Структурно-гибкая производственная система Советский патент 1992 года по МПК B23Q41/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании гибких производственных систем механообработки, сборки и других технологических операций различных отраслей промышленности.

Известны гибкие производственные системы, в которых многооперацио ные станкисовместносразвитойтранспортно-накопительной системой производят обработку заготовок, форма и размеры которых варьируются в широких пределах. Обладая высокой гибкостью, такие системы имеют относительно низкую производительность из-за того, что в них заготовка в каждый момент времени обрабатывается, как правило, одним инструментом.

Избавится от этого недостатка позволяют автоматы, автоматические линии, в том числе роторные и агрегатные, при этом множество заготовок одновременно обрабатывается множеством инструментов. За счет увеличения числа позиций обработки и количества обрабатывающих головок может быть достигнута любая требуемая производительность, однако из-за необходимости переналадки большого количества исполнительных устройств, такие автоматические системы отличаются низкой гибкостью.

Промежуточным вариантом является универсальная автоматическая линия. В этой линии имеется транспортная система.

система программного управления и множество обрабатывающих головок, каждая из которых имеет несколько координатных перемещений с позиционным или контурным программным управлением от общей системы управления.

Подобные комплексы .сочетают гибкость систем на базе многоцелевых станков с производительностью автоматических линий. Вместе с тем свойство гибкости требуется от оборудования лишь во время переналадки, что в серийном производстве происходит достаточно редко, и таким образом, значительное количество дорогостоящих исполнительных устройств с позиционным программным управлением большую часть времени работы автоматической линии простаивает.

В качестве прототипа выбрана структурно-гибкая производственная система (СГПС).

В ее состав входят система программного управления позиционного или контурного типа, вспомогательное и основное технологическое оборудование с исполнительными устройствами, причем все или часть исполнительных устройств выполнены в виде ведомых устройств и одного или нескольких общих для системы мобильных приводных блоков, и одно или несколько транспортных средств для перемещения мобильных приводных блоков.

Мобильный приводной блок представляет собой унифицированную часть исполнительных устройств оборудования и включает в себя двигатель, весь передаточный механизм исполнительного устройства или часть его, датчики, выходное звено и имеет возможность при помощи стыковочных устройств зафиксироваться на оборудовании и производить регулировку исполнительных звеньев исполнительных устройств.

Применение мобильных приводных блоков в составе структурно-гибкой производственной системы позволяет при сохранении гибкости и высокой производительности, присущих универсальной автоматической линии, значительно снизить стоимость, увеличить надежность и улучшать эффективность использования по времени приводов исполнительных устройств.

Погрешность стыковки приводного блока с исполнительным устройством приводит к снижению точности отработки программных движений исполнительным звеном исполнительного устройства. Кроме того, необходимость запоминания положения исполнительного звена каждого исполнительного устройства требует дополнительных затрат и может стать источником сбоев. Сбой может произойти, если в процессе работы настройка исполнительного звена

случайно собьется и фактическое положение исполнительного звена будет отличаться от запомненного. Все это существенно ограничивает области целесообразного применения таких систем.

0 Целью изобретения являются удешевление, уменьшение габаритов, увеличение точности позиционирования системы за счет измерения фактического положения исполнительных звеньев и выполнения общим редуктором приводного блока функций

5 передач исполнительных механизмов.

С этой целью в предлагаемой структурно-гибкой производственной системе (СГПС), содержа1цей систему управления, исполнительные механизмы, ведомые исполнительные звенья которых установлены

0 на основании в кинематических парах с тормозным механизмом один или несколько . мобильных приводных блоков, выполненных с возможностью перемещения между исполнительными механизмами человеком5 оператором или транспортным средством, включающих датчик положения, двигатель, передачи, выходное ведущее звено, установленное на корпусе в кинематической паре, причем выходное ведущее звено и

0 корпус приводного блока оснащены стыковочными узлами, выполненными с возможностью фиксации относительно, соответственно, выходных ведомых звеньев и оснований исполнительных механизмов:

5 ведущее выходное звено приводного блока оснащено датчиком касания ведомого звена исполнительного механизма,

один или оба стыковочных узла приводного блока оснащены устройством затяжки

0 соединения, содержащим двигатель, передачи и выходной рабочий элемент, выполненный с возможностью взаимодействия и перемещения захватываемого элемента исполнительного механизма,

5 захватываемый элемент исполнительного механизма выполнен в виде ведомого входного звена тормозного механизма.

На фиг. 1 показана общая функциональная схема структурно-гибкой производственной системы (СГПС): на фиг. 2 мобильный приводной блок; на фиг. 3 - модуль СГПС.

В состав структурно-гибкой производственной системы входят система упраале5 ния, исполнительные ведомые механизмы 1 (фиг. 1), один или несколько приводных мобильных блоков 2. выполненных с возможностьюперемещениямежду

исполнительными ведомыми механизмами и ячейками хранения накопителя 3 транспортным средством 4 или вручную человеком-оператором.

Исполнительный ведомый механизм (фиг. 2) состоит из основания 5, в котором на направляющей 6 смонтировано исполнительное звено 7 в виде каретки и тормозной механизм. На исполнительном ведомом звене 7 и на основании 5 исполнительного механизма 7 размещены стыковочные элементы, выполненные в виде торцевой 8 и боковой 9 базовых плоскостей и захватываемых элементов 10, выполненных в виде отверстий.

Тормозной механизм состоит из рабочего элемента 11, расположенного в направляющих в каретке исполнительного ведомого механизма, клиновой передачи 12, фиксирующей пружины 13 и ведомого звена 14, выполненного в- захватываемом элементе 10 стыковочного устройства каретки 7. Такая конструкция тормозного механизма служит целям обеспечения выполнения операции фиксирования приводного мобильного блока 2 на каретке 7 исполнительного ведомого механизма 1 и операции растормаживания одним приводом. Возможно также применение тормозного устройства традиционной конструкции, состоящего из тормозной накладки и затягивающего винта, и имеющего отдельный привод.

Приеоднсй мобильный блок объединяет в корпусе 15 привод, состоящий из двигателя 16, передаточного механизма 17 (например, червячной пары), преобразователя вращательного движения в поступательное 18 (например, передача винт-гайка качения) и датчика положения 19, выходное ведущее звено 20 в виде скалки, выполненной в опорах качения 21, оснащенной датчиком касания исполнительного звена 22 и стыковочным узлом, стыковочный узел для фиксации приводного блока 2 на основании исполнительного механизма 5 и дополнительный стыковочный узел для присоединения дополнительных устройств.

Стыковочные узлы выходного ведущего звена 20 и корпуса 15 имеют одинаковую конструкцию и состоят из торцевой ведущей базы 23 и устройства затяжки, имеющего выходной рабочий элемент 24 в виде цанги, подпружиненной пружиной25, и распорный конус 26, закрепленный на штоке силового цилиндра 27. Кроме того, с целью достижения требуемой точности стыковки, стыковочный узел корпуса имеет базирующий поясок 28.

Дополнительный стыковочный элемент имеет полумуфту 29, подпружиненную пружиной 30, и имеющую возможность перемещаться в осевом направлении на шпонке 31. 5Если в качестве транспортного устройства предполйгается использовать промышленный робот или другое техническое устройство, то для крепления мобильного блока 2 к этому транспортному устройству

10 мобильный блок 2 оснащен плавающей подвеской, которая состоит из фиксаторов 3, подпружиненных пружиной 38. и выполненных с возможностью жестко удерживать приводной блок 2 в транспортном положе15 НИИ.

Для захватывания .приводного блока 2 транспортным средством 4 на плавающей подвеске предусмотрен фланец модуля автоматической смены рабочих органов 34.

0 Одним из примеров использования предлагаемого технического решения является структурно-гибкая производственная система электрохимической обработки образцов. Ее модуль содержит размещенные

5 на основании 35 карусель 36, имеющую несколько позиций для закрепления заготовки 37, и установленные вокруг карусели 36 на нескольких позициях обработки обрабатывающие головки 38. Каждая из головок уста0 новлена, в общем случае, в направляющих 39 вертикальной и направляющих 40 гори- . зонтальной настройки положения (фиг. 3) на каретках 41 и 42 соответственно.

Структурно-гибкая производственная

5 система работает следующим образом. В процессе обработки заготовок или сборки изделия все исполнительные звенья исполнительных механизмов зафиксированы в , своих кинематических парах на основании с

0 помощью тормозных устройств и имеют положения, заданные им при предыдущей регулировке. При переходе СГПС на обработку или сборку изделия нового типа производится перенастройка СГПС.

5 Транспортное средство 4 либо человекоператор по команде системы управления выбирает необходимый приводной блок 2 из ячеек хранения 3 по критериям исправности и соответствия специфике настраиваемого исполнительного механизма, в том числе по точности, скорости, нагрузке, типоразмерам стыковочных элементов и ведомых звеньев. В случае использования транспортного средства 4, выбранный приводной блок 2 захватывается транспортным средством 4 за фланец модуля автоматической смены рабочих органов 34, фиксируется на транспортном средстве 4 и далее переносится им к требуемому ведомому механизму 1. В конце фазы перемещения приводной блок 2 стыкуется своим стыковочным узлом, расположенном на корпусе 15 со стыковочными элементами основания 5 исполнительного механизма 1. При этом под действием усилия со стороны транспортного средства 4 сжимаются пружины 33, и фиксаторы 32 освобождаются из своих гнезд. Силовой цилиндр 27, перемещаясь, расклинивает конусом 26 выходной рабочий элемент 24 стыковочного узла корпуса 15 в захватываемом элементе 10 и, сжимая пружину 25, притягивает торцевую ведущую базу 28 приводного блока 2 к боковой ведомой базе 9 основания 5 исполнительного механизма 1. Точная центровка стыковочного узла корпуса 15 приводного блока 2 в захватываемом элементе 10 основания 5 исполнительного ведомого механизма 1 обеспечивается базирующим пояском 28.

Двигатель 16 приводного блока посредством передаточного механизма 17 и передачи винт-гайка качения 18 перемещает выходное ведущее звено 20 приводного блока 2 от исходного положения в направлении к исполнительному звену 7 исполнительного ведомого механизма 1 до упора стыковочного узла в стыковочные элементы исполнительного звена 7 и срабатывания датчика касания 22. Далее происходит затяжка стыковочного узла ведущего звена 20 приводного блока 2 в захватываемом элементе 10 исполнительного звена 7 под действием силового цилиндра 27 способом, описанным выше. Одновременно, силовой цилиндр, передавая усилие через расклиненную конусом 26 в ведомом звене тормозного механизма 14 цангу 24, деформирует пружину 13, растормаживает клиновую передачу 12 и освобождает рабочий элемент 11 тормозного механизма, и таким образом, дает исполнительному звену 7 возможность свободно перемещаться в направляющей 6. В соответствии с программой и показаниями датчика положения 19, система управления приводит в действие двигатель 16 приводного блока 2 и через кинематическую цепь 17, 18 переводит выходное ведущее звено 20, а вместе с ним и исполнительное звено 7 исполнительного ведомого механизма 1 в заданное положение.

Затем, после снятия давления с силового цилиндра 27 устройства затяжки стыковочного узла, расположенного на выходном ведущем звене 20 приводного блока 2, стыковочный узел выходного звена 20 приводного блока 2 под действием пружины 25 расфиксируется от стыковочных элементов исполнительного звена 7. Одновременно, под действием пружины 13 через клиновую передачу 12 происходит фиксация рабочего

элемента 11 и, тем, самым, срабатывание тормозного механизма.

Выходное ведущее звено 20 приводного блока 2 отводится в исходное положение,

затем стыковочный узел корпуса 15 приводного блока 2 расфиксируется от стыковочных элементов основания 5 исполнительного механизма 1.

На этом регулировка положения исполнительного звена данного исполнительного механизма завершена. Транспортное средство 4 или человек-оператор с приводным блоком 2 переходит к следующему ведомому механизму 1, либо переносит приводной

5 блок 2 в ячейку хранения накопителя 3.

Дополнительный стыковочный элемент может использоваться для различных вспомогательных работ, например, для затягивания дополнительных тормозных устройств.

0 Для этого приводной блок 2, после того, кдк выполнена регулировка данного исполнительного механизма, стыкуется полумуфтой 29 с ответной полумуфтой дополнительного тормозного устройства, и двигателем 16 через кинематическую цепь 17, 31, 29 производится затяжка. Пружина 30 предназначена для компенсации осевого смещения и для надежного прижатия полумуфты 29 к ответной части дополнительного

0 тормозного устройства.

В отличие от СГПС-прототипа, предлагаемая структурно-гибкая производственная система обладает более высокой точностью позиционирования, это качество

5 достигается за счет того, что один или оба стыковочных узла оснащены устройством затяжки. Устройства затяжки обеспечивают выборку зазоров между базовыми плоскостями корпуса приводного блока и основания, выходного ведущего звена приводного блока и исполнительного звена исполнительного механизма, что позволяет исключить случайные ошибки позиционирование. В СГПС-прототипе измерение положё5 ния исполнительного звена исполнительного механизма осуществляется косвенным путем то есть, путем вычисления в управляющем устройстве нового положения исполнительного звена на основе данных о

0 предыдущем положении и информации об отработанном перемещении от датчика положения приводного блока. Таким образом, перед началом регулирования исполнитель.ного механизма, система управления имеет

5 информацию о положении его исполнительного звена только внутреннюю, то есть информацию, зафиксированную в запоминающем устройстве после последней регулировки. Если в результате нештатной работы произошло изменение

положения исполнительного звена, то это может послужить причиной сбоя, так как в системе управления нет информации об истинном положении исполнительного звена.

Предлагаемая структурно-гибкая производственная система лишена этого недостатка, так как в ней перед каждой регулировкой каждого исполнительного механизма осуществляется измерение фактического положения исполнительного звена этого механизма. Такое решение повышает надежность функционирования СГПС.

Кроме того, в предлагаемой СГПС упрощена конструкция по сравнению с прототипом. Это достигается за счет того, что весь передаточный механизм размещен на приводном блоке, а в исполнительных механизмах оставлены только исполнительные звенья, перемещающиеся в кинематических парах на основании.

Формула изобретения 1. Структурно-гибкая производственная система, содержащая исполнительные механизмы с установленными на основании в кинематических парах с тормозным механизмом ведомыми исполнительными звеньями, по меньшей мере один мобильный

приводной блок, включающий двигатель передачи, выходное ведущее звено, стыковочные узлы, установленные с возможностью взаимодействия с выходными ведомыми звеньями и основаниями исполнительных механизмов, и Датчик положения, транспортное средство и систему управления, отличающаяся тем, что, с целью удешевления, уменьшения габаритов и повышения точности позиционирования, по меньшей мере один стыковочный узел приводного блока снабжен устройством затяжки соединения в виде двигателя, передачи и выходного рабочего элемента, а ведомое исполнительное звено и/или основание исполнительного механизма снабжены ответными захватываемыми элементами, размещенными с возможностью взаимодействия с соответствующими рабочими элементами, при этом рабочий элемент выполнен с возможностью перемещения захватываемого злемента относительно ведущего звена и/или основания приводного блока.

2. Система поп. 1,отличающаяся, тем, что захватываемый элемент исполнительного звена выполнен в виде ведомого входного звена тормозного механизма.

Использование: машиностроение, в частности системы для наладки автоматизированных линий, комплексов. Сущность изобретения; по меньшей мере один стыковочным узел приводного блока снабжен устройством затяжки соединения в видедвигателя 16, передачи 17. 18 и выходного рабочего элемента 24. Приводной блок фиксируется на основании 5 за счет взаимодействия выходного рабочего элемента 24 с захватываемым элементом (гнездом) 10. Другой рабочий элемент 24 вводится в захватываемый элемент 10 на исполнительном звене 7, фиксируется и осуществляет настройку последнего путем его перемещения в ту или другую сторону. При захвате элемента 10 и относительном его перемещении при затяжке рабочим элементом 24 происходит расфиксация исполнительного .звена 7 относительно основания 5, т. к. элемент 10 выполнен в виде ведомого входного звена тормозного механизма. 1 з. п. ф-лы. 3 ил.соС

13 10 1 2 8 2227 32 7. / I- s 2ff г/ I I ШУо: --4---- Й5 . ;/ 5 / - 25 28 9 фиг. Z

фиг.д IB f9 5/ . fS