ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПОДВОДА И РАЗВЕТВИТЕЛЯ ДЛЯ ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ ФИКСАЦИИ ЗАГОТОВОК ОБРАБАТЫВАЮЩЕГО ЦЕНТРА ROVER A-S 1332

В последние годы системы фиксации заготовок с использованием вакуумных присосок находят все большее применение в обрабатывающих центрах, благодаря их высокой эффективности и удобству. Однако некоторые устаревшие модели компании Biesse, такая как ROVER A-S 1332 [1], все еще используют механические зажимы, что снижает их производительность и гибкость. Несмотря на это, данные станки отличаются надежностью и качеством, поэтому было принято решение модернизировать их систему фиксации, внедрив вакуумные присоски. В рамках данного проекта был спроектирован пневматический подвод со встроенным боковым клапаном. Кроме того, также понадобилось спроектировать пневматический разветвитель для распределения вакуума от одного насоса на 24 вакуумные присоски, необходимых для фиксации изделий максимального размера. Это решение обусловлено отсутствием в продаже подходящих разветвителей, что требует создания индивидуального компонента для повышения производительности и качества обработки на данном обрабатывающем центре.

Пневматический подвод представляет собой компонент системы, используемый для передачи давления воздуха из источника к исполнительным элементам, таким как вакуумные присоски. Подвод обеспечивает создание и снятие вакуума. Когда пневматическая система активируется, воздух удаляется из пространства под присоской, создавая вакуум, который притягивает и удерживает заготовку. Для освобождения заготовки после обработки, воздух вновь подается в систему, что устраняет вакуум и позволяет заготовке легко отделиться от присоски. Вакуумным присоскам требуются такие подводы для более точного контроля над созданием и снятием вакуума, а также для обеспечения спуска воздуха, что позволяет быстро и безопасно освободить заготовку после завершения обработки [2]. Спроектированный подвод объединяет в себе функции подачи и управления воздушным потоком без необходимости в отдельном пневматическом клапане. Использование такой конструкции предпочтительнее, чем использование обычного подвода с отдельным клапаном. Интегрированная конструкция упрощает систему, снижая количество компонентов и потенциальных точек отказа, что повышает общую надежность и долговечность. Она также уменьшает размеры и вес устройства, что важно для компактных и мобильных систем. Кроме того, интеграция клапана в подвод позволяет сократить затраты на производство и обслуживание, упрощает процесс монтажа и уменьшает время на установку и наладку системы. Все это делает систему более эффективной, экономичной и удобной в эксплуатации. Аксонометрическая проекция спроектированного пневматического подвода в разнесённом виде представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Аксонометрическая проекция пневматического подвода в разнесённом виде: 1 – Крышка, 2 – стержень, 3 – основание, 4 – кнопка 

Чертежи составных частей конструкции представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Чертежи составных элементов пневматического подвода

При проектировании пневматического подвода такой конструкции необходимо учесть несколько особенностей. Важно обеспечить точное размещение и герметичность канала, по которому движется воздух, чтобы предотвратить утечки и обеспечить эффективное функционирование системы. Стержень должен быть спроектирован таким образом, чтобы он легко перемещался под действием пружины, обеспечивая надежное открытие и закрытие воздушного потока. Кнопка для ручного спуска воздуха должна быть удобной и легко доступной [3]. Основной задачей стержня является управление воздушным потоком: он действует как клапан, который открывается и закрывается под действием пружины. Когда вакуумный насос включен, стержень перемещается вправо, сжимая пружину и позволяя воздуху проходить через канал, предусмотренный в крышке и основании. После отключения насоса, пружина возвращает стержень в крайнее левое положение, перекрывая канал и предотвращая обратный поток воздуха. Кроме того, конструкция подвода позволяет осуществлять спуск воздуха вручную с помощью кнопки, что обеспечивает быстрый и безопасный сброс вакуума. В крышке имеется отверстие для подключения трубки к пневморазветвителю через переходник. Конечный вид конструкции в разрезе представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Пневматический подвод в разрезе

Пневматический разветвитель — это устройство, предназначенное для распределения сжатого воздуха или вакуума от одного источника на несколько потребителей. Он имеет один входной канал, который подключается к источнику (например, к компрессору или вакуумному насосу), и несколько выходных каналов, которые распределяют воздух к различным компонентам системы равномерно [4, с. 125]. Использование одного разветвителя с 1 входом и 24 выходами для вакуумной системы фиксации обладает рядом преимуществ по сравнению с распределением через пневматический распределитель и несколько разветвителей с меньшим числом выходов. Во-первых, такая конструкция упрощает систему, уменьшая количество соединений и точек потенциальных утечек, что повышает общую надежность. Во-вторых, использование единого разветвителя снижает сопротивление в системе и улучшает эффективность распределения вакуума, обеспечивая более стабильное давление на всех присосках. В-третьих, такая схема требует меньшего количества компонентов и трубопроводов, что сокращает время и затраты на монтаж и обслуживание. В-четвертых, единый разветвитель упрощает контроль и управление системой, делая ее более удобной в эксплуатации. Наконец, уменьшение числа разветвителей и соединений повышает общую компактность системы, что особенно важно в условиях ограниченного пространства на рабочей зоне обрабатывающего центра. Схема проектируемого разветвителя представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема пневматического разветвителя 1/24

Входное давление (P_out) в 200 мБар будет равно давлению на каждом из выходов разветвителя (P_m), что подтверждается законами сохранения массы и идеализированными условиями пневмодинамики [6]:

                                                          P_out=P_m=200 мБар.                                                                               (1)

Корпус разветвителя был спроектирован прямоугольного сечения для удобства монтажа и интеграции в систему обрабатывающего центра. Прямоугольная форма корпуса упрощает его закрепление на рабочих поверхностях и соединение с другими элементами системы, такими как крепежи и трубопроводы. Чертёж разветвителя представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. Чертёж пневматического разветвителя 1/24

Чтобы давление вакуума 200 мБар, подаваемое насосом Becker VTLF 2.250/0-79, равномерно распределялось на все выходы, в конструкции разветвителя предусмотрено симметричное расположение по бокам всех 24 выходных отверстий.

Для подключения трубок от вакуумных присосок и вакуумного насоса предусмотрены резьбы М16 и М76. Это позволяет использовать переходники для подключения трубок разного диаметра, что упрощает монтаж и обслуживание системы.

Канал круглого сечения диаметром 80 мм был выбран для подачи вакуума, потому что круглое сечение обеспечивает равномерное распределение давления и минимальные потери при движении потока. Круглые каналы имеют наименьшее гидравлическое сопротивление среди всех форм поперечного сечения, что позволяет эффективно передавать вакуумное давление от насоса к выходам. Диаметр 80 мм был выбран исходя из расчетов, обеспечивающих необходимую пропускную способность для поддержания стабильного давления вакуума на всех 24 выходах [6].

Для установки разветвителя на бетонном полу (с помощью анкерных болтов) была спроектирована крепёжная пластина. Для фиксации разветвителя на крепежной пластине предусмотрены отверстия с резьбой М5 под болты. Это обеспечивает надежное закрепление разветвителя, предотвращая его смещение во время работы. Конечный вид конструкции представлен на рисунке 6.

Рисунок 6. Пневматический разветвитель 1/24 с креплением

Таким образом, разработанные пневматический подвод и разветвитель обеспечивают высокую эффективность и удобство в эксплуатации вакуумной системы фиксации заготовок. Представленные реализации позволяют значительно сократить затраты на производство, обслуживание, установку и наладку системы.