformace (tuhost) - zjistit posunutí (natočení) počátku souřadného systému ve směrech jednotlivých os c) únosnost d) životnost - stanovení jako u valivých ložisek, tj. výpočet na únavu povrchových vrstev valivých drah Na obr. 6.8, 6.9, 6.10 a 6.11 je valivé vedení ploché, pravoúhlé, kombinované a kuličkové se zakreslením působících sil. Obr. 6.8 Vedení valivé ploché 18

19 Obr. 6.9 Vedení valivé pravoúhlé Obr Vedení valivé kombinované (ploché s prizmatickým) Obr Vedení valivé kuličkové otevřené 4. Hydrostatická Klady: Zápory: + extrémně nízké pasivní odpory - komplikovaná konstrukce + schopnost tlumit chvění - malé tlumení ve směru ve směru kolmo k pohybu pohybu + velká životnost - náročná výroba + klidný chod - nákladný provoz 5. Aerostatická nosné médium je plyn obdobné vlastnosti jako u hydrostatických vedení hlavní použití u měřících přístrojů 19

20 6. Kombinovaná kluzná s valivými kluzná s hydrostatickými 7. Kombinovaná vedení s řízenými vlastnostmi a) vypnutý (bez tlaku)- při jemných operacích (obr a) b) zapnutý (pod tlakem)- při hrubování (obr b) Obr Funkce membránového tlumícího prvku Funkce membránového tlumícího prvku: Prvek je zapínán tlakovým olejem o tlaku 0,05 MPa. Je-li v prvku tlak roven nule (obr a), je membrána o tloušťce 0,7 až 1 mm přitlačena k vyplňovací desce a mezi membránou a vodicí protiplochou zůstává vůle asi 0,05 až 0,1 mm. Vedení se tedy chová jako čistě valivé. Zvýšením tlaku v prvku na uvedenou hodnotu odtlačí olej membránu od vyplňovaní desky a přitlačí ji k vodicí protiploše (obr. 612 b). Tření membrány za pohybu o vodicí protiplochu tlumí chvění ve směru pohybu saní a tenká vrstva oleje mezi membránou a vyplňovaní deskou tlumí chvění ve směru kolmo k vodicím plochám. Nebezpečí trvalé deformace membrány při náhodném nadměrném zvýšení tlaku lze odstranit pojistným ventilem. 6.4 Automatická výměna nástrojů Hlavním přínosem systémů automatické výměny nástrojů je možnost automaticky řídit kompletní obrábění celého obrobku na daném stroji. Vylučuje z pracovního cyklu zásahy lidské obsluhy, v důsledku čehož je možno podstatně zkrátit vedlejší časy, potřebné pro výměnu nástrojů. Základní rozdělení systémů automatické výměny nástrojů: 1. Zásobníky nástrojů přenášející síly obrábění V případě umístění nástrojů v revolverových hlavách různých typů (obr až 6.17) není zapotřebí kódovat nástroje, protože revolverová hlava má své polohy, do kterých se otáčí dle příkazu z řídicího programu. Revolverové hlavy se používají hlavně u soustruhů, vrtaček, popř. frézek. 20

21 Revolverová nožová hlava je zásobník nástrojů, který přenáší síly obrábění se svými výhodami a nevýhodami. Mezi výhody patří: rychlá výměna nástroje, revolverová hlava nezvětšuje půdorys stroje, jednodušší konstrukce a způsob výměny jednotlivých nástrojů než u zásobníků skladovacích, kde je nutný manipulátor a z toho vyplývající nižší cena. Z nevýhod můžeme jmenovat: omezený počet nástrojů, maximálně cca 16, je umístěna v pracovním prostoru stroje, z čehož vyplývá možnost kolizí nástrojů a jejich upínačů s obrobkem, s upínačem obrobku, s koníkem nebo s jinou částí stroje a tím náročnější na práci programátora, zatěžuje suport stroje, výměna otupeného nástroje během práce stroje není možná. změna nástrojového osazení hlavy pro jiný obrobek je pracnější, časově náročnější a provádí se jen ručně. Nožové revolverové hlavy bývají čtyř- nebo častěji šesti až dvanáctiboké, s vodorovnou nebo svislou osou otáčení. Nástroje se upínají buď přímo, nebo častěji pomocí univerzálních držáků, ve kterých jsou již seřízeny. Nástroje nebo držáky s nástroji mohou být umístěny na čelní ploše hlavy nebo na boku hlavy. Příklady revolverových hlav ukazují obr až Obr Čtyřboká nástrojová hlava Obr Pětiboká nástrojová hlava 21

22 Obr Šestiboké nástrojové hlavy Obr Víceboji nástrojová hlava se šikmou osou otáčení Obr Nástrojová hlava kotoučová s noži upnutými přímo v tělese hlavy 2. Zásobníky skladovací Zásobníky skladovací nepřenášejí síly obrábění, mají pouze skladovací funkci. Aby bylo možno programovat sled nástrojů v průběhu opracování jednoho obrobku je nutné automatické vyhledávání nástrojů v zásobníků podle kódovaného označení a jeho umístění do pracovní polohy pomocí manipulátoru. Kladné vlastnosti systémů se skladovacími zásobníky: lze dosáhnout velmi krátké časy výměny, mohou skladovat neomezený počet nástrojů, nezatížený suport či vřeteník, možnost náhrady otupeného nástroje během práce stroje, možnost doplňování nástrojů během práce stroje, snadnější sestavování programu - v pracovním prostoru jen jeden nástroj, změna nástrojového osazení pro jiný obrobek je snadnější, časově kratší a je dobře možné ji provést automaticky. 22

23 Záporné vlastnosti: u jednodušších zařízení delší čas výměny nástroje, zařízení je komplikovanější, těžší a dražší, větší možnost poruch, většinou má zásobník velké rozměry a tak zvětšuje půdorysnou plochu stroje, nutnost dbát o čistotu držáků, po provedení vlastní výměny se zde vyžaduje ještě tzv. přípravný čas na odložení starého a připravení dalšího, naprogramovaného nástroje, který sice probíhá při práci stroje, ale při krátkých operacích může celkový čas klidu stroje prodloužit (platí u složitějších systémů). Tyto kladné i záporné vlastnosti je třeba znát pro volbu nejvhodnějšího systému při konstrukci obráběcího stroje. Podle cesty, kterou vykonává nástroj ze zásobníku do vřetena stroje, je možné tyto systémy automatické výměny nástrojů rozdělit následovně: a) Zásobník Vřeteno b) Zásobník Podavač Vřeteno (obr a 6.19) c) Zásobník s vyklápěním Podavač Vřeteno d) Jiné systémy s dopravními manipulátory Obr Schéma systému automatické výměny nástrojů Zásobník - Podavač - Vřeteno 23

24 Obr Horizontální obráběcí centrum s kruhovým otočným stolem a s automatickou výměnou nástrojů Zásobník - Podavač - Vřeteno 6.5 Kódování nástrojů Jednou z hlavních podmínek úspěšného využití NC strojů je seřizování nástrojů mimo stroj. Pro každou operaci je k dispozici seřízený nástroj, který musí být jednoznačně rozlišen, tj. určitým způsobem zakódován. Rozeznáváme kódování: 1. Nástroje, resp. nástrojového držáku, 2. Místa uložení v zásobníku. V případě kódování nástroje (držáku) je nositelem kódu nástroj a kód tedy zůstává na nástroji, i když není nástroj v zásobníku. V tomto případě nezáleží na pořadí, ve kterém nástroje do zásobníku vkládáme, a proto nemůže dojít k chybě při práci stroje vložením nástroje na jiné místo, než se předpokládalo. V zásobníku je umístěno čtecí (rozlišovací) zařízení, které je schopno kterýkoliv naprogramovaný nástroj určit, aby tento mohl být v žádaném čase připraven k provedení programované operace. 24

25 Způsoby kódování: kroužky dvou různých průměrů s různou kombinací na čepu nad sebou (obr. 6.20), kombinace šroubků na určitém místě držáku (obr. 6.21), kombinace magnetů na stopce držáků, nevýhodou zde je, že na magnety se mohou zachytit kovové úlomky třísek (obr. 6.22), štítek s umělé hmoty v rozměru 5-ti stope děrné pásky umístěný na držáku (obr. 6.23, 6.24), apod. prvek z umělé hmoty s jazýčky - systém TOS Kuřím (obr. 6.25) Obr Kódovací princip u kterého je kód vytvářen různou kombinací sestavení kroužků dvou různých průměrů (K1, K2) na čepu nad sebou (Fa Kearney a Tracker) Obr Kódovací způsob založený na různé kombinaci šroubů (Š) zašroubovaných na určitých místech držáku nástroje, jejichž hlavy ovládají čidla čtecího zařízení Obr Kódování nástroje pomocí magnetů (M), které jsou rozmístěny na kuželové stopce držáku v různé kombinaci 25

26 Obr Kódování nástroje štítkem z umělé hmoty v rozměru pětistopé děrné pásky (VÚOSO) 1 - držák kódu 2 - kódový štítek 3 - upínací nástavec 4 - nástrojový držák 5 - drážky pro vedení čtecí hlavy Obr Kódovací štítek (Kódovací otvory jsou u nového štítku všechny zaslepené a před umístěním na držák nástroje se příslušné otvory uvolní.) Obr Kódovací systém TOS Kuřím Kódování místa v zásobníku je méně výhodné. V tomto případě není kód na držáku nástroje, ale na nástrojovém místě v zásobníku. Nástroje se pak musí do zásobníku vkládat na místa přesně určená programem a po použití se tam zase musí vracet. Chybou při vkládání nástrojů do zásobníku může zde dojít k havárii stroje. 26

27 6.6 Automatická výměna obrobků Stejně jako automatizace výměny nástrojů i automatická výměna obrobků slouží ke zkracování vedlejších časů a k eliminaci lidského činitele z výrobního procesu, a tak k vyššímu využití strojů a vyšší produktivitě práce. Operační manipulace se součástmi je rozdílná a závisí na tom, jestli manipulujeme s rotačními nebo nerotačními (skříňovými a plochými) součástmi. Jsou rozdílné i příslušné technické prostředky Operační manipulace rotačních součástí Způsob operační manipulace ovlivňuje především tvar a rozměry polotovarů, z nichž je součást vyráběna. U součástí vyráběných z tyče je materiál samočinně podáván ze zásobníku do průchozích vřeten, samočinně upínán kleštinou, přesně polohován a vysouván. Některá pracoviště mají samočinnou výměnu upínacích kleštin umístěných v zásobníku nástrojů a vyměňovaných manipulátorem společným i pro výměnu nástrojů. Součástí přírubové popř. hřídelové jsou upínány do sklíčidel. Buď jsou čelisti automaticky podle průměru součásti přestavovány nebo vyměňovány a výměnu provádí zařízení pro výměnu součástí, nebo se vyměňují celá sklíčidla, která mají funkci technologických palet, např. portálovým manipulátorem. Na obr. 6.26a, b jsou schematicky znázorněny obráběcí stroje se dvěma vřeteny, které se střídavě nacházejí v nakládací a pracovní poloze. U těchto strojů se při jednom seřízení a při jedné manipulaci s transportní dávkou opracují obě strany obrobku. Jedno z obou vřeten je uzpůsobeno k upínání odlitků, výkovků nebo přířezu pro obrábění 1. strany. Druhé vřeteno je seřízeno pro upínání polotovaru z 1. strany již opracovaného. První a druhá strana obrobku se neobrábějí současně, ale střídavě jedná po druhé. Požadavek bezprostředního obrábění 1. a 2. strany obrobku vedl i k jiným řešením. Soustružnické poloautomaty pro menší součástí mají dva vřeteníky v jedné ose proti sobě (obr. 6.26d). Po obrobení 1. strany přebírá polotovar zrcadlově umístěný vřeteník, který je ve směru osy vřetena pohyblivý. U tohoto řešení odpadají mechanismy pro přemísťování a obrácení obrobku. Řešení je vhodné především pro stroje k obrábění malých přírubových obrobků z tyčového materiálu. Na obr. 6.26c je znázorněn princip výměny upínače s obrobkem používaný u větších jednovřetenových svislých soustruhů. Stroje se čtyřmi vřeteny v otočném bubnu (obr. 6.26e) jsou určeny pro výkonné obrábění ve středně až velkosériové výrobě. Na dvou vřetenech se vždy obrábí 1. a 2. strana obrobků současně. Současným obráběním 1. a 2. strany obrobků se čas pro obrobení obou stran zkracuje na hodnotu odpovídající delšímu z obou časů. Materiál a polotovar se upínají během obrábění do druhých dvou vřeten. Otočné vřeteníkové bubny (obr. 6.26b, e) se dvěma nebo čtyřmi zabudovanými vřeteny se používají jak u strojů s horizontální osou vřeten, tak též u strojů svislých. 27

28 Obr Principy umožňující dosažení krátké doby výměny obrobků na soustružnických poloautomatech a) - půdorys dvojitého vřeteníku otočného kolem svislé osy b) - vřeteníkový buben se dvěma vřeteny, přicházejícími střídavě do nakládací a pracovní polohy c) - půdorysné schéma výměny upínačů s obrobkem u středních až velkých svislých soustruhů d) - systém dvou vřeteníků umístěných proti sobě, vřeteník č. 2 je axiálně pohyblivý e) - vřeteníkový buben se čtyřmi vřeteny, stroj má v pracovních polohách dva suporty obrábějící současně 1. a 2. stranu obrobku I. - nakládací poloha, II. - pracovní poloha, III. - výměnný upínač v pracovní poloze na vřetenu stroje, IV. - nakládací poloha č. 2, V. - otočný výměník upínače, VI. - výměnný upínač v nakládací poloze, VII. - pevný vřeteník č. 1, VIII. - axiální pohyblivý vřeteník č. 2 Pro vlastní operační manipulaci s rotačními součástmi v pracovním prostoru stroje se převážně používají průmyslové roboty nebo manipulátory. Jsou uplatňovány v zásadě v těchto provedeních: 1. Manipulátor integrovaný se strojem (obr ), což přináší na jedné straně úsporu výrobní plochy a minimální konstrukční úpravy stroje, na druhé straně však omezený přístup k pracovnímu prostoru stroje. Obr Manipulátor obrobků integrovaný s obráběcím strojem 28

29 2. Průmyslový univerzální robot umístěny u stroje, který potřebuje část výrobní plochy a u něhož nejsou převážně využívány všechny jeho funkce. Proto se od univerzálních robotů ustupuje a ve větším měřítku je nahrazují jednodušší volně programovatelné manipulátory. 3. Portálové manipulátory, jejichž největší výhodou je nenáročnost na výrobní plochu a uvolnění pracovního prostoru stroje. Kromě manipulace se součástmi nebo s technologickými paletami s upnutými součástmi mohou zajišťovat i výměnu nástrojů, upínacích čelistí ve sklíčidlech apod. 4. Křížové manipulátory (obr. 6.28), kde jde o univerzálnější verzi portálových manipulátorů, schopných obsáhnout více periferních zařízení (např. měřící stanice, zásobníky palet se součástmi apod.). 1 Manipulátor 3 Paleta s polotovary 2 Paleta s nástrojovými hlavicemi 4 Paleta s hotovými součástmi Obr Křížový portálový manipulátor Operační manipulace nerotačních součástí Při automatizaci výměny obrobků je vhodné použit mezičlánku mezi strojem a obrobkem (obdobně jako u AVN se používají nástrojové držáky) s jednotnými upínacími plochami nazývané palety. Použití palet při automatizaci výměny obrobků je vhodné zejména u všech druhů obrobků skříňového a plochého tvaru a u rozměrnějších přírubových součástí rotačních. Na systémy AVO s paletami klademe následující požadavky: 1. Čas výměny palety musí být co nejkratší. 2. Paleta musí být dostatečně tuhá a musí umožňovat přesné ustavení obrobků různých tvarů na paletě a jeho tuhé upnutí k paletě. 3. Upnutí palety na pracovním stole stroje musí být přesné a tuhé. 4. Manipulace s paletami u stroje musí být jednoduchá a má umožňovat, aby pracovník, který obrobky na paletách mění, nemusel daleko nebo vůbec přecházet od palety pro stroj připravené, k paletě ze stroje po dokončení obrábění upnutého obrobku vysunuté. 5. Mají mít vysokou pracovní spolehlivost a životnost. 29

30 6. Výměna palet má probíhat automaticky a je řízena z řídicího systému stroje podle programu. 7. Koncepce AVO má být taková, aby bylo možné spojení stroje dopravníkem obrobků v pružném výrobním systému s jinými stroji. Vzhledem k tomu, že v PVS slouží paleta i dopravním účelům, je třeba ji vybavit identifikaci. Tato může být provedena např. pomocí snímatelných kolíků, které jsou upevňovány na desce přišroubované k paletě (obr. 6.29). Obr Identifikační deska palety Systémy AVO je možno rozdělit do dvou základních skupin: 1. Systémy se dvěma pracovními stoly, uspořádanými buď v přímce vedle sebe, nebo v kruhu. 2. Systémy s jedním pracovním stolem a se dvěma stoly manipulačními různě u stroje uspořádanými, nebo s manipulačním otočným dvojstolem, různě položeným vzhledem ke stolu pracovnímu. Systém se dvěma stoly uspořádanými v kruhu Příklad tohoto uspořádáni je na obr Stůl stroje je zde tvořen půlkruhovou deskou, v níž je zabudován otočný stůl, a která je celá vyměnitelná. Stroj je vybaven dvěma takovými stoly, které dohromady tvoří kruh. Jednotlivé půlkruhové stoly se na stroji mění otáčením kolem osy kruhu stolu. Jeden stůl je vždy s obrobkem na stroji a probíhá na něm obrábění (pozice A) a druhý je v obslužné pozici B, kde se provádí ruční výměna obrobku. Protože výška osy vřetena stroje od základu je vyšší, než vhodná úroveň obslužného pracoviště, po dokončení práce stroje je nejprve výměnný stůl stroje spuštěn do úrovně obslužného pracoviště a v této výšce se provede příslušnými mechanizmy výměna stolů (pohyby jsou na obr. naznačeny šipkami). Výhodou je zde, že stůl v manipulační poloze je v klidu a dostatečně oddělen od pracovního prostoru stroje. Obsluha také nemusí přecházet od jednoho stolu ke druhému. Čas výměny stolů je do deseti sekund. Nevýhodou pak je nutnost vybavit stroj dvěma pracovními stoly a manipulačním zařízením pro výměnu stolů. 30

31 Obr Systém AVO se dvěma stoly uspořádanými v kruhu Systémy s jedním pracovním stolem a se dvěma stoly manipulačními Tyto systémy se používají v praxi v několika alternativách. Jejich aplikace je u obráběcích center pro skříňové a prizmatické obrobky. V těchto případech se na manipulaci s paletami podílí i pracovní stůl stroje. Postup výměny obrobku si ukážeme na příkladě (obr. 6.31), kde manipulační stoly 1 a 2 jsou umístěny na obou koncích saní (souřadnice x), po kterých se posouvá otočný stůl 3. Na manipulačních stolech i na pracovním otočném stole stroje jsou zhotoveny jednotné vodicí plochy pro paletu. Výměna palet na pracovním stole pak probíhá automaticky pomocí mechanizmu pro přesouvání palet. Postup výměny je následující: 1. Po dokončení obrábění na jednom obrobku přejede pracovní stůl 3 např. do levé krajní polohy L a upínací zařízení paletu uvolní. 2. Manipulační zařízení vysune paletu s hotovým obrobkem na volný manipulační stůl Prázdný stůl přejede do pravé krajní polohy P, kde je manipulačním stolem 2 připraven na druhé paletě nový obrobek. 4. Manipulační zařízení přesune paletu z manipulačního stolu 2 na otočný stůl stroje 3 a paletu upne. 5. Pracovní stůl se přesune do střední polohy, ve které se začne opracování. Obr Systém s jedním pracovním stolem a se dvěma stoly manipulačními umístěnými na obou koncích saní pracovního stolu 31

32 U alternativy podle obr jsou manipulační stoly umístěny oba před saněmi pracovního stolu. Výměna palet v pracovním prostoru stroje zde probíhá stejně, jako u uspořádání podle obr Rozdíl je jen ve směru zakládání palet na pracovní stůl. Výhodou zde však je, že pracovní stůl vykonává jen krátké manipulační pohyby (kratší čas výměny palet), a že manipulační stoly jsou vedle sebe, takže jejich obsluha přechází jen minimálně. Také v půdorysném pohledu působí toto uspořádání kompaktněji. Obr Systém s jedním pracovním stolem a se dvěma stoly manipulačními umístěnými před saněmi pracovního stolu Systémy s manipulačním otočným dvojstolem U některých obráběcích center pro skříňové a prizmatické obrobky se užívají systémy s manipulačním otočným dvojstolem. Manipulační dvojstůl je vždy v úrovni pracovního stolu a horní deska, nesoucí dvě palety, se otáčí kolem svislé osy (obr. 6.33). Obr Systém s manipulačním otočným dvojstolem 32

33 6.7 Automatické polohování Indexovací zařízení U obráběcích strojů s automatickým pracovním cyklem, se často vyskytuje požadavek přesného pootočení některé jeho části (např. revolverové hlavy, bubnu s vřeteny, stolu, atp.) o určitý úhel a zajištění v přesné požadované poloze. Zařízení potřebné k tomuto účelu se označuje v praxi jako indexovací zařízení a často doplňuje systémy pro přerušovaný rotační pohyb. Činnost indexovacího zařízení sestává z těchto dílčích úkonů: a) Pootočení o daný úhel b) Přesné ustavení a zajištění polohy c) Upnutí v nastavené poloze Mechanismy zajišťující pootočení o daný úhel K pootáčení indexovacího uzlu o určitý úhel se u obráběcích strojů používá různých zařízení. Jsou to například: maltézské mechanismy západka a rohatka pastorek a hřeben křídlové hydraulické motory pastorek s ozubeným věncem a další U revolverových hlav, zásobníkových či vřetenových bubnů a jiných indexovacích uzlů NC obráběcích strojů se však nejčastěji používá poslední z vyjmenovaných mechanismů, tedy pastorek a ozubený věnec s vnitřním nebo vnějším ozubením. Úhel pootočení je zpravidla řízen zapínáním a vypínáním hnacího motoru. Řídicí impulsy přicházejí z řídicího systému a z koncových spínačů mechanismu pootáčeného uzlu Mechanismy s přetržitým pohybem výstupního členu Tyto mechanismy mají různou koncepci konstrukce. Nezávisle na řešení mají všechny takové mechanismy několik společných znaků: a) Výstupní člen se uvádí do pohybu z klidové polohy. b) Po uvedení do pohybu, výstupní člen absolvuje určitou dráhu, jejíž délka může být konstantní nebo měnitelná. 33

34 c) V určitém bodě se výstupní člen zastaví zcela nebo přeruší svůj pohyb různě dlouhou prodlevou. Úplným zastavením se míní zastavení, při němž dojde k tuhé kinematické vazbě mezi výstupním členem a nehybným elementem konstrukce. Vazba je dána buď vlastní funkcí mechanismu, nebo zásahem přídavného ústrojí. Klasifikace mechanismu je založena na: účelu, jemuž mechanismus slouží konstrukci kinematických a dynamických vlastnostech přesnosti rychlosti pohybu spolehlivosti apod. Nyní si popíšeme některé často používané mechanismy v konstrukcí obráběcích strojů Cyklické mechanismy 1. Maltézský mechanismus (obr. 6.34) V praxi jsou značně rozšířeny. Z hlediska konstrukčního jsou možná různá řešení. Mechanismy mohou být rovinné i prostorové, s regulací i bez regulace atd. Jejich princip je ovšem vždy stejný. Jedná se o cyklický mechanismus. Vstupním členem je klika 1 spojená s výstupním členem (křížem) 2 pomocí vyšší kinematické dvojice, tj. válečkem 3 a drážky 4. Zastavení se velmi často řeší tím, že segment 5 pevně spojený s mechanismem kliky se na dobu prodlevy natočí do vybrání 6 na kříži. Segment a vybrání tvoří tedy spolu aretační ústrojí. Vyžaduje-li se velmi pevné blokování během prodlevy a přesná poloha zastavení, používá se ještě přídavného aretačního ústrojí, tj. západky 7 zasouvané do vybrání na kříži 8. Tím dojde k tuhé kinematické vazbě mezi výstupním členem mechanismu a nehybnou částí konstrukce. Řídicím ústrojím všech mechanismu této skupiny bývá nejčastěji jednootáčková spojka 9 ovládající vstupní člen a zapínající, resp. vypínající podle potřeby dané technologickým pochodem. Dynamické vlastnosti maltézských mechanismů jsou celkem uspokojivé, je to však systém dosti složitý s četnými vůlemi, jehož přesnost se musí někdy zlepšovat různými úpravami. 2. Rohatkový mechanismus (obr.6. 35) Vstupní člen rohatkových a jim podobných mechanismu může konat buď rotační pohyb (klika, vačka), nebo postupně vratný (přímočarý motor hydraulický nebo pneumatický). Na obrázku 2 je znázorněn mechanismus s klikou. Ke kinematické vazbě mezi vstupním a výstupním členem slouží západka nebo ozubený hřeben podle toho, zda výstupním členem je rohatka nebo ozubené kolo. Na obr je mechanismus s rohatkou 2 a západkou 3. Po otočení výstupního členu do potřebné polohy mezičlenem, tj. v mechanismu podle obr západka, se vysune ze záběru s rohatkou a vrátí se do své výchozí polohy. Rohatka je zatím aretována západkou 4 ovládanou např. pružinou nebo vačkou atp. Vyskytují se konstrukční řešení, kdy mezičlánek zůstává v záběru s výstupním členem a přitlačuje jej k nepohyblivé zarážce. Výstupní člen je tedy po dobu prodlevy svírán mezi pevnou zarážkou a mezičlánkem. Koná-li vstupní člen rotační pohyb, bývá odvozen, jak již bylo řečeno, od motoru nebo jednootáčkové spojky. Vstupní člen s postupně vratným pohybem je zároveň členem řídicím. Kinematické i dynamické vlastnosti rohatkových mechanismu (a též jim podobných) jsou závislé na jejich konstrukci. Je-li vstupním členem vačka nebo klika, pohybuje se výstupní člen při rozběhu i zastavení bez rázů, přičemž zákony pohybu určuje 34

35 konstrukční řešení mechanismu. Je-li však vstupním členem hydraulický nebo pneumatický přímočarý motor, pak k zlepšení dynamiky rozběhu a zastavení bývá obvykle třeba zařadit do mechanismu vhodné tlumicí ústrojí. Všechny cyklické mechanismy s výjimkou rohatkových jsou reverzibilní. Obr Maltézský mechanismus Obr Rohatkový mechanismus Necyklické mechanismy Necyklické mechanismy s přetržitým pohybem výstupního členu se vyznačují tím, že dobu pohybu výstupního členu i délku jeho dráhy, ať již je přímočará nebo kruhová, lze v rozmezí limitovaném konstrukcí mechanismu měnit. Může se také pochopitelně měnit bod zastavení výstupního členu. Do této skupiny patří všechny regulovatelné mechanismy přeměňující rotační nebo postupný pohyb vstupního členu na přetržitý pohyb výstupního. Nejširší oblast použitelnosti mají spojky, které se v určité poloze vypnou a zastaví. Podle druhu kinematické vazby lze spojky dělit na dvě skupiny: a) spojky přenášející pohyb třením (kotoučové, pružinové, válečkové) b) spojky přenášející pohyb mechanickým záběrem (zubové, rohatkové, s úsečovým perem) Spojky skupiny b) jsou univerzálnější. Kinetická energie zastavovaného systému je omezena pouze směrem nahoru, tj. nesmí překročit jistou maximální hodnotu. Zubová spojka (obr. 6.36) Na obr je schematicky znázorněna konstrukce jedné z mnoha různých zubových spojek, a to ve vypnutém stavu. Při zapnutí ovládacího ústrojí, např. elektromagnetu, hydraulického motoru atp., působí na poháněný (výstupní) člen spojky 2 a posouvá jej po drážkách hřídele za stlačování pružiny 3 vpravo do záběru se zuby vstupního (poháněcího) členu 4. Spojka je nyní zapnuta a přenáší pohyb. Je-li dán signál k zastavení, ovládací orgán přestane působit na výstupní člen, který se pod tlakem pružiny odsune poněkud od vstupního, avšak jen tak, aby zuby se nevysunuly zcela ze záběru. Zadní stěna výstupního členu narazí na válečky 5 v nehybné části konstrukce (jsou dva na protilehlých stranách obvodu své opěrné součásti) a valí se po nich do okamžiku, kdy zapadnou do vybrání 6 ve stěně. Výstupní člen se odsune o hloubku vybrání dále od vstupního, zuby vyjdou ze záběru a poháněný člen se zastaví. Řídicí prvky jsou zde pružina a elektromagnet, 35

36 aretačními pak válečky a vybrání ve stěně poháněného členu. Dynamické vlastnosti spojek tohoto typu jsou podstatně výhodnější než jiných, třebaže k aretaci dochází z provozní rychlosti. Aretace není totiž mžiková, poněvadž po zapadnutí válečků do drážek vykoná poháněný člen ještě několik aperiodických doznívajících pohybů s malým rozkmitem od bodu zastavení, doprovázených nevelkými rázy. Tím se kinetická energie zastavovaného systému rozptýlí a dynamické momenty spojené s aretací se zmenší. K přednostem popsané konstrukce patří reverzibilita a blokové uspořádání (řídicí i aretační ústrojí je přímo ve spojce). Výhodné je také bezprostřední působení ovládacího orgánu na výstupní člen. Na jednu otáčku může mít spojka několik poloh zastavení. Obr Zubová spojka U NC strojů se nejčastěji užívá jednoduchá válcová, plochá nebo kuželová zajišťovací západka nebo čelní zubová spojka s nízkým ozubením různého typu. Počet zubů takové dvojice indexačních věnců je roven minimálně počtu indexovaných poloh uzlu, ale převážně se volí podstatně větší a je násobkem žádaného počtu nastavovaných poloh. Např. při počtu zubů 96 je možno věnce použít pro dvanácti a šestnáctipolohové hlavy. Hlavní výhodou indexování revolverových hlav nebo jiných uzlů NC strojů na ozubených věncích je vysoká přesnost nastavení polohy (opakovatelná přesnost nastavení 2 až 3 μm na průměru hlavy asi 700 mm). Případné výrobní chyby v roztečích zubů se zde totiž průměruji. Tímto způsobem lze dosáhnout vůbec nejvyšších přesností úhlového pootočení. Toto ústrojí se používá i u přesných měřicích zařízení Ústrojí pro ustavení a zajištění polohy Přesné ustavení a zajištění polohy indexovaného uzlu je možno provést celou řadou způsobů. Na přesnosti ustavení polohy (indexace) závisí přesnost práce obráběcího stroje. Proto se na ústrojí pro ustavení polohy kladou především tyto požadavky: přesnost tuhost odolnost proti opotřebení jednoduchá výroba Podle těchto hledisek má být volena vhodná konstrukční alternativa. Poloha zajišťovacích míst má být volena na co největším průměru, pokud možno na větším, než je roztečná kružnice děr pro nástroje nebo vřetena. Tím se chyby v indexaci přenášejí na polohu nástroje (obrobku) ve zmenšené míře. Indexace nemá zachycovat momenty od sil obrábění nebo váhy příslušných součástí nebo přímo síly obrábění a váhy. K tomuto účelu slouží zpevňovací zařízení. Nejjednodušší indexace je kuželovou západkou. Nejdokonalejší je součást ustavená dvěma západkami. 36

37 6.7.7 Polohování vřetena Vývoj strojů třetí generace přináší sebou některé nové speciální vlastnosti, projevující se ve vztahu hlavního pohonu k řízení technologického procesu obrábění a závislé na druhu stroje. Jedním takovým požadavkem je polohování vřetena. Např. u strojů s automatickou výměnou nástrojů, s otočnými revolverovými hlavami, nebo výměnou sklíčidel se musí vřeteno při každé výměně nástroje (sklíčidla) zabrzdit vždy ve stejné poloze co do úhlu natočení. Takové polohování je možno realizovat např. pomocí indexu a speciální dvojité spojky S, obr Tato spojka se skládá z hlavní spojky zubové S 1, zapojené při vlastním obrábění. Po ukončení operace se zařadí nejnižší možné otáčky vřetena. Spojka S 1 se vypne a krouticí moment přenáší spojka S 2 (seřízená na velmi malý točivý moment) tak dlouho, dokud nezaskočí index I. Jakmile index zapadne do příslušné drážky indexovacího kotouče, hlavní motor se vypne a spojka S 2 při dobíhání motoru prokluzuje. Obr Polohování vřetene pomocí indexu a speciální dvojité spojky Další využití je při vrtání mimostředových otvorů na čele přírubových součástí na soustružnických obráběcích centrech, kde musí být vřeteno přesně polohováno v různých úhlech natočení. Úhlová poloha vřetena je pak další řízenou souřadnicí. 37

38 7. Automatizační systémy výrobních strojů 7.1 Uspořádání a rozdělení automatizačních systémů Automatizační systémy zajišťují zpravidla řízení celého pracovního procesu v automatickém pracovním cyklu, nebo automatické řízení cyklů dílčích. Jejich celkové uspořádání lze rozdělit do tří základních skupin: 1. Ústrojí ovládací Dává popud (impuls) k provedení určitého úkonu, např. změně rychlosti pohybu nebo zastavení, reverzaci pohybu, změně otáček vřetena apod. 2. Ústrojí řídicí Ústrojí řídicí zesiluje impulsy ovládacího ústrojí na úroveň k řízení chodu servopohonů a řídí jejich činnosti. 3. Ústrojí výkonné (servomotory) Ústrojí výkonné provádí požadovaný úkon vlivem činnosti servomotoru, např. hydraulický válec zařazující převody v převodové skříni. Tato ústrojí se u všech automatizačních systémů nedají vždy přesně rozlišit. Jsou-li např. impulsy ovládacího ústrojí dostatečně silné, lze někdy ústrojí řídicí vypustit. U vačkových systémů, u nichž je vačka současně hnacím členem, odpadá ústrojí ovládací i řídicí (splývá v jedno). Vykonává-li automatický systém v pracovním cyklu několik pohybů, musí být tyto vzájemně vázány. Tato vazba je dvojího druhu: 1. Časová, 2. Prostorová Vazba časová Zde je začátek pohybu dán určitým časem, který uplynul od začátku cyklu. Jeho odměření se provede např. rovnoměrným otočením rozvodového hřídele o určitý úhel. Vazba prostorová Začátek pohybu je dán ujetím dráhy jiného pohybu, na nějž pohyb navazuje. Např. zapichovací pohyb suportu soustruhu se má provést až když podélný suport ukončil axiální pohyb najetím na vhodně nastavenou narážku. Podle druhů energie k ovládání, řízení a pohonu výkonného ústrojí je možno automatizační systémy rozčlenit na: 1. Mechanické 2. Elektrické 3. Hydraulické 4. Pneumatické 5. Kombinované 38

39 7.2 Automatizační systémy vačkové Zde jsou hlavními členy systému vačky a to dvojího druhu: a) vačky bubnové - obr. 7.1 b) vačky kotoučové (ploché) obr. 7.2 Obr. 7.1 Vačka bubnová Obr. 7.2 Vačka kotoučová (plochá) Bubnové vačky se používají pro větší zdvihy (do 600 mm), kotoučové pro zdvihy menší (do 200 mm). Často však o použití té či oné vačky rozhoduje konstrukční uspořádání a směr požadovaného pohybu. Přednosti vačkových systémů: Tvarem vačky je možné docílit optimálního průběhu zrychlení, při kinematické jednoduchosti a vysoké provozní spolehlivosti. Nevýhody vačkových systémů: Nevýhodou je zdlouhavé seřizování a nesnadná změna cyklu, zejména tehdy, když je nutno navrhnout a vyrobit nové vačky. Proto je tento systém vhodný pro automatizaci velkosériové a hromadné výroby. Působí-li reakce mezi kladkou a vačkou stále ve stejném smyslu, stačí vačka jednostranná (obr. 7.1, obr. 7.2). Mění-li se smysl zatížení vačkového mechanizmu, je třeba kladku přitlačovat k činné ploše vačky vnější silou (pružinou, hydraulicky), která je větší než síla hnaného mechanizmu působící v opačném smyslu. Je možno místo přítlačné síly použit také vačku oboustrannou s vymezenou vůlí podle obr