Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский технический университет имени Р.Е. Алексеева»

РЕФЕРАТ

по дисциплине:

«Оборудование машиностроительных производств»

на тему:

Назначение захватных устройств иногда схватываемых

Выполнила:

Зимина М.С

Проверил:

Колюнов В.А

Г. Нижний Новгород, 2017 г.



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАХВАТНЫХ УСТРОЙСТВ

2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА ПР

3. ВАКУУМНЫЕ ЗАХАТНЫЕ УСТРОЙСТВА

4. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ЗАХВАТЫ

4.1 Универсальные камерные захваты

4.2 Пневматические захваты с надувными эластичными пальцами

4.3 Бесконтактные струйные захваты

5. МАГНИТНЫЕ ЗАХВАТЫ

6. ЗАХВАТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Захватные устройства (ЗУ) представляют собой важные элементы промышленных роботов (ПР). Оснащение ЗУ широкого назначения расширяет области применения ПР и позволяет переналаживать их для выполнения различных операций.

В последнее время интенсивно ведутся разработки ЗУ, способных захватывать и базировать не ориентированно расположенные объекты. Поэтому систематизация и анализ конструкций ЗУ, разработка методов их выбора, расчета и проектирования, установление требований к ним в зависимости от характера выполняемых операций и рекомендаций по применению имеют весьма существенное значение. Настоящая работа является в отечественной практике одной из первых попыток разработать конкретные рекомендации для расчета и выбора ЗУ.

ЗУ промышленных роботов и манипуляторов (М) служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. Эти объекты могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разнообразными физическими свойствами, что требует применения ЗУ разного характера. Поэтому ЗУ относятся к числу сменных элементов ПР. Как правило, ПР и М комплектуют набором типовых для данной модели ЗУ, которые можно менять в зависимости от требований конкретного рабочего задания. Иногда на типовой захват устанавливают сменные рабочие элементы (губки, присоски и т.п.). При необходимости ПР оснащаются специальными ЗУ, предназначенными для выполнения определенных операций, [6].

Захватным устройством ПР называется его рабочий орган, предназначенный для захватывания и удерживания предмета производства и (или) технологической оснастки, называемых объектом. ГОСТ 26063--84 устанавливает следующие типы захватных устройств ПР: механические, вакуумные, магнитные и прочие.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАХВАТНЫХ УСТРОЙСТВ

Захватные устройства (ЗУ) или захваты относятся к группе комплектующих изделий промышленных роботов.

В известной технической литературе по робототехнике вместо термина «захват» нередко используется термин «схват». В связи с этим, в настоящее время оба эти термина получили равное признание. Однако в данном учебном пособии принят термин «захват» (или ЗУ), так как он рекомендован справочной литературой [1,2].

По принципу действия все ЗУ принято укрупненно делить на три группы: механические; вакуумные; магнитные (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 - Классификация захватных устройств ПР по принципу действия

В приведенную классификацию дополнительно введены ЗУ с эластичными камерами, которые относят к группе универсальных захватов, и прочие ЗУ, к которым можно отнести, например, бесконтактные струйные и электростатические захваты (они будут рассмотрены далее). Рассмотрим другие частные классификации ЗУ по наиболее важным классификационным признакам.

По способу удержания объекта (рис. 1.2)



Рисунок 1.2 - Классификация захватных устройств ПР по способу удержания объекта

Схватывающие ЗУ удерживают объект благодаря кинематическому воздействию рабочих элементов (губок, пальцев, клещей) с помощью сил трения или комбинации сил трения и запирающих усилий. Все схватывающие ЗУ активного типа подразделяются на две группы: механические (клещи, тиски, шарнирные пальцы) и с эластичными рабочими камерами, деформирующимися под действием нагнетаемого внутрь сжатого воздуха или жидкости.

В поддерживающих ЗУ для удержания объекта используют нижнюю поверхность, выступающие части объекта или имеющиеся в его корпусе отверстия. К таким ЗУ относят крюки, петли, вилки, лопатки и захваты питателей, не зажимающие заготовок.

Удерживающие ЗУ обеспечивают силовое воздействие на объект благодаря использованию различных физических эффектов. Наиболее распространены вакуумные и магнитные ЗУ. Реже встречаются ЗУ, использующие эффект электростатического притяжения, адгезии и др.

По способу действия, неприводные (например, с использованием пружины) и приводные (наличие какого-либо привода для срабатывания захвата).

По поверхности захватывания объекта: наружные (при захвате валов, корпусов, пластин) и внутренние (при захвате втулок, колец, шайб и т.п.).

По виду управления ЗУ (рис. 1.3)



Рисунок 1.3 - Классификация захватных устройств ПР по виду управления

Неуправляемые -- пружинные механические устройства с постоянными магнитами или с вакуумными присосками без принудительного разрежения. Для снятия объекта с таких ЗУ требуется усилие большее, чем усилие его удержания.

Командные ЗУ управляются только командами на захватывание или отпускание объекта. К этой группе относят ЗУ с пружинным приводом, оснащаемые стопорными устройствами и срабатывающие через такт. Разжимаются и зажимаются губки пружинных ЗУ благодаря взаимодействию их с объектом манипулирования.

Жесткопрограммируемые ЗУ управляются сигналами системы управления ПР. Величина перемещения губок, взаимное расположение рабочих элементов, усилие зажима в таких ЗУ могут меняться по программе, которая может управлять и действием технологических приспособлений.

Адаптивные ЗУ - программируемые устройства, оснащенные различными датчиками внешней информации (определения формы поверхности, массы объекта, усилия зажима, наличия проскальзывания объекта относительно рабочих элементов ЗУ).

По характеру крепления ЗУ к руке манипулятора (рис. 1.4)

Несменяемые ЗУ устройства, являющиеся неотъемлемой частью конструкции руки манипулятора, замена которых не предусматривается.

Сменные - устройства, представляющие собой самостоятельные узлы с базовыми поверхностями для крепления к руке манипулятора.

Быстросменные ЗУ - сменные, у которых конструкция базовых поверхностей для крепления ЗУ к манипулятору обеспечивает их быструю смену (например, исполнение в виде байонетного замка).

Пригодные для автоматической смены ЗУ - устройства, у которых конструкция базовых поверхностей обеспечивает возможность их автоматического закрепления на руке манипулятора.

На рис. 1.5. представлены примеры кинематических схем одно-, двух- и трехкоординатных захватных устройств.

Рисунок 1.4 - Классификация захватных устройств ПР по характеру крепления ЗУ к руке манипулятора

Рисунок 1.5 - Примеры кинематических схем захватных устройств:

а - одно координатное ЗУ; б - двух координатное ЗУ; в - трех координатное ЗУ

Поскольку в машиностроении широкое распространение получили ПР с механическими захватами, приведем классификацию механических ЗУ по наличию и типу привода и типу передаточного механизма (рис. 1.6). В ней выделены две группы ЗУ: приводные и неприводные. По типу механизма, передающего усилие от привода к зажимному органу, представлены четыре группы.

Рисунок 1.6 - Классификация механических захватных устройств ПР

Из множества схем механизмов передачи усилий в захвате на практике чаше всего используются схемы плоских механизмов с одним двигателем и одной степенью свободы для захватывания призматических (любого сечения) и плоских объектов (рис. 1.7). В случае длинномерных объектов они обеспечивают захватывание одного сечения. Простейшими являются схемы с прямой передачей, в которых единственный подвижный рабочий элемент жестко связан со штоком пневмоцилиндра и поэтому перемещается по его оси. Введение объекта в зону между рабочими элементами осуществляется вдоль вертикальной оси.

Из механизмов с несколькими степенями подвижности наиболее распространены механизмы с двумя выходными звеньями, симметрично расположенными и симметрично перемещающимися относительно средней плоскости. В схеме с простейшим шарнирно-рычажным механизмом осуществляется преобразование линейного горизонтального движения штока пневмоцилиндра во вращательное движение верхнего рабочего элемента. Введение объекта в зону между рабочими элементами осуществляется вдоль горизонтальной оси (обычно выдвижением руки).

Большинство схем ЗУ имеют неподвижные пневмоцилиндры. Однако встречаются и схемы, в которых пневмоцилиндр встроен в механизм захвата и выполнен качающимся (см. рис. 1.7). Расположение пневмоцилиндра внутри механизма позволяет сократить размер по продольной оси (при заданной длине вращающего рычага). Применение качающегося цилиндра упрощает схему, но ограничивает возможность изменения параметров при конструировании и обычно приводит к снижению надежности (в частности, вследствие использования гибких трубопроводов).

Рисунок 1.7 - Принципиальные схемы механических захватных устройств ПР



2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА ПР

Приведем наиболее часто применяемые конструктивные схемы механических захватных устройств ПР, которые составляют семь групп: рычажные; кулисно- рычажные; реечно-рычажные; клино-рычажные обычного исполнения; клино-рычажные с плоскопараллельным перемещением губок; пружинные; многозвенные (рис. 2.1), [3].

Во всех ЗУ, кроме пятой группы, губки 3 захвата выполнены поворотными. Для привода сжатия-разжатия губок используется пневмоцилидр 1 двойного действия, шток которого связан с передающим звеном 2. В четвертой группе шток пневмоцилидра с помощью клина разжимает губки захвата, а смыкание губок (зажим объекта) производится пружиной, работающей на растяжение. Усилие зажима регулируется за счет изменения натяга пружины.

Рисунок 2.1 - Конструктивные схемы механических захватных устройств ПР

Рассмотрим примеры конструкций основных механических захватных устройств ПР. Неприводные ЗУ являются автономными, не требуют специальных команд от системы управления и дополнительного подвода энергии. Детали в захвате удерживаются силой пружин вследствие эффекта самозатягивания или запирающего действия губок. Как правило, работа подобных ЗУ возможна только при их вертикальном положении. Работу подобного ЗУ покажем при захватывании валов или фланцев за наружную поверхность (рис. 2.2).

Рисунок 2.1 - Конструкция неприводного ЗУ для валов и фланцев (захват за наружную поверхность)

Когда деталь удерживается губками 1, запирающая планка 4 находится в верхнем положении, препятствуя раскрытию губок. В позиции разгрузки ЗУ опускается вниз до контакта детали с твердой поверхностью. При этом головка 3 упирается выступом 2 в деталь и останавливается, а захват продолжает опускаться. Планка 4, опускаясь, высвобождает верхнюю часть губок, которые раскрываются за счет сжатия пружины 8 (см. положение ЗУ справа). Шток 5 головки 3 скользит в направляющих, а для поддержания головки служит пружина 6. Фиксация раскрытого и закрытого положения губок захвата осуществляется стопорным механизмом 7 (его работа не рассматривается).

Рисунок 2.2 - Конструкция неприводного ЗУ для втулок и фланцев (захват за внутреннюю поверхность)

Неприводное ЗУ для захватывания деталей 1 за внутреннюю поверхность (типа втулок) состоит из конуса 2 и шариков 3, расположенных по окружности в обойме 4 (рис. 2.3). Данное ЗУ является узкодиапазонным, поскольку может захватывать детали с разностью диаметров 1,5 ... 2 мм.

Неприводное пружинно-рычажное ЗУ, предназначенное для захвата деталей 1 из стопы, показано на рис. 2.4. При опускании ЗУ на деталь в стопе сжимается пружина 4, рычаги 3 складываются и губки 2 раскрываются (положение ЗУ справа). Затем ЗУ поднимается, пружина разжимается, смыкая губки. Происходит захват детали (положение ЗУ слева).

Захватное устройство в ряде случаев снабжается механизмом регулирования расстояния между губками захвата, что позволяет проводить регулировку относительного положения объекта, компенсируя тем самым отклонения размеров загружаемых деталей. Один из таких механизмов содержит регулируемый элемент 1, установленный на вал 5 копира 3, профиль которого имеет две впадины 4 (рис. 2.4).

Рисунок 2.3 - Конструкция неприводного пружинно-рычажного ЗУ для захвата деталей из стопы

Рисунок 2.4 - Конструкция захватного устройства с регулируемым расстоянием между губками

Из приводных ЗУ определенный интерес представляют широкодиапазонные захваты со сменными рабочими губками, которые применяются для работы с объектами различной формы. Механическое ЗУ с рычажным передаточным механизмом и пневматическим приводом содержит: втулку 5, на которой шарнирно закреплены тяги 2, связанные с поворотными рычагами 1 (рис. 2.5). Втулка 5 установлена на штоке 4 пневмоцилиндра 3. К рычагам крепятся держатели 6, несущие сменные губки 7.



Рисунок 2.5 - Конструкция широкодиапазонного рычажного ЗУ со сменными рабочими губками и пневматическим приводом

Переналадка ЗУ на другой диапазон захватываемых объектов осуществляется путем перестановки осей тяг в дополнительные отверстия втулки 5 сдвига держателей 6 по рычагам 1 и смены губок 7.

При обслуживании промышленным роботом станков на операциях механообработки важнейшим условием становится сокращение цикла обслуживания с целью повышения производительности робототехнического комплекса. Для достижения этой цели, кроме повышения скоростных характеристик робота, необходимо оснащать манипулятор двухпозиционным ЗУ для установки-снятия заготовок и обработанных деталей (рис. 2.6).

Рисунок 2.6 - Конструкция двухпозиционного ЗУ для установки-снятия заготовок валов и обработанных деталей



Конструктивно обычно проще поддерживающие ЗУ, поскольку в них нет необходимости развивать усилия для создания сил трения, сравнимых с силой тяжести объекта.

Рисунок 2.6 - Принципиальная (а) и конструктивная (б) схемы поддерживающего ЗУ:Рп - давление питания подводимого сжатого воздуха

Принцип поддерживающих ЗУ используется также в комбинациии с другими в захватах различных типов. Например, он часто используется в вакуумных захватах для транспортирования тяжелых громоздких объектов в целях безопасности (падение объекта при отключении вакуума). В противном случае под трассой подвесного робота приходится натягивать предохранительную сетку.

Снижению времени цикла обслуживания промышленным роботом технологического оборудования способствует также применение группового захвата, способного переносить одновременно множество одинаковых деталей. Следует отметить, что это условие требует специального оборудования для партионной обработки объектов манипулирования. На рис. 2.7 показана конструкция одной из модификаций группового механического захвата для контактных штырей, в котором матрица 4 с пружинными зажимами 3 и сбрасыватель 1 объединены в одном корпусе.



Рисунок 2.7 - Конструкция группового механического захвата для контактных штырей электросоединителей (штепсельных разъемов)

Загрузочные роботы в высокопроизводительных сборочных линиях в основном оснащаются групповыми захватами механического типа.

Другие конструктивные варианты механических ЗУ промышленных роботов рассматриваются в [4,5].



3. ВАКУУМНЫЕ ЗАХАТНЫЕ УСТРОЙСТВА

Вакуумные захваты применяются в основном для манипулирования плоскими деталями, в частности, заготовками из листовых материалов. Их отличает простота конструкции, небольшая масса и возможность работы с деталями из различных материалов (металлов, пластмасс, керамики, стекла и т.д.). По источнику вакуума ЗУ делятся на две группы: с автономным источником в виде вакуумного насоса и эжекторные, работающие от цеховой сети сжатого воздуха (рис. 3.1, а, б), [1].

Рисунок 3.1 - Схемы вакуумных захватов:

а - эжекторного типа; б - с вакуумным насосом

Эжекционный эффект возникает за счет падения статического давления в месте сужения воздушного потока и его ускорения (принцип неразрывности потока). Благодаря этому воздух из зоны присоски втягивается в скоростной поток и выбрасывается наружу. В полости присоски возникает разрежение.

Чашка присоски делается обычно из резины или пластмассы. Если чашка присоски 3 изготовлена из твердого материала, то для контакта с захватываемой деталью 1 используются резиновые амортизирующие кольца 2 (рис. 3.2). Зона пониженного давления на присоске образуется между резиновыми кольцами.

При захвате больших листов из пачки иногда возникает эффект подсоса смежного листа из-за разрежения, возникающего при быстром подъеме верхнего листа 2. Чтобы исключить это явление, используют пневматические 5 или электромагнитные 1 распушители листов (рис. 3.3).

захватное устройство бесконтактный пневматический

Рисунок 3.2 - Схема вакуумного захвата с резиновыми амортизирующими кольцами: Р_П - давление питания подводимого сжатого воздуха

Рисунок 3.3 - Схема вакуумного захвата с индуктором для надежного отделения больших листов от пачки (ВН - вакуумный насос)

Более производительный групповой вакуумный захват используется для малогабаритных деталей 3, например, для полупроводниковых кристаллов диодов, транзисторов и интегральных микросхем. Групповой захват представляет собой корпус 2 конической формы с вставкой 1 из микропористого материала (рис. 3.4).

Рисунок 3.5 - Схемы группового вакуумного захвата с микропористой вставкой:

а - захват партии миниатюрных деталей; б - сортировка деталей с помощью двух групповых захватов

Рисунок 3.6 - Схемы сортировки деталей с помощью вакуумного захвата: а - щелевидного; б - с игловым щупом



4. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ЗАХВАТЫ

4.1 Универсальные камерные захваты

Универсальные ЗУ с эластичными пневмокамерами предназначены для захватывания валиков и втулок различного диаметра (в определенном диапазоне) массой до единиц килограмм (рис. 4.1), [1].

Рисунок 4.1 - Схемы универсальных ЗУ с эластичными пневмокамерами для валиков (а) и втулок (б) различного диаметра:

Р_п - давление питания сжатого воздуха

Универсальность захвата 3 достигается за счет резиновой камеры 1, которая изменяет свои размеры под действием давления сжатого воздуха. Удерживающей силой является сила трения, которая возникает между резиновой оболочкой пневмокамеры и деталью 2.

4.2 Пневматические захваты с надувными эластичными пальцами

Пневматические захваты с надувными эластичными пальцами 1 и 5 применяются для хрупких деталей (например, для осветительных электроламп) и деталей сложной формы 4 (например, для крестовины карданного вала) (рис. 4.2).

Благодаря особой конструкции, эластичные пальцы плотно охватывают деталь, адаптируясь под ее форму. В захватах используются пальцы двух типов: со стенками разной толщины (рис. 4.2, а) имногополостные (рис. 4.2, б). Изгиб пальцев первого типа 1 объясняется разной жесткостью стенок. Пальцы второго типа 5 имеют глухие и проточные полости 2. Отверстия в стенке проточной полости соединяют ее с атмосферой. Внутри каждого пальца второго типа установлен нерастягиваюшийся трос 3, а на корпусе захвата - упор 6 для детали. Эти пальцы изгибаются в сторону перфорированной стенки, так как давление в проточной полости меньше, чем в глухой.

Рисунок 4.2 - Конструктивные схемы трех- (а) и четырехпалого (б) захватов с надувными эластичными пальцами



4.3 Бесконтактные струйные захваты

Бесконтактные струйные захваты применяются для деталей с легко повреждаемым поверхностным слоем (например, для полированных полупроводниковых пластин с тонким покрытием). Он имеет существенное преимущество перед вакуумным захватом, так как не соприкасается с функциональными поверхностями, исключая тем самым их повреждение, [3].

Струйный захват захватывает объект за счет эжектирующего действия радиального воздушного потока, протекающего в узкой щели 5 между торцем захвата 1 и поверхностью объекта 2 (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 - Схемы симметричного (а) и асимметричного (б) размещения детали на струйном захвате

Статическое давление в узком щелевом потоке значительно меньше атмосферного давления, благодаря чему удерживающая сила превышает силу тяжести детали и динамическую силу давления струи на деталь. В то же время динамическая сила струи препятствует прямому контакту детали с торцем захвата.

Таким образом, автоматически устанавливается зазор 5 между даталью и поверхностью захвата (рис. 4.3, а.). Малейшее смещение центра О₁ детали от центра О захвата приводит к сбросу детали 2 с захвата 1 по линии О₁С (рис. 4.3, б). Чтобы предотвратить это, на торце захвата предусматривают ограничительные боковые кромки. В то же время перемещение детали за счет силы вязкого трения струи можно использовать для ее базирования на захвате (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 - Схема базирования квадратной пластины на струйном захвате:

1 - захват; 2 - воздушный канал; 3 - наклонное сопло; 4 - базирующая стенка; 5 - пластина

Рисунок 4.5 - Принципиальная схема (а) и конструкция (б) бесконтактного струйного захвата:

1 - круглая пластина; 2 - канал для подачи сжатого воздуха; 3 - фиксирующий упор;4 - ограничительная кромка; 5 - впадина на торце захвата; 6 - центрирующий штифт;7 - наклонное сопло; 8 - радиальный канал для выхода сжатого воздуха

В центре захвата расположен подпружиненный центрирующий штифт 6, который утапливается при опускании захвата на деталь (рис. 4.5, б). К наклонным соплам 7 сжатый воздух подводится по радиальным каналам 8. Установка детали в технологической позиции контролируется фотодатчиком.

Струйные захваты, так же, как и вакуумные, обладают свойством избирательности и поэтому применяются для автоматической сортировки деталей на два транспортных потока, питающих сразу две технологические машины. При этом исключаются специализированные ориентирующие устройства.

Пример работы струйного захвата в качестве селективного показан на рис. 4.6. Захват детали 3 осуществляется лишь за большую опорную поверхность, причем между захватным устройством 1 и деталью автоматически устанавливается необходимый зазор 5 (рис. 2.30, а). Скорость воздушного потока в зазоре (а следовательно, и разрежение) устанавливают такой, чтобы присасывающая сила оказалась недостаточной для захвата детали, обращенной к захватному устройству меньшой опорной поверхностью (рис. 4.6, б).

Рисунок 4.6 - Схемы сортировки деталей с помощью струйного захвата:

а - захват детали за большую опорную поверхность; б - незахват детали за меньшую опорную поверхность



5. МАГНИТНЫЕ ЗАХВАТЫ

Магнитные ЗУ применяют для манипулирования фасонными деталями, имеющими ребристые, решетчатые или перфорированные поверхности, захватить которые вакуумными ЗУ затруднительно или невозможно. Преимуществом магнитных захватов является большая сила притяжения на единицу площади, быстрота срабатывания (у вакуумных ЗУ требуется некоторое время для создания необходимого вакуума), простота конструкции, [4].

К недостаткам магнитных ЗУ можно отнести ограниченную возможность их применения только для деталей из ферромагнитных материалов с большими значениями магнитной проницаемости (ц = 10⁴ ... 10⁶) и наличие остаточного магнетизма на деталях (особенно для захватов с постоянными магнитами), который вызывает необходимость оснащения ЗУ специальными сбрасывателями на позиции разгрузки деталей. К материалам с высокими значениями ц относят малоуглеродистые стали, никель, кобальт и их сплавы, например, ковар (сплав никеля и кобальта).

В захватных устройствах с постоянными магнитами простейшим приспособлением для сброса с захвата детали в позиции разгрузки может служить ферромагнитная подложка (магнитный шунт), с помощью которой экранируется магнитное поле захвата (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 - Схема захвата с постоянным магнитом и магнитным экраном: а - экран не введен (деталь захвачена); б - экран введен (деталь не удерживается в захвате)

Рисунок 5.2 - Схема электромагнитного ЗУ для плоских деталей

Классическая схема электромагнитного ЗУ для плоских деталей содержит С-образный магнитопровод 3 с полюсами N, S и горизонтальную катушку 2, сердечник которой соединяет полюса магнитопровода (рис. 2.32). Деталь 1 замыкает магнитный поток и захватывается полюсами электромагнита при опускании захвата на гнездо кассеты, в котором лежит деталь. Деталь притягивается к полюсам и в случае отсутствия контакта их с деталью.

Технологические задачи точного совмещения деталей сложной конфигурации при сборке прецизионных изделий могут решаться путем применения специальной конструкции магнитного захвата манипулятора сборочного робота.

Рисунок 5.3 - Схема магнитного захвата сборочного робота для интегральной микросхемы с планарными выводами

Селективные магнитные захваты используются для сортировки объектов из композиционных материалов и объектов с незначительной асимметрией формы (рис. 5.4).

Рисунок 5.4 - Схемы сортировки деталей с односторонним магнитным слоем с помощью селективного магнитного захвата:

а - деталь захвачена; б - деталь не захвачена

Селективный захват 4 способен удерживать детали 1, обращенные к электромагниту 3 магнитным слоем 2, за счет регулирования величины тока в катушке магнита. Захваченная деталь (рис. 5.4, а) извлекается манипулятором из основного транспортного потока и переносится в параллельный поток. Незахваченная деталь (рис. 5.4, б) продолжает движение в основном потоке.



6. ЗАХВАТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Экспериментально установлено, что внесенное в однородное электрическое поле удлиненное тело из диэлектрика поляризуется, в результате чего возникает определенный дипольный момент М_э, который стремится повернуть тело в положение равновесия. Поведение объекта манипулирования в электрическом поле определяется величиной абсолютной диэлектрической проницаемости s материала объекта, его формой, способностью к поляризации и восприятию заряда Q.

Для подобных объектов может быть применена система манипулирования, в которой используется явление статической электризации, в частности, электризации трением (трибоэлектрический эффект). Явление трибоэлектризации используют для автоматического съема и выдачи мелких объектов. Поштучный захват и подачу объектов на технологическую позицию осуществляется системой диэлектрических вкладышей, наэлектризованных трением [5].

При манипулировании объектами с применением электрического поля, благодаря явлению электростатической индукции, на объектах появляются заряды одного и того же знака. Взаимное отталкивание объектов упрощает процесс автоматической ориентации и повышает надежность системы. Все системы манипулирования в зависимости от того, какую роль играет в них наэлектризованный диэлектрик, подразделяются на две группы.

В ряде случаев электрическое поле создается специальным высоковольтным источником. В частности, такой источник применен в системе кассетирования тонких припойных рамок (толщина 0,1 мм) при сборке металлокерамических корпусов интегральных микросхем. На вход трансформатора источника подается постоянное напряжение 4 В, а на выходе снимается до 3 кВ. Частота следования импульсов в первичной обмотке может изменяться от 400 до 1000 Гц. К минусовому концу вторичной обмотки подключен индуктор, который представляет собой стальную изолированную шину, равную длине кассеты. В местах взаимодействия деталей с индуктором изоляция с него снята. Рамки из припоя обладают малой жесткостью и весьма чувствительны к механическим воздействиям.

Рисунок 6.1 - Схема системы кассетирования припойных прокладок с применением электрического поля

Предварительно рамки из припоя 8 на групповом захвате 6 стержневого типа проходят операцию обезжиривания, а затем захват (10 стержней) с обезжиренными рамками устанавливают на систему группового манипулирования, включающую: высоковольтный блок 1, индуктор 2, съемник 3, технологическую кассету 4 и вибратор 5 (рис. 6.1). Когда захват с деталями установлен, включается вибратор 5 и рамки перемещаются по наклонным стержням захвата к технологической кассете 4 до выступов 7 на передних концах стержней. Выступ 7 фиксирует крайнюю рамку в положении, удобном для съема. В этом положении вибратор отключается, а от высоковольтного блока 1 на индуктор 2 подается высокое напряжение. Благодаря возникшему электрическому полю, крайние рамки на всех десяти стержнях отклоняются в направлении индуктора и занимают положение, близкое к горизонтальному. После этого снизу выдвигается съемник 3, представляющий собой 10 заостренных вертикальных стержней. Стержни 3 проходят сквозь гнезда 9 кассеты 4 и осуществляют съем с выступов 7 отклонившихся рамок. Снятые рамки скользят вниз по стержням 3 съемника, одновременно разворачиваясь на 90^о в соответствии с размещением гнезд 9 кассеты 4. Разворот рамок в процессе скольжения происходит за счет специальной формы стержней съемника. Развернувшись, рамки западают в гнезда технологической кассеты. Затем съемник уходит вниз, оператор снимает кассету 4 с деталями и устанавливает следующую пустую. Затем цикл повторяется.

Применение электрического поля в системах автоматического манипулирования целесообразно для ориентации объектов с массой m < 5 г. Чтобы избежать возникающего в ряде случаев прилипания объектов к электродам в системах с вектором E, параллельным поверхности земли, электроды необходимо подключать к источнику переменного напряжения. Экспериментально установлено, что с помощью пульсирующего электрического поля (с частотой 25.50 Гц) явления прилипания и переориентации объектов исключаются полностью.

Манипулирование объектами с особо чистыми поверхностями требует применения специальных средств, исключающих опасность натира поверхности, что очень важно для таких чувствительных объектов, как специальные полупроводниковые кристаллы.

Поведение рамок в электрическом поле при условии, что они удерживаются выступом стержня (рис. 6.2, а) и не могут войти в непосредственное соприкосновение с индуктором, объясняется следующим образом: на противоположных концах стержня, находящегося в поле индуктора, возникают индуцированные заряды, причем заряд переднего конца стержня вместе с нанизанными на него рамками противоположен по знаку заряду, создающему электрическое поле. Взаимное отталкивание одноименно заряженных деталей обеспечивает их разъединение на стержне, а притяжение деталей к противоположно заряженному индуктору - перевод крайней детали в наклонное положение (рис. 6.2, б). Отталкивание крайней детали увеличивается, если снизу к ней подводится острие металлического стержня, плотность индуцированных зарядов на котором особенно велика (рис. 6.2, в).

Рисунок 6.2 - Поведение припойных рамок в электростатическом поле:

а - при отсутствии поля; б - в поле наэлектризованного диэлектрика; в - при подходе металлического стержня-съемника; г - при вводе стержня в рамку (стробоскопическая съемка)

Описанная система манипулирования обеспечивает повышение производительности при кассетировании в 3.4 раза по сравнению с ручной укладкой и полностью исключает какие-либо повреждения мягких припойных рамок.

По электрическим свойствам предпочтение должно быть отдано винипласту и оргстеклу, а по антифрикционным свойствам - фторопласту-4. Материал индентора в каждом конкретном случае необходимо выбирать экспериментально, [5].

Для решения задачи поштучной выдачи плоских объектов в системах группового манипулирования линейный индуктор конструктивно более предпочтителен, хотя при одинаковом напряжении, подаваемом на индуктор, он слабее дискового индуктора. Неоднородное электрическое поле, возбуждаемое линейным индуктором, позволяет осуществлять ориентацию объектов со слабо выраженными отличительными признаками, например, пластин, на противоположных плоскостях которых имеются участки с различным значением электрической проницаемости .

Рисунок 6.3 - Схема электростатического захвата для хрупких объектов из полупроводниковых материалов

Для манипулирования хрупкими объектами 4 из полупроводникового материала можно использовать электростатический захват 1, состоящий из двух электродов 2, 5, разделенных диэлектрической прокладкой (рис. 6.3).



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для ПР, обслуживающих металлообрабатывающие станки, наиболее удобны зажимные механические ЗУ. Как отмечалось выше, характеристики устройств с эластичными камерами не позволяют пока использовать их в металлообработке.

Вакуумные ЗУ, как правило, используют для плоских нетяжелых деталей. Область применения магнитных ЗУ, особенно электромагнитных, в принципе может быть более широкой, хотя существенным ограничением является невозможность захватывания изделий из цветных металлов и пластмасс, а также намагничивание деталей.

Важное значение для ЗУ, используемых в металлообработке, имеет характер базирования. Устройства, способные к перебазированию, как говорилось выше, имеют пока экспериментальный характер и в связи с большой сложностью, вероятно, не найдут широкого применения.

Центрирующие ЗУ пригодны для деталей, имеющих ось или плоскость симметрии, т.е. в первую очередь для фланцев, валов, симметричных корпусов.

В серийном производстве центрирующие, широкодиапазонные ЗУ позволяют переходить с одного типоразмера загружаемых деталей на другой без переналадки робота.

Базирующие ЗУ применяют для деталей, базирование которых в оборудовании не связано симметрией, или для несимметричных деталей (плоских и сложной формы).

Применение ЗУ с различной степенью специализации в металлообработке определяется серийностью производства. Универсальные устройства, как говорилось выше, пока не находят употребления. Многоцелевые ЗУ, как правило, являются узкодиапазонными, имеющими специальные губки для захватывания изделия за различные поверхности (до и после обработки или при перебазировании), [1].

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванов, А.А. Теоретические основы процессов манипулирования объектами обработки и сборки: монография /А. А. Иванов; НГТУ. Н. Новгород, 2015. - 257 с.

2. Отений, Я.В. Выбор и расчет захватных устройств промышленных роботов: учеб. пособие / Я.В. Отений, П.В Ольштынский; Волг. ГТУ, Волгоград, 2014. - 64 с.

3. Подураев Ю.В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. пособие / Ю.В.Подураев. - 2-е изд., стер. - М.: Машиностроение, 2007. -256 с.

4. Попов, Е.П. Основы робототехники. Введение в специальность: учебник / Е.П. Попов, Г.В Письменный. - М.: Выс. шк., 2 - е издание, 2004 г. - 224 с.

5. Козырев, Ю.Г. Захватные устройства и инструменты промышленных роботов / Ю.Г. Козырев. - М. : КНОРУС, 2010. - 312 с.

6. Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа/ Л. Г. Лойцянский. Учеб. для вузов. 7-е изд., испр. -- М.: Дрофа, 2003. -- 840 с.

Размещено на Allbest.ru

...