Устройства для автоматической смены заготовок

Смена заготовок с помощью промышленных роботов. Промышленные ро­боты используются не только для загрузки станков заготовками и съема обра­ботанных деталей, но и для смены изношенных режущих инструментов, меж­станочного транспортирования заготовок, загрузки накопителей готовыми де­талями, сметания стружки с поверхности стола станка и т.п.

По степени специализации функций роботы делятся на универсальные, спе­циализированные и специальные. Универсальные роботы способны произво­дить несколько операций на различном по технологическому назначению обо­рудовании. Специализированные роботы предназначены для выполнения опeрации какого-либо одного вида с определенным типом деталей. Сверхлегкие роботы имеют грузоподъемность до 1 кг, легкие — 1...10 кг, роботы средней грузоподъемности служат для перемещения объектов массой 10...200 кг, тя­желые - для манипулирования объектами массой 200...1000 кг.

Напольные роботы с выдвижной горизонтальной рукой обычно работают в цилиндрической системе координат, оснащены электрическими или пневмати­ческими приводами и цикловым управлением. Их грузоподъемность состав­ляет 0,05...20 кг. Напольные роботы с выдвижной рукой и подвижной карет­кой работают в цилиндрической системе координат, имеют грузоподъемность от 1 до 1000 кг. Напольные роботы с качающейся выдвижной рукой функцио­нируют в полярной сферической системе координат. Напольные роботы с мно­гозвенной рукой имеют электромеханические или электрогидравлические сле­дящие приводы отдельных звеньев руки, длины которых не изменяются; та­кие роботы отличаются компактностью. Портальные роботы с рукой, уста­новленной на подвижной каретке, позволяют сэкономить производственную площадь и организовать удобное обслуживание оборудования. Транспортные роботы для перемещения деталей, уложенных в тару, перемещаются по моно­рельсу. Специальные роботы встраиваются в металлорежущие станки.

На станках, работающих совместно с промышленными роботами, должны быть обеспечены автоматический зажим деталей, автоматическое срабатывание защитных экранов (щитков), обмыв или обдув базовых поверхностей смен­ных устройств, контроль правильности закрепления заготовок и приспособ­лений.

Для захватывания и удержания предмета производства или технологи­ческой оснастки промышленный робот оснащают захватным устройством. Оно является составной частью захватной системы, в которую входят также при­вод, передаточный механизм и сенсорные измерительные преобразователи. К захватным устройствам предъявляются следующие основные требования: небольшая масса, что необходимо для снижения инерционных нагрузок при раз­гоне и торможении; небольшие габариты, расширяющие возможность исполь­зовать промышленный робот при малой зоне обслуживания технологического оборудования; надежное удержание предмета манипулирования путем созда­ния достаточной силы захвата, которая в необходимых случаях должна регу­лироваться; приспосабливаемость к форме предмета манипулирования (спо­собность компенсировать отклонения размеров и положения детали, а также изменение ее размеров в результате обработки); высокая точность; быстросменность.

Захватные устройства бывают простыми (имеют только губки с захваты­вающим движением), с приспособлениями для выполнения дополнительных операций (измерения, клеймения и др.), адаптивными (оснащены преобразо­вателями усилия зажима, контроля базирования заготовки и т д.). Захватные устройства делят на однозахватные и многозахватные. Промышленный робот с Двухзахватным устройством во время обработки одной заготовки берет Другую и переносит ее к рабочей зоне станка. По окончании обработки свобод­ным захватом снимает обработанную деталь и устанавливает заготовку, удер­живаемую другим захватом. Этот робот производит смену заготовок значи­тельно быстрее по сравнению с однозахватным.

В качестве основных параметров захватных устройств принимают грузоподъемность и наибольший размер захватываемой поверхности, который дол­жен выбираться из ряда: 1, 4, 12, 32, 63, 100, 125, 160, 200, 250, 320,400, 500 мм.

Замыкание захватного устройства с поверхностями детали может быть геометрическим или силовым. В первом случае внешние силы действуют на поверхности детали как нормальные, во втором — передаются на деталь как силы трения.

Чтобы создать двухточечный контакт между поверхностями захватывае­мой детали и губками, последние снабжаются шарнирами: простым или шаро­вым на одной из губок или простым на обеих губках. Конструкция захватного устройства в значительной степени определяется габаритами, массой и конфи­гурацией объекта манипулирования.

Требуемое усилие зажима манипулируемой детали можно определить по зависимости

где т — масса детали; к₁— коэффициент запаса: коэффициент, зависящий от ускорения а схвата: (обычно коэффициент (табл. 13.5), зависящий от отношения усилия за­жима к весу детали ( коэффициент трения между губками захватного устройства и поверхностью детали).

В зависимости от способа взаимодействия с объектом манипулирования захватные устройства делятся на механические, вакуумные и магнитные.

Механические захватные устройства бывают неуправ­ляемые и управляемые. Неуправляемые устройства в виде пинцета (рис. 13.22, а, 6) или клещей (рис. 13.22, в, г) удерживают деталь благодаря упру­гости зажимных элементов (разрезного упругого валика, разрезной упругой втулки, пружины) и освобождают ее при действии дополнительных устройств. Они применяются в массовом производстве небольших изделий. Губки управ­ляемых захватных устройств приводятся в движение пневматическими, гид­равлическими или электрическими приводами. Пневматические приводы при­меняют в захватных устройствах для деталей массой до 5 кг. К пневматичес­кому цилиндру энергия подводится просто, усилие зажима регулируется лег­ко, но такой привод имеет значительные габариты. С помощью более компакт­ного и легко регулируемого гидравлического привода можно получить значи­тельно большие усилия зажима. Такие приводы применяют в захватных устройствах для деталей массой более 20 кг. Электрическими приводами с ма­логабаритными двигателями постоянного тока оснащают захватные устройства для деталей массой от 5 до 20 кг. Движение на жесткие, регулируе­мые или гибкие (пружинные) губки передаются зубчато-реечными, рычажно-стержневыми, кулисно-стержневыми, клиновыми, кулачковыми и другими механизмами.

Примеры рычажно-стержневых механизмов приведены в табл. 13 6. Если Р₁ — усилие на губках, Р₂ — усилие, создаваемое гидро- или пневмоцилиндром, s ₁ и s ₂ — соответственно перемещение губою и штока цилиндра, tj — КПД механизма, из условия равенства работ

следует

Здесь соответственно кинематическое и силовое передаточное отношение механизма.

Среди рычажно-стержневых механизмов следует отметить захватное устройство с ломающимися рычагами (в табл. 13.6 последнее). Вблизи мерт­вой точки ломающегося рычага оно развивает большое усилие зажима, имеет малые габариты, но допускает небольшое изменение захватываемых диамет­ров. Этот недостаток можно устранить применением сменных или регулируе­мых губок.

Захватные устройства с кулисно-стержневым механизмом (табл. 13.7) предназначены для манипулирования тяжелыми деталями.

Устройства с зубчатыми передачами (табл. 13.8) имеют небольшие габари­ты, допуская при этом большое раскрытие губок.

Вакуумные захватные устройства основаны на принципе присасывания схвата к поверхности детали и обычно используются для захва­тывания детали только по одной поверхности, манипулирования изделиями из стекла, керамики, громоздкими плоскими деталями из стали

Захватывание детали осуществляется одной большой осесимметричной присоской (рис. 13.23, а) или несколькими микроприсосками диаметром от 2 до 8 мм, распо­ложенными в шахматном порядке и позволяющими манипулировать деталя­ми с криволинейными поверхностями (рис. 13.23, б), со сквозными от­верстиями (рис. 13.23, в).

Для компенсации разновысотности поверхности захватываемой детали, улучшения прилегания присоски к ее поверхности захватное устройство снаб­жают пружиной, которая прижимает присоску к детали перед окончанием пе­ремещения руки робота.

Расчетная сила притяжения присоской

где S — площадь проекции присоски на плоскость детали, ограниченная вну­тренним контуром, м²; р_а и р_в — соответственно атмосферное и остаточное давление в камере присоски, Па; коэффициент, учитывающий уменьшение площади присоски вследствие ее деформирования:

При перемещении руки робота в вертикальном и горизонтальном направ­лениях требуемая сила притяжения присоской (рис. 13.24)

где N, Т— соответственно нормальная и касательная составляющие внешних сил, Н; коэффициент снижения грузоподъемности захватного устройства, зависящий от давления в контакте между присоской и деталью, влияющего на герметичность стыка; коэффициент трения между поверхностями детали и присоски; к — коэффициент запаса (можно принять к = 2). Для круглой присоски

где b - ширина уплотнительного борта, мм; d - диаметр присоски, м; необходимое давление в контакте присоски с поверхностью детали, завися­щее от материала уплотнения, качества поверхности детали (для деталей с гладкой поверхностью, например из стекла, q =. 30 000...90 000 Па, с грубой поверхностью, например с окалиной, q = 300 000 Па); р₀ —давление возду­ха в полости присоски.

Магнитное захватное устройство обычно оснащают электромагнитом, иногда постоянным магнитом или одновременно обоими магнитами. Захватные устройства с электромагнитами срабатывают быстро, могут быть легко приспособлены к деталям сложной формы (рис. 13.25). Для этого соединяют в блок несколько электромагнитов или используют лег­ко деформируемые оболочки, заполненные ферромагнитным порошком. По­стоянные магниты создают значительную силу притяжения, не требуют пита­ния, но от установленной и закрепленной детали их надо отрывать.

Смена заготовок с помощью столов-спутников. На столы-спутники уста­навливают зажимные приспособления и закрепляемые в них заготовки. Эта операция выполняется вне станков. Затем столы-спутники переносятся на многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточный станок или на гибкий производственный модуль.

В столах-спутниках по ОСТ 2 Н62-5—85 предусматриваются рабочая по­верхность 2 (рис. 13.26) для установки и закрепления заготовок и приспо­соблений, установочные поверхности базирующих планок 1, необходимых для базирования обрабатываемых деталей, крепежные отверстия 10 или Т-образные пазы для крепления обрабатываемой детали или приспособлений, центрирующее отверстие 9 для ориентации приспособлений на столе-спутнике. Предусматриваются; также базовые плоскости 4 для базирования стола-спут­ника на станке, базовые отверстия 6 для ориентации его на станке с помощью фиксирующих штырей, зажимные поверхности 3, 5 для контакта зажимных устройств станка со столом-спутником, направляющие поверхности 7, служа­щие для ориентации и направления стола-спутника в устройстве автомати­ческой смены и в накопителе. Для выверки столов-спутников и приспособ­лений на них служит поверочное отверстие 8.

Столы-спутники с отношением ширины к длине 1:1 и 1:1,25 изготовляют­ся для горизонтальных, а с отношением 1:1,6 и 1:2 — для вертикальных много­целевых станков и гибких производственных модулей (табл. 13.9—13.12).

Компоновки некоторых станков со столами-спутниками приведены на рис. 13.27.

Заготовка закрепляется на одном из двух столов-спутников 1, когда он находится на вспомогательной платформе 3 или 4, а на рабочей позиции станка происходит обработка. Смена заготовки производится путем сдвига стола- спутника на стол 2 станка и перемещения стола-спутника с обработанной де­талью со станка на вспомогательную платформу.

В станках, имеющих компоновки согласно рис. 13.27, а, б, позиции загрузки и разгрузки расположены близко друг от друга, что удобно для их обслу­живания. В станке с компоновкой по рис. 13.27, в применено двухпозиционное поворотное устройство 3.

Конструкция такого устройства показана на рис. 13.28. На позицию ожидания платформы 7 помещают стол-спутник 11 и закрепляют на нем за­готовку, в то время как предыдущая деталь обрабатывается на станке, будучи закрепленной на таком же столе-спутнике. Заготовка может быть установлена на столе-спутнике и вне станка.

Горизонтальными гранями направляющих стол-спутник базируется по ро­ликам 9, вертикальными — по роликам 8. Его Т-образный паз 12 входит в за­цепление с захватом 14, соединенным со штоком гидроцилиндра 10.

По окончании обработки предыдущей детали шток гидроцилиндра 13 пе­ремещается влево, захват 6 устанавливается над Т-образным пазом стола-спут­ника, закрепленного на столе станка. После расфиксации и небольшого верти­кального перемещения этого стола-спутника захват входит в его паз и переме­щает на платформу 7. Таким образом, на платформе некоторое время нахо­дятся два стола-спутника: один с обработанной деталью, другой — с заготов­кой. Затем рейка 4, перемещаемая гидроцилиндрами 5 и 16, поворачивает зуб­чатое колесо 3, а вместе с ним стойку 15 и платформу 7.

В результате поворота платформы на 180 стол-спутник 11 оказывается на позиции смены. Шток гидроцилиндра 10, занявшего место гидроцилиндра 13, при перемещении влево сдвигает стол-спутник 11 на стол станка. Там стол-спутник опускается на фиксаторы, захват 14 выходит из зацепления с его Т-образным пазом. На этом цикл смены стола-спутника заканчивается.

Для согласования положений стола-спутника и стола станка служат регу­лировочные винты 12 и 17, с помощью которых устройство можно смещать относительно базовой плиты 1.