DYSKRETNY PRZYRZ D PODZIA OWY Z BISTABILNYM ZACISKIEM MAGNETYCZNYM

Transkrypt

1 K O M I S J A B U D O W Y M A S Z Y N P A N O D D Z I A W P O Z N A N I U Vol. 29 nr 4 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2009 ADAM MYSZKOWSKI, KRZYSZTOF NETTER, ROMAN STANIEK DYSKRETNY PRZYRZ D PODZIA OWY Z BISTABILNYM ZACISKIEM MAGNETYCZNYM W artykule opisano konstrukcj precyzyjnego dyskretnego przyrz du podzia owego, w którym wybór po o enia odbywa si przez wzajemne ustawianie trzech pier cieni po czonych dwoma zaz bieniami czo owymi. Uzyskana w ten sposób rozdzielczo podzia u wynosi 0,1. Zaprezentowane rozwi zanie cechuje si du dok adno ci i powtarzalno ci pozycjonowania, zwart konstrukcj i mo liwo ci przenoszenia du ych obci e osiowych i promieniowych. S owa kluczowe: dyskretny przyrz d podzia owy, zacisk magnetyczny, uz bienie czo owe 1. WPROWADZENIE Dok adne powtarzalne pozycjonowanie w ruchu obrotowym jest bardzo cz sto stosowane w maszynach technologicznych: od pozycjonowania g owic wrzecionowych, narz dziowych czy sto ów obrotowych we wspó czesnych obrabiarkach sterowanych numerycznie do metalu i drewna, przez integralne wyposa enie specjalne, a do specjalistycznych urz dze s u cych do obróbki wielowypustów, gniazd pod p ytki w g owicach frezarskich, ostrzenia narz dzi itp. Obecnie nie ma na rynku dok adnych i tanich urz dze pozycjonuj cych. Oczywi cie, czo owe firmy wiatowe, w tym europejskie, specjalizuj ce si w produkcji uz bie czo owych lub wykorzystuj ce uz bienia czo owe w swych wyrobach, tzn. w obrabiarkach, wyposa eniu specjalnym i oprzyrz dowaniu, dysponuj technologiami pozwalaj cymi uzyska du dok adno pozycjonowania. Jednak technologie te s pilnie strze one, a zakup tych urz dze jest bardzo kosztowny. Zaprezentowane w tym artykule urz dzenie, nad którym s obecnie prowadzone prace badawcze w Instytucie Technologii Mechanicznej Politechniki Pozna skiej w ramach projektu rozwojowego R , powinno przynie podobne efekty jako ciowe przy znacznie ni szych kosztach wytwarzania. Dr in. Instytut Technologii Mechanicznej Politechniki Pozna skiej. Dr hab. in. Prac wykonano w ramach projektu rozwojowego finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy szego nr R

2 84 A. Myszkowski, K. Netter, R. Staniek 2. DYSKRETNE URZ DZENIA PODZIA OWE Znane s urz dzenia do bezstopniowego podzia u k towego oparte na systemie przek adni, mechanizmów ró nicowych lub planetarnych [1], w których element pozycjonowany jest unieruchamiany dzi ki sile tarcia powstaj cej w wyniku docisku jednej lub wielu powierzchni [5, 7, 8, 10, 14]. URZ DZENIA PODZIA OWE po o enie osi pionowa pozioma uchylna sposób sterowania r czne hydrauliczne elektryczne zacisk spr ynowy magnetyczny mechaniczny hydrauliczny liczba zaz bie 1 zaz bienie 2 zaz bienia ró nicowe rodzaj uz bienia jednorodne niejednorodne mocowanie p yta mocuj ca uchwyt tokarski gniazdo Rys. 1. Systematyka obrotowych dyskretnych przyrz dów podzia owych Fig. 1. Systematic of the indexing tables Znane s tak e dyskretne sposoby podzia u w urz dzeniach obrotowych [11, 13, 15]. W urz dzeniach tych zadane pozycje k towe uzyskuje si przez po czenia kszta towe, np. tarcze z systemem otworów, wielowypusty i wielokarby oraz zaz bienia walcowe lub czo owe [7, 9, 12, 16]. Po czenia te pozwalaj na wi ksz powtarzalno ustawie, jednak ze wzgl du na ograniczon liczb pozycji k towych nie jest w nim mo liwe uzyskiwanie du ej rozdzielczo ci [3]. Na rysunku 1 przedstawiono systematyk sto ów podzia owych. Kryteria, które spe nia prezentowany w tej publikacji dyskretny przyrz d podzia owy, oznaczono przez cieniowanie.

3 Dyskretny przyrz d podzia owy z bistabilnym zaciskiem magnetycznym KONSTRUKCJA OBROTOWEGO DYSKRETNEGO PRZYRZ DU PODZIA OWEGO 3.1. Uwagi ogólne Na rysunku 2 pokazano konstrukcj precyzyjnego przyrz du podzia owego, w którym ró nicowe pozycjonowanie polega na zastosowaniu dwóch dok adnych uz bie czo owych. Dalej opisano zasad dzia ania podstawowych uk adów: ró nicowego mechanizmu podzia owego, nap du pier cieni nastawczych oraz bistabilnego zacisku magnetycznego. Rys. 2. Konstrukcja 2-stopniowego przyrz du podzia owego o podziale 0,1 Fig. 2. Design of the 2-stage indexing table with division 0,1 Korpus oraz tarcza sto u jest wykonana z eliwa szarego. W korpusie umieszczono wszystkie mechanizmy, natomiast silniki skokowe do nap du pier- cieni nastawczych s os oni te osobn szczeln pokryw. Prezentowany przyrz d mo e pracowa zarówno w pozycji pionowej, jak i poziomej, co pokazano na rys. 3.

4 86 A. Myszkowski, K. Netter, R. Staniek Rys. 3. Model 3D przyrz du podzia owego Fig. 3. 3D model of the indexing table 3.2. Podzia ró nicowy oparty na dwóch zaz bieniach czo owych Przedstawiony na rys. 4 uk ad, sk adaj cy si z trzech zaz bionych ze sob pier cieni ró nicowych, zosta obj ty zg oszeniem patentowym [6]. Pier cie po redni (8) jest po czony za pomoc uz bie czo owych (3, 4) [2, 3] z nieruchomym pier cieniem dolnym (5) oraz pier cieniem górnym (2). Uz bienia dolne (5) i górne (2) s tak dobrane, aby ró nica podzia ki k towej z ba dolnego (4) i górnego (3) stanowi a rozdzielczo ca ego przyrz du. Zmieniaj c po o enie k towe pier cienia górnego (7) wzgl dem pier cienia po redniego (8) oraz pier- cienia po redniego (8) wzgl dem nieruchomego pier cienia dolnego (5), pozycjonuje si k towo uz biony pier cie górny (2) po czony z tarcz sto u (1). Rozdzielczo podzia u zale y od podzia ek uz bienia dolnego (4, 5) i uz bienia górnego (2, 3). Po o enie k towe pier cienia górnego (7) i rodkowego (8) mo na nastawi za pomoc uk adu sterowania silnikami skokowymi. Sterowanie to zosta o opisane w p Podczas nastawiania warto dok adniejsza jest ustawiana jako pozycja k towa pier cienia górnego (7), a warto zgrubna jako pozycja k towa pier cienia po redniego (8). Uz bienia górne (2, 3) o podzia ce 2,4 (z = 150) oraz dolne (4, 5) o podzia ce 2,5 (z = 144) umo liwiaj ustawianie tarczy sto u z rozdzielczo ci równ ró nicy podzia ek, wynosz cej 0,1.

5 Dyskretny przyrz d podzia owy z bistabilnym zaciskiem magnetycznym Rys. 4. Zasada podzia u k towego oparta na 3 pier cieniach i 2 zaz bieniach czo owych (opis w tek cie) Fig. 4. The principle of angle division based on 3 rings and 2 face gears (description in the text) 3.3. Zacisk pier cieni przyrz du podzia owego Na rysunku 5 przedstawiono bistabilny zacisk magnetyczny pier cieni nastawczych. Sk ada si on z przesuwnej tarczy (6), w której zosta y umieszczone neodymowe magnesy trwa e (9). Cewki (7, 8) umo liwiaj ce prze czanie tarczy (6) pomi dzy pozycj doln i górn zosta y umieszczone w nieruchomych stojanach (1, 2). Stojan (2) jest oddzielony od stojana (1) tulejami paramagnetycznymi (4), natomiast stojan (1) od korpusu sto u tulejami paramagnetycznymi (3). Ca o zacisku jest po czona i przymocowana do korpusu paramagnetycznymi- rubami (5) Rys. 5. Bistabilny zacisk magnetyczny (opis w tek cie) Fig. 5. Bistable magnetic clamp (description in the text)

6 88 A. Myszkowski, K. Netter, R. Staniek a) b) Z 1 Z 1 F N S F N S Z 2 Z 2 c) d) Z 1 Z 1 F N S F N S Z 2 Z 2 Rys. 6. Schemat dzia ania bistabilnego zacisku magnetycznego (opis w tek cie) Fig. 6. Work scheme of a bistable magnetic clamp (description in the text) Na rysunku 6 pokazano zasad dzia ania bistabilnego zacisku magnetycznego. Rysunek 6a przedstawia widok zacisku, w którym tarcza znajduje si w pozycji dolnej, a wi c uz bienia pier cieni nastawczych s zaci ni te. Obwód pola magnetycznego z magnesu trwa ego zamyka si poprzez stojan dolny, wytwarzaj c si zacisku niezb dn do prawid owego zaci ni cia uz bie pozycjonuj cych. Po podaniu impulsu na cewk Z 2 w stojanie dolnym powstaje pole magnetyczne o przeciwnym zwrocie w stosunku do zwrotu pola magnesu trwa ego (rys. 6b), co powoduje wytworzenie si y podnosz cej tarcz i prze czenie tarczy w pozycj górn. Efektem tego jest roz czenie uz bie czo owych w stole podzia owym. Po od czeniu zasilania cewki Z 2 obwód pola magnetycznego z magnesu trwa ego zamyka si poprzez stojan dolny (rys. 6c), wytwarzaj c si niezb dn do utrzymania prawid owego dystansu mi dzy uz bieniami czo owymi. Po podaniu impulsu na cewk Z 1 w stojanie górnym powstaje pole magnetyczne o przeciwnym zwrocie w stosunku do zwrotu pola magnesu trwa ego (rys. 6d), co powoduje wytworzenie si y przemieszczaj cej tarcz do do u i zaci ni cie uz bie czo owych w nastawionej pozycji.

7 Dyskretny przyrz d podzia owy z bistabilnym zaciskiem magnetycznym Nap d pier cieni nastawczych przyrz du podzia owego Na rysunku 7 pokazano mechanizm nap du pier cieni nastawczych, który jest uruchamiany po ich rozsuni ciu. Tarcza sto u (1) jest nap dzana przez pier- cie górny (13), który stanowi zarazem wie cowe ko o z bate. Silnik skokowy (3) [4] poprzez dwustopniow przek adni walcow (4, 5, 2, 13) nap dza tarcz sto u, natomiast silnik skokowy (6) nap dza pier cie po redni poprzez dwustopniow przek adni walcow (7, 8, 9, 12). Tarcza sto u jest przymocowana do wrzeciona (10) o yskowanego wzgl dem korpusu przyrz du, do którego jest tak e przytwierdzony pier cie dolny (11) Rys. 7. Nap d pier cieni nastawczych przez silniki skokowe (opis w tek cie) Fig. 7. The ring adjust drive with stepping motors (description in the text) 4. PODSUMOWANIE Spodziewane efekty zastosowania nowego urz dzenia podzia owego s nast puj ce: zwi kszenie dok adno ci pozycjonowania, zwi kszenie rozdzielczo ci w stosunku do tradycyjnych dyskretnych obrotowych przyrz dów podzia owych, du a powtarzalno pozycjonowania, du a sztywno zacisku, mo liwo przenoszenia du ych si i momentów,

8 90 A. Myszkowski, K. Netter, R. Staniek powtarzalno si y zacisku, oszcz dno energii dzi ki zastosowaniu bistabilnego zacisku. Przeprowadzenie dalszych bada pozwoli zweryfikowa przyj te za o enia oraz okre li metodyk doboru parametrów przek adni do konkretnych warunków pracy w celu zapewnienia najwi kszej dok adno ci i sztywno ci przyrz du. LITERATURA [1] Grajdek R., Przek adnia obiegowa, patent RP nr , [2] Grajdek R., Sposób obróbki z bów czo owych pier cieni wieloz bkowych, patent PRL nr , [3] Grajdek R., Uz bienia czo owe. Podstawy teoretyczne kszta towania i nowe zastosowania, Pozna, Wydawnictwo Politechniki Pozna skiej 2000, ISBN [4] Moszczy ski S., Pie kos J., Uk ady steruj ce silnikami skokowymi, Elementy Pó przewodnikowe i Uk ady Scalone Zastosowania, 1982, nr 4, Wydawnictwo PIE. [5] Staniek R., Sto y obrotowe sterowane numerycznie, Pozna, Wydawnictwo Politechniki Pozna skiej 2005, ISBN [6] Staniek R., Ptaszy ski W., Myszkowski A., Przyrz d podzia owy do dyskretnego pozycjonowania urz dze obrotowych, zg oszenie patentowe P , [7] dost p: [8] dost p: [9] dost p: [10] dost p: [11] dost p: [12] dost p: [13] dost p: [14] dost p: [15] dost p: [16] dost p: Praca wp yn a do Redakcji Recenzent: prof. dr hab. in. Wojciech Kacalak DISCRETE INDEXING TABLE WITH A BISTABLE MAGNETIC CLAMP S u m m a r y The design of precision indexing table has been presented in article. In such table, angle positioning is obtained by means of three rings properly set in relation each other and connected with two face toothings. The high resolution of indexing is equal to 0.1" The presented solution is of the high accuracy and positioning repeatability as well as of the compact design and high loading ability. Key words: discrete indexing table, magnetic clamp, frontal gear