真空吸盘技术在板材搬运中的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)宝钛集团有限公司稀有金属装备设计研制所 作者:岳俊英

  介绍自行研制的一种用于专用设备上的自动上、下料机械手,论述真空吸盘技术的应用、吸盘材料的选择、吸力的计算、真空度真空泵等的选择,以及自动程序和机械手的自动化搬运过程。

  近年来,随着宝钛股份有限公司生产规模的不断扩大,引进了多台进口先进设备。由真空吸盘成的搬运机械手在一组由意大利引进的板材砂光机自动上、下料机械手中得到应用。此搬运机械手占地空间小,搬运大面积的钛板灵活可靠,整套装置采用全自动操作,工作效率高。为了提高产品质量,扩大生产规模,同时针对原进口设备存在气压不足时吸盘脱开板料不畅等缺点,2006年初我们在原设备的基础上,自行研制成功了由真空吸盘组成的搬运机械手。

1、机械手搬运钛板材的规格

  厚0.8~6 mm;长2000~3050 mm;宽900~1000 mm;最大质量85 kg。

2、机械手机械构造及其工作过程

  真空系统主要由真空泵、真空吸盘、真空软输管、电磁换向阀、真空开关、真空过滤器等组成。吸盘支架主要由一个型钢框架、两根铝型材以及安装其上的两排共16个真空吸盘组成。升降系统由电机、减速机、传动链带动吸盘支架实现上升和下降。机械手结构见图1。

  旋转系统依靠立柱及底座上的电机、减速机、传动齿轮带动吸盘支架旋转。

  两台机械手分左、右一字排在主机一侧。一台机械手将钛板从料架上提起,旋转180°,放下,进入主机辊道;另一台机械手从辊道上提起钛板,旋转180°,落下,将钛板放在另一料架上,为主机上、下料的搬运。

机械手总装配图

1. 升降系统 2. 吸盘支架 3. 旋转系统 4. 底座

图1 机械手总装配图

3、真空吸盘的选择计算

3.1、真空度的选择

  就搬运技术而言,采用低真空即可满足要求。通常,低真空的压力范围为100 Pa~1标准大气压。对于搬运金属与塑料等具有气密性表面的材料,真空度通常在50000~80000Pa之间,若采用高于100Pa的中高真空则不甚经济。由于吸盘吸附板料所需时间较长,同时考虑到安全因素,故选用抽气流量较真空发生器大很多的真空泵。

3.2、真空吸盘的选择

  此设备首先须确定真空吸盘,经多方查询,未找到合适的国产吸盘,国内一些厂家生产的吸盘只能用于吸附纸张、塑料薄膜等轻软物品,故选用德国产真空吸盘。而材料选定为丁晴橡胶,主要考虑到其价格低廉,且适用于搬运平面较为光滑的工件。根据吸盘选用样本,计算吸盘所承受的总力F:

F=m×(g+a/μ) ×s (1)

  式中 F—理论最大吸力,N;m —钛板质量,kg;g —重力加速度,m/s2;a —提升系统的加速度,m/s2;μ—摩擦系数,0.2~0.5;s —安全系数,1.5~2。

F = 85 ×(918 + 5/ 014) ×2 = 3791 N

  对照样本计算吸盘所能承受的力之大小,PFYN95型吸盘在真空度60kPa 时,单个吸盘所能承受的力为350 N,根据结构布局,选用16 个吸盘,总力为516 kN。

4、机械手自动控制程序

  自动控制程序选用西门子公司生产的S7-200型程控器。机械手开始工作时,首先打开真空泵。上料过程如下:

  (1) 吸盘支架带动两排吸盘快速下降,可调光电开关检测到板料后,慢速下降至50mm,吸盘触及板料,同时,吸盘支架触碰限位开关;

  (2) 两位三通电磁阀开始动作,使吸盘接入真空,时间约1~2s,当真空开关检测到真空值为60~80 kPa(吸盘样本参数) 时,确认板料已被吸牢;

  (3) 快速提升,触碰第一个限位开关,吸盘转为慢速运动,触碰第二个限位开关(此时约提升200 mm),到位停止;

  (4) 快速旋转,触碰第一个限位开关,吸盘转为慢速运动,触碰第二个限位开关,到位(共转180°)停止;

  (5) 快速下降,触碰第一个限位开关,吸盘转为慢速运动,触碰第二个限位开关,到位(约下降200mm)停止;

  (6) 电磁换向阀换向,放大气,吸盘从板料上脱开,落在主机辊道上,辊道上的光电开关发出信号;

  (7) 吸盘支架带动吸盘快速上升,慢速到位(约200 mm高);

  (8) 快速、慢速旋转180°、停止。至此,一次自动上料动作完成。

  编程可以实现循环重复上料,亦可由人工控制,单次自动随机上料,亦或点动,使吸盘支架停在任意位置。在上升、下降、旋转等限位开关的后位置,均装有一个报警限位开关,作为防止到位停止失灵时的备用开关。

  下料时,机械手的动作程序与上料时相类似,不同之处为起始位置是从主机辊道上取料,最终将料放在料架上。

5、结论

  此搬动机械手的研制成功,节约了进口设备资金,并针对旧的进口设备进行改进,更加适用于生产实际情况。原进口设备上的两位三通电磁换向阀有两个工位,一位接真空,一位接压缩空气,需要设有储气罐及连接的输气管路,气压不足时会使吸盘脱开板料不畅。新研制的搬运机械手省去了储气罐及连接管路,直接排大气,完全满足生产要求,同时更便于设备的制造。

  此搬运机械手的不足之处为:提升吸盘支架所选用的减速机机型扭矩不够,不能频繁点动吸盘支架上升、下降,需要间隔5~7s;若间隔时间过少,点动时抱闸将失灵。这些问题都有待于今后进一步改进。

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