Описание
Применение автоматических манипуляторов и промышленных роботов для автоматизации процесса сборки (демоверсия)
Автоматические манипуляторы успешно применяются для автоматизации процесса сборки, в серийном производстве, особенно если в собираемый узел входят крупногабаритные детали сложной формы плохо поддающиеся автоматической ориентации в бункерных загрузочных устройствах и магазинах. Поэтому основным функциональным назначением манипуляторов, применяемым в сборочном производстве, является поштучный забор из магазина или кассеты, подача в зону сборки и установка в требуемом положении на сборочное приспособление собираемых (чаще всего базовых) деталей и съем собранного узла с последующей его укладкой в тару. Для этого манипулятор в общем случае оснащается одной или двумя руками с механизмом выдвижения, механизмом подъема и поворота руки, с закрепленным на ней схватом для зажима и удержания в процессе перемещения детали, что позволяет подавать собираемую деталь в зону сборки независимо от взаимного расположения накопителя (кассеты) и сборочного приспособления. Вторая рука манипулятора, чаще всего, используется для съема с приспособления – спутника собранного узла. Наиболее эффективно, особенно в условиях многономенклатурного сборочного производства, использование автоматических манипуляторов, перечисленные механизмы которых имеют большой диапазон регулировки, а последовательность движений может меняться путем изменения программы работы манипулятора.
На Рис 1 показаны два автоматических манипулятора, оснащенные перечисленными механизмами, которые работают в составе автоматической линии для сборки терморегулятора, при этом один осуществляет установку трубки терморегулятора, имеющую сложную форму, в приспособление – спутник, установленное на поворотном столе, а второй, расположенный на заднем плане, выполняет съем собранного узла (терморегулятора). Такие манипуляторы обычно имеют пневматический привод и строятся по модульному принципу. В настоящее время рад известных фирм выпускают модули, которые позволяют компановать манипулятор нужной конфигурации с требуемой величиной перемещения транспортируемого предмета.
На Рис 2 показаны различное пневмообрудование, выпускаемое фирмой «CAMOZZI», на базе которого можно создавать различные механизмы манипуляторов, компануя их по модульному принципу. В частности модули выдвижения (смещения) – Рис 2а, б, модуль поворота – Рис 2в, тандемный пневмоцилиндр, позволяющий выполнять несколько дискретных перемещений – Рис 2г, схваты – Рис 2д, гидроамортизатор – Рис 2е.
На Рис 3 показан общий вид автоматизированного комплекса оборудования для сборки петли, в состав которого входит автоматический манипулятор, осуществляющий переукладку собираемых деталей перед их сборкой. В состав комплекса входит пневмоцилиндр 1 для подачи карт петли по лотку 2, делительное устройство 3, разделяющее транспортируемые по лотку 2 детали (карты петли) на два потока и состоящее из пневмоцилиндра 4, платформы 5 с закрепленными на ней лотками 6 и 7 и двух пневмоцилиндров 8, а также лотки 9 и 10 с ориентирующим устройством 11, автоматическим манипулятор В, сборочная головка 14, шаговый транспортер 46 сталкивающее устройство 50 и пресс 48. Ориентирующее устройство 11 представляет собою плиту с закрепленными на ней направляющими 12 и пластинчатыми пружинами 13. Манипулятор В с пневматическим приводом состоит из колонны 16, имеющей возможность поворота, осуществляемого посредствам поворотного механизма 15, две расположенные под углом 90 град друг к другу руки 17, с механизмом горизонтального выдвижения, снабженные электромагнитным схватом 19, который связан со штоком пневмоцилиндра 18 для его вертикального перемещения. По обе стороны от сборочной головки 14 установлены бункерные загрузочные устройства 20 для подачи осей, которые связаны с рабочей зоной сборочной головки 14 посредствам лотков 21.
Рис 3 Общий вид автоматизированного комплекса оборудования для сборки петли, содержащий автоматический манипулятор
Сборочная головка 14 содержит раму 22 на которой закреплены ложемент 23 с электромагнитами 24, а также два механизма подачи 25 и упоры 26 размещенные между ложементом 23 и механизмом подачи 25 (см. Рис 4). Механизм подачи 25 включает с себя подпружиненный ползун 27, перемещающийся по направляющим 28 посредствам пневмоцилиндра 29, при этом на ползуне 27 закреплена каретка 30, в центрах 31 которой установлены с возможностью поворота зажимы 32 и 33, удерживаемые в исходном положении пружиной 34. Между бункерами 20 для подачи осей и сборочной головкой 14 установлены механизмы 35 для досылания осей, предназначенные для переталкивания осей из магазина 20 в зажимное устройство 32.
Рис 4 Сборочная головка автоматизированного комплекса оборудования
Механизм 35 досылания осей содержит пневмоцилиндр 36, закрепленный на раме, шток которого посредствам кронштейна 37 связан с толкателем 38 и тягой 39, на конце которой закреплена пята 40 взаимодействующая с подпружиненным отсекателем 41, шарнирно установленным на лотке 21 и имеющим два рабочих выступа 42 и 43 (см. Рис 5).
Рис 5 Механизм досылания осей
Выступ 42 предназначен для взаимодействия с предпоследней перед отсекателем осью, а выступ 43 – с последней. На раме соосно с толкателем 38 установлен цанговый зажим 44, выполненный в виде двух подпружиненных полувтулок 45, размещенных в корпусе. Шаговый транспортер 46, расположенный за сборочной головкой 14 по ходу технологического процесса сборки петли, содержит подвижную раму 47 имеющую форму ножей, перемещающих собираемый узел от сборочной головки 14 по лотку 49 к прессу 48. Перпендикулярно шаговому транспортеру 46 установлен механизм 50 для сталкивания собранных узлов, который перемещает изделие по столу пресса 48 и далее в лоток 51, установленный на противоположной стороне пресса 48 перемещаясь по которому оно попадает в тару 52 (см. Рис 6).
Рис 6 Устройство для укладки собранных узлов
Для обеспечения правильной укладки собранных узлов в тарный ящик 52 установлен на поворотном столе 53, расположенном на платформе 54, снабженной роликами 55, перемещающимися в направляющих 56, закрепленных на неподвижном основании 56 (см. Рис 6), при этом, на платформе 54 установлен вал 58, шарнирно соединенный посредствам рычагов 59 и 60 с неподвижным основанием 57, а через зубчатую реечную передачу 61 связанный с пневмоцилиндром 62. Собираемый узел состоит из двух карт 63 и двух осей 64
Работает сборочный комплекс следующим образом. Карты 63 петли в вертикальном положении поступают в лоток 2, по которому они перемещаются пневмоцилиндром 1 к делительному устройству 3. Платформа 5 делительного устройства 3 с жестко закрепленными на ней лотками 6 и 7 перемещается пневмоцилиндром 4 в горизонтальной плоскости таким образом, что карты 63 попадают в зависимости от прямого или обратного хода штока пневмоцилиндра в лоток 6 или 7 и далее пневмоцилиндрами 8 по лоткам 9 или 10 соответственно транспортируются к ориентирующему устройству 11. Карта 63, выходя из лотка 9 или 10 отгибает пластинчатую пружину 13 и переворачивается ею в горизонтальное положение, занимая при этом место между пружиной 13 и направляющей 12. Затем манипулятор В, электромагнитным схватом 19 одной из своих рук 17 забирает карту 63 из одного из потоков, а схватом 19 другой руки 17 одновременно укладывает взятую ранее карту 63 на ложемент 23 сборочной головки 14 , а затем его колонна 16 приводимая в движение пневмоцилиндром поворота 15 поворачивается на угол 90 град и укладывает в ложемент 23 вторую карту 63. Попарная укладка карт 63 в ложемент 23 (см. Рис 4, Вид Б) обеспечивается горизонтальным выдвижением схвата 19 второй руки 17 манипулятора, оснащенного для этого соответствующим пневмоцилиндром. Электромагниты 24 расположенные в ложементе 23 обеспечивают ориентированное положение и фиксацию карт 63 в ложементе. Одновременно с укладкой карт из бункеров 20 по лоткам 21 в вертикальном положении, удерживаясь за головку, подаются оси 64, поступающие в цанговый зажим 44 механизма досылания 35, а их поштучная выдача в зону сборки обеспечивается отсекателем 41. При движении вверх штока пневмоцилиндра 36 опорная пята 40 поворачивает отсекатель 41, который пропуская выступом 43 одну ось 64, удерживает остальные оси выступом 42. При движении штока пневмоцилиндра 36 вниз пружина возвращает отсекатель 41 в исходное положение, поток осей сдвигается на шаг и последняя ось упирается в выступ 43. Одновременно с этим толкатель 38, опускаясь вниз, проталкивает ось 64 из цангового зажима 44 в зажим 32 сборочной головки 14 для выполнения сборки карт 63. После этого включаются механизм подачи 25, ползун 27 которого перемещается по направляющим 28, а зажим 32 размещенный в каретке 30 взаимодействует с упором 26, который заставляет его поворачиваться на угол 980 град, обеспечивая этим горизонтальное расположение осей 64 перед сборкой и картами 63. Шток пневмоцилиндра 29, продолжая движение, запрессовывают оси 64 в попарно уложенные карты 63 петли соединяя их в единый узел – петлю. Собранная петля шаговым транспортером 46 перемещается к прессу 48 где окончательно обжимается и после этого удаляется на лоток 49, с которого сталкивающее устройство 50 перемещает ее на стол пресса 48, а последующая собранная и опрессованная на прессе 48 петля, сталкивает предыдущую в лоток 51, из которого она попадает в тару 52. Для равномерной укладки собранных петель стол 53 на котором установлена тара 52 совершает вовратно – поступательное перемещение. Такое движение стола 53 обеспечивается вращением жестко соединенного с ним вала 58, которое он получает от певмоцилиндра 62 через зубчато – реечную передачу 61 и кинематической связью вала 58 с рычагами 59 и 60.
В данном случае для транспортирования собираемых деталей в зону сборки был использован автоматический манипулятор В, имеющий типовую конструкцию аналогичную показанной на Рис 1. Однако в ряде случаев для эффективной автоматизации процесса сборки применяются манипуляторы, имеющие оригинальную конструкцию. Рассмотрим примеры конструкции таких манипуляторов.
Рис 7 Конструкция полуавтоматической установки для монтажа буксы с комплектом роликовых подшипников на цапфу вала.
На Рис 7 показана конструкция полуавтоматической установки для монтажа буксы с комплектом роликовых подшипников на цапфу вала, состоящая из автоматического манипулятора и приемного стола, которые установлены на общей раме 1. Манипулятор, состоит из подъемно – поворотного механизма 2 и стола 3. На столе 3 в направляющих втулках 4 установлена, с возможностью горизонтального перемещения посредствам гидроцилиндра 6, траверса 5, на которой шарнирно на оси 7 крепится подающая головка 8, содержащая стакан 9 и подпружиненный центр 10 с коническим хвостовиком, при этом, на стакане 9 расположен перемещаемый посредствам двух гидроцилиндров 14 толкатель 11 с захватами 12 приводимыми в действие гидроцилиндром 13. Приемный стол содержит шариковую опору 15, на которой установлена направляющая втулка 16 с гидроцилиндром 17, на штоке которого посредствам шаровой опоры 18 крепится стакан 19 с заходным конусом для разжима роликов подшипников и центровым отверстием для центровки буксы. Подающая головка 8 снабжена шарниром 20, вокруг которого она имеет возможность поворота на угол 90 град, получая при этом привод от гидроцилиндра 21 для захвата буксы, находящейся в направляющей втулке 16. На траверсе 5 стола 3 подъемно – поворотного механизма 2 шарнирно установлен гидроцилиндр 22, шток которого посредствами оси 23 и рамки 24 связан с подающей головкой 8. Гидроцилиндр 22 предназначен для наклона подающей головки 8 и буксой на угол αдля опоры верхних роликов на внутреннее кольцо подшипника, предварительно запрессованное на вал.
Работает установка следующим образом. Букса, собранная с наружными кольцами подшипника, сепараторами и роликами устанавливается в направляющую втулку 16 приемного стола. Затем стакан 19 гидроцилиндром 17 поднимается вверх и входит в буксу, раздвигая при этом своим заходным конусом ролики подшипника и размещая их в окнах сепаратора. После этого включается гидроцилиндр 21 и подающая головка 8 на оси 20 поворачивается на угол 90 град и устанавливается в вертикальное положение центром 10 вниз. С помощью подъемно – поворотного механизма 2 стол 3, траверса 5 и подающая головка 8 поворачиваются на угол 90 град в горизонтальной плоскости, устанавливая при этом центр 10 над установленной в направляющей втулке 16 буксой по ее оси. После этого стол 3, траверса 5 и подающая головка 8 опускаются вниз и центр 10 входит в центровое отверстие стакана 19, окончательно центрируя буксу относительно подающей головки 8. Благодаря тому, что букса установлена в направляющей втулке 16 опирающейся на шариковую опору 15 она свободно перемещается в радиальном направлении.. При дальнейшем опускании подающей головки 8 стакан 9 входит в верхний подшипник между его роликами. Затем гидроцилиндр 13 приводит в действие захваты 12, которые зажимают буксу. Далее с помощью двух гидроцилиндров 14 и захватов 12 зажатая букса надвигается на стакан 9, а гидроцилиндр 17 в это время опускает вниз стакан 19, освобождая при этом буксу. После этого включается подъемно поворотный механизм 2 и стол 3, траверса 5 и подающая головка 8 с буксой поднимаются вверх и поворачиваются в горизонтальной плоскости на угол 90 град, возвращаясь в исходное положение. Далее с помощью гидроцилиндра 21 подающая головка 8 с буксой поворачивается на оси 20, располагаясь горизонтально, а при включении гидроцилиндра 22 головка поворачивается на угол α, после чего посредствам гидроцилиндра 6 она в наклоненном положении перемещается в сторону вала, на который устанавливается букса, до соприкосновения верхних роликов подшипника с его внутренним кольцом запрессованным на валу. При этом центр 10 входя в центровое отверстие вала, при дальнейшем движении головки 8 утопает в стакане 9. Затем включается обратный ход гидроцилиндра 22 и подающая головка 8 возвращается в горизонтальное положение, занимая при этом положение соосное валу. В это же время включаются гидроцилиндры 14 привода толкателей 11, и как только достигается соосность головки 8 с буксой и оси вала, толкатель 11 одевает буксу на вал. Затем включается гидроцилиндр 13 и разжимает захваты 12, тем самым освобождая буксу, а толкатель 11 в это время гидроцилиндром 14 возвращается в исходное положение. Далее подающая головка 8 с траверсой 5 гидроцилиндром 6 также возвращается в исходное положение. На этом цикл установки буксы с подшипниками на вал заканчивается и установка готова к следующему циклу работы.
На Рис 8 показана конструкция манипулятора для сборки литейных форм. Она содержит раму с верхней плитой 1, установленную на стойках 2, подвижную траверсу 3, снабженную механизмом зажима верхней опоки, который выполнен в виде упоров 4 за-крепленных на скалках 5, количество которых обеспечивает устойчивое положение верх-ней опоки 6 с ребордами 7. На плите 1 установлен основной цилиндр 8 для перемещения верхней опоки 6, шток 9 которого соединен с подвижной траверсой 3. На четырех колоннах 13 с возможностью откидывания установлены роликовые захваты 12 механизма захвата нижней опоки 10 имеющей реборды 11. Для откидывания захватов 12 нижней опоки 10 имеется соответствующий механизм, выполненный в виде пневмоцилиндров 14 перемещения захватов 12 и рычагов привода 15, шарнирно соединенных со штоком 16 пневмоцилиндра 14, размеры которых позволяют иметь «мертвую точку». Сбоку над верхней плитой 1 установлены пневмоцилиндры 17 перемещения нижней опоки 10. При этом, их штоки 18 соединены с захватами 12. На стойках 20 закрепленных на верхней плите 1 установлен вал 19, на котором закреплены рычаги 21, посредствам тяг 23 соединенные с траверсой 22, в которой закреплены колонки 13 захватов 12, что в результате образует механизм синхронизации подъема – опускания механизма захвата нижней опоки 10.
Рис 8 Конструкция манипулятора для сборки литейных форм.
Работает установка следующим образом. В исходном положении роликовые захваты 12 закрыты и находятся на уровне рольганга 24 подающего опоки, а упоры 4 находятся ниже реборд 7 верхней опоки 6. Поэтому после подачи верхней опоки 6, последняя входит в захваты 12. Затем включается основной пневмоцилиндр 8 перемещения верхней опоки 6, который тянет вверх упоры 4, а последние захватывают верхнюю опоку 6 снизу за реборды 7, поднимают ее вверх и удерживают там, освобождая место в закрытых захватах 12 для нижней опоки 10. Затем в захваты 12 подается нижняя опока 10, которая удерживается ими. При этом благодаря наличию у рычагов 15 «мертвой точки» при аварийном отключении подачи воздуха в пневмосистему они не раскроются и удержат нижнюю опоку 10, исключая ее падение. В это время подается тележка 25 на транспортере 26, после чего включаются пневмоцилиндры 17 на ход вниз, которые с помощью механизма синхронизации одновременно опускают захваты 12 с нижней опокой 10 на эту тележку. Затем включается основной пневмоцилиндр 8, который опускает верхнюю опоку 6 на нижнюю опоку 10 и таким образом осуществляет сборку литейной формы. Далее включаются пневмоцилиндры 14, которые через рычаги 15 откидывают захваты 12 в стороны. Затем пневмоцилиндры 17 включаются на ход вверх и поднимают захваты 12, освобождая путь собранной форме. В это время скалки 5 и упоры 4 удерживаются внизу, но благодаря своей форме и расположению они не препятствуют свободному выходу собранной формы на транспортере 26 . После ухода транспортера 26 с собранной формой пневмоцилиндры 14 включаются на обратный ход и через рычаги 15 закрывают захваты 12. На этом цикл заканчивается и установка готова для сборки следующей литейной формы.
Рис 9 Общий вид автоматизированного комплекса оборудования на базе специального манипулятора для сборки картера редуктора автомобиля с крышками.
На Рис 9 показан общий вид автоматизированного комплекса оборудования на базе специального манипулятора для сборки картера редуктора автомобиля с крышками. В со-став комплекса входят: специальный манипулятор 1, приспособление – спутник 2 для установки базовой детали – картера редуктора 3, два магазина – грейфера 4 и 5 для правых 6 и левых 7 крышек картера соответственно со шпильками 8. Каждый магазин – грейфер состоит из неподвижной каретки 9 и охватывающей ее подвижной каретки 10, которая соединена с шаговым приводом, который содержит пневмоцилиндр 11 вертикального перемещения каретки 10, шток которого посредствам тяги 12 соединен с системой двуплечих рычагов 29, а также прневмоцилиндр 13 поступательного перемещения каретки 10, шток которого соединен с двуплечими рычагами 14. На контактирующих вертикальных поверхностях кареток 9 и 10 выполнены сопряженные отверстия 15 с шагом равным шагу привода. Магазин 4 для правых крышек 6 расположен на рабочей оси манипулятора 1, а магазин 5 для левых крышек 7 расположен параллельно магазину 4 и снабжен кареткой 16 имеющей возможность перемещения в перпендикулярном оси кареток направлении получая при этом привод от пневмоцилиндра 17. Каретка 16 имеет глухие полуотверстия 18 и расположена на расстоянии шага магазина 5 от последней позиции его неподвижной каретки 9, так что полуотверстия 18 взаимодействуют с последней парой полуотверстий 15 подвижной каретки 10 магазина 5. Манипулятор 1 содержит неподвижную колонну, в верхней части которой выполнена траверса 19 по направляющим которой может перемещаться в горизонтальном направлении каретка 20, получающая при этом привод от пневмоцилиндра 31. На каретке 20 вертикально расположена рука 30 манипулятора со схватом 24 и четыре шпинделя 21 с подпружиненными патронами для закручивания шпилек 8. Схват 24 манипулятора содержит пневмоцилиндр 26, шток которого соединен с пальцами 27 шарнирно установленными на оси 25 и имеющими продольные пазы 28. Верти-кальное перемещение руки 30 манипулятора осуществляется от пневмоцилиндра 32.
Рис 10 Патрон для закручивания шпилек
Патрон для закручивания шпилек (см. Рис 10) содержит подвижный в осевом направлении в пределах паза 4 хвостовик 1, соединенный со шпинделем гайковерта с помощью поводка 3 и поджатый пружиной 5, шариковую крестовую муфту 6 и упорный подшипник 7, обеспечивающие свободное «плавание» корпуса 8 патрона и его кулачков 9 относительно патрона, которое может иметь место в пределах зазора между деталями муфты 6 и корпуса 8. При этом первоначальная центровка корпуса 8 с кулачками 9 осуществляется прокладками 10 и резиновыми кольцами 11. В исходном положении кулачки 9 под действием пружины 12 закрыты и утоплены в корпусе 8, в котором закреплен палец 14 проходящий через продольный паз 13 выполненный в прилегающих друг к другу плоскостях кулачков 9 и который имеет прямолинейные и наклонные поверхности. В крышке 15 корпуса 8 выполнена канавка 16, в которую входит вилка связывающая патрон с конечным выключателем (ан Рис 10 не показаны).
Работает автоматизированный сборочный комплекс оборудования следующим образом. Перед началом работы магазины 4 и 5 загружаются крышками 6 и 7 с установленными в них шпильками 8, которые вставляются в глухие отверстия образованные сопряженными полуотверстиями 15 в неподвижной 9 и подвижной 10 каретках. Картер 3 редуктора, установленный и закрепленный в приспособлении спутнике 2 подается конвейером в рабочую зону комплекса оборудования. Начало автоматического цикла работы комплекса оборудования начинается с включения пневмоцилиндра 11, шток которого втягивается и перемещает вправо тягу 12, которая при этом заставляет рычаги 29 поворачиваться против часовой стрелки и поднимать каретку 10. После подъема каретки 10 включается пневмоцилиндр 13, его шток выдвигается и поворачивает рычаг 14 против часовой стрелки, последний при этом перемещает каретки 10 магазинов 4 и 5 вместе с крышками и шпильками влево на шаг, перенося на следующую позицию неподвижной каретки 9. В магазине 5 последняя крышка 7 попадает в полуотверстия 18 каретки 16, а в магазине 4 – в последнюю пару полуотверстий 15 каретки 9. Затем снова включается пневмоцилиндр 11, его шток выдвигается и посредствам тяги 12 поворачивает рычаги 29 в обратном направлении, в результате чего каретка 10 опускается, при этом ее полуотверстия 15 выводятся из контакта со шпильками 8. Далее возвращается в исходное положение шток пневмоцилиндра 13 и каретка 10 перемещается влево и возвращается в исходное положение. После этого каретка 16 получая привод от выдвигающегося штока пневмоцилиндра17 перемещается вместе с крышкой 7, выводя ее на рабочую ось манипулятора 1. Затем включается пневмоцилиндр 32, его шток выдвигается и рука 30 манипулятора опускается вниз. Одновременно с опусканием руки 30 включается привод вращения шпинделей 21, патроны которых накручиваются на шпильки 8. После этого включается пневмоцилиндр 26 привода схвата 24, его шток выдвигается и поворачивает пальцы 27 схвата, переводя их в горизонтальное положение, при котором они заходят под крышки 6 и 7. Далее шток пневмоцилиндра 32 втягивается и осуществляет подъем руки 30 вместе с удерживаемыми крышками и шпильками, а затем каретка 20 манипулятора вместе с рукой 30, приводимая в движение пневмоцилиндром 31, шток которого при этом втягивается, перемещается по направляющим траверся 19 влево и останавливается над картером 3, закрепленном в приспособлении – спутнике 2. После этого как было рассмотрено ранее пневмоцилиндром 32 осуществляется опускание руки 30 и крышки устанавливаются на картер, а начинающие после этого вращаться шпиндели 21 своими подпружиненными патронами закручивают шпильки 8 и таким образом крепят крышки 6 и 7 к картеру 3. После выполнения сборочной операции шток пневмоцилиндра 26 втягивается и при этом выводит пальцы 27 схвата из под крышек, а затем втягивается шток пневмоцилиндра 32, в результате чего рука 30 манипулятра поднимается вверх и возвращается в исходное положение. При этом освобождение резьбовых концов шпилек обеспечивается за счет разведения кулачков 9 патрона пальцем 14 (см. Рис 10).
Промышленные роботы отличаются от автоматических манипуляторов тем, что обладают более широкими технологическими возможностями за счет наличия числового программного управления и программируемых приводов. Они применяются для автоматизации процессов в механосборочном производстве в тех случаях, когда схват удерживающий деталь должен иметь большое количество точек позиционирования, например при установке нескольких деталей или совершать движение по сложной траектории, например, при перемещении габаритной детали в ограниченном пространстве. В частности промышленные роботы успешно применяются в составе конвейеров для сварки кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей, где они помимо сварочных операций осуществляют установку на сварочный стапель одной или нескольких свариваемых деталей (см. Рис 11).
Рис 11 Установка роботом на сварочный стапель конвейера элемента кузова легкового автомобиля.
Промышленные роботы находят эффективное применение для сборки изделий выпускаемых электротехнической промышленностью. На Рис. 12 показан роботизированный комплекс оборудования для сборки трансформаторов.
Рис. 12. Роботизированный комплекс оборудования для сборки трансформаторов.
Для выполнения сборочных операций роботы могут оснащаться сборочными головками, например для установки и затяжки крепкежных деталей. На Рис. 13 показан промышленный робот, оснащенный головкой для закручивания винтов при выполнении сборки электроустановочных изделий, которые для сокращения времени на ориентацию собираемых деталей и соединяющего их крепежа уложены в многорядную кассету.
Рис. 13. Промышленный робот, оснащенный головкой для закручивания винтов
Для выполнения сборочных операций роботы могут оснащаться сборочными головками, например для установки и затяжки крепкежных деталей. На Рис. 13 показан промышленный робот, оснащенный головкой для закручивания винтов при выполнении сборки электроустановочных изделий, которые для сокращения времени на ориентацию собираемых деталей и соединяющего их крепежа уложены в многорядную кассету.
Однако, необходимо отметить, что в настоящее время промышленные роботы по сравнению со сборочными автоматами и полуавтоматами находят более ограниченное применение в сборочном производстве. Это объясняется тем, что для эффективного ис-пользования в сборочном производстве промышленных роботов необходимо чтобы их конструкция позволяла :
− обеспечить более высокую производительность за счет сокращения времени на установку и взаимную ориентацию собираемых деталей,
− исключить необходимость оснащения автоматизированных сборочных комплексов подавляющим большинством, накопителей (магазинов, кассет) для поштучной, ориентированной выдачи собираемых деталей за счет использования адаптивных схватов, позволяющих осуществлять захват при расположении деталей в таре навалом,
− иметь возможность быстрой переналадки (перепрограммирования) исполнитель-ных механизмов при переходе со сборки одного типоразмера сборочной единицы на другую.
Однако серийно выпускаемые модели промышленных роботов, будучи намного сложнее и дороже питателей и автоматических манипуляторов, которые, как правило, имеют пневматический привод и цикловое управление, обладают ограниченными техно-логическими возможностями, проявляющимися, прежде всего, в медленной адаптации схвата к положению детали произвольно расположенной в таре, что в целом существенно снижает производительность сборочного роботизированного комплекса. В результате этого, в большинстве случаев роботизированные комплексы, также как и автоматизированные комплексы с автоматическими манипуляторами оснащаются накопителями. По-этому входящие в их состав промышленные роботы фактически работают как автоматические манипуляторы, реализуя свои технологические возможности на 15 – 20 %, прежде всего в части использования количества точек позиционирования программируемого привода, и несмотря на рост производительности, который по сравнению с ручным трудом в большинстве случаев (в машиностроении) не превышает 10 – 15 %, не могут обеспечить высокоэффективную работу сборочного комплекса. Учитывая вышеизложенное можно сделать вполне очевидный вывод о том, что значительный рост использования промышленных роботов в сборочном производстве, может быть, достигнут только тогда, когда они будут обладать таким уровнем искусственного интеллекта, который позволит руке робота со схватом, при высокой скорости перемещения, работать также адаптивно при установке собираемых деталей и наживлении крепежа (болтов, винтов, гаек), как это делает рука сборщика.
Схваты манипуляторов и промышленных роботов.
В составе сборочного оборудования автоматического действия автоматические манипуляторы используются для подачи (транспортирования) и установки, в требуемом положении, как базовой детали, собираемой сборочной единицы, так и деталей подлежащих соединению с ней, а промышленные роботы обладающие более совершенной системой управления выполняют более сложные сборочные операции, для чего они оснащаются адаптивными схватами и сборочными головками. Для захвата и переноса деталей автоматические манипуляторы оснащаются схватами на тип, конструкцию и вид привода которого в определяющей степени оказывают влияние следующие основные факторы:
– форма, размеры, масса и материал заготовки (детали, сборочной единицы) которую необходимо транспортировать,
– специфика выполняемой сборочной операции (установка и затяжка резьбовых соединений, клепка и развальцовку, установка упругих деталей),
– дополнительные требования и ограничения, предъявляемые к процессу транспортирования.
По принципу осуществления зажима транспортируемого объекта схваты делятся на: механические, вакуумные, магнитные (электромагнитные), пневматические, специальные и адаптивные. Рассмотрим несколько примеров основных типов схватов.
Механические схваты
Конструкция механического схвата состоит из следующих элементов: привод, исполнительный механизм, звено, контактирующее с зажимаемым объектом (губки, призмы, эксцентрики и прочее), а также дополнительные устройства, расширяющие технологические возможности схвата. В качестве привода механического схвата могут быть использованы, пневмо – гидроцилиндры и поворотники, а также зубчатые передачи, приводимые в движение электродвигателем или гидромотором. В качестве исполнительного механизма в сватах этого типа могут использоваться клиновые, эксцентриковые и шарнирно – рычажные механизма, а также зубчатые и винтовые передачи. Кроме того для расширения технологических возможностей схвата, или оптимизации цикла работы манипулятора в конструкцию схвата могут встраиваются дополнительные устройства.
Рис 2 Конструкция механического схвата с рычажно – клиновым
исполнительным механизмом
На Рис 2 показана конструкция механического схвата с рычажно – клиновым исполнительным механизмом. Он содержит два двуплечих зажимных рычага 1, которые с помощью осей 2 шарнирно установлены в кронштейне 3, при этом они оснащены ролика-ми 5 установленными на осях 4, соединенных между собою пружиной 6, а на правом торце кронштейна 3 закреплен фланец пневмоцилиндра 9, на штоке которого расположены два клина 7, контактирующих с роликами 5 зажимных рычагов 1. Зажим детали осуществляется при выдвижении влево штока 8 пневмоцилиндра 9, при этом закрепленные на нем клинья 4, воздействуя на ролики 5, сводит ведомые плечи зажимных рычагов 1, прижимая их к детали 10, Освобождение детали 10 осуществляется с помощью пружины 6, которая разводит прижимные рычаги 1, при втягивании штока 8 с клиньями 7 (перемещении вправо).
В данном разделе полной версии статьи приводится 9 примеров конструктивного исполнения механических схватов (см. Рис.в таб.) с описанием их работы
Механические схваты с дополнительными устройствами
Для расширения технологических возможностей схвата, или оптимизации цикла работы манипулятора в конструкцию схвата встраиваются различные дополнительные устройства. Рассмотрим несколько примеров конструкции таких схватов.
На Рис 12 показана конструкция механического схвата, в котором дополнительное устройство, встроенное в его исполнительный механизм, позволяет кантовать зажатую заготовку. Он содержит зажимные рычаги 1 и 2 шарнирно установленные посредствам осей 3 и 4 на поворотном корпусе 5 механизма синхронизации зажимов 6, а также поворотный зубчато – реечный механизм 7. Поворотный зубчато – реечный механизм состоит из неподвижного корпуса 8 с цилиндрической стойкой 9, при этом в его горизонтальной расточке расположена гильза 10 со штоком – рейкой 11 имеющим два поршня 12 и 13, образующие рабочие полости Г и Д пневмоповоротника, при этом зубчатая рейка зацепляется с шестерней 14, закрепленной на выходном валу 15, установленным в вертикальной расточке корпуса 8 на подшипниках 28. Механизм синхронизации зажимных рычагов содержит двуплечий рычаг 16, жестко закрепленный на выходном валу 15 поворотного механизма, две направляющие скалки 17, 18 и подвижные скалки 19, 20 которые выполнены с пазами а и б для размкщения в них соответствующих плеч рычага 16, и буртами Е, Ж для установки вилок 21, 22, связанных посредствам пальцев 23, 24 с зажимными рычагами 1 и 2. Поворотный корпус 5 механизма синхронизации зажимных рычагов установлен на цилиндрической части корпуса 9 с возможностью поворота и снабжен фиксатором выполненным в виде подпружиненного плунжера 25, контактирующего с лунками 26, 27 выполненными на наружной цилиндрической поверхности стойки корпуса 9 под углом 180 град друг к другу. На верхнем конце вала 15 установлены упоры 29 управляющие автоматическим циклом работы схвата.
В данном разделе полной версии статьи приводится 5 примеров конструктивного исполнения механических схватов с дополнительными устройствами (см. Рис. в таб.) с описанием их работы
Вакуумные схваты
Вакуумный схват состоит из присоски или комплекта присосок, каждая из которых закреплена на штанге, установленной в кронштейне на руке манипулятора с возможностью осевого перемещения, при этом внутренняя полость вакуумной присоски, контактирующая с заготовкой, соединяется с источником разряжения (вакуумным насосом или эжекторным устройством). Благодаря простоте конструкции вакуумный схват, после механических схватов, наиболее широко используется в автоматических манипуляторах и промышленных роботах. Широкое применение схваты этого типа находят, прежде всего, при транспортировании плоских заготовок из листа. Однако существует ряд конструктивных схем вакуумных схватов позволяющих осуществлять зажим и транспортирование заготовок и деталей имеющих неплоскую форму.
Рис 20 Конструкция вакуумного схвата в котором вакуум создается без использования внешних источников
Существенное упрощение конструкции вакуумного схвата может быть достигнуто при создании вакуума во внутренней полости присоски без сторонних источников. Пример конструкции такого вакуумного схвата показании на Рис 20. Он содержит корпус 1, выполненный в виде полого цилиндра и укрепленный на подвижном в вертикальном направлении держателе 2 и оснащенный присоской 4 закрепленной на его нижнем конусном конце с помощью гайки 3, а в его центральном отверстии установлена штанга 5, цилиндрическая часть 6 которой зафиксирована относительно корпуса 1 посредствам пружины сжатия 7 и шайбы 8. Кроме того на штанге 5 выполнены цапфы 11, посредствам которых она шарнирно соединена с вилкой 10 двуплечего рычага 9, противоположное плечо которого с помощью ролика 13 может взаимодействовать с упором 14. В штанге 5 выполнено центральное отверстие 15, которое через обратный клапан 16 соединено с внутренней полостью присоски 4. В верхней части штанги 5 установлена плоская пружина 17, контактирующая с шариком 20 и внутренним краем стакана 18, поджатого пружиной 19. Стакан 18 удерживается на штанге 5 при помощи штифта 21, будучи при этом подвижным в осевом направлении.
Работает схват следующим образом. При движении держателя 2 вниз присоска 4 соприкасается с заготовкой 22 и одновременно ролик 13 рычага 9 начинает взаимодействовать с упором 14. При дальнейшем движении держателя 2 вниз на расстояние h присоска 4 упираясь в заготовку 22 деформируется, при этом воздух находящийся в ее внутренней полости удаляется в атмосферу через отверстие и разгрузочный клапан поднимая его шарик 20. Одновременно корпус 1 опускается на расстояние h1 и поворачивает рычаг 9, который, взаимодействуя посредствам вилки 10 с цапфами 11 со штангой 5, опускает последнюю на расстояние h2, вдвигая ее в полость присоски 4 и сжимая пружину 7. В результате этого вилка 10 рычага 9 переместится на величину h = h1 + h2. В конце хода держателя 2 обратный клапан 16 закрывается. Затем держатель 2 двигается вверх и штанга 5 под действием пружины 7 выводит свою цилиндрическую часть 6 из внутренней полости присоски 4, создавая в ней еще большее разряжение, и увеличивая тем самым усилие захвата заготовки 22. Далее штанга 5, продолжая движение вместе с держателем 2, окончательно выходит из внутренней полости присоски 4 и удерживается от выпадания шайбой 8, создавая при этом максимальное разряжение во внутренней полости присоски 4. Сброс заготовки 22 осуществляется при взаимодействии стакана 18 с упором 23, что приводит к тому, что плоская пружина 17 смещает шарик 20, соединяя, таким образом, внутреннюю полость присоски 4 с атмосферой через отверстие 15 в штанге 5
В данном разделе полной версии статьи приводится 9 примеров конструктивного исполнения вакуумных схватов (см. Рис. в таб.) с описанием их работы
Магнитные и электромагнитные схваты.
Магнитные схваты создают усилие необходимое для удержания переносимого предмета за счет действия магнитных сил, которые создаются либо постоянными, либо электрическими магнитами. Поэтому схваты такого типа могут быть использованы для работы только с магнитными материалами и прежде всего со стальными заготовками и деталями, что естественно сужает область их применения по сравнению с механическим и вакуумными схватами, но зато магнитные сваты, обладая более высокой жесткостью, чем вакуумные из – за отсутствия присосок, позволяют повысить точность позиционирования переносимого предмета, и могут работать без дополнительных устройств с заготовками имеющими сквозные отверстия, но они требуют включения в конструкцию схвата дополнительных устройств, для разъединения постоянного магнита с переносимым предметом.
Рис 24 Конструкция магнитного схвата с приводным устройством для сбрасывания переносимой манипулятором листовой заготовки
На Рис 24 показана конструкция магнитного схвата с приводным устройством для сбрасывания переносимой манипулятором листовой заготовки. Он содержит закрепленный на руке робота 1 пневмоцилиндр 2, поршень 5 которого поджатый пружиной 6 выполнен за одно со штоком 7, который жестко соединен с траверсой 8, шарнирно соединенной посредствам осей 9 и 10 с губками 3 и 4 схвата, при этом на верхней губке 3 установлен отсекатель 11 и боковыми пластинами 12 и 13 из немагнитного материала, например текстолита, в которых выполнены окна В, а на нижней губке 4 смонтирована планка 14, на которой с возможностью самоустановки смонтированы на подвесах 15 магниты 16 и демпферы 17, выполненные например из мягкой резины. На подвеске 15 установлены тонкие шайбы 18 число и толщина которых зависит от грузоподъемности магнитов, а отсекатель 11 подпружинен относительно планки 14 пружиной 19, при этом величина хода зубок 3 и 4 схвата регулируется упором 20.
Работает схват следующим образом. При разжатых губках поршень 5 находится в крайнем правом положении, а магниты 16 находятся ниже рабочей поверхности Г отсекателя 11. При опускании руки 1 робота магниты 16 схвата, благодаря демпферам 17 установленным на подвесах 15, мягко касаются подлежащей переносу листовой заготовки 21 и захватывают ее, а затем рука манипулятора переносит заготовку в нужную позицию. Для отделения заготовки от магнитов в поршневую полость пневмоцилиндра 2 подается сжатый воздух, и поршень 5 вместе со штоком 7 перемещается влево, сжимая при этом пружины 6 и 19 и посредствам траверсы 8 начинает сводить губки до момента их касания упора 20, при этом рабочие поверхности Г пластин 12 и 1 3 отсекателя 11 воздействуя на заготовку 21 сбрасывают ее с магнитов 16 схвата.
Электромагнитные схваты в отличие от схватов с постоянными магнитами несколько сложнее, но обладают рядом преимуществ, поскольку могут создавать гораздо большую силу для захвата ферромагнитных предметов различной формы и при отключении электрического тока подаваемого на катушку электромагнита легко без дополнительных устройств освобождают удерживаемый предмет.
Рис 25 Конструкция электромагнитного схвата позволяющего производить забор заготовок расположенных в кассете непараллельно горизонтальной
плоскости, а после забора выравнивать ее положение.
На Рис 25 показана конструкция электромагнитного схвата позволяющего производить забор заготовок расположенных в кассете непараллельно горизонтальной плоскости, а после забора выравнивать ее положение. Он содержит захватный орган 1 с катушкой индуктивности 2, который закреплен на штоке 3 пневмоцилиндра посредствам опоры 4, сферическая поверхности которой контактирует с ответной сферической поверхностью гайки 5, образуя сферический шарнир. Положение гайки 5 фиксируется контргайкой 6, а хвостовик опоры 4, крепится в отверстии штока 3 с помощью штифта 7. На нижней рабочей поверхности 9 захватного органа 1 закреплена пластина 8 из немагнитного материала. Корпус 10 пневмоцилиндра закреплен на плите 12, на которой также расположены пальцы 13 с коническими концами и датчики положения 14. Шток 3 пневмоцилиндра выполнен за одно с поршнем и поджат пружиной 16. Пневмоцилиндр жестко крепится на руке робота посредствам клеммного соединения. Для подвода сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра в его корпусе предусмотрен штуцер 15.
Работает схват следующим образом. Для захвата заготовки схват опускается пневмоцилиндром закрепленным на руке робота на стопу заготовок находящихся в кассете и расположенных с отклонением от параллельности к горизонту. В конце опускания штока 3 пневмоцилиндра захватный орган 1 своей рабочей поверхностью 9 ложится на поверхность верхней заготовки 17 в стопе, а за счет сферического шарнира состоящего из опоры 4 и гайки 5 полностью прилегает к ней (см. Рис. 25а). После этого на катушку индуктивности 2 подается напряжение и происходит захват верхней заготовки 17 и далее сжатый воздух через штуцер 15, установленный в корпусе 10 пневмоцилиндра подводится в его штоковую полость что приводит у подъему поршня со штоком 3 (пружина 16 при этом сжимается) вместе со схватом и верхней заготовкой 17 прижатой магнитными силами к рабочей поверхности 9 захватного органа 1. При подходе к крайнему верхнему положению заготовка 17 вступает в контакт с пальцами 13, конические концы которых выравнивают ее положение в пространстве, при этом захватный орган 1 поворачивается относительно вертикальной оси благодаря наличию сферического шарнира, образованного опорой 4 и гайкой 5. В крайнем верхнем положении захватный орган 1 с заготовкай 17 упирается в нижнюю плоскость плиты 15 и занимает вместе с ней горизонтальное положение, о чем подается соответствующая команда датчиками 14 (см. Рис. 25б) и рука робота перемещает схват вместе с удерживаемой заготовкой в требуемую позицию, а затем воздух из штоковой полости пневмоцилиндра сбрасывается в атмосферу и шток 3 вместе с захватным органом 1 и заготовкой 17 опускается вниз, при этом последняя укладывается на базовую плоскость приспособления. После этого прекращается подача напряжения не катушку индуктивности 2 и заготовка 17 освобождается.
В данном разделе полной версии статьи содержится 8 примеров
конструктивного исполнения магнитных и электромагнитных схватов (см. Рис. в таб.) с описанием их работы
Пневматические схваты
Пневматические схваты содержат расширяющиеся или изгибающиеся захватные элементы, выполненные в виде камер из эластичного материала, например резины, изменение размера (объема) которых, при подаче в их внутреннюю полость сжатого воздуха, обеспечивает зажим детали. Вместо камер из эластичного материала пневматические схваты могут оснащаться упругими пластинами, которые под действием струи сжатого воздуха меняют свое положение и таким образом фиксируют деталь в схвате. Преимуществами пневматических схватов являются:
− возможность захвата предметов практически любой формы и размеров,
− возможность захвата нежестких предметов,
− отсутствие подвижных быстроизнашиваемых соединений,
− отсутствие необходимости в приводе в виде пневмо – гидроцилиндров, пневмо – гидроповротников, электродвигателей и гидромоторов.
Недостатками пневматических схватов являются:
− низкая точность базирования предмета зажатого в схвате,
− невысокое быстродействие схвата.
− сложность изготовления эластичных зажимных элементов в условиях неспециализированного производства.
Рис 28 Конструкция многоместного пневматического схвата c зажимными элементами в виде эластичных цилиндрических камер
На Рис 28 показана конструкция многоместного пневматического схвата c комплектом зажимных элементов, выполненных в виде эластичных цилиндрических камер, позволяющих осуществлять захват деталей прямоугольной формы со ступенчатой верней плоскостью. Он состоит из плиты 1, жестко закрепленной на руке робота и корпуса 2 установленного с возможностью вертикального перемещения в центральном отверстии плиты 1, при этом в корпусе 2 выполнен вертикальный канал 3 и соединенная с ним горизонтальная система каналов 4 для подвода сжатого воздуха к захватным элементам, а также имеется система вертикальных расточек, расположенных в шахматном порядке в которых расположены пальцы 5. Каждый палец 5 имеет эластичную оболочку 6, образующую полость, которая посредствам канавки 7 и каналов 8 и 9 выполненных в пальце соединена с каналом 4 выполненном в корпусе 2.
Работает схват следующим образом. Корпус 2 схвата опускается на предмет 10 подлежащий захвату и его пальцы 5 встречаются с этим предметом, в результате чего часть из них упирается в его верхнюю ступенчатую поверхность и поднимается относительно корпуса 2 вверх таким образом, что проточка 7 рассоединяется с каналом 4 для подвода сжатого воздуха, в результате этого они уже не участвуют в захвате предмета 10 схватом. После окончания опускания корпуса 2 в вертикальный канал 3 подается сжатый воздух который по системе горизонтальных каналов 4 в корпусе 2, проточке 7 и каналам 8 и 9 в пальцах 5 попадает в полость между пальцем и эластичной оболочкой 6, которая при этом раздувается и предмет 10 оказывается зажатым между оболочками 6 пальцев 5.Далее зажатый схватом предмет переносится роботом в требуемую позицию.
В данном разделе полной версии статьи содержится 7 примеров конструктивного исполнения пневматических схватов (см. Рис. в таб.) с описанием их работы
Специальные схваты
В условиях реального промышленного производства автоматические манипуляторы могут использоваться для зажима и переноса с позиции на позицию деталей и заготовок имеющих специфическую форму, различные размеры и малую жесткость, также возникает необходимость одновременного переноса нескольких объектов, что требует создания специальных схватов , учитывающих предъявляемые к ним специфические требования и ограничения. К специальным схватам относятся:
− схваты для длинных валов (L > 10D),
− схваты для деталей прямоугольной формы,
− схваты для нежестких деталей,
− схваты для деталей сложной формы,
− многоместные схваты
Рис 17 Конструкция схвата для деталей сложной формы
На Рис 17 показана конструкция схвата для деталей сложной формы. Он содержит закрепленную на руке манипулятора опорную плиту 1 с ложементами 2 и 3 для базирования зажимаемой детали 17, силовой блок, состоящий из двух гидроцилиндров 4 и исполнительный механизм схвата, выполненный в виде сдвоенного шарнирного многозвенника с зажимными губками 10. Каждый шарнирный многозвенник состоит из тяги 6 шарнирно соединенной посредствам осей 7 со штоком 5 гидроцилиндра 4 и ведущим плечом двуплечего рычага 8, который посредствам оси 7 шарнирно установлен на плите 1, а на его ведомом плече посредствам оси 12 шарнирно установлена зажимная губка 10, ведущее плечо которой с помощью оси 13 соединено с коромыслом 9, которое шарнирно установлено на плите 1 с помощью оси 11. Плита схвата 1 с помощью болтов 14 закреплена на кронштейне 15, который посредствам своего фланца 16 монтируется на руке манипулятора (рука манипулятора на Рис 17 не показана)
Работает схват следующим образом. Перед захватом детали схват подводится манипулятором таким образом, чтобы рабочие поверхности базирующих ложементов 2 и 3 совпадали с соответствующими поверхностями детали 17, после чего масло под давлением подается в поршневые полости силовых гидроцилиндров 4, в результате чего их штоки 5 выдвигаются. Это перемещение штоков с помощью тяг 6 преобразуется в качательное движение двухплечих рычагов 8, которые на осях 7 поворачиваются навстречу друг другу. Такое движение рычагов 8 приводит к тому, что зажимные губки 10 начинают совершать сложное движение, которое состоит из переносного вращательного движения вместе с рычагами 8 и относительного качательного движения, сообщаемого им за счет шарнирного соединения их ведущих плеч с коромыслами 9. В результате этого, зажимные губки 10 также поворачиваются навстречу друг другу, что в конечном итоге приводит к зажиму детали 17. После этого деталь 17 переносится манипулятором в требуемую позицию, где устанавливается, после чего про-изводится разжим схвата, для чего масло под давлением подается в штоковые полости силовых гидроцилиндров 4, их штоки 5 втягиваются и возвращают исполнительный механизм схвата вместе с зажимными губками 10 в исходное положение.
В ряде случаев для повышения производительности создаваемого роботизированного комплекса оборудования, особенно при сборке простых соединений в массовом количестве, возникает необходимость одновременной установки нескольких деталей. В этом случае автоматический манипулятор оснащается многоместным схватом.
В данном разделе полной версии статьи содержится 13 примеров конструктивного исполнения специальных схватов (см. Рис. в таб.) с описанием их работы
Адаптивные схваты
Рассмотренные конструкции схватов применяются в составе манипуляторов и промышленных роботов для транспортирования заготовок и деталей установка которых допускает погрешность 0, 5 – 2,0 мм, а для более точного их базирования в приспособлениях, в которые они устанавливаются, предусматриваются дополнительные элементы типа ловителей. Однако при выполнении ряда технологических операций, например сборки деталей, сопряжение поверхностей которых выполняется с зазорами 5 – 20 мкм, необходимо обеспечение точности их взаимного расположения в пределах 3 – 15 мкм, что невыполнимо без оснащения схвата дополнительными устройствами. В таком случае схват оснащается сканирующим устройством, осуществляющим после переноса детали в позицию сборки, автопоиск положения обеспечивающего совпадения ее спрягаемых поверхностей с ответными поверхностями базовой детали с требуемой точностью, обеспечивающей их собираемость. Такие схваты называются адаптивными, а оснащаться они могут сканирующими устройствами с механическим, пневматическим и электромагнитным приводом.огрешность 0, 5 – 2,0 мм, а для более точного их базирования в приспособлениях, в которые они устанавливаются, предусматриваются дополнительные элементы типа ловителей. Однако при выполнении ряда технологических операций, например сборки деталей, сопряжение поверхностей которых выполняется с зазорами 5 – 20 мкм, необходимо обеспечение точности их взаимного расположения в пределах 3 – 15 мкм, что невыполнимо без оснащения схвата дополнительными устройствами. В таком случае схват оснащается сканирующим устройством, осуществляющим после переноса детали в позицию сборки, автопоиск положения обеспечивающего совпадения ее спрягаемых поверхностей с ответными поверхностями базовой детали с требуемой точностью, обеспечивающей их собираемость. Такие схваты называются адаптивными, а оснащаться они могут сканирующими устройствами с механическим, пневматическим и электромагнитным приводом.
Рис 30 Конструкция адаптивного схвата с электромагнитным сканирующим устройством.
На Рис 30 показана конструкция адаптивного схвата с электромагнитным сканирующим устройством. Он содержит плиту 1, которая посредствам пластин 2 закреплена на руке 3 манипулятора, а в центральном отверстии плиты 1 установлен штанга 4, на нижнем конце которой закреплен схват, а верхний коней крепится к диску 5, имеющему три выступающих лепестка, разделенные пазами в форме секторов и подпружиненному к кольцу 6 посредствам трех пружин 7, а на самом кольце 6 равномерно по окружности расположены две группы электромагнитов 10 и 14, установленные в корпусах 8 изготовленных из диэлектрического материала, например текстолита. Якоря 9 электромагнитов 10 одной группы прикреплены к диску 6 и расположены внутри пружин 7, а к якорям прикреплены тросики 11, подпружиненные коническими пружинами 12 относительно корпусов 8 электромагнитов 10. Якоря 13 электромагнитов 14 другой группы подпружинены цилиндрическими пружинами 15 относительно кольца 6 и со стороны каждого электромагнита 14 соединены с наклонными к оси схвата тросиками 16, которые пропущены в отверстия полых стержней 17 и сквозь электромагниты 14. На верхних торцах стержней 17 установлены пьезоэлектрические кольца 18 соединенные с системой управления схватом, а обмотки электромагнитов 10 и 14 соединены с питающим напряжением. На нижнем конце штанги 4 установлен зажимной механизм 19 схвата, удерживающий деталь 20
Работает адаптивный схват следующим образом. Манипулятор позиционирует схват с зажатой в нем деталью 20 над отверстием базовой детали 21 установленной в сборочном приспособлении, и затем сближает собираемые детали до соприкосновения их торцев. При совпадении осей вала 20 и отверстия в детали 21 происходит сборка. Если же оси собираемых деталей не совпадают, то при их контакте на устанавливаемую деталь 20 начинают действовать силы и изгибающие моменты, которые деформируют пружины. 7, 12 и 15, и возникающие при этом усилия воздействуют на пьезоэлектрические кольца 18, которые вырабатывают при этом электрические сигналы пропорциональные величине этих усилий. Эти электрические сигналы обрабатываются системой управления манипулятора, в результате чего на обмотки групп электромагнитов 10 и 14 подается напряжение соответствующей величины, что приводит к пропорциональному втягиванию их якорей 9 и 13, которые воздействуя на упругую систему разворачивают схват с деталью 20. Например при включении обмотки электромагнита 10 происходит втягивание его якоря 9 и последующий разворот диска 5 относительно кольца 6 вокруг точки А, находящейся в плоскости диска 5. При включении обмотки электромагнита 14 происходит втягивание его якоря 13, что приводит к уменьшению усилия прижатия наклонного стержня 17, контактирующего с данным электромагнитом и цилиндрические пружины 15 других наклонных стержней 17, стремясь уменьшит угол наклона между плитой 1 и торцами наклонных стержней 17, а также между последними и корпусами 8 электромагнитов 14 и разворачивают кольцо 6 совместно с диском 5 относительно плиты 1 вокруг точки В (точки пересечения осей наклонных стержней 17). Разворот детали 20 вместе со схватом вокруг точек А и В позволяет осуществить сложное пространственное движение, которое позволяет детали 20 без заклинивания войти в отверстие базовой детали 21.
В данном разделе полной версии статьи содержится 6 примеров
конструктивного исполнения адаптивных схватов (см. Рис. в таб.) с описанием их работы
Устройства для крепления и смены схватов
Автоматический манипулятор и промышленный робот могут использоваться для транспортирования различных по форме и размерам деталей, заготовок и сборочных единиц, зажим которых одним схватом бывает невозможен, поэтому смена схвата становится насущно необходимой. При этом время на ее проведения должно быть све-дено до минимума, что налагает на конструкцию места стыка руки манипулятора и схвата, а также на способ их крепления определенные условия , основными из которых являются удобство доступа, надежность крепления, однозначность положения схвата после его смены и быстросемность. Для этого ГОСТ 26063 – 81 предусматривает на торце руки манипулятора для крепления схвата базовый фланец и резьбовыми отверстиями, центральное центрирующее отверстие, а также центрирующее отверстие определяющее угловое положение схвата. При этом схват должен иметь ответные элементы для его точного базирования и крепления к руке манипулятора.
Для обеспечения высокого быстродействия при смене схвата место его соединения с рукой манипулятора оснащается дополнительными устройствами позволяющими автоматизировать процесс смены.
Рис 31 Конструкция автоматического стыкового устройства для крепления механического схвата на руке манипулятора.
На Рис 31 показана конструкция автоматического стыкового устройства для крепления механического схвата на руке манипулятора. Оно содержит закрепленный на руке манипулятора 2 корпус 1, выполненный в виде цилиндрической колонны с фланцем, на нижнем торце которого закреплен корпус 3 пневмоцилиндра с поршнем 4, а во внутренней расточке колонны корпуса 1 расположен сепаратор 5 с шариками 6 размещенными в его радиальных отверстиях 7, при этом, в центральном отверстии сепаратора 5 расположена с возможностью вертикального перемещения штанга 8, закрепленная на корпусе 1, на нижнем конце которой, выполнена коническая поверхность 9, переходящая в цилиндрический хвостовик 10 меньшего диаметра. Механизм фиксации схвата выполнен в виде двух втулок 11 и 12 , подпружиненными одна относительно другой посредствам пружины 13, при этом втулка 11 соединена с сепаратором 5 посредствам комплекта штырей 14, расположенных в окнах 15 корпуса 1, а втулка 12 выполнена с кольцевой конической поверхностью 16, образующей с внутренней полостью корпуса 3 пневмоцилиндра клиновую щель. В этой щели размещены шарики 17, которые как в сепараторе установлены в пазах 18 поршня 4 пневмоцилиндра и поджаты пружинами 19. В коническом гнезде 20 корпуса 1 рас-полагается конический хвостовик 21 схвата 20 при его фиксации на руке манипулятора, при этом в хвостовике 21 выполнена центральная расточка 23 в которую входит сепаратор 5 с шариками 6, которые взаимодействуют с кольцевой канавкой 24, выполненными в стенке хвостовика 21схвата. Для угловой ориентации
схвата при его креплении на руке манипулятора на нижнем торце корпуса 3 пневмоцилиндра установлен штифт 26, а на ответной поверхности схвата 22 выполнен паз 25. Для подвода сжатого воздуха в поршневую 28 и штоковую 27 полости пневмоцилиндра в корпусах 1 и 3 выполнены соответствующие канала (каналы для подвода сжатого воздуха на Рис 31 не показаны)
Работает стыковочное устройство для автоматического крепления схвата следующим образом. Для захвата хвостовика 21 схвата 22, рука 2 манипулятора перемещается сверху вниз к магазину, где он находится в ориентированном положении. В конце движения руки манипулятора хвостовик 21 схвата 22 входит в гнездо 20 корпуса 1, а штифт 26 в отверстие 25, при этом поршень 4 расположен внизу, а шарики 6 контактируют с цилиндрической поверхностью 10 штанги 8, несколько выступая при этом за пределы наружной поверхности сепаратора 5, поэтому последний легко входит в расточку 23 хвостовика 21, а шарики 6 размещаются в его кольцевой канавке 24. После этого сжатый воздух подается в штоковую полость 27 пневмоцилиндра и поршень 4 начинает перемещаться вверх, перемещая в том же направлении и втулку 11, вместе с которой посредствам штырей 14 вверх перемещается сепаратор 5 с шариками 6. При упоре шариков 6 в коническую поверхность гнезда 20 корпуса 1, движение сепаратора 5 и втулки 11 прекращается, а втулка 12 сжимая пружину 13 продолжает движение, усилие которой через втулку 11, штыри 14, сепаратор 5 и шарики 6 передается хвостовику 21 схвата 22, который при этом прижимается к конической поверхности гнезда 20 корпуса 1 с усилим развиваемым пружиной 13. После достижения поршнем 4 край крайнего верхнего положения подача сжатого воздуха в штоковую полость 27 пневмоцилиндра прекращается, давление в ней падает и под действием пружины 13 втулка 12 перемеща-ется вниз на некоторую величину (0,5 – 1,5 мм), при этом кольцевая коническая поверхность 16 втулки 12 воздействует на шарики 17 и последние заклинивают ее, относительно внутренней поверхности корпуса 3 пневмоцилиндра. Таким образом, происходит фиксация положения и зажим хвостовика 21 схвата 22.
В данном разделе полной версии статьи содержится 2 примера
конструктивного исполнения устройств для смены
схватов (см. Рис. в таб.)
Сборочный инструмент автоматических манипуляторов
и промышленных роботов.
Промышленные роботы, работающие в составе комплекса оборудования для автоматизированной сборки могут оснащаться механизированным сборочным инструментом и сборочными головками для выполнения следующих операций:
− установка и затяжка резьбовых деталей,
− установка нежестких и упругих деталей,
− сборка деталей методом пластической деформации.
Примером сборочного инструмента, которым оснащается рука специального манипулятора, может служить патрон за закручивания шпилек показаный на Рис. 10.
Рис. 33. Конструкция патрона для закручивания шпилек, исключающая
повреждение резьбы верхнего конца шпильки.
На Рис. 33 показана конструкция патрона к для закручивания шпилек, исключающая повреждение резьбы верхнего конца шпильки. Патрон, устанавливаемый в шпиндель гайковерта, содержит подпружиненные кулачки 1, наружная поверхность которых выполнена конической и взаимодействует с внутренней конусной поверхностью корпуса 4 патрона, осевое перемещение которого в нижнем направлении ограничено упором его бурта 11 в бурт нижней упорной детали 12 сборной гильзы 3, при этом положение нижней упорной части 12 сборной гильзы 3 в зависимости от длины закручиваемой шпильки может регулироваться и фиксироваться стопорными винтами 14. Осевое усилие от головки гайковерта 9 передается патрону через пружину 10. В исход-ном положении кулачки 1 сведены и утоплены в корпусе 4 патрона с помощью пружин 5 и 6, при этом поводок патрона закреплен на полумуфте 7, которая центрируется в шпинделе посредствам резиновой втулки 8. Для обеспечения гарантированного рассоединения кулачков 1 с конической поверхностью корпуса 4 патрона и исключения их повторного сведения пружина 6 установлена на упорном подшипнике 13.
Работает патрон следующим образом. Рука промышленного робота с вращающимся патроном опускается вниз до контакта кулачков 1 с верхним концом закручиваемой шпильки, предварительно вкрученной на несколько ниток резьбы в корпусную деталь, затем пружина 10 начинает сжиматься и патрон утапливается в гильзе 3. В определенный момент витки резьбы на шпильке и кулачках совпадают и последние начинают наворачиваться на верхний резьбовой конец закручиваемой шпильки. При этом, момент трения между резьбовой поверхностью кулачков и резьбой верхнего конца шпильки растет и при определенной его величине последняя начинает вкручиваться в корпусную деталь. Процесс закручивания шпильки происходит при неподвижной головке гайковерта 9, а осевое усилие, создающее вращающий момент формируется за счет осевого усилия в пружине 10. По мере закручивания шпильки па-трон движется поступательно до тех пор, пока бурт 11 не дойдет до упора в деталь 12 сборной гильзы 3, после этого его движение прекратится. Поскольку вращение патрона продолжается, шпилька продолжает вворачиваться в корпусную деталь и увлекает при этом кулачки 1 патрона, поэтому передача крутящего момента по конической поверхности прекращается. После некоторой выдержки времени, гарантирующей затяжку шпильки с требуемым моментом, патрон поднимаются вверх в исходное положение. Гарантированное раскрытие кулачков 1, исключающее смятие резьбы на верхнем конце закрученной шпильки при подъеме патрона, обеспечивается за счет установки упорного подшипника 13 между пружиной 6 и кулачками 1.
В данном разделе полной версии статьи содержится 10 примеров
конструктивного исполнения различных видов сборочного инструмента для автоматических манипуляторов и промышленных роботов (см. Рис. в таб.) с описанием их работы
Полная версия статьи содержит 89 страниц текста и 84 рисунка
ЛИТЕРАТУРА
1. Игнатьев Н П Справочно – методическое пособие Проектирование нестандартного оборудования Азов 2013г.
2. Игнатьев Н П Справочно – методическое пособие Проектирование сборочной ос-настки и оборудования. Азов 2014г
3. Игнатьев Н П Статья «Схваты автоматических манипуляторов и промышленных роботов» раздела сайта «Проектирование нестандартного оборудования»
4. Замятин В.К. Технология и оснащение сборочного производства машиностроения М:. Машиностроение 1995 г.
5. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин. М:. Машиностроение 1980 г.
6. Сборка и монтаж изделий в машиностроении. Том 1 Под редакцией Корсакова В.С., Замятина В.К. М:. Машиностроение 1985 г.
Для приобретения полной версии статьи добавьте её в корзину.
