Лекции

Лекция N 9

(Продолжение предыдущего раздела)

В заключении рассмотрим ряд вибро-ориентирующих устройств для кассетирования и много предметной сборки узлов, рис.4.2 и 4.3.

При кассетировании мелких штучных заготовок типа плоских круглых дисков диаметром до 4 мм (например, кристаллов полупроводниковых диодов) используются виброплатформа и специальные (технологические) кассеты, в которых размещаются заготовки. Для удержания в отверстиях-карманах 7 кассеты 2 сориентированных при вибрации заготовок внутренняя полость 6 кассеты вакуумируется и сообщается с каждым из отверстий-карманов.

Реализация процесса многопредметной сборки (см рис.4.3) основана на специфике движения по свертывающейся спирали к центру вибрирующего стола-ориентатора 1 последовательно загружаемых на него заготовок и комплектующих для плдготовки сборки узла (в частности, это устройство применяется для сборки поршневой группы топливного насоса автомобиля ЗИЛ-130). Вибратор пневмовихревого типа возбуждает медленное вращательное и высокочастотное колебательное движение стола за счет воздействия на его основание энергии воздушного потока. Процесс сборки начинается с загрузки на стол болта с шестигранной головкой, который западает в центральное отверстие стола и удерживается в нем сопряженной (также шестигранной) расточкой; последующие заготовки типа шайб и прокладок ориентируются по стержню болта. Затяжка верхней детали – гайки осуществляется с помощью автоматического гайковерта на последней позиции перед выгрузкой. Выгрузка собранного узла производится через нижнее отверстие в столе 1 с помощью толкателя (на схеме условно не показан).

§ 4.2 Захваты и подающие устройства ЗУ

+ на основе кинематических связей

Организация сборочного процесса на базе автоматических загрузочных устройств, питателей или промышленных роботов в большинстве случаев невозможна без использования средств для удержания заготовки (или ПО) в заданном положении. Эту функцию выполняет специальный вид устройств, называемых захватами.

Захватом называется устройство, предназначенное для удержания заготовки, детали или ПО в ориентированном положении при подаче к технологической машине, сборочному автомату и т.п.

Различают группы механических, вакуумных и электромагнитных захватов, схемы устройств из этих групп представлены на ксероксе 1 к Лекции N 9.

К механическим захватам относятся:

• упругие клещевые;

• цанговые и пинцетные;

• стержневые, в том числе пружинно-стержневые (для захвата за наружную или внутреннюю поверхность деталей типа дисков или тел вращения);

• рычажные и клино-рычажные.

На рис.4.4 а, б, в представлена принципиальная и расчетная схемы рычажного захвата с пневмоприводом.

Принятые обозначения: 1 – корпус захвата; 2 – шток пневмоцилиндра; 3 – рычаги; 4 – призматические губки для захвата заготовки; 5 - тяги для шарнирного соединения штока 2 с рычагами 3; 6 – пружина возврата штока 2.

Обозначения расчетной схемы: F_заг – сила сжатия (схвата) заготовки; F₁ – потребное усилие на штоке пневмоцилиндра; F_А – реакция в шарнире рычага 3;

 - угол наклона тяги 5 (в положении зажима заготовки);  - к.п.д. шарниров тяг; F_пр – сила сжатия пружины 6 (при захвате заготовки).

При проверочном расчете потребного усилия F_q пневмоцилиндра (известны масса заготовки, характеристика пружины 6 и потребная силы F_заг схвата заготовки) учитываются два основных случая удержания заготовки при ее подаче: ось заготовки вертикальна; или ось заготовки горизонтальна (см рис.4.4 в).

В первом случае фиксация заготовки обеспечивается за счет сил трения, во втором, - за счет сил схвата F_заг при условии нераскрытия стыка между губками и заготовкой. Усилие пневмоцилиндра определяется в виде:

И
з расчетной схемы (см рис.4.4 б) находим F₁:

При подаче заготовки с горизонтальной осью считаем, что на нее действует сила F_рез (в статике эта сила соответствует весу, а в динамике,- сумме сил, т.е. к весу заготовки добавляется или вычитается инерционная составляющая F_рез = G  F_ин в зависимости от подьема или опускания захвата, где F_ин= mа, а – ускорение захвата, m – масса заготовки).

Через сила F_рез , стремящуюся разжать губки захвата, выразим F_заг (см рис.4.4 в, слева). Полагая, что сила F_рез распределена равномерно между линиями контакта “а” и “б” нижних призм губок, находим силу реакции F_n, а затем F_заг:

П
ри подьеме-опускании заготовки с осью, расположенной вертикально (см рис.4.4 в, справа), искомое значение Fзаг находится с учетом коэффициента трения _с скольжения между заготовкой и губками в следующей последовательности:

Как правило, последнее значение усилия F_ЗАГ оказывается большим из двух полученных в вышеуказанных расчетах, поэтому оно и подставляется в формулу (4.1) для определения F₁ (предполагается, что заготовка перемещается в рассмотренных выше положениях).

Замечание. Для исключения возможного повреждения поверхности заготовки (или захвата) вследствие их контакта требуется их проверка по контактным напряжениям, исходя величины силы F_n и условий контактной прочности по наименее прочному материалу.

На рис.4.5 показана схема вакуумного захвата с упругим уплотнительным кольцом.

Принятые обозначения: 1 – корпус сборный; 2 – трубчатое кольцо; 3 - стяжка сборного корпуса; 4 – отверстие для подачи сжатого воздуха в полость кольца 2; 5 – элемент крепления захвата; 6 – пружина сжатия.

Обозначения на расчетной схеме: d – условный диаметр присасывания заготовки; F_ПР – сила прижима; N, T_ДВ – нормальная и касательная составляющие веса G заготовки;  - угол наклона заготовки к горизонтальной плоскости; F_тр – сила трения скольжения заготовки по упругому кольцу.

Особенностью рассматриваемой конструкции вакуумного захвата является наличие трубчатого кольца, сообщающегося с источником сжатого воздуха, при этом сечение упругого кольца со стороны заготовки заужено. При выгрузке на рабочей позиции ( т.е.при подаче сжатого воздуха в кольцо 2 и отключении вакуума) обеспечивается досылка заготовки в нужную зону ТМ за счет упругого расширения кольца 2 в радиальном направлении, при этом пружина сжатия 6 компенсирует возможные погрешности базирования захвата в момент выдачи заготовки.

При расчете вакуумного захвата, перемещающего заготовку в наклонном положении (см рис.4.5, внизу), следует учитывать, что помимо отрыва, возможно и скольжение заготовки по плоскости стыка. Расчет необходимой силы F_ПР для удержания заготовки и, соответственно, диаметра d захвата выполняется по двум критериям: нераскрытие стыка при вертикальном подьеме заготовки с вертикальной осью; и отсутствие сдвига,- при вертикальном подьеме заготовки с горизонтальной осью.

Вышеуказанные критерии записываются в виде:

Усилие прижима: F_пр = S (p_атм – р_ост ) , где s – площадь, ограниченная контуром трубчатого кольца 2; p_атм , p_ост – атмосферное и, соответственно, остаточное давление (после вакуумирования) в полости захвата.

Расчетное значение F_пр^расч принимают больше фактического F_пр на величину коэффициента запаса надежности, принимаемого из диапозона 1.5 … 5.

§4.3 Автооператоры и промышленные роботы

Многофункциональность автооператоров и промышленных роботов позволяет отнести их к устройствам как внутриоперационных, так и межоперационных систем манипулирования предметами обработки. Обеспечивая разнообразную связь между технологическими обьектами, они выполняют и функции подающих, ориентирующих и транспортирующих устройств, которые присущи автоматическим ЗУ.

Автооператорами называют ЗУ, предназначенные для перемещения ПО и заготовок по двум и более координатам, выполненные в виде встроенного в сборочный автомат механизма, либо в виде отдельного устройства, снабженного системой управления с набором жестких переналаживаемых программ.

Автооператоры снабжаются, как правило, захватными органами (см выше) для удержания заготовок и ПО и являются, по существу, питателями для разнообразного технологического оборудования.

Промышленный робот – автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и перепрограммируемого устройства управления для выполнения в производственном процессе функций, заменяющих аналогичные функции человека при перемещении компонентов изделий, инструментов и технологической оснастки.

Лекция N 10

(продолжение рассмотрения предыдущего §4.3 из лекции N 9)

Многофункциональность ПР и автооператоров ( последний состоит из механического модуля –манипулятора и блока системы управления) обеспечивает возможность их

использования как в качестве ЗУ (осуществление питания ориентированными заготовками ТМ, управление потоками заготовок, их переориентирование, фиксация, загрузка- выгрузка и т.п.), так и для сборочных операций(осуществление сопряжения и фиксации обьектов сборки) совместно с подачей заготовок или ПО.

Однако, поскольку автооператор действует по жесткой программе, заданной командоаппаратом ( см ксерокс 2 предыдущей лекции), то имеет ограничения в переналадке и не обладает той мобильностью (универсальностью), которой обладают промышленные роботы (ПР). Система управления манипулятором в составе автооператора – релейная с конечными выключателями, позволяет варьировать величину линейных перемещений захвата вверх-вниз за счет перемещения конечных выключателей, а при наличии сменных командоаппаратов варьировать и угол поворота захвата. Нетрудно заметить, что показанный на ксероксе манипулятор обеспечивает повторение следующего цикла движения захвата: подача вверх, поворот на фиксированный угол и подача вниз на высоту, заданную положением выключателей.

Описание конструкции и работы манипулятора. Привод манипулятора состоит из электродвигателя 1 с тормозом 2 дискового типа, действующим от электромагнита 3. Электродвигатель передает вращение приводному валу через червячную передачу 4. Навалу свободно посажены двеа конических зубчатых колеса 5 с зубчатыми муфтами. Между ними на скользящей шпонке находится реверсивная хзубчатая муфта 6, сцепляющаяся с одним из колес через рычаг 7. Зубчатые конические колеса 5 сцеплены одновременно с коническим колесом приводного вала звездочки 9 для цепной передачи 10. Цепная передача 10, расположенная внутри колонны, имеет соединение одного конца разомкнутой цепи через звездочку приводного вала с кареткой 11, несущей жестко закрепленный на ней захват 12, и соединение другого конца цепи,- через верхнюю звездочку, также с кареткой 11. Каретка 11 перемещается по направляющим, установленным внутри колонны.

Цикл всех движений определяется кулачком 13 (программоносителем), который вращается через две пары шестерен передачи 14, (при этом за счет подбора передаточного отношения шестерен обеспечивается настройка частоты вращения кулачка и срабатывания устройства).

Кулачок 13 состоит из двух частей: одна (поз.13) жестко закреплена на валу, а другая (поз.17),- поворачивается относительно первой на угол 29 градусов. Этот поворот обеспечивает переключение системы управления манипулятора с режима загрузки на режим выгрузки и наоборот ( угол 29^о нужен для обеспечения работы электродвигателя в реверсивном режиме). На кулачке 13 имеется паз для движения рычага 16, который поворачивает колонну на 90⁰ и выступы 15, поворачивающие в нужные моменты времени рычаг 7, переключающий реверсивную муфту 6.

Промышленные роботы. Основные сведения о ПР изложены вам ранее в курсе “Транспортно-накопительные устройства” (4 курс на кафедре “Детали машин”).

В этих лекциях имеется раздел, который содержит описание структурной схемы ПР ( в соответствии с ксероксом 2 лекц.9), классификацию ПР, понятие зоны обслуживания ПР, а также сведения об основных типах исполнительных механизмов и системах ПР.

В настоящем курсе ПР рассматриваются преимущественно с позиций автоматизации подачи заготовок и деталей в сборочных операциях. В этой связи важна классификация ПР по точности позиционирования, способу программирования и числу степеней подвижности механического захвата ПР.

Классы точности позиционирования или воспроизведения траектории при относительной погрешности позиционирования захватного устойства, %:

0 класс до 0.01 ;

1. 0.01 ÷ 0.05;

2. 0.05 ÷ 0.10;

3. свыше 0.10.

Относительная погрешность позиционирования захватного устройства – это величина, характеризующая класс точности ПР с позиционным управлением и равная отношению абсолютной ошибки перемещения захвата в заданную программой точку рабочей зоны обслуживания к минимальному расстоянию от оси ближайшей к основанию робота кинематической пары до границы рабочей зоны, выраженная в процентах.

Другой классификационный признак – способ программирования. При внешнем программировании ПР управляющая программа рассчитывается аналитически, готовится с помощью ЭВМ и вводится в робот. При программировании в режиме обучения осуществляют тем или иным способом перемещения манипулятора с запоминанием всех перемещений и составлением таким образом программы функционирования ПР.

В настоящее время на основе классификационных признаков разработано новое направление в роботостроении – промышленные роботы агрегатно-модульной конструкции, манипуляторы которых строятся из типовых механических модулей. Каждый модуль – это функционально и конструктивно независимая от других модулей система механизмов (или приводов), предназначенная для встраивания в ПР требуемой конфигурации.

Перечень основных модулей и расшифровка обозначений представлены на ксероксе 1 к Лекции N 10, см таблицу (использованы данные из атласа / /). ПР агрегатно-модульной конструкции в частности могут использоваться в качестве перекладчиков заготовок с одного транспортера на другой, для кассетирования ориентированных деталей или сборочных единиц, (см примеры ПР на ксероксе 1).

Из-за унификации большинства компонентов манипуляторов ПР удешевляется их производство, повышаются надежность , ремонтопригодность и серийность выпуска.