介紹自行研制的一種用于專用設(shè)備上的自動(dòng)上、下料機(jī)械手，論述真空吸盤技術(shù)的應(yīng)用、吸盤材料的選擇、吸力的計(jì)算、真空度、真空泵等的選擇，以及自動(dòng)程序和機(jī)械手的自動(dòng)化搬運(yùn)過程。

　　近年來，隨著寶鈦股份有限公司生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，引進(jìn)了多臺(tái)進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備。由真空吸盤成的搬運(yùn)機(jī)械手在一組由意大利引進(jìn)的板材砂光機(jī)自動(dòng)上、下料機(jī)械手中得到應(yīng)用。此搬運(yùn)機(jī)械手占地空間小，搬運(yùn)大面積的鈦板靈活可靠，整套裝置采用全自動(dòng)操作，工作效率高。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)針對(duì)原進(jìn)口設(shè)備存在氣壓不足時(shí)吸盤脫開板料不暢等缺點(diǎn)，2006年初我們?cè)谠�設(shè)備的基礎(chǔ)上，自行研制成功了由真空吸盤組成的搬運(yùn)機(jī)械手。

1、機(jī)械手搬運(yùn)鈦板材的規(guī)格

　　厚0.8～6 mm；長(zhǎng)2000～3050 mm；寬900～1000 mm；最大質(zhì)量85 kg。

2、機(jī)械手機(jī)械構(gòu)造及其工作過程

　　真空系統(tǒng)主要由真空泵、真空吸盤、真空軟輸管、電磁換向閥、真空開關(guān)、真空過濾器等組成。吸盤支架主要由一個(gè)型鋼框架、兩根鋁型材以及安裝其上的兩排共16個(gè)真空吸盤組成。升降系統(tǒng)由電機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)鏈帶動(dòng)吸盤支架實(shí)現(xiàn)上升和下降。機(jī)械手結(jié)構(gòu)見圖1。

　　旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)依靠立柱及底座上的電機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)吸盤支架旋轉(zhuǎn)。

　　兩臺(tái)機(jī)械手分左、右一字排在主機(jī)一側(cè)。一臺(tái)機(jī)械手將鈦板從料架上提起，旋轉(zhuǎn)180°，放下，進(jìn)入主機(jī)輥道；另一臺(tái)機(jī)械手從輥道上提起鈦板，旋轉(zhuǎn)180°，落下，將鈦板放在另一料架上，為主機(jī)上、下料的搬運(yùn)。

1. 升降系統(tǒng)　2. 吸盤支架　3. 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)　4. 底座

圖1　機(jī)械手總裝配圖

3、真空吸盤的選擇計(jì)算

3.1、真空度的選擇

　　就搬運(yùn)技術(shù)而言，采用低真空即可滿足要求。通常，低真空的壓力范圍為100 Pa～1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。對(duì)于搬運(yùn)金屬與塑料等具有氣密性表面的材料，真空度通常在50000～80000Pa之間，若采用高于100Pa的中高真空則不甚經(jīng)濟(jì)。由于吸盤吸附板料所需時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)考慮到安全因素，故選用抽氣流量較真空發(fā)生器大很多的真空泵。

3.2、真空吸盤的選擇

　　此設(shè)備首先須確定真空吸盤，經(jīng)多方查詢，未找到合適的國(guó)產(chǎn)吸盤，國(guó)內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的吸盤只能用于吸附紙張、塑料薄膜等輕軟物品，故選用德國(guó)產(chǎn)真空吸盤。而材料選定為丁晴橡膠，主要考慮到其價(jià)格低廉，且適用于搬運(yùn)平面較為光滑的工件。根據(jù)吸盤選用樣本，計(jì)算吸盤所承受的總力F：

F=m×(g+a/μ) ×s (1)

　　式中　F—理論最大吸力,N；m —鈦板質(zhì)量,kg；g —重力加速度,m/s2；a —提升系統(tǒng)的加速度,m/s2；μ—摩擦系數(shù),0.2～0.5；s —安全系數(shù),1.5～2。

F = 85 ×(918 + 5/ 014) ×2 = 3791 N

　　對(duì)照樣本計(jì)算吸盤所能承受的力之大小，PFYN95型吸盤在真空度60kPa 時(shí)，單個(gè)吸盤所能承受的力為350 N，根據(jù)結(jié)構(gòu)布局，選用16 個(gè)吸盤，總力為516 kN。

4、機(jī)械手自動(dòng)控制程序

　　自動(dòng)控制程序選用西門子公司生產(chǎn)的S7-200型程控器。機(jī)械手開始工作時(shí)，首先打開真空泵。上料過程如下：

　　(1) 吸盤支架帶動(dòng)兩排吸盤快速下降，可調(diào)光電開關(guān)檢測(cè)到板料后，慢速下降至50mm，吸盤觸及板料，同時(shí)，吸盤支架觸碰限位開關(guān)；

　　(2) 兩位三通電磁閥開始動(dòng)作，使吸盤接入真空，時(shí)間約1～2s，當(dāng)真空開關(guān)檢測(cè)到真空值為60～80 kPa(吸盤樣本參數(shù)) 時(shí)，確認(rèn)板料已被吸牢；

　　(3) 快速提升，觸碰第一個(gè)限位開關(guān)，吸盤轉(zhuǎn)為慢速運(yùn)動(dòng)，觸碰第二個(gè)限位開關(guān)(此時(shí)約提升200 mm)，到位停止；

　　(4) 快速旋轉(zhuǎn)，觸碰第一個(gè)限位開關(guān)，吸盤轉(zhuǎn)為慢速運(yùn)動(dòng)，觸碰第二個(gè)限位開關(guān),到位(共轉(zhuǎn)180°)停止；

　　(5) 快速下降，觸碰第一個(gè)限位開關(guān)，吸盤轉(zhuǎn)為慢速運(yùn)動(dòng)，觸碰第二個(gè)限位開關(guān),到位(約下降200mm)停止；

　　(6) 電磁換向閥換向，放大氣，吸盤從板料上脫開，落在主機(jī)輥道上，輥道上的光電開關(guān)發(fā)出信號(hào)；

　　(7) 吸盤支架帶動(dòng)吸盤快速上升，慢速到位(約200 mm高)；

　　(8) 快速、慢速旋轉(zhuǎn)180°、停止。至此,一次自動(dòng)上料動(dòng)作完成。

　　編程可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)重復(fù)上料，亦可由人工控制，單次自動(dòng)隨機(jī)上料，亦或點(diǎn)動(dòng)，使吸盤支架停在任意位置。在上升、下降、旋轉(zhuǎn)等限位開關(guān)的后位置，均裝有一個(gè)報(bào)警限位開關(guān)，作為防止到位停止失靈時(shí)的備用開關(guān)。

　　下料時(shí)，機(jī)械手的動(dòng)作程序與上料時(shí)相類似，不同之處為起始位置是從主機(jī)輥道上取料，最終將料放在料架上。

5、結(jié)論

　　此搬動(dòng)機(jī)械手的研制成功，節(jié)約了進(jìn)口設(shè)備資金，并針對(duì)舊的進(jìn)口設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，更加適用于生產(chǎn)實(shí)際情況。原進(jìn)口設(shè)備上的兩位三通電磁換向閥有兩個(gè)工位，一位接真空，一位接壓縮空氣，需要設(shè)有儲(chǔ)氣罐及連接的輸氣管路，氣壓不足時(shí)會(huì)使吸盤脫開板料不暢。新研制的搬運(yùn)機(jī)械手省去了儲(chǔ)氣罐及連接管路，直接排大氣，完全滿足生產(chǎn)要求，同時(shí)更便于設(shè)備的制造。

　　此搬運(yùn)機(jī)械手的不足之處為：提升吸盤支架所選用的減速機(jī)機(jī)型扭矩不夠，不能頻繁點(diǎn)動(dòng)吸盤支架上升、下降,需要間隔5～7s；若間隔時(shí)間過少，點(diǎn)動(dòng)時(shí)抱閘將失靈。這些問題都有待于今后進(jìn)一步改進(jìn)。