NÁVRH PŘÍVODŮ PRO AUTOMATICKÉ UPÍNÁNÍ OBROBKŮ NA STROJÍCH WHTEC FIRMY TOS
VARNSDORF A.S.
Diplomová práce
Studijní program: N2301 – Strojní inženýrství
Studijní obor: 2302T010 – Konstrukce strojů a zařízení Autor práce: Bc. Petr Bali Šoltés
Vedoucí práce: Ing. Petr Zelený, Ph.D.
Liberec 2015
Prohlášení
Byl jsem seznámen s tím, že na mou diplomovou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tom- to případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé diplomové práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum:
Podpis:
TÉMA: NÁVRH PŘÍVODŮ PRO AUTOMATICKÉ UPÍNÁNÍ OBROBKŮ NA STROJÍCH WHTEC FIRMY TOS VARNSDORF a.s.
ABSTRAKT: Práce se zabývá problematikou automatického upínání obrobků hydraulickými upínacími přípravky. V úvodu je proveden rozbor obráběcího centra WHtec 130 a jeho modulu automatické výměny palet, na který je proveden návrh hydraulických a pneumatických přívodů. Dále jsou konstrukčně řešeny funkční uzly zajišťující automatické přivedení tlakových médií z agregátů do palet umístěných na stacionárním manipulátoru.
Cílem práce je návrh hydraulických a pneumatických přívodů do automaticky vyměnitelných palet.
KLÍČOVÁ SLOVA: automatická výměna palet, upínací přípravek, automatické upínání obrobků
THEME: DESIGN OF INLETS FOR AUTOMATIC CLAMPING OF
WORKPIECES ON MACHINES WHTEC MADE BY TOS
VARNSDORF, Plc.
ABSTRACT: The work deals with automatic clamping of workpieces by hydraulic clamping products. In the introduction there is an analysis of the machining center WHtec 130 and its module for automatic exchange of pallets,in which the hydraulics and pneumatic leads are designed. In the next part, functional nodes ensuring automatic feeding of pressure from the media units to pallets placed on a stationary manipulator are structurally designed. The aim of the work is the design of hydraulic and pneumatic feeds for automatically exchangeable pallets.
KEYWORDS: automatic exchange of pallets, clamping products, automatic clamping of workpieces
Zpracovatel: TU v Liberci, Fakulta strojní, Katedra výrobních systémů a automatizace
Počet stran : 65 Počet příloh : 25 Počet obrázků : 58 Počet tabulek : 2 Počet modelů
nebo jiných příloh: 0
6
Obsah
Seznam použitých zkratek a symbolů ... 8
1 Úvod ... 9
2 Cíl práce ... 10
3 Technické parametry stroje ... 11
3.1 Automatická výměna palet ... 12
3.1.1 Popis konstrukce automatické výměny palet ... 13
3.1.2 Postup procesu automatické výměny palet ... 14
3.2 Upínání obrobků ... 15
4 Návrh hydraulického a pneumatického obvodu ... 17
4.1 Hydraulický obvod ... 17
4.1.1 Propojovací rychlospojky ... 18
4.1.2 Automatické uzamčení tlaku v hydraulických okruzích ... 18
4.1.3 Monitorování procesu tlakování a odtlakování ... 20
4.2 Pneumatický obvod ... 20
4.3 Ovládání a funkce obvodu ... 20
5 Přesné ustavení palety ... 23
5.1 Mě ení p esnosti najetí palety na vozík ... 23
5.2 Aretační za ízení ... 26
5.2.1 Aretační píst ... 27
5.2.2 Konstrukce aretačního válce ... 29
5.2.3 Protikus aretačního válce ... 31
6 Propojovací zařízení ... 33
6.1 Konstrukce propojovacího válce ... 33
6.2 Protikus propojovacího válce ... 37
7 Výpočet palety ... 38
8 Rozvedení tlakové kapaliny a vzduchu ... 42
7
8.1 Propojení stojanu s agregáty ... 43
8.2 Propojení stojanu s vozíkem ... 43
8.3 Vedení v paletě ... 48
8.3.1 Vedení hydraulických okruhů 1 a 2 ... 49
8.3.2 Vedení hydraulického okruhu 3 ... 53
8.3.3 Vedení vzduchu ... 55
8.3.4 Montáž komponentů do palety ... 55
9 Porovnání původního a nově navrženého řešení ... 57
10 Závěr ... 61
Seznam použité literatury ... 62
Seznam příloh ... 64
8
Seznam použitých zkratek a symbolů
Symbol Název Jednotka Název jednotky
AVP automatická výměna palet - -
ČSN česká technická norma - -
d,D průměr m metr
DIN německá národní norma - -
f součinitel smykového t ení - -
F síla N newton
Fn normálová síla N newton
Fnp normálová síla palety N newton
Ft valivý odpor N newton
g gravitační zrychlení m.s-2 metr za sekundu na druhou
m hmotnost kg kilogram
p tlak Pa pascal
R poloměr valeného tělesa m metr
S plocha m2 metr čtvereční
T t ecí síla N newton
V složka valivého odporu N newton
y součet svislých složek sil N newton
yT svislá složka t ecí síly N newton
yv svislá složka valivého odporu N newton
α úhel kuželu - stupeň
ξ rameno valivého odporu m metr
9
1 Úvod
Dlouhodobým trendem ve všech výrobních odvětvích je automatizace výrobního procesu.
Cílem automatizace je maximální využití strojů a zvyšování produktivity práce pomocí růz- ných nástrojů a opat ení nap . zkracování vedlejších časů, eliminaci lidského faktoru z výrob- ního procesu a další [1]. Podle druhu výroby se ve strojírenství rozlišují dvě oblasti automatizace. U velkosériové a hromadné výroby je to tvrdá automatizace, která je charakte- rizována automatickými výrobními linkami a jednoúčelovými stroji. U malosériové a kusové výroby je to pružná automatizace, která je charakterizována číslicově ízenými stroji.
Společnost TOS Varnsdorf a.s. se zabývá vývojem, výrobou, prodejem a servisem horizontál- ních vyvrtávaček a horizontálních obráběcích center [2]. Tyto obráběcí centra pat í do pružné automatizace. Hlavní proces obrábění a většina vedlejších procesů je plně automatická. Tren- dem p i vývoji obráběcích center je zvyšování p esnosti obrábění, zvyšování ezných podmí- nek, zlepšování designu a snaha o zautomatizování veškerých vedlejších procesů. Pro automatizaci vedlejších procesů jsou určena pomocná za ízení. Automatická výměna nástrojů je zajišťována manipulátorem, který p esouvá nástroje mezi zásobníkem a v etenem stroje.
Automatická výměna palet je zajišťována stacionárními manipulátory, které p esouvají palety mezi p ípravnými stojany a upínacím základem stroje. Další automatizované procesy jsou nap . výměna frézovacích hlav, odvod t ísek, korekce nástrojů atd. Důležitým procesem je upínání obrobků, které bylo u obráběcích center společnosti TOS Varnsdorf a.s. prováděno vždy ručně bez možnosti automatizace. Na těchto obráběcích centrech se nejčastěji obrábí tvarově složité a až několik tun vážící dílce z těžebního, dopravního nebo energetického prů- myslu. Upnutí a p esné ustavení těchto dílců p ed procesem obrábění je zajištěno speciálními upínacími p ípravky.
10
2 Cíl práce
Cílem této práce je návrh hydraulických a pneumatických p ívodů do automaticky vyměnitel- ných palet nových strojů ady WHtec společnosti TOS Varnsdorf a.s.
Navržené ešení musí splňovat požadavky stanovené konstrukčním oddělením. K navrženým p ívodům budou p ipojeny hydraulické upínací p ípravky a další p íslušenství. Proces tlako- vání upínacích p ípravků a tedy upínání obrobků bude zajišťovat hydraulický agregát. Obslu- ha stroje pomocí ovládacího panelu určí, který obvod má být natlakován a obrobek bude automaticky upnut. Ruční tlakování hydraulických p ípravků pomocí ruční hydraulické pum- py bude nahrazeno automatickou funkcí stroje. Navržené ešení rozší í funkce stroje a tím může společnost TOS Varnsdorf a.s. získat výhodu na trhu. Dále zajistí obsluze větší komfort a zkrátí dobu upínání. ešení zabrání chybám obsluhy, která může ruční pumpou natlakovat obvod upínacího p ípravku na nesprávný tlak. Nevýhodou je ovšem cena, která bude vyšší než u ručního upínání hydraulickou pumpou. Mohou se najít zákazníci, pro jejichž výrobu bude navržené ešení vhodné a budou ochotni za něj p iplatit.
11
3 Technické parametry stroje
Nově vyvíjené stroje ady WHtec budou vycházet z již zaběhlého modelu obráběcího centra s označením WHtec 130 (Obr. 1). V této práci bude ešen modul automatické výměny palet stroje WHtec 130, jelikož tento systém bude použit i u nově vyvíjených strojů. Navržené e- šení nesmí narušit stávající funkce modulu AVP.
Obr. 1: Obráběcí centrum WHtec 130
WHtec 130 je plně krytované obráběcí centrum s vodorovnou osou v etena, otočným upína- cím stolem a uspo ádáním loží do „T“ (Obr. 2) [3]. Je určeno pro p esné a vysoce produktivní frézování, vrtání, vyvrtávání a ezání závitů zejména sk íňových nebo prostorově členitých obrobků o maximální hmotnosti do 16 tun [4]. Ve speciálních provedeních nabízí možnost vysokorychlostního obrábění, obrábění z pěti stran nebo pětiosé obrábění. Stroj je vybaven modulem automatické výměny palet se dvěma technologickými paletami, systémem automa- tické výměny nástrojů, automatické výměny frézovacích hlav a je možné jej dovybavit růz- ným technologickým p íslušenstvím nap . ízenou cirkulací vzduchu, oplachem t ísek z krytování os X a Z, elektrov eteny, systémem adaptivního ízení atd.
12
Obr. 2: Uspo ádání loží do „T“
3.1 Automatická výměna palet
AVP je velmi efektivní nástroj pro snižování výrobních časů a zvýšení využitelnosti stroje. Je využívána u sériové výroby, kdy jsou obrobky upínány do p ípravků na jednotlivých paletách.
P i obrábění je jedna paleta v pracovním prostoru stroje a druhá je na technologickém stojanu, na kterém probíhá p íprava a upínání dalšího obrobku. Je-li proces obrábění ukončen, vyjede paleta na technologický stojan a druhá paleta s p ipraveným obrobkem zajede do pracovního prostoru stroje. Složité díly mohou být obráběny i z šesti stran a to není možné provést na jedno upnutí. Tyto díly je nutné obrábět v několika polohách na různých upínacích p íprav- cích. Na každé paletě může být upínací p ípravek pro různé polohy obrábění, to obsluze ušet í manipulaci s těmito p ípravky. Pokud by tomu tak nebylo, obsluha stroje by musela p i změně polohy obrábění dílu měnit i upínací p ípravek.
13 3.1.1 Popis konstrukce automatické výměny palet
Modul AVP je tvo en t emi hlavními částmi: 1 - stacionární manipulátor palet, 2 - upínací základ, 3 - paleta (Obr. 3).
Obr. 3: Části modulu AVP
Stacionární manipulátor palet je umístěn mimo pracovní prostor stroje a je tvo en pevným stojanem a pohyblivým vozíkem. Stojan tvo í pevný základ, který nese vozík s paletou. Dále slouží jako odkládací a p ípravné stanoviště pro paletu p ed samotným obráběním. Vozík nese paletu a zajišťuje propojení s upínacím základem stroje. Pohyb vozíku po stojanu je uskuteč- ňován pomocí kuličkového šroubu, který je ve spodní části vozíku. Paleta slouží jako upínací plocha pro obrobky a p ejíždí mezi vozíkem a upínacím základem stroje. Pohyb palety je uskutečňován dvěma ozubenými šneky a otočnými čepy. Jeden ozubený šnek je na vozíku a druhý na upínacím základu. Otočné čepy jsou ve spodní části palety. Spojení vozíku a upí- nacího základu je zajištěno pevnou spojkou. Pomocí této spojky dojde k propojení jejich h í- delí. H ídel vozíku pohání h ídel upínacího základu. P i otáčení h ídelí s ozubenými šneky dojde k záběru čepů s jednotlivými zuby a tím k pohybu palety na upínací základ nebo zpět na vozík. Upínací základ slouží k p esnému napolohování a zpevnění palety v pracovním prosto- ru stroje. Najetí palety na stacionární manipulátor je hlídáno koncovými snímači, které vyšlou signál pro zastavení palety v základní poloze.
14 3.1.2 Postup procesu automatické výměny palet
P i startu procesu AVP jsou všechny prvky v základní poloze, viz Obr. 3. V první fázi se za- čne pohybovat vozík nesoucí paletu. Vozík je zastaven po spojení s upínacím základem (Obr. 4).
Obr. 4: Spojení vozíku s upínacím základem
V druhé fázi dojde k p esouvání palety z vozíku na upínací základ. Po dojetí je paleta zaareto- vána a zpevněna upínacím základem (Obr. 5).
Obr. 5: Dojetí palety na upínací základ
15
Ve t etí fázi dojde k návratu samotného vozíku do základní polohy na stojanu (Obr. 6).
Obr. 6: Vozík v základní poloze
Po ukončení obrábění se paleta vrátí stejným způsobem zpět do základní polohy na svůj sto- jan. Pro výměnu druhé palety najedou saně s upínacím základem do polohy proti druhému stojanu a proběhne stejný proces jako u p edchozí výměny.
3.2 Upínání obrobků
Obrobky jsou upínány ručně do upínacích p ípravků, které jsou p ipevněny na jednotlivých paletách. Upínací p ípravky musí zajišťovat pevné a bezpečné upnutí, p esné ustavení a nesmí obrobek deformovat. Upínací p ípravky se skládají z upínacích a stavitelných prvků. Nejvíce se používají ruční a hydraulické upínací prvky, u některých p ípravků jsou tyto prvky kombi- novány. U p ípravků obsahující ruční upínací prvky je obrobek upnut ručním utažením jed- notlivých upínacích prvků (Obr. 7). U p ípravků obsahujících hydraulické upínací prvky (Obr.
8) je obrobek upnut natlakováním hydraulického obvodu, ke kterému jsou prvky p ipojeny.
U hydraulických p ípravků firmy TOS Varnsdorf a.s. byla pro natlakování obvodu a tedy upnutí obrobku využívána ruční hydraulická pumpa (Obr. 9). Kapalina je do obvodu pumpo- vána ručně obsluhou stroje. Správné natlakování je kontrolováno obsluhou na manometru, který je součástí upínacího p ípravku.
16
Obr. 7: Ruční upínací prvky
Obr. 8: Hydraulické upínací prvky
Obr. 9: Upínání pomocí ruční hydraulické pumpy
17
4 Návrh hydraulického a pneumatického obvodu
Návrh obvodu byl vytvo en na základě požadavků z oddělení konstrukce p ípravků. Výstupy jednotlivých okruhů jsou p ipojeny do společné kostky umístěné v zadní části palety. Součástí kostky budou dle požadavků p ipojovací rychlospojky nebo hydraulická a pneumatická šrou- bení, ke kterým bude p ipojen upínací p ípravek. V navrženém ešení jsou všechny výstupy z kostky zaslepeny zátkami. Konstruktér p ípravku poté zvolí, jaké výstupy z kostky budou využity a jakým způsobem bude p ípravek ke kostce p ipojen. Zbylé nevyužité výstupy budou zaslepeny a mohou být později využity k p ipojení jiného p ípravku. Požadavky na jednotlivé obvody jsou následující:
Hydraulický obvod:
tlak pro upínání 320 bar
3 nezávislé hydraulické okruhy (dva okruhy pro dvojčinné a jeden pro jednočinné upí- nací prvky)
automatické uzamčení tlaku v tlakovaných větvích
automatické vypnutí tlakování p i dosažení požadovaného tlaku
rozpoznání odtlakované větve Pneumatický obvod
tlak vzduchu 6 bar
jeden p ívod
ruční uzamčení tlaku na p ípravku 4.1 Hydraulický obvod
Obvod musí mít vlastní hydroagregát, není možné využít agregát stroje, ten neumožňuje tlak 320 bar. Z důvodu pohybu palety mimo p ípravné stanoviště (viz kapitola 3.1.2), musí obvod obsahovat propojovací rychlospojky. Pro ešení automatického uzamčení tlaku jsou použity hydraulické zámky s ízeným otevíráním od firmy Argo-hytos. Pro ešení automatického vy- pnutí tlakování p i dosažení požadovaného tlaku v upínacím obvodu a rozpoznání odtlakova- ného obvodu, jsou použity tlakové snímače od firmy Argo-hytos. Množství hydraulické kapaliny, které je pot eba na zaplnění všech okruhů, bylo vypočteno z délky a vnit ního prů- měru všech tlakových trubek a hadic, které jsou rozváděny od agregátu do palet (viz kapitola 8). Dále z vnit ního objemu hydraulických válců (viz kapitola 5.2 a 6) a velikosti upínacích
18
p ípravků. Pro zaplnění všech okruhů včetně vnit ního prostoru hydraulických válců je zapo- t ebí 5 litrů tlakové kapaliny. Po konzultaci s konstrukčním oddělením p ípravků bylo pro upínací p ípravky stanoveno množství kapaliny na 2 litry. Minimální využitelné množství hydraulické kapaliny v nádrži hydraulického agregátu je tedy 7 litrů.
4.1.1 Propojovací rychlospojky
Rychlospojky zajišťují propojení vozíku a palety p i procesu tlakování. Požadavky na rychlo- spojky jsou následující:
propojitelné automaticky bez ruční manipulace
průtočné v obou směrech
bezodkapové (aby nedocházelo k vytékání zbylé kapaliny z části obvodu za rychlo- spojkami p i jejich rozpojení)
p enést tlak 320 bar
průtočný průměr minimálně 5mm
možnost využití pro hydraulickou kapalinu a vzduch
Tyto požadavky byly odeslány do firmy Stäubli Systems, která se specializuje na tuto pro- blematiku. Z nabízeného sortimentu byly doporučeny rychlospojky s označením SPC. Kate- gorie SPC je dodávána ve více velikostech, zde byla vybrána velikost SPC 05 [5]. Tyto rychlospojky jsou standardně nabízeny pro maximální tlak 300 bar, který pro navrhované e- šení nepostačuje. Pro toto ešení budou dodány nestandardní rychlospojky SPC 05, které jsou schopny p enést tlak 350 bar a spolu s nimi certifikát o použitelnosti p i těchto tlacích.
4.1.2 Automatické uzamčení tlaku v hydraulických okruzích
P i dosažení požadovaného tlaku je proces tlakování ukončen a dojde k rozpojení rychlospo- jek. Poté musí dojít k uzamčení tlaku za rychlospojkami, aby nedošlo k povolení upínacích prvků p ípravku. Pro toto ešení byly použity hydraulické zámky s ízeným otevíráním od firmy Argo-hytos s označením SC5H-Q3/I [6].
U okruhu pro dvojčinné upínací prvky jsou použity dva hydraulické zámky, které jsou vlože- ny do vytvo ené kostky. Výrobní výkres kostky je v p íloze 21. V kostce jsou vyvrtány otvory pro vstup a výstup tlakové kapaliny a také pro ízené otevírání zámků. Z kostky jsou vyvede- ny dva výstupy, jeden výstup pro upínání a druhý pro odepínání hydraulických upínacích prv- ků. Sestava hydraulického zámku je na (Obr. 10) a obsahuje kostku, vstupní a výstupní šroubení, zámky a zaslepovací šrouby. ez částí kostky v místě hydraulického zámku pro
19
upínací větev je na (Obr. 11). Tlak je v jednotlivých větvích uzamčen, pokud jsou oba p ívody vyvedeny do nádrže. Tlakováním jedné větve dojde k odemčení druhé a tím k jejímu odtlako- vání. V navrženém ešení jsou použity dvě tyto sestavy hydraulických zámků pro hydraulické okruhy 1 a 2.
Obr. 10: Sestava zámku pro dvojčinné upínací prvky
Obr. 11: ez zámkem pro dvojčinné upínací prvky
U okruhu pro jednočinné upínací prvky je použit jeden hydraulický zámek, který je vložen do vytvo ené kostky. Výrobní výkres kostky je v p íloze 17. Na rozdíl od kostky pro dvojčinné upínací prvky je z této kostky pouze jeden výstup, který je určen pro upínání. Odepínání je pomocí pružiny, která p i odtlakování upínacího obvodu povolí upínací prvek. Do kostky jsou p ivedeny dva vstupy. Jeden je pro upínání a prochází kostkou do výstupu, druhý slouží pro otevírání upínací větvě (Obr. 12). Tlak je v upínací větvi uzamčen, pokud jsou oba p ívody vyvedeny do nádrže. P ivedením tlaku do otevírací větve dojde k odemčení upínací a tím k jejímu odtlakování. Sestava tohoto hydraulického zámku je použita u okruhu 3.
20
Obr. 12: Sestava zámku pro jednočinné upínací prvky 4.1.3 Monitorování procesu tlakování a odtlakování
Důležitou funkcí je automatické vypnutí tlakování p i dosažení požadovaného tlaku v p ísluš- né větvi. Obsluha pouze stiskne tlačítko pro natlakování a zbytek procesu je automatický.
Dále je nutné pro správnou a bezpečnou funkci obvodu rozpoznání odtlakování jednotlivých větví. K rozpojení rychlospojek dojde po signálu ze snímače o odtlakování. Jelikož může být tlakování větví libovolné a nemusí být tlakovány všechny větve na jednou, musí být hlídána každá větev zvlášť. V každé tlakovací větvi bude tlak hlídán dvojicí tlakových snímačů ozna- čení PSC od firmy Argo-hytos [7]. Tyto snímače vysílají signál po dosažení nastaveného tla- ku. V porovnání se snímači se spojitým signálem jsou několikanásobně levnější. Jeden snímač vyšle signál pro zrušení tlakování p i dosažení tlaku 320 bar a druhý vyšle signál p i odtlako- vání p íslušné větve nap . p i tlaku 1 bar.
4.2 Pneumatický obvod
Pneumatický obvod je napojen na agregát stroje. Na propojení jsou použity stejné rychlospoj- ky SPC, jako u hydraulického obvodu. Obvod obsahuje jeden vzduchový vývod určený pro p íslušenství p ípravků. Automatické uzamčení tlaku vzduchu nebylo požadováno. V p ípadě pot eby bude využit ruční ventil, který bude součástí p ípravku. Ukončení tlakování vzduchu také nebylo požadováno automatické, je tedy ruční.
4.3 Ovládání a funkce obvodu
Schéma obvodu vytvo eného dle výše uvedených požadavků je v p íloze 1. Navržené schéma obvodu bude odesláno do firmy Argo-hytos, ve které bude upraveno do konečné podoby. Poté bude dodán kompletní hydroagregát s jednotlivými komponenty. Správnou funkci obvodu
21
včetně bezpečnostních opat ení zajišťuje PLC stroje, které vyhodnocuje jednotlivé elektrické signály. Signály jsou vysílány snímači aretačního a propojovacího za ízení, z jednotlivých tlačítek obsluhy a tlakových snímačů. Funkce obvodu jsou spuštěny po zaznamenání polohy p íslušné palety na technologickém stojanu. Pokud jsou zaznamenány obě, p epne si obsluha obvod na paletu, na kterou bude obrobek upínán. Poté jsou vysunuty aretační a propojovací za ízení, která jsou popsány v kapitolách 5.2 a 6. Dále má operátor tlačítka na upínání a ode- pínání jednotlivých větví. Tlačítko, které operátor stiskne, bude podsvícené, dokud bude větev tlakována. Po natlakování větve na požadovaný tlak tlačítko zhasne a operátor tak bude mít p ehled o jednotlivých procesech. Ovládací panel bude vytvo en dodavatelem na základě sta- novených požadavků a bude p ipevněn k držáku mezi stacionárními manipulátory. Dále bude možné ovládání z centrálního panelu stroje. PLC stroje zamezí odjetí palety ze stojanu p ed dokončením tlakování, tedy dokud nebudou zasunuta propojovací a aretační za ízení. Tato za ízení jsou zasunuta po informaci ze snímačů zaznamenávajících odtlakování větví. Palety 1 a 2 jsou ešeny stejným způsobem. Každá paleta má své propojovací a aretační za ízení.
V navrženém hydraulickém a pneumatickém obvodu mají obě palety, aby bylo možné ovládat obvod pro každou paletu zvlášť. Dále jsou popsány funkce jednotlivých okruhů palety 1.
U palety 2 jsou funkce stejné, pouze se liší číslování rozvaděčů a snímačů.
Okruh 1
Pro upnutí okruhu 1 je stisknuto tlačítko UP.1. Rozvaděč 1 dostane signál a p esune se. Do upínací větve začne proudit kapalina. Vzniklý tlak odemkne odepínací větev a ta se začne odtlakovávat. Po zaznamenání tlaku 1 bar snímačem PS3 a tlaku 320 bar snímačem PS2 se vyšle signál, který zruší p estavující signál rozvaděče 1 a ten se vrátí do základní polohy. Je-li rozvaděč v základní poloze, jsou p ívody upínací a odepínací větve propojeny s nádrží. Tlak je uzamknut v části okruhu za hydraulickými zámky.
Pro odepnutí okruhu 1 je stisknuto tlačítko ODEP.1. Rozvaděč 1 dostane signál a p esune se.
Do odepínací větve začne proudit kapalina. Vzniklý tlak odemkne upínací větev a ta se začne odtlakovávat. Po zaznamenání tlaku 1 bar snímačem PS1 a tlaku 320 bar snímačem PS4 se vyšle signál, který zruší p estavující signál rozvaděče 1 a ten se vrátí do základní polohy.
Okruh 2
Pro upnutí okruhu 2 je stisknuto tlačítko UP.2. Rozvaděč 2 dostane signál a p esune se. Do upínací větve začne proudit kapalina. Vzniklý tlak odemkne odepínací větev a ta se začne odtlakovávat. Po zaznamenání tlaku 1 bar snímačem PS7 a tlaku 320 bar snímačem PS6 se
22
vyšle signál, který zruší p estavující signál rozvaděče 2 a ten se vrátí do základní polohy. Tlak je uzamknut v části okruhu za hydraulickými zámky.
Pro odepnutí okruhu 2 je stisknuto tlačítko ODEP.2. Rozvaděč 2 dostane signál a p esune se.
Do odepínací větve začne proudit kapalina. Vzniklý tlak odemkne upínací větev a ta se začne odtlakovávat. Po zaznamenání tlaku 1 bar snímačem PS5 a tlaku 320 bar snímačem PSŘ se vyšle signál, který zruší p estavující signál rozvaděče 2 a ten se vrátí do základní polohy.
Okruh 3
Pro upnutí okruhu 3 je stisknuto tlačítko UP.3. Rozvaděč 3 dostane signál a p esune se. Do upínací větve začne proudit kapalina. Po zaznamenání tlaku 320 bar snímačem PS10 se vyšle signál, který zruší p estavující signál rozvaděče 3 a ten se vrátí do základní polohy. Tlak je uzamknut v části okruhu za hydraulickými zámky.
Pro odepnutí okruhu 3 je stisknuto tlačítko ODEP.3. Rozvaděč 3 dostane signál a p esune se.
Do odepínací větve začne proudit kapalina. Vzniklý tlak odemkne upínací větev a ta se začne odtlakovávat. Po zaznamenání tlaku 1 bar snímačem PSř se vyšle signál, který zruší p estavu- jící signál rozvaděče 3 a ten se vrátí do základní polohy.
Okruh 4
Pro spuštění p ívodu vzduchu je stisknuto tlačítko VZDUCH. Vzduchový okruh nemá auto- matické uzamčení tlaku ani automatické vypnutí tlakování. V p ípadě nutnosti uzamčení tlaku bude využit ruční ventil, který bude součástí p ípravku. Ukončení tlakování vzduchu se pro- vádí ručně pomocí tlačítka.
23
5 Přesné ustavení palety
P i návratu palety na nosný vozík, musí být zajištěna její p esná poloha vůči vozíku a zároveň informace o jejím koncovém dojetí, kterou udává koncový snímač. U procesu tlakování, p i kterém dojde k propojení rychlospojek, je p esné ustavení palety nezbytné, aby došlo ke správnému propojení a nedošlo k jejich poškození. Pro ešení této problematiky bylo nutno zjistit, s jakou opakovatelnou p esností najede paleta na vozík. P esnost najetí palety v podél- ném směru ovlivňují vůle mezi ozubeným šnekem a čepy v paletě a také vůle v emenu, který pohání h ídel s ozubeným šnekem. Vůle mezi šnekem a čepy je 0,3mm. P esnost najetí palety v p íčném směru je dána vůlí mezi vymezujícími ložisky a vedením vozíku. Ložiska jezdí po vnit ních bocích vedení s maximální vůlí 0,1mm. K eliminaci vůlí v podélném směru je v pohonu servomechanismus, který reguluje polohu palety proti koncovému snímači. Nebylo však možné stanovit číselné hodnoty p esnosti najetí. V prostorách společnosti TOS Varn- sdorf a.s. bylo provedeno mě ení na stávajícím modulu AVP stroje WHtec 130 (Obr. 1).
5.1 Měření přesnosti najetí palety na vozík
Mě ení bylo provedeno na obou paletách stroje, pomocí čty úchylkoměrů umístěných dle Obr. 13. Úchylkoměry jsou očíslovány 1-4 a na stroji jsou p ipevněny pomocí magnetu. Aby byla zjištěna p esnost najetí palety p i různých zatíženích, byla p i mě ení jedna paleta prázd- ná a druhá s p ípravkem a obrobkem o hmotnosti 6tun. U obou palet byla provedena t i mě e- ní.
Obr. 13: Umístění úchylkoměrů
24
Nejprve byla provedena t i mě ení na nezatížené paletě a poté t i na zatížené paletě. Na začát- ku mě ení, kdy byly obě palety v základní poloze (Obr. 14 a Obr. 15), byly p ipevněny a vy- nulovány úchylkoměry.
Obr. 14: Nezatížená paleta v základní poloze
Obr. 15: Zatížená paleta v základní poloze
25
Po povelu „výměna palety“ došlo k odjetí palet do pracovního prostoru stroje, kde byly upnu- ty upínacím základem (Obr. 16 a Obr. 17).
Obr. 16: Nezatížená paleta na upínacím základu stroje
Obr. 17: Zatížená paleta na upínacím základu stroje
P i návratu palet do základní polohy byl na jednotlivých úchylkoměrech zaznamenán rozdíl jejich polohy p ed a po výměně. Namě ené hodnoty byly zaznamenány do Tabulky 1.
26 Tabulka 1: Mě ení p esnosti najetí palety
Datum mě ení 17. 10. 2014, namě ené hodnoty v mm.
Z namě ených hodnot je patrné, že větší p esnost najetí měla zatížená paleta. Díky větší hmotnosti nemá paleta tendenci „poskakovat“ p i valení po vodících lištách a p i záběru čepů s ozubeným šnekem. Najetí obou palet je velmi p esné. P i takto p esném mě ení mohlo dojít k chybám v důsledku drsnosti povrchu bočních stěn palet nebo p ípadným nečistotám. Nej- větší odchylky byly namě eny u nezatížené palety ve směru jejího pohybu mezi 1 a 3 mě e- ním. Konkrétně na úchylkoměru č. 2 byla odchylka 0,27mm a na úchylkoměru č. 3 0,35mm, hodnoty odchylek v p íčném směru jsou v porovnání zanedbatelné. Rychlospojky SPC 05 umožňují propojení p i nesouososti 0,25mm [5]. Změ ené maximální odchylky jsou větší, než dovolují rychlospojky a musí být tedy navrženo ešení p esnějšího ustavení palety vůči vozí- ku. Z hlediska navrhovaného ešení je výhodné, že najetí zatížené palety je p esnější. To zna- mená, že aretační za ízení bude s větší zátěží manipulovat méně.
5.2 Aretační zařízení
Jako aretační za ízení byl navržen dvojčinný hydraulický válec. Ten je p ipojen ke stejnému hydraulickému agregátu jako hydraulické p ívody a jeho propojení s obvodem je znázorněno v p íloze 1. Tlak kapaliny pro pohyb aretačního válce je 60 bar. Aretační válec je součástí vozíku a jeho píst zajíždí do protikusu, který je součástí palety. P i najetí palety na vozík píst válce vyjede a zaaretuje paletu. P ed odjetím palety z vozíku píst zajede a paletu uvolní. P i aretování musí být uvolněn pohon šneku, aby byl umožněn volný pohyb palety důsledkem působení aretačního pístu. Z bezpečnostních a funkčních důvodů musí navržený válec obsa- hovat snímače polohy, které budou vysílat signály ídicímu systému. Pro toto ešení byly pou-
27
žity indukční snímače s označením XS1-N08PA349 [8]. Jeden snímač bude vysílat signál p i zajetí a druhý p i vyjetí pístu. V ídicím systému budou zajištěny následující bezpečnostní opat ení:
Pohyb aretačního pístu až po kontrole najetí palety do základní polohy.
Nedojde k odjetí palety p ed zajetím aretačního pístu.
Nedojde k propojení rychlospojek p ed zaaretováním palety.
5.2.1 Aretační píst
P esné zaaretování palety je vy ešeno pomocí kuželu na konci pístu hydraulického válce. P i aretaci palety zajede píst do protikusu s kuželovým otvorem. Píst (Obr. 18) má ve spodní části vyfrézované dvě plochy. Jedna je pro umístění protikusu indukčních snímačů a druhá pro pe- ro, které brání pístu v otáčení. Dále má na sobě drážku pro umístění pístního těsnění. Výrobní výkres pístu je v p íloze 4.
Obr. 18: Píst aretačního válce
Maximální hmotnost, se kterou bude válec manipulovat, je 21 000 kg. Hmotnost palety je 5000 kg a maximální hmotnost obrobku je 16000 kg, proto musí mít robustní konstrukci a vhodný úhel kuželu, aby dokázal p emístit dané b emeno. P esnost najetí palety je v ádu desetin milimetru, píst umožní aretaci p i nep esnosti najetí 3 mm. Pro zjištění funkčnosti navržené aretace, tedy zda dokáže píst p emístit paletu do své osy, byl proveden kontrolní výpočet. Aretační síla pístu je vyvolána tlakem kapaliny, který je 6 MPa. Proti aretační síle působí valivý odpor palety a t ecí síla vznikající mezi pístem a jeho protikusem. U těchto sil
28
jsou vypočteny svislé složky, které jsou po sečtení porovnány se sílou pístu. Síla pístu musí být větší než součet složek sil působících proti ní.
Dáno: m= 21000kg; D=110mm; d=70mm; R=23,5mm; g=9,81m.s-2; α=10o; ξ=0,0005 [9];
f=0,15 [10]; p=6MPa
Obr. 19: Síly působící na píst Síla pístu
6 10 4
0,11 0,07
33929 (1)4
2 2
6 2
2 d N
D p S p
F
Valivý odpor
) 3 ( 206010
81 , 9 21000
) 2 ( 0235 4383
, 0 206010 0005
, 0
N g
m F
R N F F
Np
Np t
T ecí síla
) 4 ( 647
15 , 0 10 cos 4383
cos f N
F f F
T n t o Svislá složka t ecí síly
) 5 ( 637
10 cos 647
cos N
T
yT o
29 Svislá složka valivého odporu
) 7 ( 750
10 cos 761 cos
) 6 ( 761
10 sin 4383 sin
N V
y
N F
V
o V
o t
Součet svislých složek sil
) 8 ( 1387
750
637 N
y y
y T V
y F
Síla pístu je větší než svislé složky sil vzniklé p i aretování palety. Navržená aretace vyhovu- je.
5.2.2 Konstrukce aretačního válce
Pro umístění aretačního válce musela být upravena část sva eného rámu vozíku. Došlo k p i- dání tvarových žeber a vytvo ení nosné desky. Deska, která ponese aretační válec, je p iva e- na na dvě tvarovaná žebra. Válec musí být dvojčinný, kvůli omezenému prostoru mezi vozíkem a paletou. Zdvih válce je 2Ř mm. Pro tento zdvih nebylo možné seskládat pružiny tak, aby u konstrukce válce byly dodrženy požadované rozměry.
Základem je těleso válce, do kterého je vložen píst a ze shora je p ipevněno víko. ez tělesem válce je na Obr. 20. Z důvodu snímání polohy pístu pomocí snímačů, má těleso ve spodní části otvor. Otvory pro p ívody hydraulické kapaliny jsou z boku tělesa. Pro p ivedení kapali- ny na pohyb pístu vzhůru, byl u spodního p ívodního kanálku nejprve vyvrtán otvor ze spodu tělesa a poté otvor z boku. Spodní otvor bude utěsněn pomocí zaslepovacího šroubu. Šroub bude p i montáži nat en lepidlem. Kapalina je do prostorů válce p ivedena tlakovými hadice- mi. Hadice jsou p ipojeny k hydraulickým šroubením, která jsou umístěna v tělese válce. Dále jsou v tělese vytvo eny drážky pro těsnění. Ve spodní části je pístnicové těsnění s označením S605-60x70x7 [11], které zamezuje průsaku kapaliny mezi tělesem válce a pístem. V horní části je O-kroužek OR4011000 [12], který zamezuje průsaku kapaliny mezi tělesem a p íru- bou. Výrobní výkres tělesa válce je v p íloze 5.
30
Obr. 20: ez tělesem válce
Další částí je víko, které uzavírá vnit ní prostor tělesa. Ve víku jsou vytvo eny dvě drážky.
Jedna drážka pro pístnicové těsnění s označením S605-90x100x7,5, které zamezuje průsaku kapaliny mezi p írubou a víkem. Druhá pro stírací kroužek A335-90x98,8x6 [13], který stírá nečistoty z pístu p i jeho pohybu a zamezuje jejich vniknutí do vnit ního prostoru válce. Víko také slouží jako koncový doraz pístu. P i vysouvání se píst zarazí o spodní část víka. Na dora- zové části je vytvo eno symetrické vybrání kvůli zvětšení plochy pro kapalinu, p i pohybu pístu dolu. Pohled na spodní část víka je na Obr. 21 a výrobní výkres je v p íloze 6.
Obr. 21: Víko aretačního válce
Aretační píst, který byl popsán v kapitole 5.2.1, se pohybuje v tělese válce. Pohyb je zajištěn p ívodem kapaliny do vnit ního prostoru válce. Pro pohyb pístu směrem nahoru je p ivedena kapalina do dolního prostoru a pro pohyb směrem dolu do horního prostoru. Těsnost jednotli- vých prostorů je zajištěna sestavou pístního těsnění QRAR04345 a BP4ř01002 [14], která je vložena do drážky v pístu. Pro správnou funkci aretačního za ízení jsou nezbytné další dva
31
díly, které jsou p ipevněny ke spodní části pístu. První je vodící pero a druhý je protikus sní- mačů. Pero zamezuje pootočení pístu p i jeho pohybu a je vedeno v protikusu, který je sou- částí rámu vozíku (Obr. 22). Výrobní výkres pera je v p íloze 7. Poloha pístu p i jeho pohybu je snímána dvojicí snímačů. Snímače jsou p ipevněny k držáku, který je součástí rámu vozíku.
Je-li píst zasunut, je protikus proti dolnímu snímači, který ho zaznamená. P i úplném vysunu- tí, je protikus proti hornímu snímači. Výrobní výkres protikusu snímačů je v p íloze Ř. ez kompletní sestavou aretačního válce je na Obr. 23. Výkres sestavy aretačního válce je v p ílo- ze 3.
Obr. 22: Pohled na spodní část vozíku v místě aretačního válce
Obr. 23: Sestava aretačního válce 5.2.3 Protikus aretačního válce
Protikus je umístěn na spodní části palety, která proto musela být upravena. Z palety byla vy- frézována spodní část a na vytvo ené ploše je umístěna sestava protikusu. Protikus je vložen
32
v nosné desce, která je p ipevněna k paletě. Výrobní výkres desky je v p íloze 14. Pohled na spodní část palety v místě p ipevnění nosné desky s protikusem je na Obr. 24.
Obr. 24: Protikus aretačního válce v nosné desce
V protikusu je vytvo en kuželový otvor, do kterého zajede píst aretačního válce. Na kuželech pístu a protikusu jsou vytvo ena zaoblení, aby došlo ke správnému zajetí a nedošlo k zaseknu- tí na ostrých hranách kuželů. Pokud by do sebe kužely zajely úplně a velkou silou, která bude vznikat p i aretaci, mohlo by dojít k nalisování kuželů nebo k nadzvedávání palety. Tím by vznikl problém se zpětným pohybem pístu. Tento problém byl vy ešen horním dorazem, který byl vytvo en na víku aretačního válce. P i úplném vyjetí se píst zastaví o doraz a nedojde k nalisování kuželů, ty budou mít mezi sebou malou koncovou vůli. Kuželový otvor protikusu navazuje na válcovou díru. Tato díra je větší než horní průměr kuželu na pístu, což také na- pomůže proti nalisování kuželů. Na Obr. 25 je v ezu znázorněno zajetí pístu do protikusu.
Výrobní výkres protikusu aretačního válce je v p íloze 15.
Obr. 25: Zajetí aretačního pístu do protikusu
33
6 Propojovací zařízení
Hlavní funkcí propojovacího za ízení je propojení vozíku a palety p i procesu tlakování po- mocí bezúkapových rychlospojek SPC 05 (viz Kapitola 4.1.1). Tyto rychlospojky jsou sou- částí propojovacího za ízení. Po ukončení procesu tlakování za ízení zajistí jejich odpojení.
Jako propojovací za ízení byl navržen dvojčinný hydraulický válec. Propojovací hydraulický válec má témě shodnou konstrukci jako válec aretační (viz Kapitola 5.2.2), liší se pouze v konstrukci pístu a rozměrech jednotlivých součástí. Propojovací válec je p ipojen ke stej- nému hydraulickému agregátu jako hydraulické p ívody a jeho propojení s obvodem je zná- zorněno v p íloze 1. Tlak kapaliny pro pohyb propojovacího válce je 60 bar. Propojovací válec je součástí vozíku a jeho píst zajíždí do protikusu, který je součástí palety. P i najetí palety na vozík nejprve dojde k zaaretování palety, poté vyjede píst propojovacího válce a propojí horní a dolní část hydraulického obvodu. Dolní částí obvodu se rozumí část od hyd- raulického agregátu k aretačnímu a propojovacímu válci. Horní část obvodu je od hydraulic- kých zámků k upínacím p ípravkům. Propojovací válec obsahuje stejné snímače polohy XS1- N08PA349, jako aretační válec. Jeden snímač bude vysílat signál p i zajetí a druhý p i vyjetí pístu. V ídicím systému budou zajištěny následující bezpečnostní opat ení:
Pohyb propojovacího pístu bude uskutečněn až po zaaretování palety.
Nedojde k odjetí palety p ed zajetím propojovacího pístu.
Nedojde k zajetí aretačního pístu p ed informací ze snímačů o odtlakování jednotli- vých obvodů.
Nedojde k zajetí aretačního pístu p ed zajetím propojovacího pístu.
6.1 Konstrukce propojovacího válce
Propojovací válec je umístěn na stejné nosné desce jako válec aretační. Propojovací válec je dvojčinný a jeho zdvih je 26,5 mm.
Základem je těleso válce (Obr. 20), které je tvarově stejné jako u aretačního válce pouze se liší vnit ními rozměry. Výrobní výkres tělesa propojovacího válce je v p íloze 11. Do tělesa je vložen píst a ze shora je p ipevněno víko. Kapalina je do prostorů válce p ivedena tlakovými hadicemi. Hadice jsou p ipojeny k hydraulickým šroubením, která jsou umístěna v tělese vál- ce. V tělese jsou vytvo eny drážky pro těsnění. Ve spodní části je pístnicové těsnění s označe- ním S605-80x90x7, které zamezuje průsaku kapaliny mezi tělesem válce a pístem. V horní části je O-kroužek OR4011000, který zamezuje průsaku kapaliny mezi tělesem a víkem.
34
Víko je také tvarově stejné (Obr. 21), jako u aretačního válce, pouze má odlišný rozměr kon- cového dorazu pro píst. Ten je vytvo en podle údajů od výrobce, které jsou dodány k rychlo- spojkám. Je dán rozměr zasouvané části a vzdálenost, jaká musí být mezi součástmi dodržena p i jejich propojení. Pokud by tyto hodnoty nebyly dodrženy, mohlo by dojít ke zničení rych- lospojek. Ve víku jsou také vytvo eny dvě drážky. Jedna drážka pro pístnicové těsnění s označením S605-90x100x7,5 a druhá pro stírací kroužek A335-90x98,8x6. Výrobní výkres víka propojovacího válce je v p íloze 12.
Propojovací píst (Obr. 26) se pohybuje v tělese válce. Skrz celý píst je vyvrtáno sedm kanálů.
Šest kanálů je pro p ívod hydrauliky a jeden st edový je pro stlačený vzduch. V horní části pístu jsou otvory pro p ipevnění rychlospojek. Tyto otvory jsou vytvo eny podle podkladů od výrobce (viz p íloha 2). Výrobní výkres pístu propojovacího válce je v p íloze 10.
Obr. 26: ez pístem propojovacího válce
V dolní části pístu jsou díry se závity pro našroubování šesti hydraulických a jednoho pneu- matického šroubení. Ke šroubením jsou p ipojeny tlakové hadice. Pohled na p ipojení p ívod- ních hadic ke spodní části pístu je na Obr. 27. Dále jsou ve spodní části pístu umístěny dva stejné díly jako u aretačního pístu, tedy vodící pero a protikus snímačů. Pero zamezuje pooto- čení pístu p i jeho pohybu a je vedeno v protikusu, který je součástí rámu vozíku. Poloha pístu p i jeho pohybu je snímána dvojicí snímačů. Snímače jsou p ipevněny k držáku, který je sou- částí rámu vozíku. Je-li píst zasunut, je protikus proti dolnímu snímači, který ho zaznamená.
P i úplném vysunutí, je protikus proti hornímu snímači. V drážce propojovacího pístu je vlo- žena sestava pístního těsnění QRAR04345 a BP4ř01002.
35
Obr. 27: P ipojení hadic do propojovacího pístu
Sestava rychlospojek SPC 05 se skládá ze dvou hlavních částí zobrazených na Obr. 28.
K jejich propojení dojde po zajetí zástrčky do zásuvky. Zástrčka je do nosného dílu zašroubo- vána a zásuvka je v nosném dílu zajištěna segerovým pojistným kroužkem.
Obr. 28: Rychlospojky SPC 05
V závěru konstrukčního ešení propojovacího válce muselo být rozhodnuto, zda bude do pístu umístěna zástrčka nebo zásuvka. Obě varianty mají určité výhody a nevýhody.
Hlavní výhody pro variantu umístění zástrčky (Obr. 29) oproti umístění zásuvky do pístu (Obr. 30) jsou následující. Snadné očištění t ísek nebo jiných nečistot z vrchní části pístu.
T ísky nemají prostor, kde by se hromadily, pouze se očistí vrchní část rychlospojek. P i umístění zásuvky do pístu, která musí být kvůli segerovým kroužkům zapuštěna, by docháze- lo k zanášení otvorů a tím k náročnějšímu čistění. Další výhoda je vyfrézování méně materiá- lu ze spodní části palety z důvodu umístění zásuvky v protikusu. Žádné komponenty protikusu umístěného v paletě nesmí p esahovat spodní plochu palety. Zásuvka je v protikusu
36
zcela zapuštěna a nikde nevyčnívá. Pokud by byla v protikusu umístěna zástrčka, která z funkčních důvodů vyčnívá z nosného dílu, musel by být protikus zapuštěn do větší hloubky a tím by došlo k většímu zeslabení vnit ních žeber palety.
Hlavní nevýhoda je vyčnívání zástrčky z konstrukce válce. To narušuje jeho celkový vzhled.
Také by mohlo dojít k poškození rychlospojek p i náhodném nárazu.
Po porovnání výhod a nevýhod byla zvolena první varianta ešení dle Obr. 29. Výkres sestavy propojovacího válce je v p íloze ř.
Obr. 29: Zástrčka SPC 05 v pístu
Obr. 30: Zásuvka SPC 05 v pístu
37 6.2 Protikus propojovacího válce
ez protikusem propojovacího válce je na Obr. 31. V dolní části protikusu jsou vytvo eny otvory pro p ipevnění zásuvek SPC 05. Tyto otvory jsou vytvo eny podle podkladů od výrob- ce, viz p íloha 2. V horní části protikusu jsou díry se závity pro našroubování hydraulických a pneumatických šroubení. Ke šroubením jsou p ipojeny tlakové hadice a další komponenty, které rozvedou kapalinu a vzduch v horní části obvodu. Protikus propojovacího válce je umís- těn ve stejné nosné desce, jako protikus aretačního válce. Výrobní výkres protikusu propojo- vacího válce je v p íloze 16. P i montáži se nejprve smontují jednotlivé komponenty mimo paletu a poté se k paletě p ipevní celá sestava. Pohled na sestavu protikusů umístěných ve spodní části palety je na Obr. 32.
Obr. 31: Protikus propojovacího válce
Obr. 32: Sestava protikusů v paletě
38
7 Výpočet palety
Z důvodu vyfrézování plochy pro nosnou desku protikusů ve spodní části palety byl proveden výpočet metodou konečných prvků v programu Solidworks. Cílem výpočtu je porovnání hod- not napětí a deformací původní a upravené palety. Zatížení palet bylo vytvo eno na základě podkladů ze společnosti TOS Varnsdorf a.s. P ípustné zatížení upínací plochy palety je závis- lé na rozložení zatížení na této ploše. P i výpočtu byly upínací plochy palet zatíženy válcem o průměru 1,Ř7 m a hmotnosti 15000 kg. Hodnoty napětí a deformací původní palety budou brány jako jmenovité. Porovnáním vypočtených hodnot upravené palety se jmenovitými bude zjištěna vhodnost navrženého ešení. Pokud by byly vypočtené hodnoty upravené palety vý- razně vyšší, muselo by dojít ke změně ešení nap . vyztužením palety. P i výpočtu byly zadá- ny okrajové podmínky vyplývající z konstrukce upínání palety na upínacím základu stroje. Po najetí palety na upínací základ je paleta upnuta upínacími lištami. V místech upínacích lišt byly paletě zamezeny posuvy a rotace ve všech pohybových osách. Plochy pro zadání okrajo- vých podmínek jsou vyznačeny na Obr. 33.
Obr. 33: Vyznačení ploch pro zadání okrajových podmínek
Po zadání okrajových podmínek a zatížení byl spuštěn výpočet. Výsledky výpočtu napětí a deformace obou palet pomocí metody konečných prvku jsou na Obr. 34 - 37. Hlavní sledo- vanou oblastí bylo vytvo ené vybrání a prostor kolem něj.
39 Napětí - původní paleta
Obr. 34: Hodnoty napětí původní palety Napětí - upravená paleta
Obr. 35: Hodnoty napětí upravené palety
40 Deformace - původní paleta
Obr. 36: Hodnoty deformace původní palety Deformace - upravená paleta
Obr. 37: Hodnoty deformace upravené palety
41
Z výsledků výpočtu napětí (Obr. 34 a Obr. 35) je patrné, že vytvo ené vybrání v upravené paletě nemá žádný význam na průběh napětí. Hodnoty napětí obou palet se ve sledované ob- lasti pohybovali kolem 0,1 MPa. Důležitý je i fakt, že ve vytvo eném vybrání ani kolem něj nevznikají špičky napětí.
Z výsledků výpočtu deformace (Obr. 36 a Obr. 37) je patrné, že vytvo ené vybrání nemá žád- ný význam ani na průběh deformací. Hodnoty deformací obou palet se ve sledované oblasti pohybovali kolem 1,4.10-3 mm.
Cílem výpočtu bylo porovnání hodnot napětí a deformací původní a upravené palety, kvůli zjištění vhodnosti navržených úprav. Vypočtené hodnoty napětí a deformací jsou u obou palet témě identické. Z toho vyplývá, že navržené úpravy nijak nesnižují tuhost palety. Dále ve výpočtu upravené palety nebyla zahrnuta nosná deska protikusů, která po p ipevnění vyztuží paletu v místě vybrání. Navržené ešení je tedy vhodné.
42
8 Rozvedení tlakové kapaliny a vzduchu
Hlavním úkolem navrhovaného ešení je p ivedení tlakové kapaliny a vzduchu z agregátů do p ipojovací kostky umístěné v zadní části palety. V p ipojovací kostce je vyvrtáno 6 kanálů na průtok tlakových médií. Částečný ez kostkou je na Obr. 38. Z boku kostky jsou díry se závity pro p ipevnění hydraulických a pneumatických šroubení. K těmto šroubením jsou p ipojeny tlakové hadice a trubky, které jsou vyvedeny z palety. V horní části jsou díry se závity pro p ipevnění šroubení nebo rychlospojek, ke kterým budou p ipojeny upínací p ípravky. Dále jsou v kostce vyvrtány díry s válcovým zahloubením pro p ipevnění k paletě a díry pro p i- pevnění ochranného krytu. Na kostce jsou vyražena čísla 1,2,3 označující p íslušný hydrau- lický okruh a písmeno V označující p ívod vzduchu. Výrobní výkres p ipojovací kostky je v p íloze 22.
Obr. 38: Částečný ez p ipojovací kostkou
Navržený hydraulický agregát má pro každou paletu 10 výstupů, které jsou určeny pro jednot- livé upínací okruhy a na pohyb hydraulických válců. Dále je p iveden jeden vzduchový vý- stup z agregátu stroje. V navrhovaném ešení je pro každou paletu rozvedeno 11 výstupů.
Vedení musí být navrženo s ohledem na snadnou montáž a všechny p ívody musí být chráně- ny proti poškození. Do p ipojovací kostky jsou p ipojeny dva výstupy pro dvojčinné upínací prvky - okruh 1, dva vstupy pro dvojčinné upínací prvky - okruh 2, jeden vstup pro jednočin- né upínací prvky - okruh 3, jeden vstup - vzduch. Dále jsou dva výstupy p ipojeny k aretač- nímu válci a dva k propojovacímu válci. V první fázi návrhu rozvedení tlakových médií bylo
ešeno propojení stojanu s agregáty. V druhé fázi samotné vedení ve stojanu a propojení s vozíkem. Ve t etí fázi bylo ešeno vedení v paletě, umístění a montáž navržených kompo- nentů.
43 8.1 Propojení stojanu s agregáty
Navržený hydraulický agregát je umístěn ve volném prostoru mezi stacionárními manipuláto- ry palet. Vzduch je do stacionárních manipulátorů p iveden z agregátu stroje po stejné trajek- torii jako hydraulika. Stojany stacionárních manipulátorů i agregáty jsou pevně umístěny, proto jsou na jejich propojení použity tlakové trubky. Trubky vycházejí z agregátu v určité výšce, poté kopírují stojany manipulátorů a nakonec jsou p ipojeny do rozváděcí kostky umís- těné uvnit stojanů. Pro p ivedení trubek do rozváděcí kostky byla v zadní desce stojanů vy- frézována drážka. Každá trubka musí být p ipojena do správného otvoru v kostce. Z tohoto důvodu jsou vedle p ipojovacích otvorů vyraženy popisové značky. To zajistí snadnější orien- taci p i montáži. Trajektorie p ívodních trubek je do obou stojanů stejná. Navržená trajektorie z agregátů do jednoho stojanu je na Obr. 39. Pro hydrauliku jsou použity trubky s označením 10x1,5 DIN 2391 [15], které jsou napojeny do šroubení P-GEV 10 LM-WD [16]. Pro vzduch je použita trubka s označením PM-6 [17] a šroubení NPCK-C-D-G18-K8 [18]. Po namonto- vání všech komponent budou agregát a p ívodní trubky zakrytovány ochrannými kryty.
Obr. 39: Trajektorie trubiček z agregátů do stojanu 8.2 Propojení stojanu s vozíkem
Vozík a jeho komponenty, do kterých je p ivedena kapalina a vzduch, jezdí na stojanu. Na rozvod tlakových médií ve stojanu a propojení stojanu s vozíkem již nemůžou být použity pevné trubky. Pro toto ešení byly použity pružné tlakové hadice. Rozváděcí kostka je napev- no spojena s rámem stojanu a tvo í p echod mezi pevnými trubkami a pružnými hadicemi. Na jedné straně jsou ke kostce (Obr. 40) p ipojeny trubky, které jsou p ivedeny z agregátů a na
44
druhé straně jsou tlakové hadice. Pro hydrauliku jsou použity tlakové hadice 2SN-K DN08 [19] s koncovkou DKOL 08 M16x1,5. Koncovky hadic jsou p ipojeny k hydraulickým šrou- bením GES 10 LM-WD, která jsou našroubována v rozváděcí kostce. Pro vzduch je použita hadice PAN 8x1,25 [20]. Hadice je p ipojena k pneumatickému šroubení NPCK-C-D-G18- KŘ, které je v rozváděcí kostce. Dále je ve spodní části kostky vytvo eno vybrání, kterým budou protaženy elektrické kabely snímačů polohy. Výrobní výkres rozváděcí kostky je v p íloze 23.
Obr. 40: Rozváděcí kostka
Pohyblivé vedení tlakových hadic a kabelů mezi stojanem a vozíkem je ešeno energetickým etězem. etěz má jeden konec p ipevněn k pevnému rámu stojanu a druhý k pohyblivému vozíku. V původním ešení stacionárního manipulátoru palet bez p ívodu tlakových médií je také použit energetický etěz. Tento etěz musí být v nově navrženém ešení zachován. Ener- getický etěz je v původním ešení použit na vedení elektrických kabelů motorů a snímačů polohy. Také poloha tohoto etězu musí být zachována. Tlakové hadice a kabely pro snímače polohy hydraulických válců jsou vedeny samostatně v druhém energetickém etězu IGUS 340.150.100.0.804 [21]. Pro p ipevnění rozváděcí kostky, nového a původního etězu ke sto- janu byl vytvo en držák (Obr. 41). Navržený držák je tvo en dvěma sva enci, které jsou spo- jeny šrouby. Základ prvního sva ence je tvo en t emi tenkostěnnými profily. K profilům jsou p iva eny dvě desky, ve kterých jsou díry se závity. Boční deska je určena na p ipevnění roz- váděcí kostky a horní deska k p ipevnění druhého sva ence. Druhý sva enec je tvo en dvěma deskami a jedním profilem tvaru L. Ve vodorovné desce jsou díry s válcovým zahloubením pro šrouby, kterými jsou sva ence spojeny. Ve svislé desce jsou díry se závity. K horní části svislé desky je p ipevněn stávající energetický etěz a k dolní části nově navržený etěz. Profil
45
tvaru L slouží k p ipevnění vedení kabelů původního ešení. Svislý profil prvního sva ence je p iva en k rámu stojanu. Výrobní výkresy sva enců držáku jsou v p ílohách 24 a 25. K navr- ženému držáku jsou p ipevněny pevné konce etězů. Sestava komponent umístěných na navr- ženém držáku je na Obr. 42.
Obr. 41: Držák kostky a energetických etězů
Obr. 42: Sestava komponent na držáku
46
Trajektorie tlakových hadic uvnit energetického etězu je na Obr. 43. Trajektorie hadic muse- la být navrhována s ohledem na jejich minimální poloměr ohybu, který udává výrobce. U na- vržené hydraulické hadice 2SN-K DN0Ř je minimální poloměr 60mm [19] a u pneumatické hadice PAN 8x1,25 43mm [20]. Navržený etěz má p i pohybu konstantní poloměr ohybu 100mm, což je pro vedení zvolených hadic vyhovující.
Obr. 43: Vedení tlakových hadic v energetickém etězu
P i návratu palety s obrobkem na stojan, dochází k odpadávání t ísek a odkapávání emulzí z obrobku. Z toho důvodu byl p es p ívodní trubičky a rozváděcí kostku vytvo en vnit ní ochranný kryt. Kryt je na jedné straně p ipevněn k rozváděcí kostce a na druhé k rámu stoja- nu. Na Obr. 44 je ez stojanem, na kterém je zobrazen vnit ní ochranný kryt a část vnějšího ochranného krytu p ívodních trubiček. Vnější ochranný kryt je p ipevněn k zadní části rámu stojanu.
Obr. 44: Ochranné kryty p ívodních trubiček
47
Pohyblivý konec energetického etězu je p ipevněn ke svislému držáku, který je součástí vo- zíku. Držák musel být umístěn s ohledem na minimální poloměr ohybu tlakových hadic. Ha- dice vycházející z etězu je nutné ohnout tak, aby se jejich trajektorie vešla do vnit ního prostoru stojanu. Jednotlivé tlakové hadice mají p esně dáno místo p ipojení. P i montáži bu- dou hadice označeny barevnými pásky. Každá p ívodní hadice plní určitou funkci, která je dána navrženým hydraulickým a pneumatickým obvodem. Pokud by došlo k záměně hadic, za ízení by nepracovalo správně a mohlo by dojít k havárii. Pro snadnější montáž budou p i- pojovací šroubení označeny stejnou barvou jako hadice, která k nim má být p ipojena. Pohled na pohyblivý konec etězu a trajektorii tlakových hadic, které z něj vystupují, je na Obr. 45.
Obr. 45: Trajektorie tlakových hadic vystupujících z etězu Hadice byly vyvedeny postupně podle po adí v rozváděcí kostce od shora dolu.
První dvě hadice jsou p ipojeny do tělesa propojovacího válce a zajišťují jeho pohyb. V tělese válce jsou hydraulická šroubení GES 10 LM-WD, ke kterým jsou p ipojeny hadice s koncov- kami DKOL 08-90o M16x1,5.
Druhé dvě hadice jsou p ipojeny do tělesa aretačního válce a zajišťují jeho pohyb. P ipojení této dvojice tlakových hadic je stejné jako u propojovacího válce.
48
Zbylé tlakové hadice jsou p ipojeny k pístu propojovacího válce. V dolní části pístu jsou hyd- raulická šroubení GES 10 LM-WD a pneumatické šroubení NPCK-C-D-G18-K8. K hydrau- lickým šroubením jsou p ipojeny tlakové hadice s koncovkou DKOL 08 M16x1,5 a k pneumatickému šroubení je p ipojena tlaková hadice bez koncovky.
Kvůli možnému propadávání nečistot skrz nášlapné rošty umístěné na vozíku byl nad p ívod- ními hadicemi vytvo en ochranný kryt. Ten je p ipevněn k bočnímu rámu vozíku. Hadice jsou nejprve vedeny pod krytem a poté procházejí otvory v krytu svisle vzhůru. Pohled na stacio- nární manipulátor palet bez zadní desky stojanu je na Obr. 46. Uvnit stojanu jsou zobrazeny tlakové hadice, které jsou p ivedeny do válců umístěných na vozíku.
Obr. 46: Stacionární manipulátor palet bez zadní desky 8.3 Vedení v paletě
Tlaková média je nutné vyvést vnit ním prostorem palety do p ipojovací kostky, která je umístěná v zadní části palety (Obr. 47). Tlaková média jsou propojovacím válcem p ivedena do jeho protikusu, který byl popsán v kapitole 6.2. Do vnit ního prostoru palety musí být za- komponovány navržené hydraulické zámky, které byly popsány v kapitole 4.1.2. Vstup hyd- raulických zámků je propojen s protikusem propojovacího válce a výstup je propojen s p ipojovací kostkou. Propojení hydraulických zámků pro dvojčinné a jednočinné upínací prvky je ešeno odlišným způsobem. Jejich umístění a vedení v paletě je popsáno zvlášť. Po p ipevnění sestavy protikusů k paletě (Obr. 32) není možné do horní části protikusu p ipojo- vat žádné komponenty jako hydraulická šroubení, tlakové hadice a trubičky, kvůli omezené-
49
mu p ístupu do vnit ního prostoru palety. Všechny komponenty sestavy protikusů musí být smontovány p edem a poté jako celek p ipevněny k paletě. Konstrukční ešení musí být navr- ženo s ohledem na snadnou montáž jednotlivých komponent. Vnit ní prostor palety je rozdě- len žebry na vzájemně propojená okna. Na Obr. 47 je pohled na spodní část palety v místě s vyfrézovanou plochou pro umístění sestavy protikusů. Dále je na Obr. 47 vyznačena p ipo- jovací kostka a prostor pro možné umístění jednotlivých komponent. Do pravého vyznačené- ho okna je volný p ístup ze spod palety a do tohoto okna jsou umístěny dva hydraulické zámky pro dvojčinné upínací prvky. Levé vyznačené okno je uzav eno částí sestavy protikusů a prostor pro umístění komponent je pouze nad protikusem propojovacího válce uvnit palety.
Obr. 47: Spodní část palety s vyfrézovanou plochou 8.3.1 Vedení hydraulických okruhů 1 a 2
Každý okruh obsahuje jednu sestavu hydraulického zámku pro dvojčinné upínací prvky (viz kapitola 4.1.2). Dvě sestavy hydraulických zámků jsou do palety umístěny pomocí vytvo e- ného držáku. Zámky jsou nejprve p ipevněny k držáku a poté je celá sestava namontována do pravého okna palety vyznačeného na Obr. 47. Výkres sestavy dvojčinných hydraulických zámků v p íloze 1Ř. Na Obr. 48 je držák s p ipevněnými hydraulickými zámky. Výrobní vý- kresy dvou částí držáku jsou v p ílohách 1ř a 20. Zámky jsou k držáku p ipevněny spodními plochami proti sobě (Obr. 51). Ve spodní části zámků je vytvo eno vybrání. P i tomto obráce- ném p ipevnění vznikne mezi zámky prostor, kterým budou protaženy tlakové hadice dalších okruhů. Horní zámek je pro hydraulický okruh 1 a dolní pro hydraulický okruh 2.
50
Obr. 48: Držák s hydraulickými zámky
Každý zámek je s protikusem propojovacího válce propojen dvěma tlakovými hadicemi 2SN- K 06. Hadice mají na straně p ipojení do protikusu koncovku DKOL 06 ř0o M16x1,5 a jsou p ipojeny ke šroubením GES 10 LM-WD, které jsou v protikusu. Na straně p ipojení do zám- ků jsou na hadicích pro horní zámek koncovky DKOL 06 M16x1,5 a pro dolní zámek DKOL 06 45o M16x1,5. V zámcích jsou šroubení GES 10 LM-WD, ke kterým jsou p ipojeny kon- covky hadic. Na výstupu je každý hydraulický zámek propojen s p ipojovací kostkou dvěma tlakovými trubkami s označením Řx1,5 DIN 2391.
Aby byl u trajektorie tlakových hadic z protikusu do zámků dodržen minimální poloměr ohy- bu, který je u navržené hydraulické hadice 2SN-K DN06 45mm [19], je držák se zámky umís- těn v paletě na kraji pravého okna (Obr. 50). P i tomto p ipevnění je zamezen p ístup k zámkům ze strany trubek. Pro dostupnost zámků z obou stran byly v jejich držáku vytvo e- ny drážky. Tyto drážky umožňují p esouvání držáku se zámky uvnit palety. Aby bylo možné nasunutí trubek a utažení hydraulických šroubení uvnit palety, je držák se zámky umístěn v levé poloze (Obr. 49). Pro požadované ohnutí hadic a utažení jejich koncovek ke šroubením na zámcích je držák p esunut do pravé polohy (Obr. 50). Na Obr. 51 je ez paletou, na kterém je zobrazeno propojení protikusu propojovacího válce s hydraulickými zámky.
51
Obr. 49: Držák se zámky v levé poloze
Obr. 50: Držák se zámky v pravé poloze
Obr. 51: Propojení protikusu s hydraulickými zámky pro dvojčinné upínací prvky
52
Pro vyvedení tlakových médií z vnit ního prostoru palety byl v její vnější stěně vyfrézován otvor, vedle kterého je p ipevněna p ipojovací kostka. Trajektorie tlakových trubek propojují- cí hydraulické zámky s p ipojovací kostkou je na Obr. 52. Požadovaný tvar trubek je p ed montáží vytvo en na ohýbacím za ízení. Délka rovné části trubky za ohnutím musí být dva- krát delší, než je délka matice šroubení, ke kterému je trubka p ipojována [16].
Obr. 52: Trajektorie tlakových trubek okruhů 1 a 2
U navrženého ešení dle Obr. 52 by vznikl problém s montáží trubek. Aby bylo možné p ipo- jení trubek k hydraulickým zámkům, je držák se zámky p esunut do levé polohy (Obr. 49). P i p ipojování trubek narazí dvě kratší trubky ohnutou částí do palety a není možné je p ipevnit k zámkům. U dvou delších trubek je vzdálenost ohnuté části od boku palety větší než délka p esunutí držáku a tento problém nenastane. Na ešení problému bylo využito šroubení tvaru L, které nahradí ohyb kratších trubek. Šroubení P-EWVD 8 L [16] je k dvěma trubkám p i- pevněno po jejich p ipojení do zámků a návratu držáku do pravé polohy. Pro p ipojení delších trubek jsou v zámcích a p ipojovací kostce hydraulická šroubení P-GEV 8-LM-WD. Pro p i- pojení kratších trubek jsou v zámcích šroubení P-GEV 8-LM-WD a v p ipojovací kostce jsou šroubení GES Ř LM-WD, ke kterým jsou p ipojeny šroubení P-EWVD 8 L. Výsledné ešení vyvedení hydraulických okruhů 1 a 2 do p ipojovací kostky je na Obr. 53.
