Конспект лекций по КМР

где dS – площадь элементарного объема воздуха вдоль образующей цилиндра:

Интегрируя полученное выражение в пределах от 0 до R (где R – радиус насадки), получим приращение давления на стенки насадки:

где v – скорость подачи воздуха в вихревую камеру, мм/с.

Так как в стенках насадки имеются отверстия, то воздух через них выходит наружу и давление на стенки насадки практически не изменяется.

Тогда давление внутри вихря будет равно:

где КВ=(0,3...0,5) – коэффициент запаса.

Подъемную силу, действующую на пластинку в бесконтактном струйном захватном устройстве (рис. 14.53), определяют [35]:

Рп – давление сжатого воздуха в подводящем канале; m = 2/7. Условие равновесия пластинки в струйном захватном устрой-

стве при установившемся адиабатическом движении воздуха в зазоре имеет вид:

446

447

G – сила тяжести пластинки.

В приведенных неравенствах верхние границы для адиабатического (область I) и изотермического (область II) движений воздуха одинаковые, а нижние – разные (рис. 14.55), хотя они достаточно близки. Области изменения параметров S0 и , соответствующие устойчивому равновесию объекта, заштрихованы.

Необходимым условием перемещения пластины в плоскости

захвата и ее базирования является смещение центра масс пластины относительно оси сопла [35]. Даже при малом значении этого смещения пластина под действием сил вязкого трения F будет уда-

лятся от оси захвата со скоростью, возрастающей во времени по закону гиперболического синуса. Поворот пластины будет происходить, если центр сопла не лежит на одной из главных осей инерции пластины или оси ее симметрии. В этом случае сумма проекций сил трения на прямую, соединяющую центр масс пластины и центр сопла, не равна нулю.

14.24. Магнитные захватные устройства

Магнитные захватные устройства предназначены для захватывания и переноса объектов, выполненных из ферромагнитных металлов. Их выполняют на основе электромагнитов или с постоянными магнитами.

Электромагнитное захватное устройство (рис. 14.56) состоит из корпуса 1, обмотки 2 электромагнита и сердечника 3.

Для фиксации объекта 4 в захватном устройстве без проскальзывания необходимо обеспечить хороший контакт между поверхностями магнита и объекта. Для плоских объектов такую фиксацию обеспечить легко, так как торец электромагнита также плос-

448

кий. Для неровных поверхностей к нижней стороне магнита 1 крепят эластичный баллон 2 (рис. 14.57) и заполняют его металлическими опилками. При опускании захватного устройства на объект частицы металла в баллоне перераспределяются, повторяя рельеф поверхности объекта, чем и обеспечивают хороший контакт. При подаче напряжения на обмотку электромагнита, металлические частицы образуют твердую массу и обеспечивают жесткую фиксацию объекта.

Силу притяжения электромагнита приближенно определяют по формуле [48]:

В предварительных расчетах можно принять 1 В 1,4 Тл; – величина воздушного зазора между магнитопроводом и объектом, м; J – сила тока в обмотке электромагнита, А:

j – плотность тока в поперечном сечении проводника обмотки, А/м2. Для приближенных расчетов принимают j=(2...3) 106 А/м2; S – площадь поперечного сечения провода, м2; d – диаметр провода, м; w – число витков обмотки электромагнита:

449

D – наружный диаметр обмотки электромагнита, м; dВ – внутренний диаметр обмотки электромагнита, м. В проектировочных расчетах его можно принимать равным диаметру dC сердечника, т.е. dB dC ; h – высота обмотки электромагнита, м; f0 – коэффициент

заполнения окна обмотки. Для различных марок обмоточного провода и различных его диаметров без изоляции d=0,05...1,0 мм коэффициент заполнения равен 0,3...0,6 (табл. 14.10) [48].

Наличие примесей (марганца, серы, фосфора, никеля и т.п.) в объекте снижает подъемную силу электромагнитного захватного устройства. Поэтому вес объекта, который может удержать захватное устройство, находят по формуле:

450

где n – коэффициент запаса, принимаемый в зависимости от условий работы робота и обеспечения безопасности человека до 8...10.

Формулы для проверки возможности удержания объекта электромагнитным захватным устройством аналогичны формулам для вакуумных захватных устройств (табл. 14.9).

в)

Рис. 14.58

Захватные устройства с постоянными магнитами устроены аналогично электромагнитным захватным устройствам. Отличие заключается в способе отпускания объекта.

Захватные устройства с постоянными магнитами 1 выполняют таким образом, что отпускание объекта 4 осуществляют специальными устройствами 2, перекрывающими магнитные потоки (рис. 14.58). На рис. 14.58,а изображено захватное устройство с постоянными магнитами, прерывание магнитного потока которого осуществляют перемещением специальной задвижки 2, выполненной из немагнитного материала, на рис. 14.58, б – прерывание магнитного потока осуществляют поворотным устройство 2, на рис. 14.58, в – прерывание магнитного потока осуществляют увеличением воздушного зазора между магнитами и объектом за счет перемещения корпуса 2 магнитов.

Постоянные магниты по сравнению с электромагнитами имеют значительно меньшие габариты и массу. Существуют постоянные магниты на основе кобальтовых сплавов, изготавливаемые спеканием порошкового материала, которые развивают усилие притяже-

451

ния в 500 раз превосходящее собственную массу и срок сохранения намагничивающей силы достигает 12 лет.

При использовании магнитных захватных устройств в металлообработке необходимо учитывать, что к магниту могут прилипать стружки, которые необходимо периодически очищать, может происходить намагничивание объекта в процессе его захватывания и транспортировки. Если намагничивание объекта нежелательно, его необходимо размагничивать. Для электромагнитных захватных устройств отказ в цепи питания приводит к выпадению объекта из захватного устройства. Поэтому хотя электромагнитные захватные устройства проще в управлении, быстрее захватывают и отпускают объект, в опасных условиях следует применять захватные устройства с постоянными магнитами.

14.25. Оснастка

Оснастка представляет собой приспособление для закрепления в нем и приведение в движение технологического инструмента. При этом к инструменту необходимо обеспечить подвод энергии и какого-либо рабочего тела: для окрасочного робота – краски и воздуха к пульверизатору, для сварочного робота – сварочного тока к сварочным клещам при точечной сварке или проволочного электрода, газа и охлаждающей воды при дуговой сварке и т.д.

Оснастку робота можно разделить на несколько групп [35].

1. Оснастка для механической обработки. На рис. 14.59 показа-

ны оснастка для фрезерования (рис. 14.59, а), закручивания гаек (рис. 14.59, б), сверления (рис. 14.59, в) и шлифования (рис. 14.59, г). Оснастку стыковочным элементом крепят к стыковочному элементу исполнительного устройства робота (рис. 14.60). Отличительной особенностью этой оснастки является наличие самостоятельного привода главного движения инструмента: вращения сверла, фрезы, гайковерта, шлифовального круга и т.п. Движение подачи осуществляет исполнительное устройство робота. Иногда оснастка имеет самостоятельный, обычно линейный привод подачи. В простейших случаях осуществляют только включение и выключение двигателя привода. В более сложных случаях предусматривают изменение частоты вращения инструмента.

В ответственных случаях возникает необходимость фиксировать момент касания инструментом изделия, контролировать усилия взаимодействия инструмента с изделием. Для этого в оснастке устанавливают датчики силомоментного очувствления. Для предотвращения поломки инструмента в месте соединения оснастки с по-

452

следним звеном исполнительного устройства робота целесообразно предусмотреть установку упругих элементов с первоначальным натягом.

2. Оснастка для сборки. Специфика условий выполнения с помощью робота операций соединения разнообразных по конструкции деталей диктует создание специализированной оснастки достаточно широкой номенклатуры:

оснастка для перемещения и установки деталей без точного ориентирования, с большими зазорами (установка базовых деталей в приспособление, укладка прокладок, удаление собранных изделий);

оснастка для захватывания, перемещения и присоединения деталей с малыми зазорами или небольшими натягами;

оснастка для захватывания, перемещения и установки нежестких и упругих деталей (резиновых манжет, пружинных колец и т.п.);

оснастка для выполнения резьбовых соединений (в том числе с контролем крутящего момента);

оснастка для установки деталей на вал, включая встроенный механизм дополнительной ориентации присоединяемой детали по базовой;

оснастка для сборки с пластическими деформациями детали (клепка, раскатка и т.п.).

Для соединения деталей с наибольшей производительностью оснастка должна отвечать следующим основным требованиям: унификация по элементам базирования деталей и месту присоединения к роботу; допустимая по условиям сборки погрешность захватывания деталей; надежность захватывания и транспортировки детали на сборочную позицию; обеспечение компенсации погреш-

453

ности взаимного расположения сопрягаемых поверхностей перед соединением; легкость регулировки и переналадки для присоединения однотипных деталей в установленном диапазоне размеров; возможность встраивания элементов контрольных устройств и средств адаптации.

На рис. 14.61 изображена оснастка для захватывания из накопителя, переноса на позицию сборки и установки в выточку отверстия базовой детали внутренних плоских пружинных колец [23].

Рис. 14.61

Для выполнения этих действий в конструкции оснастки предусмотрены элементы базирования кольца и механизм его сжатия. После установки и закрепления в руке робота хвостовика корпуса 1

454

оснастку перемещают на позицию захватывания кольца 7 и опускают до тех пор, пока торец втулки 12 не коснется торцевой поверхности кольца и установочные штыри 5 и 6 не войдут в отверстия в проушинах кольца. При движении тяги 3 вверх под действием привода, находящегося в руке робота и сцепляемого с головкой винта 2, штифт 10, взаимодействуя с продольными пазами 4 в корпусе 1 и наклонной частью 16 фигурных окон 11 втулки 12, упирающейся в подшипник 13, поворачивает ее относительно корпуса, сжимая посредством штырей кольцо 7 и пружину 9. Сжимаемое кольцо фиксируется в углублениях 17 установочных штырей и притягивается нижней внутренней кромкой к пружинному упору 8, предотвращающему провисание и срыв кольца со штырей.

Затем оснастку перемещают к детали, закрепленной на позиции сборки. Нижнюю часть оснастки с закрепленным в сжатом состоянии кольцом 7 опускают в отверстие детали, не доходя до выточки на расстояние, равное высоте установочного штыря 6, несколько превышающее толщину кольца 7.

При движении тяги 3 вниз штифт 10, перемещаясь в продольных пазах корпуса, отрывается от наклонной части 16 окон 11, давая возможность втулке 12 повернуться. Тогда штыри 5 и 6 расходятся, и кольцо 7 разжимается до касания со стенками отверстия детали. При дальнейшем движении тяги вниз штифт 10 своими концевыми частями доходит до горизонтальных участков 15 фигурных окон, служащих упором и перемещает вниз втулку 12, которая сталкивает кольцо 7 в выточку отверстия детали, освобождая установочный штырь 6. Установочный штырь 5 упирается в деталь, ранее установленную в отверстие, и утапливается, сжимая пружину 18. Далее оснастку поднимают, установочный штырь 5 выходит из кольца, и втулка 12 под действием пружины 9 поворачивается и смещается в осевом направлении вверх относительно корпуса, возвращаясь в исходное положение, при котором штифт 10 размещается в выемке 14 фигурных окон.

3. Оснастка для точечной электрической сварки. Электрическое сваривание листовых деталей внахлест производят путем их сжатия с последующим пропусканием импульса тока. При этом происходит расплавление металла в зоне контакта и детали свариваются. Сжатие деталей осуществляют двумя электродами, расположенными в специальной оснастке – сварочных клещах (рис. 14.62). Сварочные клещи состоят из фланца 1, сварочного трансформатора 2, гидроцилиндров 3, наконечников 4 и электродов 5. Масса сварочных клещей для сварки листов толщиной 1 мм приблизительно равно 10-30 кг.

455