多用真空吸具设计

真空吸盘 张珍 中国工程物理研究院

  真空吸取是真空技术在起重、吊运、装夹产品设备等方面的一种应用技术。为适应军工生产中的特种型面、特种材料、易燃易爆产品的加工、装配、吊运的需要,研究出一种多用真空吸具。可吸取多个相似型面的产品。

  真空吸取器是一种特殊的真空装置。该真空装置与工件贴合能形成封闭的真空腔。由于对真空腔抽气形成真空度而形成内外气压差,从而达到吸住工件和吊运工件的目的。有一系列的半球型的工件需进行装配,产品有的中间有凸台,通孔,径向处有一开槽或方槽或导管等干涉物,工件的各面是经过加工的光面,如图1 所示。由于曲形面物体的物理特性,决定真空吸盘吸取是工件装配的重要方式之一。

工件类型

图1 工件类型

1、设计原理

  由于这些工件被吸外球面已不是一个连续的球面,无法用一个大直径吸口吸盘吊运,因此,必须设计使吸口避开横孔、导管等干涉物的影响,对物体光滑曲面进行真空吸取,从而实现吸吊产品的目的。

  通过对产品型面的分析,虽然各个产品的外形面不是一个连续的球面,但可以分成几个局部的连续面提供真空吸取面。要实现一个吸具能吸取不同曲率口大小的几个产品。可以在同一截面圆上的球面曲率相差不是很大处吸取,为了受力均布,吊运平稳,采用三点吸盘起吊的方式,根据多种型面的需要和各自的特点,经过反复计算和验算,据此设计吸取机构。所设计的多用真空吸具如图2 所示。

多用吸具结构图

1.基座 2.吸盘 3.安全网兜 4.真空阀门 5.提杆 6.真空表 7.安全钩

图2 多用吸具结构图

2、主要部件设计分析

2.1、吸口

  吸口是为吸取工件而设计,因此吸口形式必须适应工件型面的要求。吸盘采用SMC 公司大型垂直真空接管风琴型吸盘ZPT63HBN-A16,此吸盘可吸取圆柱面,如图3,吸盘材料为硅橡胶。吸盘型面倾斜选用与产品中重量最重的外球面相吻合,这样,与其它产品的外型面吻合有一定的相差,但吸盘自身可吸取倾斜为5°的型面,如图4 所示。所以,此误差可以弥补。应选取零件外型面上曲率K(K≠0) 比较小,且相差不大的部位做为吸取部位,使吸取器吸口与工件型面更好的贴合。

吸盘吸取圆柱面示意图

图3 吸盘吸取圆柱面示意图

吸盘吸取圆柱面示意图

2.2、焊接基座

  因要避开导管等干涉物,焊接基座采用梅花三瓣型,内部空腔,以形成气路及达到气密性和自封性要求,如图5所示。

焊接基座

图5 焊接基座

2.3、真空监测与安全保护结构

  如果从吸取器到抽气系统均无真空监测手段及安全保护措施,只凭经验使用吸取器,虽然不一定会发生事故,但有事故隐患,不易发现漏气等故障,安全措施不完善,也不符合安全设计要求。在吸取器上设计装有真空阀门和单向阀、真空表、安全网挂钩等真空度监测安全保护机构。确保吸取器的工作安全可靠。

2.3.1、真空阀门和真空单向阀

  真空阀门:气动系统的控制部分,控制真空吸取器的真空腔处于工作或非工作状态。

  真空单向阀:和真空阀门结为一体,通过大气压力和真空腔内压力之差将设计有特别结构的小活塞压到出气口上,达到五分钟内真空度下降不大于0.02MPa 的自封效果,防止吸取器在工作状态时大气返进真空腔。

2.3.2、真空表

  吸取器是一种低真空装置,所能达到和维持的真空度(即真空腔内的压强)将直接影响到工作的可靠性和安全性,因此有必要对吸取器的真空度变化进行监测。选用SMC公司的0.1~0 MPa 真空表监测真空度变化情况。

2.3.3、防跌落保护机构

  吸取器在吊运工件的过程中,一旦漏气量较大,真空表压值就要下降,真空吸取力也随之减小,当吸取力小于工件的重力时,工件就与吸取器的吸口脱开,发生工件脱落事故。因此,用吸取器吊运危险品、火工品或燃爆品等,应有安全保护措施。

  由于物体贵重、易碎,为防止物体在抓取、搬运过程中因突发事件落下,也需对物体进行安全保护,需设计有防跌落保护机构对抓取的物体进行支托保护。根据具体情况有保护爪、安全网或安全带。针对所吸取的工件特性,只吊运不翻转,防跌落保护机构设计采用安全网兜。当吸取器漏气,工件脱离吸口下落时,落到安全网上,仍然能确保工件的安全。安全网的结构如图6 所示。

多用真空吸具设计

3、结论

  吸取器是真空技术与夹具、吊具的特殊需要相结合而产生和发展的,但吸取器与机械夹具、机械吊具相比又有其独自的特点和功能。

  采用真空吸盘的吸取器,从研究、设计、试验到实际应用,所掌握的技术经验还不多。许多问题还有待于深化研究和探讨,使其更好的发挥独特的作用。

参考文献:

  [1] 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学〔第四版〕.北京:高等教育出版社,1988.

  [2] 徐灏.机械设计手册(第二版).北京:机械工业出版社,2001.

  [3] 卜炎.中国机械设计大典.南昌:江西科学技术出版社,2001.

  [4] 单景德.真空吸取器设计及应用技术[M].北京:国防工业出版社,2000.