CZ304757B6 - Podavač nástrojů manipulačního zařízení pro výměnu nástrojů na obráběcích strojích - Google Patents

Abstract

Vynález se týká podavače (1) nástrojů manipulačního zařízení pro výměnu nástrojů (10), zvláště pro velké obráběcí stroje, obsahujícího v zrcadlovém uspořádání dva páry svěrných čelistí (13, 13´) vytvořených jako dvouramenné páky, které jsou spřažené s kloubovým mechanizmem, jehož hnacím prostředkem jsou tekutinové válce. Tekutinové válce jsou dvojčinnými pneumatickými válci (14, 14´), jejichž pístnice (142, 142´) je spřažena hnací tyčí (134, 134´) vždy s konci dvou vzpěr (133, 133´) kloubového mechanizmu, které jsou připojeny druhými konci na hnací konce svěrných čelistí (13, 13´). V poloze sevřených svěrných čelistí (13, 13´) svírá spojnice kloubů jedné nebo druhé vzpěry (133, 133´) s osou hnací tyče (134, 134´) vždy úhel (.alfa.), který je v rozmezí 75.degree. až 89.degree.. Podavač (1) je dále opatřen bezpečnostním prostředkem udržujícím svěrné čelisti (13, 13´) svírající nástroj (10) v zablokovaném sevřeném stavu v případě nežádoucího poklesu tlaku v pneumatickém systému.

Description

Podavač nástrojů manipulačního zařízení pro výměnu nástrojů, zvláště pro velké obráběcí stroje, obsahující v zrcadlovém uspořádání dva páry svěmých čelistí vytvořených jako dvouramenné páky, které jsou spřažené s kloubovým mechanizmem, jehož hnacím prostředkem jsou tekutinové válce.

Dosavadní stav techniky

S rozvojem velmi výkonných těžkých obráběcích strojů, zvláště obráběcích center, vystupuje do popředí negativní dopad času, nutného pro výměnu obráběcích nástrojů mezi jednotlivými operacemi nebo při změně výrobní série.

Velké stroje a velké zásobníky představují značnou dráhu, po níž je nutné nástroj přenášet. Výhodné je, když vlastní manipulační ruka, která vyjímá nástroj ze zásobníku a ukládá jej do pracovního orgánu obráběcího stroje, má dva uchopovací prostředky, takže u stroje, ke kterému dopravila nový nástroj, uchopí volným prostředkem nástroj, který je například ve vřetení stroje a druhým uchopovacím prostředkem vloží do vřetene nástroj nový. Tyto manipulátory mají obvykle symetrickou ruku, která má na obou stranách chapače a je kolem středu své délky otočná o 180 °C.

Řešení podle CZ 244239 Bl využívá takového podavače otočně uloženého v rozsahu 4krát 90°, který má na obou koncích umístěny vidlicové chapače, jejichž čelisti jsou otevírány a svírány hydraulickým válcem s pákovým převodem.

CZ 275504 B6 používá chapač, jehož čelisti jsou ve stavu, kdy jsou prázdné, přitaženy k sobě pružinou. Před najetím k nástroji jsou vačkovým mechanizmem proti síle pružiny rozevřeny, přičemž při manipulaci je nástroj držen čelistmi sevřenými působením pružiny. K řízení čelistí je použit hydraulický válec.

Zařízení k manipulaci s těžkými nástroji řeší CZ 303528 B6. Jeho vlastní manipulační rameno je tvořeno podélným nosným tělesem otočným vzhledem kjeho středu, ve kterém jsou v jeho koncových oblastech uloženy posuvné suporty opatřené jednoramennými rozevíratelnými kleštinami. Posuvné suporty jsou uloženy v lineárních vedeních, ve kterých se mohou vzdalovat nebo přibližovat k otočnému středu tělesa. Posuv suportů a rozevírání kleštin je zajištěno hydraulickými, případně pneumatickými válci, nebo elektrickým pohonem. Sevření kleštin je prováděno pružinou.

DE 2443962 Al řeší uchopování předmětů různé velikosti a tvaru dvěma svěmými čelistmi manipulačního robota, které mají vždy dva kontaktní nástavce. U jedné z čelistí jsou oba nástavce součástí vahadla výkyvné uloženého na této čelisti. Svěmé čelisti jsou dvouramennými pákami, které mají uchopovací rameno několikanásobně delší, než rameno, na něž působí ovládací síla vyvozená hydraulickým válcem. Cílem je zde přizpůsobení polohy kontaktních nástavců různým tvarům uchopeného předmětu, přičemž se chrání způsob identifikace nedokonalého uchopení. Zařízení se nezabývá dosažením vysokých svěmých sil pomocí pneumatického pohonu, geometrie jeho mechanizmu je tomuto požadavku protichůdná. Podobný cíl sleduje řešení robotického manipulátoru podle US 4728131 A. Poměr délky uchopovacích ramen je z hlediska velikosti svěmých sil opačný, což umožňuje složitý vícekloubový mechanizmus a hydraulický ovládací válec. Manipulační zařízení pro těžké stroje a jejich těžké a rozměrné nástroje podle dosavadního stavu techniky používají obvykle hydraulických válců, což je vyvoláno potřebou velkých upína- 1 CZ 304757 B6 cích sil. Hydraulické systémy jsou jednak drahé a těžké, navíc při netěsnosti představují nežádoucí znečištění stroje a jeho okolí.

Cílem vynálezu je navrhnout manipulátor, který by nebyl obsluhován hydraulickým systémem a který by zajistil bezpečné držení nástroje při jeho transportu mezi zásobníkem a strojem a zvláště při jeho ukládání do vřetene apod. To je zvláště důležité s ohledem na rozměrné válcovité nástroje a jejich velký klopný moment při jednostranném uchopení.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo podavačem nástrojů manipulačního zařízení pro výměnu nástrojů, zvláště pro velké obráběcí stroje, jehož podstatou je to, že obsahuje dvojčinné pneumatické válce, jejichž pístnice je spřažena hnací tyčí vždy skonči dvou vzpěr kloubového mechanizmu, které jsou připojeny druhými konci na hnací konce svěmých čelistí, přičemž v poloze sevřených svěrných čelistí svírá spojnice kloubů jedné nebo druhé vzpěry s osou hnací tyče vždy úhel, který je v rozmezí 75° až 89°, a podavač je opatřen bezpečnostním prostředkem udržujícím svěmé čelisti svírající nástroj v zablokovaném sevřeném stavu v případě nežádoucího poklesu tlaku v pneumatickém systému.

Použití pneumatických válců k vyvolání síly nutné k sevření nástroje je výhodné z důvodů ceny, spotřeby energie, možnosti využití vzduchotlakových rozvodů v dílnách a čistoty stroje. Bezpečnost provozuje přitom zajištěna automatickým zablokováním svěmých čelistí při výpadku pneumatického systému.

Bezpečnostním prostředkem je blokovací čep suvně uložený v tělese podavače, který je v zajištěné poloze zasunut v otvoru spojeném při sevřené poloze svěmých čelistí s hnací tyčí silou zajišťovací pružiny, přičemž blokovací čep je spřažen s pneumatickým válečkem působícím proti síle zajišťovací pružiny. Bezpečnostní prostředek je tak vytvořen jednoduchými a přitom spolehlivými prostředky.

V poloze sevřených svěmých čelistí je poměr svěmé síly v místě kontaktních ploch svěmých čelistí k síle v ose pístnice vyvozené tlakem vzduchu v prostoru nad pístem pneumatického válce alespoň 5.

Při takovém uspořádání kloubového mechanizmu lze využít pneumatického upínání nástrojů v manipulátoru i pro obsluhu velkých strojů používajících těžké nástroje.

Objasnění výkresů

Příkladné provedení zařízení podle vynálezu je znázorněno na výkrese, kde je na obr. 1 půdorysný pohled na podavač manipulačního mechanizmu, na obr. 2 detail „D“ půdorysného pohledu z obr. 1, obr. 3 blokovací čep v poloze blokované hnací tyče v řezu A-A z obr. 2 a obr. 4 blokovací čep v poloze uvolněné hnací tyče v řezu A-A z obr. 2.

Příklady uskutečnění vynálezu

Zařízení pro manipulaci s nástroji obráběcích strojů při jejich výměně obsahují zásobníky nástrojů, zařízení pro uchopení nástroje do podavače, zařízení pro přenesení nástroje do příslušné oblasti stroje, přizpůsobení jeho polohy poloze upínače, a nasazení a upevnění nástroje do upínače, například v pracovním vřetenu stroje.

-2CZ 304757 B6

Zařízení podle tohoto technického řešení je podavačem I, který je posledním koncovým členem obvykle složitého kinematického mechanizmu manipulátoru. Na obr. 1 je zobrazen půdorys podavače i.

Podavač i je tvořen tělesem 11 tvaru plochého podlouhlého bloku, který nese prostředky pro uchopení dříku nástroje W. Části podavače I jsou na tělese JT uspořádány v podstatě zrcadlově vzhledem kjeho středu, ve kterém je umístěn středový náboj 12 pro otočné uložení podavače i na konci neznázoměného pohyblivého ramena manipulátoru. Polohu podavače 1 vzhledem k ose otáčení náboje 12 zajišťuje neznázoměný pohon umístěný na pohyblivém ramenu manipulátoru.

Na koncích podavače I je vždy uspořádána dvojice svěmých čelistí 13, 13'. Čelisti 13, 13' jsou ve své přibližně střední oblasti otočně uloženy na čepech 131 pevně vetknutých v tělese 11 kolmo kjeho povrchu. Uchopovací konce dvojice čelistí 13, 13' směřují vně tělesa 11, přičemž jsou opatřeny vnitřními kruhovými oblouky tvořícími kontaktní plochy 132 pro dřík nástroje JO. Hnací konce čelistí 13, 13' jsou kloubově spojeny s konci vzpěr 133.

V oblasti mezi čelistmi 13, 13' a středovým nábojem 12 jsou v podélném směru tělesa 11 podavače i upevněny dvojčinné pneumatické válce 14, 14'. Vstupy do jejich pracovních prostorů pod a nad pístem jsou připojeny k potrubím tlakového vzduchu 141, 141' neznázoměného pneumatického obvodu. Konec pístnice 142, 142' dvojčinného pneumatického válce 14, 14' je pevně spojen s jedním koncem hnací tyče 134, 134', která je suvně uložena v lineárním vedení 15, 15' rovnoběžném s osou pneumatického válce 14, 14'. Pístnice 142, 142' pneumatického válce 14, 14' a hnací tyč 134, 134' tak tvoří v podstatě společné těleso. V místě spojení pístnice 142, 142' a hnací tyče 134, 134' je v tomto tělese vytvořen kolmo na rovinu tělesa 11 podavače i průchozí otvor 16, 16' pro blokovací čep 161, 161. Obvod průchozího otvoru 16, 16' ie přerušen uvolňovací drážkou 162, 162' (obr. 2 až 4) rovnoběžnou s osou otvoru 16, 16'.

Blokovací čep 16J_, 161' je prostřednictvím zvedací tyčky 163, 163' suvně uložen v tělese H podavače 1 v místě, které odpovídá poloze otvoru 16, 16' při sevřených čelistech 13,13'. Průměr zvedací tyčky 163, 163' je menší, než šířka uvolňovací drážky 162, 162'.

Je-li podavač 1 pootočen do vodorovné polohy vzhledem k neznázoměnému pohyblivému ramenu manipulátoru, nachází se osa zvedací tyčky 163, 163' blokovacího čepu 161, 161' v ose pístnice Hl, 111' odjišťovacího pneumatického válečku 112, 112' uspořádaného v tělese blíže neznázoměného ramena manipulátoru kolmo na základní rovinu tělesa JT podavače 1. Na volné čelo blokovacího čepu 161, 162' působí tlačná zajišťovací pružina 113 vedená v opěrném pouzdře 114, které je součástí tělesa 11 podavače 1. V situaci, kdy pístnice 111, 111' odjišťovacího pneumatického válečku 112, 112' není zatížena tlakovým vzduchem pneumatického obvodu, je blokovací čep l_6i, 161' působením zajišťovací pružiny 113 zasunut s určitou radiální vůlí v otvoru J_6, 16' hnací tyče 134, 134'. Hnací tyč 134, 134' je tak znehybněna, přičemž její svěmé čelisti 13, 13 jsou v sevřeném stavu a bezpečně drží pracovní nástroj 10.

Odjištění hnací tyče 134', 134' je tedy možné pouze ve vodorovné poloze podavače 1, přičemž musí být k dispozici tlakový vzduch pneumatického obvodu. Tlakem vzduchu v odjišťovacím pneumatickém válečku 112, 112' se vysune blokovací čep 161, 161' proti síle zajišťovací pružiny 113 mimo otvor 16 ve společném tělese hnací tyče 134, 134'. Pístnice 142, 142' dvojčinného pneumatického válce J_4, 14' se tlakem vzduchu přivedeným pod píst pneumatického válce 14, 14' vysune směrem k nástroji 10, což je umožněno průchodem uvolňovací drážky 162, 162' kolem zvedací tyčky 163, 163'.

Pokud se podavač 1 otáčí nebo vysouvá s ramenem manipulátoru, jsou svěmé čelisti 13, 13' vždy sevřeny a pevně drží přenášený nástroj 10. K odjištění blokovacího čepu 161, 161' může dojít pouze při požadavku na otevření svěmých čelistí 13, 13/. Pokud v pneumatickém systému není

-3 CZ 304757 B6 tlakový vzduch (systém je vypnut, nebo došlo k nežádoucímu poklesu tlaku při poruše apod.) a v čelistech 13, 13' je upnut nástroj, blokovací čep 161, 161' je silou na něj působící zajišťovací pružiny 113 zasunut do otvoru 16, 16'. Je-li v pneumatickém systému pracovní tlak a současně je požadavek na otevření svěmých čelistí 13, 13', působí tlak vzduchu odjišťovacího pneumatického válečku 112 proti síle tlačné zajišťovací pružiny 113, blokovací čep 161 je z otvoru J6 vysunut a píst dvojčinného pneumatického válce 14 může rozevřít svěmé čelisti 13.

Při výměně nástroje neznázoměný mechanizmus manipulátoru přistaví podavač 1 k zásobníku stranou s párem svěmých čelistí JJ. Neznázoměným ovladačem se vyvolá impuls k přívodu tlakového vzduchu pod píst dvojčinného pneumatického válce 14 a do odjišťovacího pneumatického válečku 112 blokovacího čepu 161. Blokovací čep 161 je vysunut z otvoru 16, pístnice 142 a hnací tyč 134 se přesunou směrem ke svěmým čelistem JJ, které se prostřednictvím vzpěr 133 pootočí kolem čepů 131 do rozevřené polohy. Mechanizmus manipulátoru vysune celý podavač i směrem k nástroji 10 uloženému v neznázoměném zásobníku a kontaktní plocha 132 svěmých čelistí 13 obklopí dřík nástroje, který má být vyměněn. Ovladačem se vyvolá impuls k přívodu tlakového vzduchu nad píst pneumatického válce 14, pístnice 142 a hnací tyč 134 se přesunou směrem od svěmých čelistí JJ, které se prostřednictvím vzpěr 133 pootočí kolem čepů 131 do polohy, ve které sevřou dřík nástroje JO.

Mechanizmus manipulátoru přemístí podavač J k nástroji aktuálně upnutému v upínacím prostředku obráběcího stroje tak, že se k upnutému nástroji blíží druhým párem svěmých čelistí 13'. Podavač J uchopí upnutý nástroj prázdnými čelistmi 13' způsobem popsaným při odebírání nástroje ze zásobníku, načež je podavač J otočen mechanizmem manipulátoru o 180°. Pohybem mechanizmu manipulátoru se nový nástroj 10 vloží do upínacího prostředku obráběcího stroje, který jej upne. Svěmé čelisti 13' se rozevřou postupem opačným vzhledem k postupu při odebírání nástroje JO ze zásobníku.

Protože se při svírání svěmých čelistí 13, 13' přibližují vzpěry 133, 133' k poloze kolmé k hnací tyči 134, 134', dochází k velkému nárůstu svěrné síly mezi kontaktní plochou 132 svěmých čelistí 13, 13' a dříkem nástroje 10, což je důležité pro bezpečný transport nástroje JO ze zásobníku do upínacího prostředku obráběcího stroje a naopak, především pro vkládání nástroje 10 do upínacího prostředku obráběcího stroje a jeho vyjímání. Předpokládá se použití jednotného průměru d dříku nástroje, neboť všechny nástroje jsou opatřeny jednotnou známou normalizovanou upínací kruhovou prizmatickou drážkou, které odpovídá tvar kontaktních ploch čelistí JJ, 13'. Úhel a mezi spojnicí kloubů vzpěry 133 a osou hnací tyče 134, 134' je v příkladném provedení a = 80°. Poměr pz svěmé síly F§ v místě kontaktních ploch 132, 132' svěmých čelistí JJ, 13' k síle FJ vyvozené na pístnici 142, 142' je v příkladném provedení pz = 10. Přitom v poloze otevřených svěmých čelistí 13, 13' by vzhledem k momentální vzájemné poloze spojnice kloubů jedné a druhé vzpěry 133, 133' a osy hnací tyče 134, 134' mohl být příslušný silový poměr po nejvíce po = 1,5. Z tohoto důvodu lze použít k upínání nástroje pneumatického systému, který je z hlediska provozu, bezpečnosti, energetické náročnosti a čistoty okolí stroje vhodný. Velké síly svěmých čelistí je tak dosaženo prostřednictvím několikanásobně nižšího tlaku vzduchu ve srovnání s tlaky používanými v systémech hydraulických.

V případě, že by došlo k výpadku zdroje tlakového vzduchu nebo například k poruše tlakovzdušného vedení při transportu nástroje 10 v sevřených čelistech 13, 13', je otevření svěmých čelistí 13, 13' blokováno zasunutým blokovacím čepem 161, 161' v otvoru 16, 16' ve společné části pístnice 142, 142' a hnací tyče 134, 134'.

Zařízení podle technického řešení je zvláště vhodné pro těžké a rozměrné nástroje používané na velkých obráběcích strojích. Tyto nástroje mohou mít hmotnost větší, než 50 kg a/nebo mohou vyvolávat vzhledem ke své délce a rozložení hmoty klopný moment kolem 150 Nm.

Claims (3)

1. Podavač (1) nástrojů manipulačního zařízení pro výměnu nástrojů (10, 10'), zvláště pro velké obráběcí stroje, obsahující v zrcadlovém uspořádání dva páry svěmých čelistí (13, 13') vytvořených jako dvouramenné páky, které jsou spřažené s kloubovým mechanizmem, jehož hnacím prostředkem jsou tekutinové válce, vyznačující se tím, že tekutinové válce jsou dvojčinnými pneumatickými válci (14, 14'), jejichž pístnice (142, 142') je spřažena hnací tyčí (134, 134') vždy s konci dvou vzpěr (133, 133') kloubového mechanizmu, které jsou připojeny druhými konci na hnací konce svěmých čelistí (13, 13'), přičemž v poloze sevřených svěmých čelistí (13, 13') svírá spojnice kloubů jedné nebo druhé vzpěry (133, 133') s osou hnací tyče (134, 134') vždy úhel (a), který je v rozmezí 75° až 89°, a podavač (1) je opatřen bezpečnostním prostředkem udržujícím svěmé čelisti (13, 13') svírající nástroj (10) v zablokovaném sevřeném stavu v případě nežádoucího poklesu tlaku v pneumatickém systému.

2. Podavač (1) nástrojů podle nároku 1, vyznačující se tím, že bezpečnostním prostředkem j e blokovací čep (161, 16 T) suvně uložený v tělese (11) podavače (1), který j e v zaj ištěné poloze zasunut v otvoru (16, 16') spojeném při sevřené poloze svěmých čelistí (13, 13') s hnací tyčí (134, 134') silou zajišťovací pružiny (113), přičemž blokovací čep (161, 161') je spřažen s pneumatickým válečkem (112) působícím proti síle zajišťovací pružiny (113).

3. Podavač (1) nástrojů podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že poměr (pz) svěmé síly (F_s) v místě kontaktních ploch (132, 132') svěmých čelistí (13, 13') k síle (F_P) v ose pístnice (142, 142') vyvozené tlakem vzduchu v prostoru nad pístem pneumatického válce (14, 14') je alespoň 5.

2 výkresy

Seznam vztahových značek:

1 podavač 10 nástroj 11 těleso (podavače) 111 pístnice (blokovacího pneumatického válečku) 112 odjišťovací pneumatický váleček 113 tlačná zajišťovací pružina (blokovacího čepu) 114 opěrné pouzdro (tlačné pružiny) 12 náboj (otočného uložení podavače) 13, 13' svěmá čelist 131, 131' otočný čep (svěmé čelisti) 132 kontaktní plocha (svěmé čelisti) 133 vzpěra 134, 134' hnací tyč (svěmých čelistí) 14, 14 pneumatický válec 141, 141' potrubí tlakového vzduchu 142, 142' pístnice pneumatického válce 15, 15' lineární vedení (hnací tyče) 16, 16' otvor (pro blokovací čep) 161, 161' blokovací čep 162, 162' uvolňovací drážka (v obvodu otvoru 16, 16')

-5CZ 304757 B6

163, 163' zvedací tyčka (blokovacího čepu)

F_P síla v pístnici pneumatického válce od tlaku vzduchu nad pístem

F_s svěmá síla v místě kontaktních ploch svěmých čelistí po poměr F_s / F_P při otevřených svěmých čelistích pz poměr F_s P F_P při sevřených svěmých čelistích a úhel spojnice kloubů jedné a druhé vzpěry s osou hnací tyče

-6CZ 304757 B6

-7CZ 304757 B6

Obr. 2

Obr. 3

Obr. 4