Вакуумные захватные устройства

Типы вакуумных ЗУ. В ПР могут использоваться контактные микроприсоски и другие типы вакуумных ЗУ. Вакуумные ЗУ дей­ствуют по принципу непосредственного присасывания к поверх­ности изделий. Сцепление присоски с изделием происходит за счет разности между атмосферным давлением и остаточным давлени­ем в объеме, образуемом внутренней полостью присоски и пло­скостью изделий. Несмотря на ряд недостатков вакуумных ЗУ — шум при работе невысокое быстродействие, низкое усилие фиксации заготовок, трудности захвата деталей с отверстиями, такие ЗУ имеют и много преимуществ: равномерность распределения по­верхности нагрузок, возможность захвата детали за одну поверх­ность, простоту конструкции, низкую стоимость, небольшую мас­су исполнительного органа. Кроме того, стандартные присоски могут работать с большой номенклатурой деталей, что важно в мелкосерийном производстве. В некоторых случаях возможно ори­ентирование детали в ЗУ.

Важной особенностью вакуумных ЗУ является способность захватывания и перемещения хрупких изделий из стекла, пласт­массы, листового материала, керамики, а также изделий, которые имеют небольшую жесткость (из резины, картона и т. д.). Ими можно также захватывать и перемещать громоздкие изделия с достаточно развитой поверхностью. При этом в целях повышения надежности применяют ЗУ, состоящие из нескольких присосок, для того, чтобы в случае отказа некоторых из них из-за недоста­точно плотного контакта (падение вакуума и т. п.) иметь гаран­тию удержания изделия при транспортировании. Присоски часто снабжены наружной защитой.

При изготовлении вакуумных ЗУ большое значение имеет вы­бор материала присосок. Чаще всего для изготовления присоски используется резина. Характеристики резины выбираются в зави­симости от назначения и условий работы присосок. Например, применение присосок для подъема и переноса изделий, имеющих на поверхности следы масла, вызывает необходимость использо­вания для присосок маслобензостойкой резины. Если присоски подвергаются большому износу, то следует использовать износо­устойчивые полимеры, такие, как неопрен или полиуретан. При выборе материалов для ЗУ работающих в химически активной среде, или атмосфере повышенной влажности, следует учитывать стойкость этих материалов к агрессивным средам.

Следует отметить, что большинство полимеров имеет ограни­ченную термостойкость. Например, искусственный каучук теоре­тически может работать при температуре от —50° до +200° С, однако уже при +40° С возникают трудности в его применении. При добавлении асбеста в резину срок службы ЗУ значительно увеличивается. Мягкий полиуретан может работать при темпера­туре до 120° С. Проблема термостойкости может быть решена пу­тем использования теплозащитных или теплоотражающих мате­риалов для присосок с отверстиями, например, рифленой алюми­ниевой фольги, асбестовых прокладок, которыми защищают мяг­кие части присоски. Указанный метод позволяет увеличить тем­пературный диапазон работоспособности присосок до 380° С.

В вакуумных ЗУ используются осесимметричные присоски и присоски, полученные факсимильным способом; возможно исполь­зование уплотняющих прокладок.

Наиболее часто применяются круглые присоски чашеобразной формы, которые изготовляются различных размеров и с различ­ными вспомогательными приспособлениями. Для увеличения жесткости присоска может быть армирована металлической шайбой или кольцом.

Рис. 12. Различные виды осесимметричных вакуумных присосок:

а —обычная присоска; б — присоска с выступами; в — присоска с широким концевым контуром

 

На рис. 12 показано ЗУ с широким, кольцевым контуром при­соски для работы с деталями, имеющими неровные поверхности. Дополнительные выступы на поверхности присоски нужны при ра­боте с тонкими деталями, например с деталями из фольги или бу­маги. Выступы на ЗУ, снижая давление на деталь, предохраняют ее от повреждения и уменьшают область присасывания.

Для вакуумных ЗУ промышленных роботов часто применяются микроприсоски с диаметром от 2 до 8 мм. Они располагаются в шахматном порядке или в виде сот для полного использования площади ЗУ. Возможности микроприсосок расширяются при ис­пользовании их в так называемых рельефных ЗУ. Как известно, для обычных (больших) присосок требуются в основном плоские детали или по крайней мере наличие больших непрерывных пло­ских участков на ней, необходимых для плотного прилегания при­сосок к детали и осуществления схватывания. Использование мик­роприсосок позволяет условно разложить криволинейную поверх­ность схватываемой детали на ряд элементарных плоских участ­ков и обеспечить нормальное взаимодействие группы небольших присосок с поверхностью детали. Можно добиться увеличения чис­ла работающих присосок путем их нежесткого крепления к ЗУ.

Захват тонких эластичных пластин большими присосками при­водит к деформации пластин под действием разности давлений и понижает точность базирования детали в ЗУ. Если же матери­ал пластины достаточно пластичен, то она может и не восстано­вить свою прежнюю форму. Для тонких пластин из хрупкого ма­териала применение больших присосок может привести к их раз­рушению. Использование микроприсосок исключает такую опас­ность. Необходимость применения ЗУ на микроприсосках диктует­ся в основном потребностью приборостроительной и радиоэлек­тронной промышленности, так как здесь число деталей с криво­линейной поверхностью, ступенчатых, тонких пластин со сквозны­ми отверстиями массой не более 200 г достигает 50% их общего числа [9].

Изготовление присосок для вакуумных ЗУ требует специальной технологии, которая доступна не всем предприятиям. В связи с этим могут представлять интерес вакуумные ЗУ, спроектирован­ные по типу станочных вакуумных приспособлений; при этом в металлическом корпусе ЗУ фрезеруются канавки, в которые уста­навливаются уплотняющие резиновые прокладки. При включении приспособления из его плоскости откачивается воздух и под де­талью создается разреженная зона. Деталь, сжимая резиновую прокладку, прижимается к опорной плоскости корпуса и таким образом закрепляется.

Если детали сложной формы, то можно создавать ЗУ для каждого конкретного вида деталей факсимильным способом, при котором форма получаемого ЗУ точно повторяет форму поверх­ности детали, за которую она будет захватываться.

Этим способом можно изготовлять как вакуумные ЗУ, так и другие их виды. Факсимильный способ дешев, его разработчики считают, что в некоторых случаях ЗУ можно изготовлять не­посредственно на рабочем месте за 1—2 ч. Особенно перспективно использование факсимильных ЗУ, когда площадь захвата ограни­чена или деталь имеет сложную форму или отверстия. При этом можно легко избежать отверстий (или закрыть их), и общая по­верхность присоса может быть значительно больше, чем при ис­пользовании осесимметричных присосок.

Для изготовления таких ЗУ используется силиконовый каучук или полиуретан, вулканизированный при комнатной температуре. Применение силиконового каучука ограничено его низкой износо­стойкостью. Лучшие характеристики имеет полиуретан, однако он труднее поддается обработке и требует более сложного оборудо­вания. Для изготовления полостей используют воск.

Рис. 13. Схема изготовления факсимильного ЗУ

1 — изделие; 2, 4 — восковые детали; 3 — центральное отверстие; 5 — область присасывания; 6 — всасывающие каналы

 

На рис. 13 показана схема изготовления факсимильного ЗУ, в котором для правильной установки детали центральное отверстие 3 заполняют до формования. Внутренние всасывающие каналы 6 заполняют растворимым материалом. Детали 2 и 4 формуются из мягкого материала, например из воска. После формовки и вытапливания воска образовавшиеся пустоты 5 и 6 становятся соответственно областью присасывания и всасывающими каналами. Для пред­ отвращения нарушения вакуума в присоске (за счет утечки через отверстия в деталях) могут использоваться воздухоотводящие трубки для центрального канала.

При необходимости обеспечения большей площади присасы­вания можно применять воск, легко поддающийся формовке, если температура формуемой детали меньше температуры плавления воска. В форме, изготовленной из металла, область присасывания может быть сформована из быстро затвердевающей эпоксидной смолы. Оба материала выдерживают температуру до 120° С при наполнении и затвердевании материала в форме.

Кроме формования факсимильных ЗУ методом литья сущест­вует возможность получения механически прочных и термостой­ких отливок для деталей сложной геометрической формы мето­дом нанесения на них покрытия из эпоксидной смолы или поли­эфира на подложку с последующей механической обработкой отливки. Некоторые полимеры, пригодные для формовки, имеют такую высокую вязкость, что ЗУ из таких материалов могут быть нанесены просто кисточкой из шприц-тюбика при вращении де­тали.

Проведенные испытания ЗУ, выполненных из эластичных пено­пластов, при переносе хрупких плоских деталей и партий деталей с существенными отклонениями геометрических параметров для каждой из них, например керамических плиток, показали положи­тельные результаты и могут быть рекомендованы для более ши­рокого применения. Основное преимущество пенопластов — ма­лое время их полимеризации (менее часа).

Рис. 14. Компоновки ЗУ, предусматривающих возможность самоцентрирования присосок:

а — установка микроприсосок на пружинах; б — установка присосок на плавающей подвес­ке; в — установка присосок на стержнях, втягивающихся в полые трубки

 

При необходимости могут быть спроектированы ЗУ, приспосаб­ливающиеся к форме захватываемой детали (рис. 14) и использующие пружины, плавающие подвески и т. д. Захватное устрой­ство (рис. 14, в) снабжено простейшими датчиками. Оно предназ­начено для захватывания неориентированных деталей из бункера. Можно отметить следующие преимущества предлагаемого ЗУ: возможность захватывания деталей различных конфигураций; обеспечение стабильного захватывания; возможность ориентиро­вания деталей; получение информации о форме и типе детали.

Помимо ЗУ с одним рядом присосок было разработано ЗУ, имеющее пять рядов, из двадцати небольших присосок, располо­женных на расстоянии 12,7 мм друг от друга. Такое ЗУ обеспечи­вает более надежное захватывание деталей сложной формы. Присоски крепятся на стержнях, втягивающихся в полые трубки, внутри кото­рых располагаются резисторные датчики. В зависимости от поло­жения стержня с выхода этих датчиков снимается сигнал напря­жением от 0 до 8 В постоянного тока. Эти сигналы от всех при­сосок поступают на аналого-цифровой преобразователь, на выхо­де которого формируется девятиразрядный код. Совокупность сигналов от датчиков дает информацию о форме и ориентации захватываемой детали.

Несколько вакуумных присосок может быть присоединено к подвеске через гофрированный эластичный материал, позволяю­щий (благодаря его гибкости) присоскам приспосабливаться к поверхности детали. Приспособление к форме захватываемой де­тали может быть получено и при использовании вакуумных при­сосок, по периметру которых крепится очень гибкая оболочка, на­полненная деформируемой смесью, становящейся жесткой при.раз­режении. ЗУ приводится в соприкосновение с деталью; в коль­цевую сумку подается небольшое избыточное давление, чтобы при­дать текучесть деформируемой смеси; в результате часть оболоч­ки, находящейся в контакте с деталью, принимает ее форму. За­тем полость вакуумируется, что вызывает разрежение в оболочке и затвердевание смеси. При дальнейшем разрежении происходит захват детали. В СССР также исследовалась возможность использования де­формируемой смеси в мягких ЗУ. Создано ЗУ механического ти­па, губки которого покрыты гибкой оболочкой, наполненной шари­ками из синтетического материала. После охвата детали сложной формы в оболочке создается пониженное давление, при этом оболочка «затвердевает», не изменяя своей формы. Резуль­таты проведенных исследований могут быть использованы и при создании вакуумных ЗУ, подобных рассмотренным выше.