Automatyka pneumatyczna
An kątowy cylinder chwytaka powietrza — zwany także obrotowym lub wahadłowym cylindrem chwytaka — łączy obrotowy cylinder pneumatyczny z równoległym lub kątowym mechanizmem szczękowym do chwytania, obracania i zwalniania detali w jednym kompaktowym urządzeniu. W przeciwieństwie do konwencjonalnego prostego cylindra pneumatycznego, który popycha lub ciągnie tylko w jednej osi, typ kątowy otwiera i zamyka szczęki po łuku, co czyni go idealnym wyborem w przypadku gniazd typu pick-and-place, stanowisk montażowych i systemów przenoszenia, w których chwytaki liniowe po prostu nie mieszczą się lub nie mogą wystarczająco szybko zmienić orientacji części.
Z praktycznego punktu widzenia decyzja o zastosowaniu kątowego cylindra z chwytakiem pneumatycznym zamiast innych metod chwytania pneumatycznego lub elektrycznego sprowadza się do trzech czynników: siła chwytania (zwykle od 20 N do 1200 N w zależności od rozmiaru otworu) , kąt odchylenia szczęk (zwykle 10°, 20°, 30°, 40° lub niestandardowy) oraz całkowitą obwiednię, jaką zajmuje cylinder pneumatyczny wewnątrz komory maszyny. Gdy zrozumiesz te trzy parametry, wybór odpowiedniego cylindra chwytaka kątowego stanie się prosty.
Podstawowa koncepcja
Co to jest cylinder kątowy chwytaka powietrza i jak to działa
Cylinder kątowy z chwytakiem pneumatycznym to urządzenie pneumatyczne, które wykorzystuje sprężone powietrze do napędzania wewnętrznego tłoka. Ruch tłoka jest przekształcany — za pośrednictwem mechanizmu zębatkowego, krzywki klinowej lub mechanizmu dźwigniowego — w symetryczne otwieranie i zamykanie kątowe dwóch lub więcej szczęk chwytających. Używa się terminu „cylinder pneumatyczny”, ponieważ siła uruchamiająca pochodzi w całości ze sprężonego powietrza, zwykle pomiędzy 0,15 MPa i 0,8 MPa (około 22 do 116 psi) , przepływający przez otwór wlotowy i działający na obszar tłoka.
Napęd zębatkowy
Sprężone powietrze porusza tłok, na którym znajduje się zębatka zazębiona z zębnikiem na każdym wale szczęk. Obie szczęki obracają się jednocześnie i symetrycznie. Jest to najczęstsza konfiguracja w kątowych cylindrach z chwytakiem pneumatycznym, ponieważ zapewnia spójny środek chwytu niezależnie od kąta rozwarcia szczęk.
Napęd klinowo-krzywkowy
Krzywka w kształcie klina na tłoczysku popycha dwie pływające rolki na zewnątrz lub do wewnątrz, obracając ramiona szczęk. Konstrukcja ta jest szczególnie sztywna pod obciążeniem bocznym i jest powszechna w siłownikach pneumatycznych z chwytakiem kątowym o dużej wytrzymałości, przenoszących części o masie powyżej 2 kg.
Napęd dźwigniowy
Ramię łączące łączy tłok z każdą szczęką. Geometria dźwigni zwiększa siłę na końcu szczęki i jest stosowana, gdy średnica cylindra pneumatycznego musi pozostać mała, ale siła chwytania na czubku palca musi pozostać duża – przydatne w pomieszczeniach czystych lub w automatyce kompaktowej.
Niezależnie od typu napędu, w korpusie cylindra pneumatycznego znajdują się uszczelki, tłok, prowadnice szczęk i podstawa montażowa. Standardowe korpusy są wykonane z anodyzowanego stopu aluminium, natomiast szczęki i wewnętrzne elementy krzywki lub zębatki są zazwyczaj wykonane ze stali hartowanej. Chwytak łączy się z resztą maszyny za pomocą standardowego kołnierza montażowego lub adaptera szyny z rowkiem T z tyłu korpusu cylindra pneumatycznego.
Dane techniczne
Kluczowe specyfikacje definiujące wydajność cylindra kątowego chwytaka pneumatycznego
Wybór odpowiedniego siłownika z chwytakiem kątowym wymaga dopasowania wielu parametrów specyfikacji do rzeczywistego obciążenia. Poniższa tabela podsumowuje najważniejsze parametry i ich typowe zakresy dla głównych produktów katalogowych od dostawców takich jak SMC, Festo, SCHUNK i Pneumax.
| Parametr | Mała seria | Seria średnia | Duża seria |
|---|---|---|---|
| Średnica otworu | 6 – 16 mm | 20 – 32 mm | 40 – 80 mm |
| Siła chwytania na szczękę | 20 – 80 N | 90 – 350 N | 400 – 1200 N |
| Kątowy udar szczęki | 10° – 30° | 20° – 40° | 20° – 40° |
| Ciśnienie robocze | 0,15 – 0,7 MPa | 0,15 – 0,8 MPa | 0,2 – 0,8 MPa |
| Cykl życia (znamionowy) | 5 – 10 milionów | 10 – 30 milionów | 15 – 50 milionów |
| Powtarzalność | ± 0,03 mm | ± 0,02 mm | ± 0,01 mm |
Dwie liczby, które najczęściej wprawiają inżynierów w zakłopotanie, to siła chwytania na końcu szczęki w porównaniu do nasady szczęki . Ponieważ szczęka jest dźwignią, siła spada w miarę oddalania się punktu styku od czopa. Większość danych katalogowych podaje siłę na nasadzie szczęki (najbliżej czopa). Jeśli adapter wysuwany na palec wysuwa szczękę o 30 mm od nasady, należy spodziewać się spadku efektywnej siły chwytu o 30–50% w zależności od geometrii szczęki. Zawsze żądaj wykresu momentu szczęki od dostawcy, a nie tylko wartości siły nacisku.
Życie na rowerze dla cylinder powietrzny w zastosowaniu chwytaka zależy również od smarowania. Większość nowoczesnych cylindrów kątowych z chwytakiem pneumatycznym jest dostarczana z trwale nasmarowanymi uszczelkami tłoków i może pracować na czystym, suchym i bezolejowym sprężonym powietrzu — jeśli jednak powietrze dostarczane jest z mgłą olejową, należy sprawdzić zgodność ze związkiem uszczelniającym. Uszczelki NBR tolerują standardową mgłę oleju mineralnego; Uszczelnienia FKM (Viton) są preferowane w zastosowaniach, w których stosowane są smary syntetyczne lub w środowiskach o podwyższonych temperaturach powyżej 60°C.
Porównanie
Cylinder kątowy z chwytakiem pneumatycznym a chwytak z równoległym cylindrem pneumatycznym: który wybrać
Typ kątowy
- Szczęki obracają się po łuku – końcówki szczęk pokonują większą odległość przy tym samym rozmiarze ciała
- Lepiej nadaje się do pobierania części z gniazda, podajnika misowego lub krawędzi przenośnika, gdzie szczęka musi się odchylać
- Rozwarcie szczęk na końcówce jest proporcjonalne do promienia obrotu, więc większe opuszki palców radykalnie zwiększają efektywne otwarcie bez zmiany średnicy cylindra pneumatycznego
- Siła działająca na końcówkę szczęki jest mniejsza niż na czopie; modele z kamerą klinową częściowo to kompensują
- Dobrze sprawdza się na częściach stożkowych, kulistych lub o nieregularnym kształcie
- Aby dopasować precyzyjną geometrię części, wymagana jest nieco bardziej złożona konstrukcja palca
Typ równoległy
- Szczęki przesuwają się liniowo — linia środkowa uchwytu pozostaje stała niezależnie od szerokości rozwarcia szczęk
- Idealny do części pryzmatycznych (prostokątnych lub cylindrycznych), gdzie obie powierzchnie są równoległe
- Siła działająca na powierzchnię szczęki jest prawie równa sile tłoka; brak utraty ramienia dźwigni
- Zakres otwarcia szczęk jest ograniczony fizycznym skokiem tłoka cylindra pneumatycznego
- Dokładność centrowania jest z natury wysoka — obie szczęki poruszają się w równych odległościach od środka
- Mniej elastyczna, gdy rozmiary części znacznie różnią się między produktami na tej samej linii
Powszechna zasada w automatyce pneumatycznej: jeśli stosunek rozwarcia szczęk do długości korpusu musi przekraczać 1:3, kątowy cylinder z chwytakiem pneumatycznym prawie zawsze wygrywa pod względem oszczędności miejsca. Jeśli priorytetem jest absolutna powtarzalność centrowania poniżej ± 0,01 mm, a geometria części jest pryzmatyczna, lepszym wyborem pozostaje chwytak z równoległym cylindrem pneumatycznym. W mieszanych gniazdach produkcyjnych niektórzy projektanci montują kątowy cylinder chwytaka pneumatycznego na jednym nadgarstku robota i chwytak równoległy na drugim, aby obsłużyć oba scenariusze bez konieczności przezbrajania.
Przewodnik inżynieryjny
Jak dobrać kątowy cylinder chwytaka powietrza do swojego zastosowania
Prawidłowe dobranie kątowego cylindra z chwytakiem pneumatycznym jest najważniejszym krokiem przed zakupem. Jednostki niewymiarowe upuszczają części; zbyt duże jednostki marnują pieniądze, zużywają więcej sprężonego powietrza i powodują niepotrzebną bezwładność nadgarstka robota. Proces wymiarowania składa się z czterech etapów.
Krok 1 — Określ wymaganą siłę chwytania
Zacznij od masy części i maksymalnego przyspieszenia, jakiego doświadczy chwytak podczas cyklu podnoszenia i umieszczania. Podstawowa formuła z poradnika wyboru chwytaka SMC stwierdza:
Wymagana siła chwytu = Masa części (kg) × (Szczytowe przyspieszenie grawitacyjne) × Współczynnik bezpieczeństwa
Dla części o masie 0,5 kg przy przyspieszeniu 5 m/s² i współczynniku bezpieczeństwa 3×: Wymagany chwyt = 0,5 × (9,81 5) × 3 = 22,2 N na szczękę. Cylinder kątowy z chwytakiem pneumatycznym o małej średnicy i średnicy 16 mm przy ciśnieniu zasilania 0,5 MPa dostarcza około 60 N na szczękę u nasady — czyli w granicach zakresu, z marginesem na utratę ramienia dźwigni.
Krok 2 — Określ wymagany kąt otwarcia szczęk
Zmierz maksymalną średnicę lub szerokość części oraz luz potrzebny, aby szczęka mogła przejść obok części bez kontaktu. Większość aplikacji używa Całkowite rozwarcie szczęk od 30° do 40° (15° do 20° na każdą szczękę od środka). Jeśli część zmienia się pomiędzy modelami, wybierz kątowy cylinder z chwytakiem pneumatycznym, którego maksymalne otwarcie znacznie przekracza największą część, a następnie użyj regulowanych śrub ograniczających lub przełączania zaworów uruchamianego czujnikiem, aby kontrolować położenie otwarte w przypadku mniejszych części.
Krok 3 — Sprawdź dopuszczalny moment obrotowy korpusu cylindra pneumatycznego
Siłowniki z chwytakiem kątowym mają trzy dopuszczalne wartości momentu: My (pochylenie), Mx (przechylenie) i Mz (odchylenie). Ograniczenia te wynikają z rozpiętości łożyska prowadnicy szczęki wewnątrz cylindra pneumatycznego. Przekroczenie tych momentów powoduje przedwczesne zużycie ślizgów szczęk lub katastrofalne zacięcie szczęk. Oblicz co najmniej moment statyczny od najcięższego adaptera na czubku palca i uchwyconej części w najgorszej odległości od czoła korpusu cylindra pneumatycznego.
Krok 4 — Sprawdź zużycie powietrza i rozmiar linii zasilającej
Każde uruchomienie cylindra kątowego chwytaka powietrznego wypiera objętość powietrza równą powierzchni tłoka × skok tłoka × 2 (dla otwierania i zamykania). Przy 10 cyklach na minutę i średnicy otworu 20 mm zużycie powietrza wynosi w przybliżeniu 0,4 do 0,8 l/min przy 0,5 MPa — nieistotne dla pojedynczego chwytaka, ale pomnożyć przez 30 chwytaków na dużej linii montażowej, a system sprężonego powietrza musi zostać odpowiednio dobrany. Zbyt małe przewody doprowadzające powietrze powodują wydłużenie czasu cykli, spadki ciśnienia i nierówną siłę chwytania na całej linii.
Instalacja
Konfiguracje montażu siłowników kątowych chwytaków pneumatycznych w komórkach automatyki
Interfejs montażowy kątowego cylindra z chwytakiem pneumatycznym musi być wyrównany zarówno z kołnierzem robota lub płytą narzędziową, jak i wymaganą orientacją szczęk względem części. Producenci oferują kilka standardowych opcji montażu, a zrozumienie każdej z nich pozwala uniknąć znacznych przeróbek podczas integracji ogniw.
A
Mocowanie czołowe (kołnierzowe).
Najczęstsza opcja. Cztery lub sześć gwintowanych otworów na przedniej powierzchni korpusu cylindra pneumatycznego pozwala na wkręcenie śrub z łbem walcowym bezpośrednio w płytę narzędziową lub adapter przegubu robota. Taka orientacja powoduje, że ruch szczęk znajduje się w płaszczyźnie prostopadłej do powierzchni montażowej — jest to standard w przypadku pobierania części z góry w komórkach typu pick-and-place o osi pionowej.
B
Mocowanie boczne (korpusu).
Gwintowane otwory lub kanały w kształcie litery T z boku korpusu cylindra pneumatycznego umożliwiają montaż prostopadle do osi obrotu szczęki. Używane, gdy chwytak musi zbliżać się do części z boku, na przykład w poziomych stacjach transportowych lub gdy należy zminimalizować wysokość stosu w pionie.
C
Mocowanie przelotowe (centralne obrotowe).
Centralnie umieszczony otwór przelotowy w korpusie cylindra kątowego chwytaka powietrza umożliwia obracanie się jednostki na wale podczas przenoszenia wieloosiowego. Mniej powszechne, ale krytyczne w maszynach z tarczą obrotową, w których chwytak musi zmieniać swoją własną orientację między stacjami.
D
Mocowanie czopowe
Para sworzni czopowych po bokach korpusu cylindra pneumatycznego umożliwia swobodne obracanie chwytaka podczas chwytania – przydatne w przypadku części o zmiennej grubości, które wiązałyby się ze sztywno zamontowanym chwytakiem. Cylinder pneumatyczny „unosi się” w celu samoczynnego wyrównania, a następnie opuszki palców blokują się na powierzchni części.
Lokalizacja portu jest tak samo ważna jak montaż nadwozia. Większość kątowych cylindrów z chwytakiem pneumatycznym ma porty na wielu stronach korpusu cylindra pneumatycznego, z zatyczkami zamykającymi nieużywane porty. Wybór właściwej aktywnej powierzchni portu podczas zamawiania zapobiega zatykaniu się rurek w ciasnej obudowie nadgarstka robota i zmniejsza ryzyko załamania rurki, co jest częstą przyczyną sporadycznych awarii chwytaków w zastosowaniach wymagających dużej liczby cykli.
Wykrywanie i kontrola
Integracja czujników i wykrywanie położenia w cylindrach kątowych chwytaków powietrznych
Większość kątowych cylindrów z chwytakiem pneumatycznym współpracuje z kontaktronami, czujnikami Halla lub magnetorezystancyjnymi w dedykowanych rowkach T wykonanych bezpośrednio w korpusie cylindra pneumatycznego. Czujniki te wykrywają magnes trwały osadzony w tłoku i sygnalizują sterownikowi PLC, gdy szczęki osiągnęły pozycję otwartą lub zamkniętą. Właściwy dobór i rozmieszczenie czujników to jeden z najczęściej pomijanych aspektów integracji chwytaka — mimo to bezpośrednio określa, czy maszyna może wykryć upuszczenie części, brak części lub zacięcie chwytaka, zanim spowodują one zatrzymanie linii.
Kontaktron
Prosty, niedrogi i kompatybilny z obwodami 5–240 V DC/AC. Czas reakcji wynosi około 1–3 ms . Głównym ograniczeniem jest mechaniczne zużycie styków — przy 10 milionach cykli kontaktrony mogą powodować odbijanie się styków. Najlepiej stosować w zastosowaniach o niższym cyklu lub tam, gdzie najważniejszy jest budżet.
Czujnik efektu Halla
Półprzewodnikowe, bez ruchomych części. Czas reakcji 0,1–1 ms i przystosowany do 100 milionów operacji. Dostępne w wersjach wyjściowych NPN i PNP, w wersjach 2- i 3-przewodowych. Preferowany do cylindrów z pneumatycznym chwytakiem kątowym o dużej wydajności w liniach montażowych samochodów lub elektroniki, gdzie chwytak może zmieniać się 20 razy na minutę przez wiele zmian.
Analogowy czujnik położenia
Niektóre zaawansowane konstrukcje cylindrów z kątowym chwytakiem pneumatycznym wykorzystują liniowy pasek magnetorezystancyjny do wysyłania ciągłego sygnału analogowego 0–10 V lub 4–20 mA, proporcjonalnego do położenia tłoka. Umożliwia to sterownikowi PLC wykrycie częściowego zamknięcia i potwierdzenie, że chwytana część mieści się pomiędzy minimalnym a maksymalnym limitem rozmiaru – jest to potężna kontrola jakości, której nie są w stanie zapewnić czujniki cyfrowe.
Podczas pozycjonowania czujników umieść czujnik położenia zamkniętego tak, aby sygnał został wyzwolony dopiero po całkowitym zamknięciu szczęk na rzeczywistej części, a nie na mechanicznym ograniczniku wewnątrz cylindra pneumatycznego. Jeśli czujnik zadziała na ograniczniku mechanicznym, upuszczona część pozostanie niewykryta aż do dalszej kontroli, powodując wyciek wadliwego zespołu. Wielu inżynierów liniowych używa zarówno czujnika położenia zamkniętego, który uruchamia działanie części, jak i mechanicznego czujnika zatrzymania ustawionego 1–2 mm dalej, aby potwierdzić pełny ruch tłoka — różnica między tymi dwoma sygnałami potwierdza, czy część jest obecna i mieści się w nominalnej tolerancji wielkości.
Oprzyrządowanie
Konstrukcja końcówek palców i szczęk dla cylindrów kątowych z chwytakiem pneumatycznym
Korpus cylindra z kątowym chwytakiem pneumatycznym zapewnia uruchomienie; opuszki palców decydują o tym, czy chwytak faktycznie spełnia swoją funkcję. W praktyce za większość zatrzymań linii związanych z chwytakiem odpowiadają źle zaprojektowane opuszki palców, a nie sam cylinder pneumatyczny. Projekt opuszki palca musi uwzględniać cztery kwestie: geometrię styku, materiał, masę i wymienność.
Kontakt z geometrią
Ponieważ szczęka porusza się po łuku, punkt styku na części wyznacza zakrzywioną ścieżkę w miarę zamykania się chwytaka. W przypadku części cylindrycznych rowek w kształcie litery V wycięty na czubku palca pod odpowiednim kątem (zwykle 60° lub 90°) powoduje, że ruch łuku powoduje samocentrowanie części, nawet jeśli jest ona lekko przesunięta w gnieździe. W przypadku części o płaskich bokach powierzchnia opuszki palca musi być ustawiona pod kątem, aby pozostawała styczna do łuku w pozycji zamkniętej — w przeciwnym razie powierzchnia szczęki ociera się o powierzchnię części podczas zamykania, powodując uszkodzenie powierzchni i wytwarzanie cząstek.
Wybór materiału na opuszku palca
W przypadku ogólnych części przemysłowych, Opuszki palców z hartowanej stali narzędziowej (HRC 52–58). zapewniają najlepszą trwałość. W przypadku polerowanych lub powlekanych powierzchni, które nie mogą być zarysowane, wkładki poliuretanowe lub PEEK zmniejszają nacisk kontaktowy, zachowując jednocześnie przyczepność. W zastosowaniach spożywczych lub farmaceutycznych wszystkie zwilżone powierzchnie opuszków palców muszą spełniać odpowiednie wymagania materiałowe — zazwyczaj stal nierdzewna 316L lub PEEK klasy medycznej — a sam korpus cylindra pneumatycznego powinien być wykonany w wersji odpornej na korozję.
Budżet masowy na wyciągnięcie ręki
Każdy gram dodany do opuszki palca zwiększa moment zginający na wale szczęki wewnątrz cylindra pneumatycznego. Dopuszczalny moment szczęki (My) z arkusza danych cylindra z kątowym chwytakiem pneumatycznym określa bezwzględną wartość graniczną. Z reguły podawaj poniżej całkowitą masę palca i masę częściową 30% wartości znamionowej Moje dopuszczalne aby pozostawić wystarczający margines dla obciążeń dynamicznych podczas przyspieszania i szarpnięcia. Opuszki palców z włókna węglowego lub aluminium mogą zmniejszyć masę o 60–70% w porównaniu z alternatywami stalowymi przy równoważnej wytrzymałości przekroju poprzecznego – warto to wziąć pod uwagę, gdy cylinder pneumatyczny zbliża się do granicy momentu obrotowego.
Systemy szybkiej wymiany końcówek palców
W elastycznych gniazdach produkcyjnych, gdzie ten sam kątowy cylinder chwytaka powietrznego obsługuje wiele rodzin części, systemy szybkiej wymiany końcówek palców skracają czas zmiany z 15–20 minut na chwytak (tradycyjne przykręcane opuszki palców) do poniżej 30 sekund. Firmy SCHUNK, SMC i Festo oferują własne systemy szybkiej wymiany kompatybilne z ich kątowymi korpusami cylindrów chwytakowych, wykorzystujące mechanizmy z blokadą kulkową lub bagnetową, które automatycznie lokalizują i blokują palec bez użycia narzędzi.
Przemysłowe przypadki użycia
Gdzie w różnych gałęziach przemysłu stosowane są cylindryczne cylindry z chwytakiem pneumatycznym
Siłowniki kątowe z chwytakiem pneumatycznym pojawiają się praktycznie w każdym sektorze wykorzystującym automatyzację pneumatyczną. Poniższe zestawienia branżowe ilustrują, dlaczego w każdym kontekście wybiera się konfigurację kątową zamiast prostszego prostego cylindra pneumatycznego lub alternatywnych alternatywnych chwytaków.
Montaż Samochodowy
Linie do obróbki bloków silnika wykorzystują cylindry z kątowymi chwytakami pneumatycznymi do pobierania panewek łożysk, gniazd zaworów i pierścieni tłokowych z podajników misowych. Kątowy ruch szczęk umożliwia chwytakowi dotarcie do wibrującej misy pod kątem i wydobycie pojedynczej części bez zakłócania sąsiednich części – zadanie, które wymagałoby znacznie dłuższego liniowego skoku cylindra pneumatycznego z równoległym chwytakiem, zwiększając niepożądaną bezwładność nadgarstka robota.
Produkcja elektroniki
Linie SMT (technologia montażu powierzchniowego) wykorzystują miniaturowe kątowe cylindry z chwytakiem powietrznym o średnicy zaledwie 6 mm do obsługi złączy, pakietów półprzewodników i małych kondensatorów. Przy tych wagach typ kątowy zapewnia szersze otwarcie szczęk w stosunku do rozmiaru korpusu niż jakikolwiek równoległy chwytak z cylindrem pneumatycznym, co ma kluczowe znaczenie podczas pobierania z blisko rozmieszczonych tac na komponenty.
Opakowania farmaceutyczne
Linie do obsługi opakowań blistrowych i butelek wykorzystują kątowe cylindry z chwytakiem powietrznym w wersji ze stali nierdzewnej lub anodowanej do pobierania cylindrycznych pojemników z przenośników. Samocentrujące działanie końcówek palców z rowkiem V na chwytaku kątowym eliminuje potrzebę stosowania precyzyjnych uchwytów do pozycjonowania części przed chwytakiem, co zapewnia znaczną oszczędność kosztów na liniach o dużej objętości.
Przetwarzanie żywności
Roboty typu pick-and-place na liniach piekarniczych i cukierniczych wykorzystują kątowe cylindry chwytakowe z silikonowymi końcówkami palców do przenoszenia przedmiotów o nieregularnych kształtach — bułek, ciastek, zawijanych batoników. Kątowy kąt umożliwia dopasowanie szczęki do nieregularnych profili w sposób, w jaki równoległy chwytak pneumatyczny o płaskiej powierzchni nie jest w stanie obejść się bez niestandardowego oprzyrządowania dla każdego SKU.
Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych
Roboty do usuwania części wykorzystują kątowe cylindry chwytakowe do wyciągania uformowanych części z gniazda formy natychmiast po ich wyrzuceniu. Kątowa szczęka pozwala chwytakowi wejść do narzędzia formy pod kątem, zamknąć wokół jeszcze ciepłej części i wycofać się bez kontaktu z powierzchnią formy, co chroni drogie narzędzia przed uszkodzeniami spowodowanymi uderzeniami spowodowanymi źle ustawionym w czasie liniowym skokiem cylindra pneumatycznego.
Montaż urządzenia medycznego
Zespół rurki cewnika, wprowadzenie cylindra strzykawki i umieszczenie osłony igły wykorzystują cylindry z chwytakiem powietrznym o małej średnicy, kątowe, do obsługi delikatnych, cienkościennych elementów. Niskie minimalne ciśnienie robocze niektórych urządzeń (nawet 0,15 MPa) umożliwia bardzo delikatne chwytanie bez deformowania lub pękania delikatnych elementów medycznych.
Konserwacja
Konserwacja, Troubleshooting, and Service Life Extension for Angular Air Gripper Cylinders
Dobrze konserwowany cylinder z kątowym chwytakiem pneumatycznym zasilany czystym sprężonym powietrzem pod ciśnieniem znamionowym powinien osiągnąć znamionowy cykl życia bez serwisowania wewnętrznego. Praktyczna rzeczywistość na hali produkcyjnej jest taka, że zanieczyszczone powietrze, przewody zasilające pod wysokim ciśnieniem i uszkodzenia mechaniczne spowodowane źle załadowanymi częściami to trzy najczęstsze czynniki skracające żywotność. Zrozumienie trybów awarii pomaga zespołom konserwacyjnym interweniować, zanim całkowita awaria chwytaka zatrzyma linię.
Typowe tryby awarii i kroki diagnostyczne
- Mała prędkość szczęki lub niepełne zamykanie: Najpierw sprawdź ciśnienie zasilania na porcie chwytaka (nie na sprężarce). Spadek ciśnienia większy niż 0,05 MPa pomiędzy reduktorem a przyłączem chwytaka wskazuje na zbyt mały rozmiar przewodu lub częściowo zablokowany filtr. Po drugie, sprawdź regulator prędkości (zawór kontroli przepływu) na przewodzie zasilającym cylinder powietrza — zatkane sterowniki są niezwykle powszechne i często pomijane.
- Dryf szczęki w pozycji zamkniętej (część opada bez sygnału zaworu): Oznacza to nieszczelność uszczelki tłoka wewnątrz cylindra pneumatycznego. Odłącz przewód wydechowy i posłuchaj, czy z otworu wylotowego nie wydobywa się powietrze, gdy chwytak znajduje się w pozycji zamkniętej. Jeśli powietrze wycieka w sposób ciągły, uszczelka tłoka wymaga wymiany. W przypadku większości cylindrów kątowych z chwytakiem pneumatycznym zestawy uszczelek są dostępne u producenta, a procedura regeneracji przy użyciu podstawowych narzędzi zajmuje 15–30 minut.
- Luz szczęk lub luz narastający z biegiem czasu: Zużycie mechanizmu zębatkowego lub krzywkowego wewnątrz korpusu cylindra pneumatycznego. Sprawdź powtarzalność szczęk za pomocą czujnika zegarowego — jeśli błąd położenia wzrósł ponad dwukrotnie w stosunku do powtarzalności znamionowej, należy sprawdzić mechanizm wewnętrzny. W ciężkich przypadkach pełna wymiana chwytaka jest bardziej ekonomiczna niż naprawa wewnętrzna.
- Korozja na prowadnicach szczęk lub na zewnątrz korpusu: Spowodowane kondensatem w sprężonym powietrzu lub agresywnymi chemikaliami do mycia w zastosowaniach spożywczych/farmaceutycznych. Zainstaluj wcześniej osuszacz powietrza ziębniczego i sprawdź, czy wybrany materiał korpusu cylindra z kątowym chwytakiem powietrza i obróbka powierzchni są odpowiednie dla środowiska chemicznego.
Harmonogram konserwacji zapobiegawczej
| Interwał | Zadanie | Stan docelowy |
|---|---|---|
| Codziennie | Sprawdź sygnały czujników i liczbę cykli na sterowniku PLC | Żadnych nieodebranych sygnałów; zwiększanie liczby cykli |
| Co tydzień | Sprawdź ciśnienie zasilania w porcie chwytaka; sprawdź rurki pod kątem załamań | Ciśnienie w zakresie ± 0,02 MPa od wartości zadanej |
| Miesięcznie | Oczyść zewnętrzną część korpusu cylindra pneumatycznego; sprawdzić moment dokręcania za pomocą palca | Brak zanieczyszczeń chłodziwa/oleju; żadnych luźnych elementów mocujących |
| 6 miesięcy | Sprawdź powtarzalność szczęk za pomocą czujnika zegarowego; czysty element filtra powietrza | Powtarzalność within rated specification |
| Przy znamionowym cyklu życia | Pełny remont lub wymiana; montaż zestawu uszczelek | Wydajność cylindra pneumatycznego przywrócona do nowej specyfikacji |
Układ pneumatyczny
Wymagania dotyczące jakości sprężonego powietrza i zasilania dla cylindrów kątowych z chwytakiem pneumatycznym
Cylinder pneumatyczny wewnątrz chwytaka kątowego jest tak niezawodny, jak niezawodne jest sprężone powietrze, które go zasila. ISO 8573-1 definiuje klasy jakości sprężonego powietrza, a większość producentów cylindrów z kątowym chwytakiem pneumatycznym określa minimalną klasę jakości powietrza dla swoich produktów. Zrozumienie tych wymagań zapobiega przedwczesnemu uszkodzeniu uszczelnienia, korozji wewnętrznej i lepkości szczęk spowodowanej zanieczyszczeniem cząstkami stałymi.
Zawartość cząstek stałych
Większość cylindrów z pneumatycznym chwytakiem kątowym wymaga normy ISO 8573-1 klasy 3 lub wyższej dla cząstek stałych – co oznacza cząstki nie większe niż 5 mikronów i maksymalne stężenie 5 mg/m3 . Zanieczyszczenia powyżej tego poziomu powodują zadrapania otworu tłoka i przyspieszone zużycie uszczelek wewnątrz cylindra pneumatycznego. Minimalną zalecaną filtracją jest filtr ze spiekanego brązu lub polietylenu o grubości 5 mikronów, umieszczony bezpośrednio przed zaworem zasilającym chwytaka.
Zawartość wilgoci
Punkt rosy pod ciśnieniem sprężonego powietrza powinien wynosić co najmniej 10°C poniżej minimalnej temperatury otoczenia w miejscu chwytaka. W fabryce o temperaturze 20°C oznacza to, że dopuszczalny jest punkt rosy wynoszący 10°C lub niższy (ISO 8573-1 klasa 4), ale w przypadku chłodni lub instalacji na zewnątrz może być wymagany osuszacz ziębniczy osiągający klasę 4 lub osuszacz membranowy/desykantowy osiągający klasę 2, aby zapobiec kondensacji wewnątrz butli powietrznej.
Zawartość oleju
Nowoczesne siłowniki kątowe z chwytakiem pneumatycznym z tłokami pokrytymi PTFE lub trwale nasmarowanymi uszczelkami mogą pracować na całkowicie pozbawionym oleju powietrzu (zawartość oleju w klasie 1 według ISO 8573-1 poniżej 0,01 mg/m3). Smarowanie tych jednostek mgłą olejową w rzeczywistości pogarsza ich wydajność poprzez wypłukiwanie fabrycznego smaru z łożysk prowadzących szczęk. Jeżeli na linii zasilającej znajduje się już smarownica mgłą olejową, należy wybrać kątowy cylinder z chwytakiem pneumatycznym z uszczelkami NBR przystosowanymi do smarowania olejem.
Przewodnik kupującego
Lista kontrolna dotycząca wyboru siłownika kątowego chwytaka pneumatycznego przed złożeniem zamówienia
Użyj tej listy kontrolnej, aby potwierdzić, że zdobyłeś wszystkie informacje potrzebne do określenia cylindra z kątowym chwytakiem pneumatycznym bez kosztownych przeglądów po dostawie.
- Masa części i maksymalne wymiary (długość, średnica, waga)
- Szczytowe przyspieszenie i szarpnięcie podczas cyklu pick-and-place (na podstawie danych robota lub serwosterownika)
- Wymagany kąt otwarcia szczęk (całkowity, nie na szczękę) z częścią w chwytaku i częścią wolną
- Ciśnienie zasilania dostępne w miejscu chwytaka (mierzyć w miejscu instalacji, a nie przy sprężarce)
- Dostępne wymiary koperty (X × Y × Z) dla korpusu cylindra pneumatycznego plus kąt odchylenia szczęk
- Wymagana powierzchnia montażowa i powierzchnia portu (w celu ustawienia prowadzenia rurki)
- Wymagany typ czujnika (kontaktron, efekt Halla lub analogowy) i standard napięcia/prądu wyjściowego (NPN/PNP, 24 V DC)
- Zakres temperatury roboczej i obecność płynu chłodzącego lub narażenia chemicznego
- Wymagany cykl życia (całkowita liczba operacji przed planowaną wymianą lub remontem)
- Wymagania dotyczące materiału opuszki palca w zależności od powierzchni części i środowiska (stal, PEEK, silikon, stal nierdzewna)
- Czy w celu zapewnienia elastyczności wieloczęściowej wymagana jest możliwość szybkiej wymiany za pomocą palca
- Dostępność części zamiennych i zestawu uszczelek u lokalnego dystrybutora (ważne dla minimalizacji przestojów)
Często zadawane pytania
Często zadawane pytania dotyczące cylindrów kątowych z chwytakiem pneumatycznym
Jaka jest różnica między kątowym cylindrem z chwytakiem pneumatycznym a obrotowym cylindrem pneumatycznym?
Obrotowy cylinder pneumatyczny obraca wał lub kołnierz o określony kąt — jego mocą wyjściową jest czysty obrót, bez wbudowanej funkcji chwytania. Kątowy cylinder pneumatyczny z chwytakiem wykorzystuje wewnętrzny mechanizm do przekształcania ruchu tłoka cylindra pneumatycznego w symetryczne kątowe otwieranie i zamykanie szczęk. Ruch „obrotowy” ma charakter wewnętrzny i powoduje działanie chwytające, a nie obracający się wał wyjściowy. Obydwa urządzenia pełnią zupełnie odmienne funkcje i nie można ich stosować zamiennie.
Czy kątowy cylinder chwytaka powietrznego może chwytać tę samą część zarówno wewnętrznie, jak i zewnętrznie?
Tak. Większość kątowych cylindrów z chwytakiem pneumatycznym można skonfigurować do chwytania zewnętrznego (szczęki zamykają się na zewnątrz części) lub chwytania wewnętrznego poprzez rozszerzanie (szczęki otwierają się do otworu wewnątrz części). Konstrukcja opuszki palca określa kierunek chwytu — korpus cylindra pneumatycznego i mechanizm są identyczne. Niektóre jednostki katalogowe zawierają w zestawie zarówno zewnętrzne, jak i wewnętrzne zestawy końcówek palców. Obliczanie siły chwytania zmienia się, ponieważ w trybie wewnętrznego rozszerzania szczęka wypycha się na zewnątrz, a nie do wewnątrz, a obciążenia reakcyjne na prowadnicach szczęk są zorientowane inaczej.
Skąd mam wiedzieć, czy ciśnienie zasilania powietrzem jest zbyt niskie dla cylindra z chwytakiem kątowym?
Najczęstszymi oznakami niewystarczającego ciśnienia zasilania są powolna prędkość uruchamiania szczęk, niepełne zamknięcie szczęk na rzeczywistej części (czujnik uruchamia się na ograniczniku mechanicznym, a nie na części) oraz niespójne chwytanie wielu zespołów chwytaków na tym samym kolektorze zasilającym. Użyj cyfrowego manometru z funkcją zatrzymania wartości szczytowej na porcie chwytaka, a nie na górnym FRL (filtr-regulator-smarownica). Ciśnienie na chwytaku powinno utrzymywać się powyżej minimalnego ciśnienia roboczego określonego w karcie katalogowej butli pneumatycznej, nawet przy maksymalnym zapotrzebowaniu. Jeśli podczas uruchamiania ciśnienie spadnie poniżej minimum znamionowego, zwiększ średnicę rury zasilającej lub dodaj lokalny zbiornik o małej objętości (zbiornik akumulacyjny) w pobliżu zespołu chwytaków.
Co powoduje, że kątowy cylinder z chwytakiem pneumatycznym otwiera się lub zamyka powoli, nawet jeśli ciśnienie zasilania jest prawidłowe?
Najbardziej prawdopodobną przyczyną jest częściowo zamknięty lub zatkany regulator prędkości (regulacja przepływu zaworu iglicowego) w przewodzie dopływowym lub wydechowym. Kontrolery prędkości są zwykle ustawiane podczas uruchamiania, a następnie nigdy nie są dotykane, ale wewnętrzne zanieczyszczenia stopniowo ograniczają przepływ. Drugie najprawdopodobniej to częściowo zagięta lub zapadnięta rura pneumatyczna — szczególnie w instalacjach chwytakowych, gdzie rura musi się wielokrotnie zginać wraz z ruchem nadgarstka robota. Trzeci to elektromagnes zaworu, który nie jest w pełni zasilany z powodu niskiego napięcia lub częściowo uszkodzonej cewki elektromagnesu. Sprawdź napięcie zasilania na cewce elektrozaworu przy obciążonej linii – nie tylko na zacisku szafy.
Czy można dodać mechanizm blokujący, aby zapobiec otwarciu szczęk w przypadku awarii cylindra pneumatycznego?
Tak — nazywa się to chwytakiem „samoblokującym” lub „trzymającym przy wyłączonym zasilaniu” i kilku producentów cylindrów z kątowym chwytakiem pneumatycznym oferuje je jako opcję katalogową. Najbardziej powszechnym rozwiązaniem jest mechaniczny hamulec sprężynowy na wale szczęki, który utrzymuje szczękę w pozycji w przypadku utraty ciśnienia powietrza. Hamulec zostaje zwolniony, gdy cylinder pneumatyczny znajduje się pod ciśnieniem w celu otwarcia lub zamknięcia. W niektórych konstrukcjach zastosowano mechanizm zamykania sprężynowego w samym cylindrze pneumatycznym, gdzie jeden otwór jest obciążony sprężyną, a drugi zasilany powietrzem — oznacza to, że domyślny stan w przypadku utraty powietrza jest zamknięty (chwytanie), co jest bezpieczniejsze w przypadku przenoszenia części nad głową, gdzie upuszczona część stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa.
Jak długo zwykle wytrzymuje kątowy cylinder z chwytakiem pneumatycznym w ciągłej produkcji?
Znamionowa trwałość cykli od głównych producentów (SMC, Festo, SCHUNK, Pneumax) waha się od 5 milionów cykli dla jednostek o małej średnicy do 50 milionów cykli dla ciężkich jednostek o dużej średnicy. Przy 10 cyklach na minutę, 24 godziny na dobę, 250 dni w roku, 10 milionów cykli równa się około 2,8 lat ciągłej pracy. Rzeczywista żywotność często przekracza trwałość znamionową, gdy cylinder pneumatyczny jest zasilany czystym, suchym powietrzem w granicach ciśnienia i przy obciążeniu palca w zakresie momentu znamionowego. W praktyce najczęstszym czynnikiem ograniczającym żywotność jest zanieczyszczone sprężone powietrze, a nie mechaniczne zużycie samego mechanizmu chwytaka kątowego.
Czy mogę używać kątowego cylindra z chwytakiem pneumatycznym w robocie współpracującym (cobocie)?
Tak, a ta kombinacja jest coraz bardziej powszechna w elastycznej produkcji. Główne kwestie związane z integracją to waga (udźwig cobota wynosi zazwyczaj 3–16 kg; chwytak, oprzyrządowanie i część muszą mieścić się w tym limicie) oraz doprowadzenie sprężonego powietrza do nadgarstka robota. Większość producentów cobotów oferuje zintegrowane kanały pneumatyczne w ramieniu robota, które kierują sprężone powietrze od podstawy do kołnierza narzędzia, eliminując potrzebę stosowania zewnętrznych rurek, które mogą się zaczepić. Upewnij się, że korpus cylindra kątowego chwytaka pneumatycznego i masa opuszków palców zostały uwzględnione w obliczeniach obciążenia cobota oraz że prędkość cyklu chwytaka jest zgodna z maksymalną prędkością wymiany narzędzia i miejsca pobrania cobota.
Jaki jest typowy czas realizacji niestandardowych cylindrów kątowych z chwytakiem pneumatycznym o niestandardowej średnicy lub skoku?
Standardowe katalogowe cylindry z pneumatycznym chwytakiem kątowym są zazwyczaj dostępne u dystrybutora lub w ciągu 1–3 tygodni od fabryki. Niestandardowe rozmiary otworów, niestandardowe skoki kątowe, specjalne materiały korpusu (tytan, pełna stal nierdzewna 316L) lub umiejscowienie czujników zintegrowanych poza standardowymi lokalizacjami rowków teowych zwykle wymagają 6–12 tygodni od zatwierdzenia rysunku. W przypadku programów OEM na dużą skalę (zwykle 500 sztuk rocznie) producenci mogą chcieć opracować niestandardową konstrukcję cylindra z kątowym chwytakiem pneumatycznym po obniżonych kosztach NRE. Zawsze wyjaśniaj, czy określony model jest pozycją z katalogu, czy zamówieniem niestandardowym, zanim zaangażujesz się w harmonogram projektu.
