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.