Захвати ык устройства промышленных роботов

Захватное устройство (захват) промышлен­ного робота предназначено для захватывания предмета обработки и удержания его в про­цессе перемещения. Вид захвата определяется формой, размером, массой и свойствами за­хватываемого предмета обработки, а также специфическими требованиями технологиче­ского процесса.

В зависимости от принципа действия за­хваты делят на механические (работают по принципу зажима с удержанием детали с по­мощью сил трения и запирающего действия рабочих элементов, а также по принципу ис­пользования выступающих частей рабочих элементов устройств в качестве опоры для де­тали), вакуумные (работают в результате сил, возникающих при разности давлений), маг­нитные (работают с помощью сил магнитного притяжения).

По числу рабочих позиций захваты всех ти­пов разделяют на однопозиционные (имеют одну рабочую позицию) и многопозиционные (имеют несколько рабочих позиций).

Захватные устройства изготовляют не­сменными и сменными (требуют малого вре­мени для смены, могут заменяться автомати­чески).

Для загрузки металлообрабатывающих станков, как правило, используют механиче­ские зажимные устройства. Кроме закрепления заготовки эти устройства выполняют функции ориентации, центрирования предмета обработ­ки.

Узкодиапазонные захватные устройства при переналадке обеспечивают возможность закрепления детали за поверхность с размера­ми, включающими соседние меньшие значения ряда: 1; 4; 12; 32; 63; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500 мм. Эти захваты обычно выпол­няют на базе клиновых и рычажных механиз­мов.

Широкодиапазонные захваты обладают возможностью закрепления без переналадки деталей с размерами, включающими соседние меньшие значения указанного выше ряда. Эти захваты выполняют обычно с использованием реечных и зубчатых передаточных механиз­мов. Они имеют более широкие технологиче­ские возможности, чем узкозахватные. Меха­нические захваты используются для загрузки станков деталями типа тел вращения или ко­робчатой формы.

Широкое применение находят многопози­ционные (многоместные) захватные устрой­ства. При наличии на руке робота двух захва­тов цикл загрузки-разгрузки оборудования сокращается. Во время обработки детали ро­бот захватывает заготовку для обработки и смещается на максимально близкое расстоя­ние к рабочей зоне. После окончания обработ­ки ПР свободным захватным устройством за­хватывает обработанную деталь и после пово­рота устанавливает заготовку в приспособле­ние станка. Во время обработки новой заго­товки робот укладывает обработанную деталь в тару или на тактовый стол. В результате со­вмещения вспомогательных переходов с рабо­той станка время загрузки может сократиться в 2-3 раза. Современные захватные устрой­ства помимо захватов для удержания загото­вок имеют захваты для смены инструмен­тальных головок или блоков.

Промышленные роботы обычно комплек­туют набором типовых захватных устройств. Часто при переходе на обработку другой дета­ли меняют не сам захват, а его сменные рабо­чие элементы (призмы, губки и т. д.).

К захватным устройствам предъявляют следующие требования: надежность захваты­вания и удержания объекта во время разгона и торможения подвижных элементов ПР, точ­ность базирования заготовки в захвате, недо­пустимость повреждения или разрушения предмета обработки, прочность при малых га- баригаых размерах и массе. Особое внимание должно быть обращено на проверку допу­стимых для данного захватного устройства сил, моментов (см. табл. 6), нагрузок на места крепления (табл. 8, 9).

При частой смене заготовок или при обс­луживании одним ПР нескольких станков за­хватные устройства должны обеспечивать воз­можность работы с заготовками с размерами, формой и массой в широком диапазоне. В этом случае наиболее приемлемыми явля­ются широкодиапазонные захватные устрой­ства. В некоторых случаях возникает необхо­димость применения захватных устройств с автоматической сменой их. Требование бы­строй смены захватного устройства и его эле­ментов часто является важным, так как во­сполняет недостаток подвижности самого ПР и позволяет более полно использовать робот в роботизированном процессе.

Расчет механических захватных устройств включает проверку на прочность деталей за­хвата. Кроме того, необходимо определить си­лу привода захватного устройства, силу в ме-

9. Допустимые осевые нагрузки на места крепления захватов для автоматической смены (для материала — сталь 35) Диаметр, мм Осевая нагрузка, кН Диаметр, мм Осевая нагрузка, кН

стах контакта заготовки и губок, проверить отсутствие повреждений поверхности заготов­ки или детали при захватывании, возможность удержания захватом заготовки (детали) при манипулировании, особенно в моменты резких остановок.

8. Допустимые нагрузки на места крепления захватных устройств Ис­пол­нение Диаметр базового отверстия, мм Допустимый изгибающий момент (Н-м) дли сменных захватных устройств I II Допустимый крутшций момент (Н*м) дли сменных захватных устройств I II

Примечание. Места крепления сменных захватных устройств — с резьбой по ГОСТ 24705 — 81.

Соотношение между силой Р привода, си­лами F на губках или моментом М на губках захватного устройства определяют из условий статического равновесия. Так, для захвата с рычажным механизмом, показанным на рис. 7, из условия ^F = 0 в точке С имеем

2 sin у F₂з ~ Р = 0, откуда F₂₃ =-------------- .

2 sin у

Из условия £ М = 0 относительно точки А следует

Р h, — т\ =—2 яп у, F п₂

где г| — КПД механизма.

При известном моменте М сила привода

п

]Г Mj.siny

где Mj — момент сил на губке; b — плечо ры­чага; п — число губок (обычно п = 2).

Данный захват обладает эффектом само­блокировки, так как рычаг проходит через «мертвое» центральное положение.

Для захватного устройства с клиновым ме­ханизмом сила привода (рис. 8)

рычажным механизмом

Рис. 8. Расчетная схема захватного устройства с клиновым механизмом.

Fri=y I MjtgW + р),

где р — приведенный угол трения, учитываю­щий сопротивление осей рычагов (при осях на подшипниках качения р = 1°10'; на подшипни­ках скольжения — р = 3°); п — число губок за­хвата (обычно п = 2); г| = 0,95 — КПД шарни­ров; р = 4 ч-8° — угол клина.

Для захватов с симметричным расположе­нием губок при М₁ = М₂ = М сила привода

Рис. 9. Схема захватного устройства с реечным механизмом: а— схема захвата; б— расчетная схема

РЦ — T-2Mtg((3 4- р).b

В некоторых случаях удобным оказывается метод расчета, основанный на определении ра­боты при малых перемещениях. Применяя этот метод к расчету захватного устройства с реечным механизмом (рис. 9), получим

-PV = FV_CB;

К=Ксо; V_Cb = /со cos 0,

Р 21 откуда —r| =—cos©. Здесь со

F R

рость звена 1; R — радиус зубчатого сектора; У_Св - вертикальная скорость в точке С, равная скорости в точке А.

Для рассмотренного на рис. 9 захвата сила привода может быть определена также через наибольший момент Mf

Рц = - 2 t М_р ЩГс j—l

где m_c — модуль зубчатого сектора; г_с — полное число зубьев сектора; г| — КПД рееч­ной передачи.

ad

b (с — d) 2b

угловая ско-

2 be

Р F Р У Р

l(d + c) ad b {с -~d)

= R2

l

l

ц =----- tg0 (рис. 10, д); F с Р 2Ь / in ч " Л = (рис.10, е); F а

Г| = — cos2 0 (рис. 10, и). F а

Если захватное устройство имеет несколь­ко губок, то сила захвата на каждой губке с ^ Q — для схемы, при-

веденной на рис. 11, a; Rj = — + ^ Q; R2 =

Для захватных устройств, показанных на рис. 10, соотношения между силами Р и F следующие: (рис. 10, г);

(рис. 10, ж); (рис. 10, з);

Р 21

— ri =-------- F b + с

(рис. 10, в);

~~ Л = . ' (рис. 10, а), г a sin 0

(рис. 10, б); Ъ sin 0 sin 2Ф

F ^Л / sin Ф sin (0 + Ф)

— Q ~ ^{для схемы}> приведенной на рис. 11, б.

Силы захватывания, которые - требуются для удержания заготовки в процессе ее пере­мещения,

F = К₁К₂К₃тд,

Рис. 10. Схемы захватных устройств ПР

где т — масса заготовки; д — ускорение сво­бодного падения; К₁ — коэффициент безопас­ности, значения которого зависят от условия применения ПР и расположения других эле­ментов РТК; K_t = 1,2-^2,0; К₂ — коэффици­ент, зависящий от максимального ускорения А, с которым робот перемещает заготовку, закрепленную в его захвате; К₂ = 1 + А/д; К₃ — коэффициент передачи, зависящий от конструкции захвата и расположения в нем заготовки.

Например, для двухшарнирного захвата (рис. 12)

Рис. 11. Схемы для определения сил, действующих на губки от силы тяжести

В)

Pdx = 2Fbd0;

здесь dx — малое перемещение привода; d© — соответствующее малое перемещение губки (угловое).

b

Рис. 12. Двухшарнирное захватное устройство; точ­ка А — центр тяжести консольно-закрепленной за­готовки

Так как R₂ = Ri + тд, в предельном случае при Р = P_min имеем R₁=0; R₂ = тд, причем

Лшп • dx = Я • d® + R₂bd© = mgb • d©,

где I?! и R₂ — силы, действующие на губки.

Тогда

F

---- = = 1/2.

тд

Таким образом, для данной конструкции захвата К_ъ = 1/2. В табл. 10 приведены значе­ния К_ъ для различных относительных распо­ложений захвата и заготовки.

10. Значения коэффициента A*₃

Губки захватного устройства — плоские. Прямоугольное сечение детали

Губки захватного устройства — призмы. Круглое сечение детали

*3

К,

по

mq\

mq

1/(2ц)

Ш \mq

1/(2ц)

tg 0/2 + a/(2b)

sin @/(2ц)

И

1/(2ц)

sin ©/(2ц)

[1

[Вз

«Р³

' mcj

Продолжение табл. 10

Губки захватного устройства — плоские. Прямоугольное сечение детали

Губки захватного устройства — призмы. Круглое сечение детали

*3

К3

h		ТЪ
%
	-п
~Е		IP

3//А

3 l/h

' mcf

Сила захватывания ной на рис. 13,6,

для схемы, приведен-

Сила захватывания для схемы, приведен­ной на рис. 13, я,

R_n sin а!

N i — -

sin (а! 4- а₂) sin (а! 4- а₂)

R„ sin оц

n2

где R_n — реакция от расчетной нагрузки на п-й захват; oc_t, а₂ — углы контакта заготовки с губкой.

F_t = \iN_i9

2 cos oc_t-

где N_t — нормальная сила для i-й точки кон­такта; F_t — сила трения в г-й точке контакта; R_n — реакция на п-й захват от расчетной на­грузки; а_г — угол контакта поворотной центри­рующей или призматической губки с заготов­кой для i-й точки контакта; р — коэффициент трения губки захвата о деталь; для незака­ленных губок без насечки (стали 45, 50) р = = 0,12-^0,15; для закаленных губок в виде гребенки с острой насечкой (стали 65Г, 60С2, У8А, У10А) при твердости HRC ^55 ц = = 0,3 -г 0,35.

Для плоскопризматических губок (рис. 13, в) сила захватывания

К

где Nt

cos a₂ F^vlN,; F₂ = \iN₂,

N ₂ — нормальные силы; F₁ и

F₂ — силы трения; а_г = 90° — угол между сила­ми R_n и N_t; a₂ — угол между силами R_n и N₂; R_n = R2 — реакция от расчетной нагрузки на i-й захват.

К 2ц

N,:

Для плоских губок (рис. 13, г) силы за­хватывания

F_l=F₂ = nN₁=nN₂,

где N₁, N₂ — нормальные силы; F_1? F₂ — силь трения.

Рис. 13. Схемы для расчета силы захватывания заготовок губками

N1=Rntgai;

Силы захватывания для схемы нагруженш показанной на рис. 13, д,

Рис. 14. Схемы для расчета момента, удерживаю­щего заготовку в захвате: а— с поворотом губки; б — с плоскопараллельным движением

R„ sin а,

F_t = \iN_t9

р, (sin а! + sin а₂ 4- sin а₃)

где N_t — нормальная сила для i-й точки контакта; F, — силы трения; ос_t = 180° — а₂₃; а₂ = 180° - а₁₃; а₃ = 180° - а₁₂; а₁₂, а₂₃, а₁₃ - углы соответственно между силами и N₂, iV₂- и N₃, Ni и iV₃.

Момент удерживающйй заготовку в захва­те относительно точки подвеса поворотной за­жимной губки, к

Mj = £ N_t cos оt_l |> tg а_{ ±Ci-[i (a_t + c_t tg a,)],

где c_t — расстояния от точки подвеса до /-и точки контакта (рис. 14); к — число точек кон­такта; верхнее значение знака при с_{ соответ­ствует точке контакта, лежащей вне оси подве­са губки.