RU2707451C1 - Automatic tool changer - Google Patents
Automatic tool changer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707451C1 RU2707451C1 RU2019105872A RU2019105872A RU2707451C1 RU 2707451 C1 RU2707451 C1 RU 2707451C1 RU 2019105872 A RU2019105872 A RU 2019105872A RU 2019105872 A RU2019105872 A RU 2019105872A RU 2707451 C1 RU2707451 C1 RU 2707451C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- operator
- shaft
- hand
- tool
- auto
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
- B23Q3/155—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к станкостроению, а именно - к устройствам автоматической смены инструмента с инструментальным магазином барабанного или цепного типа, преимущественно для установки на вертикальные многоцелевые станки с ЧПУ.The invention relates to machine tool industry, namely to devices for automatic tool change with a tool magazine of a drum or chain type, mainly for installation on vertical multi-purpose CNC machines.
Из уровня техники известно устройство автоматической смены инструмента (УАСИ) для станков с ЧПУ (см. а.с. СССР №1734982 по кл. B23Q 3/155 «Автооператор для автоматической смены инструмента»).The prior art device automatic tool changer (UASI) for CNC machines (see AS USSR No. 1734982 according to
Данное устройство автоматической смены инструмента для многоцелевых станков с ЧПУ содержит инструментальный магазин, автооператор, снабженный двухзахватной рукой, установленной на валу, соединенной с приводом поворота вала. На корпусе автооператора шарнирно закреплен силовой цилиндр, который своей осью связан с рукой автооператора. Силовой цилиндр предназначен для предотвращения деформации руки автооператора после захвата инструмента, уравновешивая силой давления (Р) массу механической руки с инструментом и исключая, таким образом, перекос руки автооператора, обеспечивая, в том числе, точность позиционирования захвата.This automatic tool changer for CNC multi-purpose machines contains a tool magazine, an auto operator equipped with a two-gripping arm mounted on a shaft connected to a shaft turning drive. A power cylinder is pivotally mounted on the body of the auto operator, which is connected with the axis of the auto operator with its axis. The power cylinder is designed to prevent deformation of the auto-operator’s hand after gripping the tool, balancing the mass of the mechanical hand with the tool by pressure force (P) and thereby eliminating the bias of the auto-operator’s hand, ensuring, inter alia, the accuracy of positioning of the gripper.
Недостатком аналога является сложность устройства и ограниченная область его применения. Его невозможно использовать в станках с УАСИ в условиях ограниченного пространства, а также в быстродействующих УАСИ. Траектория движения силового цилиндра, расположенного над рукой автооператора, в большинстве моделей многоцелевых станков пересекает зону поворота захвата с инструментом, что исключает возможность его использования. Это устройство (в ограниченных модификациях станков) в некоторой степени позволяет уравновесить руку автооператора и уменьшить деформацию, когда рука автооператора загружена неравномерно, однако не решает задачу уменьшения воздействия кинетической энергии инерционной массы руки автооператора (с инструментами в захватах) на вал автооператора при практически мгновенной остановке руки в момент изменения траектории ее движения. Именно такое грубое воздействие на вал автооператора приводит к повышенным нагрузкам на его приводной механизм и, в конечном счете - к снижению надежности работы устройства.The disadvantage of the analogue is the complexity of the device and the limited scope of its application. It can not be used in machines with UASI in a confined space, as well as in high-speed UASI. The trajectory of the power cylinder located above the hand of the auto-operator, in most models of multi-purpose machines, crosses the grip turning area with the tool, which excludes the possibility of its use. This device (in limited versions of machine tools) to some extent allows you to balance the auto operator’s hand and reduce deformation when the auto operator’s hand is unevenly loaded, but does not solve the problem of reducing the kinetic energy of the inertial mass of the auto-operator’s hand (with tools in the grips) on the auto-operator’s shaft at an almost instant stop hands at the moment of changing the trajectory of its movement. It is such a rough effect on the operator’s shaft that leads to increased loads on its drive mechanism and, ultimately, to a decrease in the reliability of the device.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению (прототипом) является устройство автоматической смены инструмента компании «PRAGATI» (Индия) для вертикальных обрабатывающих многоцелевых станков с ЧПУ (см. http://www.pragati.ru/img/wysiwyg/UASI_PRAGATI.pdf).The closest analogue to the proposed technical solution (prototype) is the automatic tool changer company “PRAGATI” (India) for vertical machining multi-purpose CNC machines (see http://www.pragati.ru/img/wysiwyg/UASI_PRAGATI.pdf) .
Данное устройство содержит инструментальный магазин, автооператор, выполненный в виде вертикально расположенного вала с двухплечевой рукой, по концам которой установлены захваты, привод вала с кулачковым механизмом, обеспечивающий вращательное и поступательное движение вала по заданной траектории с двухпозиционным расположением руки по высоте, а также контроллер, который посредством датчиков синхронизирует работу инструментального магазина и автооператора со станком.This device contains a tool magazine, an auto operator, made in the form of a vertically arranged shaft with a two-arm arm, at the ends of which there are grips, a shaft drive with a cam mechanism that provides rotational and translational movement of the shaft along a predetermined path with a two-position hand position in height, and a controller, which, through sensors, synchronizes the work of the tool store and the auto operator with the machine.
Благодаря такой конструкции привода, в котором основным конструктивным элементом является оригинальный глобоидный кулачок (эксцентрик) со сложной конфигурацией канавки, плоский кулачок (эксцентрик) и связанные с ними прижимные следящие пластины, при работе привода вал автооператора (и, соответственно, его рука с захватами) выполняет строго заданную траекторию движения, а именно: осевое (два положения - верхнее и нижнее) и угловое, вращательное (в основном происходящее в нижнем положении вала), а временные параметры этого движения задаются датчиками, контактными и бесконтактными, которые установлены на автооператоре и элементах инструментального магазина. В верхнем положении руки автооператора происходит захват инструмента из магазина, из шпинделя станка, установка в магазин отработанного инструмента и установка в шпиндель нового инструмента, с разворотом руки на небольшой угол, а в нижнем положении рука автооператора осуществляется поворот в горизонтальной плоскости (по часовой стрелке) на 180°. Вся система управления и синхронизации инструментального магазина и автооператора со станком осуществляется контроллером посредством датчиков положения, которые подают сигнал на контроллер о положении элементов устройства в определенный момент времени. В зависимости от модификации устройства продолжительность цикла смены инструмента составляет от 1 до 5 секунд.Thanks to such a drive design, in which the main structural element is an original globoid cam (eccentric) with a complex groove configuration, a flat cam (eccentric) and associated tracking plates, when the drive is operating, the auto-operator shaft (and, accordingly, its hand with grippers) performs a strictly specified trajectory of movement, namely: axial (two positions - upper and lower) and angular, rotational (mainly occurring in the lower position of the shaft), and the temporal parameters of this movement are set sensors, contact and contactless, which are installed on the auto operator and the elements of the tool store. In the upper position of the auto-operator’s hand, the tool is grabbed from the magazine, from the machine’s spindle, the used tool is inserted into the magazine and the new tool is inserted into the spindle, the arm is turned by a small angle, and in the lower position the auto-operator’s hand is rotated in a horizontal plane (clockwise) 180 °. The entire control and synchronization system of the tool magazine and the auto operator with the machine is carried out by the controller by means of position sensors, which supply a signal to the controller about the position of the device elements at a certain point in time. Depending on the modification of the device, the duration of the tool change cycle is from 1 to 5 seconds.
При всех достоинствах это устройство имеет следующий недостаток: - обеспечение точности позиционирования руки автооператора при смене инструмента в магазине и шпинделе станка достигается уникальной конфигурацией и высокой точностью изготовления кулачкового глобоидного механизма, однако этот механизм не допускает даже минимального люфта. Поэтому при интенсивной нагрузке и, как следствие, износе кулачков (эксцентриков) нарушается точность позиционирования и надежность работы устройства. При этом данное устройство не допускает возможности грубого воздействия на чувствительный к износу привод вала автооператора.With all its advantages, this device has the following drawback: - Ensuring the accuracy of the positioning of the operator’s hands when changing tools in the magazine and the spindle of the machine is achieved by the unique configuration and high accuracy of manufacturing the cam globoid mechanism, but this mechanism does not allow even minimal play. Therefore, under intense load and, as a result, wear of the cams (eccentrics), the positioning accuracy and the reliability of the device are violated. At the same time, this device does not allow the possibility of a rough impact on the wear-sensitive drive of the auto-operator shaft.
Цикл смены инструмента данным устройством, происходящий в течение 1-5 сек., (в зависимости от модификации устройства) предполагает практически мгновенную приостановку вала после поворота руки автооператора с инструментом в захвате на 180° и позиционирования в горизонтальной плоскости (перед подъемом к шпинделю станка или магазину).The cycle of changing the tool with this device, which takes 1-5 seconds, (depending on the modification of the device), implies an almost instantaneous suspension of the shaft after turning the operator’s hand with the tool 180 ° and positioning in a horizontal plane (before lifting to the machine spindle or to the store).
В зависимости от модификации устройства вес инструмента может достигать 20 кг (см. http://www.pragati.ru/img/wysiwyg/UASI_PRAGATI.pdf). Если инструмент размещен в каждом захвате, общий его вес может составлять 40 кг, а с учетом веса самой руки - нагрузка на вал автооператора в статическом положении достигает уже 100 кг. При повороте вала на 180° и быстрой его остановке (после чего вал с рукой поднимается) инерционная масса от инструмента и самой руки, действующая на вал УАСИ, обладает кинетической энергией, определяемой по формуле:Depending on the modification of the device, the weight of the tool can reach 20 kg (see http://www.pragati.ru/img/wysiwyg/UASI_PRAGATI.pdf). If the tool is placed in each grip, its total weight can be 40 kg, and taking into account the weight of the hand itself, the load on the auto-operator shaft in a static position reaches already 100 kg. When the shaft rotates 180 ° and stops quickly (after which the shaft rises with the hand), the inertial mass from the tool and the hand itself, acting on the UASI shaft, has kinetic energy determined by the formula:
Е=0,5×М×V2 E = 0.5 × M × V 2
где М - суммарный вес инструмента и руки, условно примем равным 100 кг;where M is the total weight of the instrument and hands, conventionally assume equal to 100 kg;
V2 - квадрат скорости (угловой или линейной) движения захвата, при повороте оси на 180°, примерно составляющая 1 м/сек (учитывая, что весь цикл смены инструмента происходит за 1-5 сек.).V 2 is the square of the speed (angular or linear) of the gripping movement, when the axis is rotated 180 °, approximately 1 m / s (given that the entire tool change cycle takes 1-5 seconds).
Таким образом, Е=0,5×100 кг×1 (м/сек)2=100 ДжThus, E = 0.5 × 100 kg × 1 (m / s) 2 = 100 J
При остановке вала автооператора, происходящей в доли секунды (приблизительно за 0,1 сек), то есть практически мгновенно, на вал действует инерционная скручивающая сила от вращающейся инерционной массы. Такое же действие вал оказывает и на приводной механизм, то есть на кулачкый механизм глобоидного типа, который испытывает при этом значительные нагрузки и деформации. Сила, с которой энергия инерционной массы действует на вал автооператора, оказывая скручивающее действие, может достигать примерно 100 Н (ньютон) и более.When the auto-operator shaft stops in a split second (approximately 0.1 sec), that is, almost instantly, the inertial torsional force from the rotating inertial mass acts on the shaft. The shaft also exerts the same effect on the drive mechanism, that is, on the cam mechanism of the globoid type, which experiences significant loads and deformations. The force with which the energy of the inertial mass acts on the operator’s shaft, exerting a torsional effect, can reach about 100 N (newton) or more.
Однако, учитывая скорость приложения этой силы (составляющая доли секунды), можно даже говорить о скручивающем ударе, вследствие быстрой остановки вала, несущего груз.However, given the rate of application of this force (a fraction of a second), we can even talk about a twisting shock, due to the quick stop of the shaft carrying the load.
Хотя при проектировании УАСИ воздействие такой нагрузку от инерционной массы инструмента и руки пытаются учитывать, происходит это за счет усиления руки автооператора и узла соединения с валом, что еще более утяжеляет и усложняет конструкцию УАСИ.Although they are trying to take into account the impact of the inertial mass of the tool and hand during the design of the SASI, this happens due to the reinforcement of the hand of the auto-operator and the connection node with the shaft, which further complicates and complicates the design of the SASI.
Кроме того, двухплечевая рука автооператора в процессе работы может быть нагружена неравномерно из-за разного веса инструментов или отсутствия инструмента на одном из захватов. Неравномерная нагрузка на плечи руки автооператора, перекашивая вал, еще более усиливает передаваемые на привод вала деформации.In addition, the two-arm hand of the auto-operator during the operation can be unevenly loaded due to the different weight of the tools or the lack of a tool on one of the grips. Uneven load on the shoulders of the hands of the auto-operator, twisting the shaft, further enhances the deformation transmitted to the shaft drive.
Со временем эти деформации приводят к износу механизма и ухудшению эксплуатационных характеристик устройства, в то числе ухудшается точность позиционирования захватов, то есть снижается надежность и работоспособность устройства.Over time, these deformations lead to wear of the mechanism and deterioration of the operational characteristics of the device, including the accuracy of the positioning of the grips, that is, the reliability and performance of the device are reduced.
Решаемая изобретением задача заключается в том, чтобы исключить вообще или существенно снизить действие инерционной массы в момент остановки быстро поворачивающейся руки автооператора с закрепленным в захватах инструментом на вал автооператора, а также - от действия дополнительной нагрузки, связанной с неравномерной загрузкой захватов руки автооператора.The problem solved by the invention is to eliminate the effect of inertial mass at all or significantly reduce the moment the stop of the auto-operator’s hand quickly turning with the tool fixed to the grips on the auto-operator’s shaft, as well as the additional load associated with uneven loading of the auto-operator’s hand grabs.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве автоматической смены инструмента для вертикальных обрабатывающих многоцелевых станков с ЧПУ, содержащем инструментальный магазин, автооператор в виде вертикально расположенного вала с двухплечевой рукой, по концам которой установлены захваты, привод вала с кулачковым механизмом, обеспечивающий вращательное и поступательное движение вала по заданной траектории с двухпозиционным расположением руки по высоте, а также контроллер, который посредством датчиков синхронизирует работу инструментального магазина и автооператора со станком, оно снабжено жестко закрепленным кронштейном, размещенным под рукой автооператора в ее нижнем положении, на котором установлены с воздушным зазором электромагниты, подключенные к контроллеру.The problem is solved in that in the automatic tool changer for vertical CNC machining centers with a tool magazine, an auto operator in the form of a vertically arranged shaft with a two-arm arm, at the ends of which grips are installed, a shaft drive with a cam mechanism, providing rotational and translational movement shaft along a predetermined path with a two-position hand position in height, as well as a controller that synchronizes the operation of tools with sensors a tool store and a car operator with a machine tool, it is equipped with a rigidly mounted bracket placed at the hand of the car operator in its lower position, on which electromagnets connected to the controller are mounted with an air gap.
Электромагниты могут быть снабжены электронным регулятором мощности, управляемым контроллером.The electromagnets can be equipped with an electronic power controller controlled by the controller.
Рука автооператора вблизи захватов может содержит вставки из ферромагнитного материала.An auto-operator's hand near the grips may contain inserts of ferromagnetic material.
Верхняя часть кронштейна может быть выполнена в виде полого цилиндрического кожуха, электромагниты размещены по окружности на его внутренней стенке, а вал автооператора содержит удлиненную нижнюю часть, которая установлена коаксиально кожуху с зазором относительно электромагнитов.The upper part of the bracket can be made in the form of a hollow cylindrical casing, the electromagnets are placed around the circumference on its inner wall, and the auto-operator shaft contains an elongated lower part, which is installed coaxially to the casing with a gap relative to the electromagnets.
Причинно-следственные связи между существенными признаками заявляемого изобретения и механизм получения технического результата заключаются в следующем.Causal relationships between the essential features of the claimed invention and the mechanism for obtaining a technical result are as follows.
Особенность конструкции известного устройства (прототипа) заключается в том, траектория движения руки автооператора является жестко заданной, полностью определяемой механизмом кулачкового привода. Благодаря этому при каждом цикле смены инструмента рука автооператора всегда оказывается в одном и том же строго определенном нижнем положении. Зная это положение руки, можно рассчитать необходимую длину кронштейна и установить его таким образом, что при каждом цикле смены инструмента рука окажется непосредственно над ним. При этом кронштейн можно жестко закрепить к основанию или корпусу устройства, так как пространство под рукой автооператора свободно.The design feature of the known device (prototype) lies in the fact that the trajectory of the hand of the auto-operator is a rigidly defined, fully defined cam drive mechanism. Due to this, at each cycle of tool change the hand of the auto-operator always appears in the same strictly defined lower position. Knowing this position of the hand, you can calculate the required length of the bracket and set it in such a way that with each cycle of changing the tool, the hand will be directly above it. In this case, the bracket can be rigidly fixed to the base or body of the device, since the space at hand is free.
На конце кронштейна размещаются электромагниты, таким образом, чтобы между ними и нижней гранью руки был минимальный воздушный зазор (1-2 мм). Воздушный зазор должен быть достаточным для беспрепятственного поворота руки вокруг вала и минимальным - для возможности воздействия на руку автооператора силой тяги электромагнита.Electromagnets are placed at the end of the bracket so that there is a minimum air gap between them and the lower edge of the arm (1-2 mm). The air gap should be sufficient for unobstructed rotation of the arm around the shaft and minimal - for the possibility of exposure to the operator’s arm by the traction force of the electromagnet.
Электромагниты предназначены для фиксирования руки автооператора в тот самый момент, когда поворачивающаяся на валу рука с инструментом в следующий момент должна изменить траекторию. Под действием сил инерции движущейся массы рука неизбежно оказывает на уже остановившийся вал скручивающее воздействие. Под действием сил электромагнитной индукции положение руки фиксируется на долю секунды, точно на тот короткий промежуток времени, который определен руке приводом автооператора для позиционирования перед подъемом. Это позволяет исключить дальнейшее движение руки по инерции и уменьшить крутящее воздействие руки на вал и, соответственно, приводной механизм вала. Электромагниты подключены к контроллеру, благодаря чему их включение синхронизируется с движением руки автооператора. При опускании руки с инструментом или инструментами в захватах и ее повороте на 180° вокруг вала, длительность времени, в течении которого рука перед подъемом вверх, находится над электромагнитом, составляет примерно 0,1 сек. Положение поворачивающейся руки прослеживается датчиками. Когда движущаяся рука окажется в положении над электромагнитами, последние включаются контроллером на те же 0,1 сек., фиксируя руку в неподвижном положении, не давая ей под действием инерционных сил вращения от массы инструмента и самой руки с захватами, оказывать крутящее воздействие на вал и привод вала, гася силой тяги от электромагнитной индукции энергию инерционной массы. При этом энергия инерционной массы, воспринятая электромагнитами, преобразуется в тепловую энергию, т.е. происходит нагрев электромагнитов и излучение тепла в атмосферу.Electromagnets are designed to fix the hand of the auto-operator at the very moment when the hand with the tool that is turning on the shaft at the next moment should change the trajectory. Under the action of the inertia forces of the moving mass, the hand inevitably exerts a twisting effect on the shaft that has already stopped. Under the influence of electromagnetic induction forces, the position of the arm is fixed for a split second, exactly for that short period of time, which is determined by the arm of the auto-operator for positioning before lifting. This eliminates the further movement of the hand by inertia and reduces the torque effect of the hand on the shaft and, accordingly, the drive mechanism of the shaft. The electromagnets are connected to the controller, so that their inclusion is synchronized with the movement of the hand of the operator. When lowering a hand with a tool or tools in grips and turning it 180 ° around the shaft, the length of time during which the hand is above the electromagnet before rising upwards is approximately 0.1 sec. The position of the turning arm is tracked by sensors. When the moving arm is in the position above the electromagnets, the latter are turned on by the controller for the same 0.1 sec., Fixing the arm in a fixed position, preventing it from acting on the mass of the instrument and the arm itself with grippers, exert a torque on the shaft and shaft drive, absorbing traction force from electromagnetic induction, inertial mass energy. In this case, the energy of the inertial mass, perceived by electromagnets, is converted into thermal energy, i.e. electromagnets are heated and heat is emitted into the atmosphere.
Электронный регулятор мощности электромагнитов обеспечивает управление силой тяги, например путем изменения параметров подаваемого на электромагнит электропитания: сопротивления, силы тока или напряжения.An electronic power regulator of electromagnets provides control of the traction force, for example, by changing the parameters of the electric power supplied to the electromagnet: resistance, current or voltage.
Возможность управления мощностью электромагнитов (силой тяги) решает следующую задачу.The ability to control the power of electromagnets (traction force) solves the following problem.
В инструментальном магазине размещены инструменты, вес которых существенно отличается друг от друга.The tool store contains tools whose weight is significantly different from each other.
Поэтому в процессе работы УАСИ в захватах автооператора одномоментно могут находиться инструменты разного веса, а кроме того, один из захватов может быть свободным, без инструмента. По этой причине на плечи руки автооператора в каждый цикл смены инструмента может действовать как равная, так и существенно отличающаяся нагрузка от веса инструментов. Если на каждое плечо неравномерно загруженной двухплечевой руки воздействует равная сила тяги электромагнитов, то наблюдается перекос руки в сторону более загруженного плеча, что может ухудшить эксплуатационные характеристики устройства.Therefore, during the operation of the UASI, in the grabs of the auto operator simultaneously there may be tools of different weights, and in addition, one of the grips can be free, without a tool. For this reason, on the shoulders of the hands of the auto-operator, in each cycle of tool change, both equal and significantly different load from the weight of the tools can act. If an equal traction force of electromagnets acts on each shoulder of an unevenly loaded two-arm arm, then there is a warp of the hand in the direction of a more loaded shoulder, which can degrade the performance of the device.
Учитывая, что данные о весе каждого инструмента и его расположение в конкретной ячейке магазина заранее заложены в программу контроллера, то при осуществлении цикла смены инструмента, информация о соотношении нагрузок на плечи руки автооператора мгновенно анализируется контроллером и, для обеспечения исключения перекоса руки, в момент воздействия силы тяги электромагнитов, перед их включением, сигнал от контроллера вначале поступает в электронный регулятор мощности, который уменьшает или увеличивает силу тяги соответствующего электромагнита в соответствии с требованием контроллера на необходимую величину. Таким образом обеспечивается баланс нагрузки на оба плеча руки автооператора при действии на них тяги разной силой, уравновешивая нагрузку на руку.Considering that the data on the weight of each tool and its location in a specific cell in the store are predefined in the controller program, when implementing a tool change cycle, information on the ratio of loads on the shoulders of the operator’s hands is instantly analyzed by the controller and, to ensure that the hand is not skewed, at the moment of exposure the traction force of electromagnets, before turning them on, the signal from the controller first enters the electronic power regulator, which reduces or increases the traction force of the corresponding electric omagnita in accordance with the requirement of the controller to the desired value. This ensures a load balance on both shoulders of the hand of the auto-operator when traction is applied to them with different strengths, balancing the load on the hand.
Сигнал об изменении силы тяги одного из электромагнитов может поступить на него из контроллера даже до того, как рука манипулятора опустилась в нижнее положение и заняла позицию над электромагнитом, так как уже в верхнем положении руки контроллер имеет данные о наличии в захватах инструментов и их весовых характеристика. Это позволит увеличить быстродействие прохождения сигнала от контроллера к электромагнитам и их управление.A signal about a change in the traction force of one of the electromagnets can come to it from the controller even before the manipulator’s hand drops to the lower position and takes a position above the electromagnet, since the controller already has data on the presence of tools and their weight characteristics in the upper position of the hand . This will increase the speed of the signal from the controller to the electromagnets and their control.
Таким образом, тяговые характеристики электромагнитов максимально согласовываются с нагрузками на плечи руки автооператора.Thus, the traction characteristics of the electromagnets are maximally consistent with the loads on the shoulders of the hands of the auto operator.
Это дополнительно повышает надежность и долговечность устройства.This further enhances the reliability and durability of the device.
Наличие ферромагнитной вставки в руке автооператора в месте расположения электромагнитов необходимо в том случае, если рука выполнена из немагнитного материала, что позволит и в этом варианте исполнения руки автооператора обеспечить требуемое воздействие электромагнитного поля на руку автооператора.The presence of a ferromagnetic insert in the auto operator’s hand at the location of the electromagnets is necessary if the hand is made of non-magnetic material, which will make it possible in this embodiment of the auto operator’s hand to provide the required electromagnetic field effect on the auto operator’s hand.
Выполнение верхней части кронштейна в виде полого цилиндрического кожуха, размещение электромагнитов по окружности на его внутренней стенке, а выполнение вала автооператора с удлиненной нижней частью, которая установлена коаксиально кожуху с зазором относительно электромагнитов, позволяет обеспечить решение поставленной задачи также и в том случае (в некоторых модификациях УАСИ), когда рука автооператора с инструментом в захвате поворачивается не только в горизонтальной плоскости, но и одновременно осуществляет подъем к верхнему положению позиционирования. В этом случае электромагнитное поле гасит энергию инерционной массы воздействием электромагнитами непосредственно на вал автооператора через его удлиненную часть, расположенную коаксиально в кожухе. При этом, благодаря цилиндрической форме верхней части кронштейна и размещению электромагнитов по окружности на его внутренней стенке, вал автооператора, при его осевом движении вверх-вниз в любом случае и в любой момент времени оказывается в зоне действия электромагнитов.The implementation of the upper part of the bracket in the form of a hollow cylindrical casing, the placement of electromagnets around the circumference on its inner wall, and the execution of the auto-operator shaft with an elongated lower part, which is installed coaxially to the casing with a gap relative to the electromagnets, can also provide a solution to the problem in the case (in some modifications of UASI), when the hand of an auto-operator with a tool in the grip rotates not only in the horizontal plane, but also simultaneously lifts to the upper dix positioning. In this case, the electromagnetic field absorbs the energy of the inertial mass by the action of electromagnets directly on the operator’s shaft through its elongated part, located coaxially in the casing. Moreover, due to the cylindrical shape of the upper part of the bracket and the location of the electromagnets in a circle on its inner wall, the shaft of the auto-operator, when it is axially moved up and down, is in any case and at any time in the zone of action of the electromagnets.
На фиг. 1 изображено устройство автоматической смены инструмента с магазином. Кожух магазина и инструменты условно не показаны;In FIG. 1 shows an automatic tool changer with a magazine. The casing of the store and tools are not shown conditionally;
На фиг. 2 изображено устройство без магазина, в нижнем положении руки автооператора, с кронштейном и электромагнитами;In FIG. 2 shows a device without a magazine, in the lower position of the hands of the operator, with a bracket and electromagnets;
На фиг. 3 изображено устройство в продольном разрезе, при поднятом вале и руке автооператора.In FIG. 3 shows a device in longitudinal section, with the shaft and arm of the auto-operator raised.
На фиг. 4 изображено устройство в нижнем положении руки (вала), при выполнении верхней части кронштейна в виде цилиндрического кожуха и выполнении нижней части вала удлиненной, коаксиально размещенной в кожухе;In FIG. 4 shows the device in the lower position of the arm (shaft), when performing the upper part of the bracket in the form of a cylindrical casing and performing the lower part of the shaft elongated, coaxially placed in the casing;
На фиг. 5 изображено устройство в верхнем положении руки (вала) при выполнении верхней части кронштейна в виде цилиндрического кожуха и выполнении нижней части вала удлиненной, коаксиально размещенной в кожухе;In FIG. 5 shows the device in the upper position of the arm (shaft) when performing the upper part of the bracket in the form of a cylindrical casing and performing the lower part of the shaft elongated, coaxially placed in the casing;
На фиг. 6 - вид А-А фиг 5.In FIG. 6 is a view aa of FIG. 5.
Устройство автоматической смены инструмента для вертикальных обрабатывающих многоцелевых станков с ЧПУ содержит инструментальный магазин 1, автооператор в виде вертикально расположенного вала 2 с двухплечевой рукой 3, по концам которой установлены захваты 4, привод вала с кулачковым механизмом 5, а также контроллер 6, который посредством датчиков 7 синхронизирует работу инструментального магазина 1 и автооператора со станком (не показан). Устройство снабжено кронштейном 8, размещенным под рукой 3, на котором установлены с воздушным зазором относительно руки 3 электромагниты 9, выполненные с электронным регулятором мощности, управляемые контроллером 6. Воздушный зазор должен быть минимальным (1-2 мм), для обеспечения лишь беспрепятственного движения нижней грани руки над верхней поверхностью электромагнита, чтобы обеспечить требуемую силу тяги электромагнита. Рука 3 автооператора вблизи захватов 4 содержит вставки 10 из ферромагнитного материала. Устройство также оснащено двумя электродвигателями (не показано), один из которых предназначен для вращения инструментального магазина, а второй - для приведения в действие привода вала автооператора.The automatic tool changer for vertical CNC machining centers contains a tool magazine 1, an auto operator in the form of a vertically located
В другом варианте исполнения устройства верхняя часть кронштейна выполнена в виде полого цилиндрического кожуха 11, электромагниты 9 размещены по окружности на его внутренней стенке, а вал автооператора содержит удлиненную нижнюю часть 12, которая установлена коаксиально кожуху с зазором относительно электромагнитов 9.In another embodiment of the device, the upper part of the bracket is made in the form of a hollow
Устройство автоматической смены инструментов работает следующим образом.The automatic tool changer operates as follows.
После включения станка включается электродвигатель и инструментальный магазин 1 начинает вращаться по часовой стрелке (по умолчанию) пока не приходит команда от контроллера 6 (который получает сигнал от бесконтактных датчиков 7) о том, что держатель требуемого инструмента переместился в положение смены инструмента. Одновременно с этим включается посредством электродвигателя привод 5 автооператора, рука 3 автооператора поднимается в верхнее положение и захват 4 оказывается в позиции зажима инструмента. После зажима инструмента вал 2 осуществляет осевое перемещение вниз, опуская руку 3 в нижнее положение, точно над кронштейном 8 с электромагнитами 9. После этого рука 2 с захватами 4, в одном из которых размещен инструмент (не показан) быстро разворачивается на 180° до конечной точки своей траектории движения в нижнем положении. В момент приближения руки 3 к конечной точке траектории в нижнем ее положении включаются, с помощью контроллера 6, электромагниты 9, которые силой тяги фиксируют конечное положение руки 3 автооператора на долю секунды, на то мгновение, которое определяется приводом автооператора для позиционирования руки в данном положении перед подъемом, не позволяя энергии инерционной массы от веса руки и инструмента, оказывать крутящее воздействие на вал 2 автооператора. В момент подъема руки 3, контроллер 6 отключает электромагниты 9 и вал 2 с рукой 3 поднимается вверх, подавая инструмент к шпинделю станка. Благодаря тому, что включение электромагнитов синхронизовано с параметрами движения руки, воздействие электромагнитного поля не влияет на заданные кулачковым механизмом привода последовательность движения, траекторию движения, время позиционирования и прохождения рукой каждой точки ее траектории.After turning on the machine, the electric motor is turned on and the tool magazine 1 starts to rotate clockwise (by default) until a command comes from controller 6 (which receives a signal from proximity sensors 7) that the holder of the required tool has moved to the tool change position. At the same time, the auto-operator’s
Устройство также может работать в режиме, когда одновременно загружаются инструментом оба захвата, один из которых зажимает и снимает инструмент из шпинделя станка, а второй - забирает и зажимает инструмент из магазина. После этого вал автооператора опускается в нижнее положение и рука разворачивается на 180°. Контроллер 6 при завершении поворота руки 3 автооператора, включает электромагниты для удерживания руки от воздействия на вал 2 под действием сил инерции. Весь цикл смены инструмента происходит за 1-5 секунд, в зависимости от модификации устройства.The device can also work in a mode when both grippers are loaded by the tool at the same time, one of which clamps and removes the tool from the machine spindle, and the second picks up and clamps the tool from the magazine. After that, the operator’s shaft lowers to the lower position and the arm turns 180 °. The
Если рука 3 автооператора нагружена неравномерно (вследствие разного веса инструментов в захватах или наличии инструмента только в одном захвате) контроллер регулирует мощность соответствующего электромагнита 9, приводя его в соответствие с нагрузкой на плечо руки 3 таким образом, чтобы исключить деформацию неравномерно нагруженной руки 2 от действия силы тяги электромагнита 9. Ферромагнитная вставка 10 установленная в руке 3, необходима, если рука выполнена из немагнитного, например композитного, материала.If the operator’s
По варианту исполнения, когда у кронштейна 8 верхняя часть выполнена в виде полого цилиндрического кожуха 11, электромагниты размещены по окружности на его внутренней стенке, а вал автооператора содержит удлиненную нижнюю часть 12, которая установлена коаксиально кожуху с зазором относительно электромагнитов, работа устройства осуществляется аналогичным образом. При быстром повороте руки с инструментом в захвате и приближении ее к месту изменения траектории, контроллером включаются электромагниты, которые принимают на себя энергию инерционной массы и в течении доли секунды фиксируют вал, не давая ему передать крутящий момент на кулачковый привод устройства.According to an embodiment, when the upper part of the
Все движения автооператора, вращение инструментального магазина, включение привода автооператора, время позиционирования захвата при смене инструмента, момент включения/выключения электромагнитов, а также регулирование мощности электромагнитов, синхронизация работы магазина, руки автооператора и станка управляется контроллером с помощью бесконтактных и контактных датчиков, установленных практически на всех элементах магазина, автооператора, шпинделя станка.All movements of the auto operator, the rotation of the tool magazine, the inclusion of the drive of the auto operator, the positioning time of the gripper when changing the tool, the moment on / off of the electromagnets, as well as the regulation of the power of the electromagnets, the synchronization of the magazine’s work, the hands of the auto operator and the machine are controlled by the controller using contactless and contact sensors installed practically on all elements of the store, auto operator, machine spindle.
Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается исключение или существенное снижение действия инерционных масс при быстром повороте руки и ее остановке или изменении траектории движения, на вал автооператора и далее - на кулачковый привод УАСИ, что повышает эксплуатационную надежность и долговечность работы устройства.Thus, the proposed device provides for the exclusion or significant reduction in the inertial mass during a quick turn of the hand and its stop or change of the trajectory, on the shaft of the operator and then on the cam drive UASI, which increases the operational reliability and durability of the device.
В настоящее время отечественной промышленностью производится большое количество разнообразных, достаточно компактных и мощных электромагнитов, с большим диапазоном силы тяги, что позволяет подобрать электромагниты с нужными характеристиками для применения в предлагаемом устройстве.Currently, the domestic industry produces a large number of diverse, quite compact and powerful electromagnets, with a wide range of traction, which allows you to choose electromagnets with the necessary characteristics for use in the proposed device.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что при реализации изобретения поставленная задача - повышение надежности работы за счет снижения действия на привод вала автооператора инерционной силы от быстро останавливающейся руки автооператора с инструментами в захватах, а также от дополнительной нагрузки из-за неравномерной загрузки захватов - решена, а заявленный технический результат - повышение эксплуатационной надежности и долговечности работы устройства - достигнут.Based on the foregoing, we can conclude that when implementing the invention, the task is to increase the reliability of the work by reducing the effect on the drive of the auto-operator shaft of inertial force from the rapidly stopping hand of the auto-operator with tools in grips, as well as from additional load due to uneven loading captures - solved, and the claimed technical result is an increase in operational reliability and durability of the device is achieved.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле изобретения признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения заявленного технического результата.Analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the claims are essential and interconnected with the formation of a stable set of necessary features, unknown at the priority date from the prior art and sufficient to obtain the claimed technical result.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области станкостроения и предназначен для автоматической смены инструментов на вертикальных многоцелевых станках с ЧПУ;- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, relates to the field of machine tool industry and is intended for automatic tool change on vertical multi-purpose CNC machines;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the claims, the possibility of its implementation using the methods and methods described above and known from the prior art on the priority date has been confirmed;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, причем используемые решения не являются очевидными для специалиста и явным образом не следуют из уровня техники. Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «промышленная применимость» и «изобретательский уровень», согласно существующим в законодательстве требованиям, предъявляемым к изобретению.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant, and the solutions used are not obvious to the specialist and do not explicitly follow from the prior art. Therefore, the claimed object meets the criteria of patentability "novelty", "industrial applicability" and "inventive step", in accordance with the existing legislation requirements for the invention.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019105872A RU2707451C1 (en) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | Automatic tool changer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019105872A RU2707451C1 (en) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | Automatic tool changer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2707451C1 true RU2707451C1 (en) | 2019-11-26 |
Family
ID=68653195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019105872A RU2707451C1 (en) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | Automatic tool changer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2707451C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU657954A1 (en) * | 1977-03-23 | 1979-04-25 | Ульяновское Головное Специальное Конструкторское Бюро Тяжелых И Фрезерных Станков | Automatic tool change mechanism |
| SU1734982A1 (en) * | 1985-01-03 | 1992-05-23 | Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков | Transfer arm |
| RU2108218C1 (en) * | 1994-02-17 | 1998-04-10 | Гомельское Станкостроительное Производственное Объединение Им.С.М.Кирова | Multipurpose machine with device for automatic replacement of tool |
| US20130040792A1 (en) * | 2010-02-18 | 2013-02-14 | Gmtk Multi-Process Machining, S.A. | Equipment for the exchange of replaceable components in machine tools |
-
2018
- 2018-10-30 RU RU2019105872A patent/RU2707451C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU657954A1 (en) * | 1977-03-23 | 1979-04-25 | Ульяновское Головное Специальное Конструкторское Бюро Тяжелых И Фрезерных Станков | Automatic tool change mechanism |
| SU1734982A1 (en) * | 1985-01-03 | 1992-05-23 | Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков | Transfer arm |
| RU2108218C1 (en) * | 1994-02-17 | 1998-04-10 | Гомельское Станкостроительное Производственное Объединение Им.С.М.Кирова | Multipurpose machine with device for automatic replacement of tool |
| US20130040792A1 (en) * | 2010-02-18 | 2013-02-14 | Gmtk Multi-Process Machining, S.A. | Equipment for the exchange of replaceable components in machine tools |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Каталог фирмы Pragati, Инструментальные магазины серии АТС, "Торговый дом Станкомплектсервис", 2008-2013, (www.pragati.ru/catalog). * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106564759B (en) | The right and wrong combined-circulation type transmission unit of self-driving type magnetic suspension that application field is expanded | |
| EP2100696B1 (en) | Machine tool with spindle chuck replacing function | |
| JP5659132B2 (en) | Apparatus and method for reshaping a hollow cylinder | |
| CN104833299A (en) | Method for electrically controlling a gauge stand and gauge stand for holding a measurement gauge | |
| RU2707451C1 (en) | Automatic tool changer | |
| JP2018027585A (en) | Machine tool | |
| US10286442B2 (en) | Press system | |
| KR101875442B1 (en) | A tool position determinating device for automatic tool changer of machine tool | |
| JP2008528307A (en) | 5-bar mechanism with dynamic balancing means and method for dynamically balancing a 5-bar mechanism | |
| JP2017077598A5 (en) | ||
| JP5834121B1 (en) | Processing equipment | |
| JP5186234B2 (en) | Automatic adjustment device for control cam in forging machine | |
| CN107553480B (en) | Novel adjustable constant force output mechanical arm | |
| RU2596526C1 (en) | Device for micro feed of workpieces for flat grinding | |
| KR101953585B1 (en) | Main spindle rotation deceleration device of machine tool and deceleration method thereof | |
| JP2008302436A (en) | Machining device and method for positioning movable side center in machining device | |
| CN202922302U (en) | Moving structure for power heads of machine tool | |
| CN212241051U (en) | Robot | |
| KR200167422Y1 (en) | Zero Point Locked Pin-Pulley Rotarying Shaft for CNC Multi-Spindle Winding Machine | |
| KR20110061025A (en) | Apparatus and method for compensating change of torque of rotary table for machine tool | |
| EP3904726B1 (en) | Cam device, manufacturing device, manufacturing method | |
| CN105523503B (en) | A kind of efficient medical carrying platform | |
| RU2553761C2 (en) | Device for microfeed of stocks during flat polishing | |
| SU1102662A1 (en) | Electromechanical clamping device | |
| SU580053A1 (en) | Forging manipulator |