Что такое угловой цилиндр пневмозахвата и как он работает?

Пневматическая автоматизация

Ан угловой пневмозахватный цилиндр — также называемый поворотным или поворотным цилиндром захвата — сочетает в себе вращающийся пневматический цилиндр с механизмом параллельных или угловых губок для захвата, вращения и освобождения заготовок в одном компактном блоке. В отличие от обычного прямого пневмоцилиндра, который толкает или тянет только по одной оси, угловой тип открывает и закрывает губки по дуге, что делает его идеальным выбором для ячеек захвата и размещения, сборочных станций и систем передачи, где линейные захваты просто не могут вместить или не могут достаточно быстро переориентировать деталь.

На практическом уровне решение использовать угловой цилиндр пневматического захвата вместо других пневматических или электрических методов захвата сводится к трем факторам: сила захвата (обычно от 20 Н до 1200 Н в зависимости от размера отверстия) угол поворота губок (обычно 10°, 20°, 30°, 40° или по индивидуальному заказу) и общую зону, которую воздушный цилиндр занимает внутри ячейки машины. Как только вы поймете эти три параметра, выбор подходящего углового цилиндра захвата станет простым.

Основная концепция

Что такое угловой цилиндр воздухозахвата и как он работает?

Угловой цилиндр пневмозахвата представляет собой пневматическое устройство, в котором для привода внутреннего поршня используется сжатый воздух. Движение поршня преобразуется посредством реечного, клинового или рычажного механизма в симметричное угловое открытие и закрытие двух или более захватных губок. Термин «пневматический цилиндр» используется потому, что приводная сила полностью исходит от сжатого воздуха, обычно между 0,15 МПа и 0,8 МПа (примерно от 22 до 116 фунтов на квадратный дюйм) , протекающий через впускное отверстие и действующий на область поршня.

Реечный привод

Сжатый воздух перемещает поршень, который несет рейку, которая входит в зацепление с шестерней на каждом валу челюсти. Обе челюсти вращаются одновременно и симметрично. Это наиболее распространенная конфигурация угловых цилиндров пневматических захватов, поскольку она обеспечивает постоянный центр захвата независимо от угла раскрытия губок.

Клино-кулачковый привод

Клиновидный кулачок на штоке поршня толкает два плавающих ролика наружу или внутрь, поворачивая рычаги челюстей. Эта конструкция особенно устойчива к боковым нагрузкам и часто используется в тяжелых пневмоцилиндрах с угловыми захватами, обрабатывающих детали весом более 2 кг.

Рычажный привод

Рычаг соединяет поршень с каждой челюстью. Геометрия рычага усиливает усилие на кончике губки и используется, когда диаметр воздушного цилиндра должен оставаться небольшим, но сила захвата на кончике пальца должна оставаться высокой, что полезно в чистых помещениях или в компактной автоматизации.

Независимо от типа привода в корпусе пневмоцилиндра расположены уплотнения, поршень, направляющие губок и монтажное основание. Стандартные корпуса изготавливаются из анодированного алюминиевого сплава, а губки и внутренние компоненты кулачка или стойки обычно изготавливаются из закаленной стали. Захват соединяется с остальной частью машины через стандартный монтажный фланец или адаптер с Т-образным пазом на задней части корпуса пневмоцилиндра.

Технические характеристики

Ключевые характеристики, определяющие производительность цилиндра углового пневмозахвата

Выбор правильного углового цилиндра пневмозахвата требует сопоставления нескольких технических параметров с фактической нагрузкой. В таблице ниже приведены наиболее важные параметры и их типичные диапазоны для основных продуктов каталога таких поставщиков, как SMC, Festo, SCHUNK и Pneumax.

Т а б л и ц а 1 — Типичные диапазоны технических характеристик угловых пневмоцилиндров с захватами основных линий каталога (SMC MHF2, Festo HGDT, SCHUNK MPG-plus)
Параметр	Малая серия	Средняя серия	Большая серия
Диаметр отверстия	6 – 16 мм	20 – 32 мм	40 – 80 мм
Сила захвата на челюсть	20 – 80 Н	90 – 350 Н	400 – 1200 Н
Анgular Jaw Stroke	10° – 30°	20° – 40°	20° – 40°
Рабочее давление	0,15 – 0,7 МПа	0,15 – 0,8 МПа	0,2 – 0,8 МПа
Срок службы (номинальный)	5 – 10 миллионов	10 – 30 миллионов	15 – 50 миллионов
Повторяемость	± 0,03 мм	± 0,02 мм	± 0,01 мм

Два числа, которые чаще всего сбивают с толку инженеров: сила захвата на кончике челюсти по сравнению с корнем челюсти . Поскольку челюсть представляет собой рычаг, сила падает по мере удаления точки контакта от оси. Большинство данных каталога дают силу в корне челюсти (ближайшей к шарниру). Если адаптер для кончика пальца выдвигает челюсть на 30 мм от корня, ожидайте, что эффективная сила захвата снизится на 30–50% в зависимости от геометрии челюсти. Всегда запрашивайте у поставщика диаграмму момента челюсти, а не только значение основной силы.

Цикл жизни для воздушный цилиндр в применении захвата также зависит от смазки. Большинство современных угловых цилиндров с пневмозахватами поставляются с постоянно смазанными поршневыми уплотнениями и могут работать на чистом, сухом, безмасляном сжатом воздухе, но если в системе подачи воздуха присутствует масляный туман, необходимо проверить совместимость с уплотнительным составом. Уплотнения из NBR выдерживают стандартный туман минерального масла; Уплотнения из FKM (Витон) предпочтительны для применений с использованием синтетических смазочных материалов или для сред с повышенными температурами выше 60 °C.

Сравнение

Анgular Air Gripper Cylinder vs. Parallel Air Cylinder Gripper: Which to Choose

Анgular Type

Челюсти вращаются по дуге — кончики челюстей перемещаются на большее расстояние при том же размере тела.
Лучше подходит для отбора деталей из гнезда, устройства подачи чаши или с края конвейера, где челюсть должна свободно открываться.
Раскрытие губок на кончике пропорционально радиусу поворота, поэтому кончики пальцев большего размера значительно увеличивают эффективное открытие без изменения диаметра воздушного цилиндра.
Усилие на кончике челюсти ниже, чем на шарнире; клиновые модели это частично компенсируют
Хорошо работает с деталями конической, сферической или неправильной формы.
Немного более сложная конструкция пальца, необходимая для точного соответствия геометрии детали.

Параллельный тип

Губки перемещаются линейно — центральная линия захвата остается постоянной независимо от ширины раскрытия кулачков.
Идеально подходит для призматических (прямоугольных или цилиндрических) деталей, где обе грани параллельны.
Сила на поверхности челюсти почти равна силе поршня; нет потери рычага
Диапазон открытия челюстей ограничен физическим ходом поршня пневмоцилиндра.
Точность центрирования очень высока — обе губки перемещаются на одинаковое расстояние от центра.
Менее гибкий, когда размеры деталей значительно различаются между продуктами на одной линии.

Общее практическое правило в пневматической автоматизации: если соотношение открытия челюсти к длине корпуса должно превышать 1:3, угловой цилиндр пневмозахвата почти всегда выигрывает с точки зрения экономии пространства. Если абсолютная повторяемость центрирования ниже ± 0,01 мм является приоритетом, а геометрия детали призматическая, лучшим выбором остается захват с параллельным пневматическим цилиндром. В смешанных производственных цехах некоторые конструкторы устанавливают угловой цилиндр пневмозахвата на одно запястье робота и параллельный захват на другое, чтобы охватить оба сценария без переоснащения.

Инженерное руководство

Как подобрать размер углового цилиндра пневмозахвата для вашего применения

Правильный выбор размера углового цилиндра пневмозахвата — самый важный шаг перед покупкой. Из агрегатов меньшего размера выпадают детали; Негабаритные агрегаты тратят деньги, потребляют больше сжатого воздуха и создают ненужную инерцию на запястье робота. Процесс определения размера состоит из четырех этапов.

Шаг 1 — Определите необходимую силу захвата

Начните с массы детали и максимального ускорения, которое захватное устройство будет испытывать во время цикла захвата и размещения. Основная формула из руководства по выбору захватов SMC гласит:

Требуемая сила захвата = масса детали (кг) × (пиковое ускорение силы тяжести) × коэффициент запаса прочности.

Для детали массой 0,5 кг с ускорением 5 м/с² и коэффициентом безопасности 3×: Требуемый захват = 0,5 × (9,81 5) × 3 = 22,2 Н на зажим. Угловой пневмоцилиндр малого диаметра с диаметром отверстия 16 мм при давлении питания 0,5 МПа обеспечивает примерно 60 Н на каждую губку у основания — вполне в пределах допустимого диапазона, с запасом на потерю плеча рычага на кончике пальца.

Шаг 2 — Определите необходимый угол открытия челюсти

Измерьте максимальный диаметр или ширину детали, а также любой зазор, необходимый для того, чтобы челюсть могла пройти мимо детали без контакта. Большинство приложений используют Общий угол открытия челюсти от 30° до 40° (от 15° до 20° на каждую челюсть от центра). Если деталь меняется в зависимости от модели, выберите угловой цилиндр пневмозахвата, максимальное отверстие которого значительно превышает ширину самой большой детали, а затем используйте регулируемые стопорные болты или переключение клапана с сенсорным управлением для управления открытым положением для более мелких деталей.

Шаг 3. Проверьте допустимую моментальную нагрузку на корпус пневмоцилиндра.

Для угловых цилиндров пневмозахвата заданы три допустимых значения момента: My (тангаж), Mx (крен) и Mz (рыскание). Эти ограничения обусловлены размером направляющего подшипника челюсти внутри пневмоцилиндра. Превышение этих моментов приводит к преждевременному износу ползунов челюсти или катастрофическому заклиниванию челюсти. Как минимум, рассчитайте статический момент от самого тяжелого переходника на кончике пальца и захваченной части на наихудшем расстоянии от поверхности корпуса пневмоцилиндра.

Шаг 4. Проверка расхода воздуха и размеров линии подачи.

При каждом срабатывании цилиндра углового пневмозахвата вытесняется объем воздуха, равный площади отверстия поршня × ход поршня × 2 (для открытия и закрытия). При 10 циклах в минуту и диаметре отверстия 20 мм расход воздуха составляет примерно от 0,4 до 0,8 л/мин при давлении 0,5 МПа — незначительно для одного захвата, но умножьте на 30 захватов на большой сборочной линии, и система сжатого воздуха должна быть рассчитана соответствующим образом. Линии подачи воздуха недостаточного размера приводят к увеличению времени цикла, падению давления и нестабильной силе захвата по всей линии.

Установка

Конфигурации монтажа угловых цилиндров воздухозаборников в ячейках автоматизации

Монтажный интерфейс углового цилиндра пневмозахвата должен совпадать как с фланцем робота или инструментальной пластиной, так и с требуемой ориентацией губок относительно детали. Производители предлагают несколько стандартных вариантов монтажа, и понимание каждого из них позволяет избежать значительных доработок при интеграции ячеек.

Лицевое (фланцевое) крепление

Самый распространенный вариант. Четыре или шесть резьбовых отверстий на передней стороне корпуса пневмоцилиндра позволяют вставлять болты непосредственно в инструментальную пластину или адаптер наручного робота. Такая ориентация обеспечивает поворот челюсти в плоскости, перпендикулярной монтажной поверхности, что является стандартом для захвата верхней части детали в ячейках захвата и перемещения с вертикальной осью.

Боковое крепление (корпус)

Резьбовые отверстия или Т-образные пазы на боковой стороне корпуса пневмоцилиндра позволяют осуществлять монтаж перпендикулярно оси поворота челюсти. Используется, когда захват должен приближаться к детали сбоку, например, на горизонтальных передаточных станциях или когда необходимо минимизировать высоту вертикального штабеля.

Крепление через отверстие (центральный шарнир)

Центральное сквозное отверстие в корпусе цилиндра углового пневмозахвата позволяет устройству поворачиваться на валу во время многоосной передачи. Менее распространено, но критично в машинах с дисковым механизмом, где захват должен менять свою ориентацию между станциями.

Крепление цапфы

Пара цапф по бокам корпуса пневмоцилиндра позволяет свободно поворачивать захват во время захвата, что полезно для деталей переменной толщины, которые могут закрепить жестко установленный захват. Пневматический цилиндр «плавает» до самовыравнивания, а затем кончики пальцев фиксируются на поверхности детали.

Расположение портов так же важно, как и крепление кузова. Большинство угловых цилиндров с пневмозахватами имеют порты на нескольких сторонах корпуса пневмоцилиндра, а неиспользуемые порты закрываются заглушками. Правильный выбор активной поверхности порта во время заказа предотвращает застревание трубок внутри плотного корпуса запястья робота и снижает риск перегиба трубок, что является частой причиной спорадических отказов захватов в условиях большого количества циклов.

Датчики и контроль

Интеграция датчиков и определение положения на цилиндрах угловых пневмозахватов

Большинство угловых цилиндров с пневмозахватами оснащены герконами, датчиками Холла или магниторезистивными датчиками в специальных Т-образных пазах, выточенных непосредственно в корпусе пневмоцилиндра. Эти датчики обнаруживают постоянный магнит, встроенный в поршень, и сигнализируют ПЛК, когда губки достигают открытого или закрытого положения. Правильный выбор и размещение датчика — один из наиболее игнорируемых аспектов интеграции захватов, однако он напрямую определяет, сможет ли машина обнаружить падение детали, отсутствие детали или условия застревания захвата до того, как они приведут к остановке линии.

Герконовый переключатель

Простой, недорогой и совместимый с цепями постоянного/переменного тока 5–240 В. Время ответа примерно 1–3 мс . Основное ограничение — механический износ контактов — при 10 миллионах циклов у герконов может возникнуть дребезг контактов. Лучше всего использовать в приложениях с меньшим циклом или там, где бюджет имеет первостепенное значение.

Датчик Холла

Твердотельный, без движущихся частей. Время отклика 0,1–1 мс и рассчитан на 100 миллионов операций. Доступны варианты с выходом NPN и PNP, 2-проводные и 3-проводные версии. Предпочтительно для угловых цилиндров пневматических захватов с большим циклом работы на линиях сборки автомобилей или электроники, где захват может совершать циклы 20 раз в минуту в течение нескольких смен.

Анalog Position Sensor

В некоторых усовершенствованных конструкциях цилиндров с угловыми захватами воздуха используется линейная магниторезистивная полоса для вывода непрерывного аналогового сигнала 0–10 В или 4–20 мА, пропорционального положению поршня. Это позволяет ПЛК обнаружить частичное закрытие, подтверждая, что размер захваченной части находится между минимальным и максимальным пределами — мощная проверка качества, которую не могут обеспечить цифровые датчики.

При позиционировании датчиков размещайте датчик закрытого положения так, чтобы сигнал срабатывал только после полного закрытия губок на фактической детали, а не на механическом упоре внутри пневмоцилиндра. Если датчик срабатывает на механическом упоре, упавшая деталь остается незамеченной до последующего осмотра, что приводит к выходу дефектного узла. Многие линейные инженеры используют как датчик закрытого положения, срабатывающий на детали, так и датчик механического упора, установленный на 1–2 мм дальше, чтобы подтвердить полный ход поршня — разница между двумя сигналами подтверждает, присутствует ли деталь и находится ли она в пределах допуска на номинальный размер.

Оснастка

Конструкция кончиков пальцев и губок для угловых цилиндров с пневмозахватами

Корпус цилиндра углового пневмозахвата обеспечивает приведение в действие; кончики пальцев определяют, действительно ли захват выполняет свою работу. Плохо спроектированные кончики пальцев на практике являются причиной большинства остановок линии, связанных с захватами, а не сам воздушный цилиндр. Конструкция кончика пальца должна решать четыре проблемы: геометрия контакта, материал, масса и возможность замены.

Контактная геометрия

Поскольку губка поворачивается по дуге, точка контакта на детали движется по изогнутой траектории при закрытии захвата. Для цилиндрических деталей V-образная канавка, прорезанная на кончике пальца под правильным углом (обычно 60° или 90°), приводит к тому, что дуговое движение самоцентрирует деталь, даже если она слегка смещена в гнезде. Для деталей с плоскими сторонами поверхность кончика пальца должна быть расположена под углом, чтобы оставаться касательной к дуге в закрытом положении — в противном случае поверхность губки царапает поверхность детали при закрытии, вызывая повреждение поверхности и образование частиц.

Выбор материала кончика пальца

Для общепромышленных деталей, кончики пальцев из закаленной инструментальной стали (HRC 52–58) обеспечить лучший срок службы. Для полированных или покрытых поверхностей, которые нельзя царапать, вставки из полиуретана или PEEK уменьшают контактное давление, сохраняя при этом сцепление. В пищевой или фармацевтической промышленности все смачиваемые поверхности кончиков пальцев должны соответствовать соответствующим требованиям к материалам — обычно это нержавеющая сталь 316L или медицинский полиэфирэфиркетон (PEEK), а сам корпус воздушного цилиндра должен быть выполнен в коррозионно-стойкой версии.

Массовый бюджет на кончиках пальцев

Каждый грамм, добавленный к кончику пальца, увеличивает изгибающий момент на валу челюсти внутри воздушного цилиндра. Допустимый момент челюсти (My), указанный в технических характеристиках цилиндра углового пневмозахвата, устанавливает абсолютный предел. В качестве рабочего правила держите общую массу кончиков пальцев и частей ниже. 30% от рейтинга Моё допустимое оставить достаточный запас на динамические нагрузки при разгоне и рывке. Кончики пальцев из углеродного волокна или алюминия могут снизить массу на 60–70% по сравнению со стальными альтернативами при эквивалентной прочности поперечного сечения — на что стоит обратить внимание, когда воздушный цилиндр приближается к пределу момента.

Системы быстрой замены напальчников

В гибких производственных цехах, где один и тот же угловой цилиндр пневматического захвата обрабатывает несколько семейств деталей, системы быстросменных наконечников пальцев сокращают время переналадки с 15–20 минут на каждый захват (традиционные наконечники пальцев с болтовым креплением) до менее 30 секунд. SCHUNK, SMC и Festo предлагают запатентованные системы быстрой смены, совместимые с их цилиндрическими корпусами угловых захватов, с использованием шаровых или байонетных механизмов, которые автоматически обнаруживают и фиксируют палец без инструментов.

Варианты использования в отрасли

Где в различных отраслях используются угловые цилиндры с захватами воздуха

Угловые цилиндры с пневмозахватами встречаются практически во всех отраслях, где используется пневматическая автоматика. Следующие отраслевые данные иллюстрируют, почему в каждом контексте выбрана угловая конфигурация вместо более простых альтернатив с прямым пневматическим цилиндром или параллельным захватом.

Автомобильная сборка

На линиях обработки блоков двигателей используются угловые цилиндры с пневматическими захватами для захвата вкладышей подшипников, седел клапанов и поршневых колец из барабанных питателей. Угловой захват челюсти позволяет захвату проникать в вибрирующую чашу под углом и извлекать одну деталь, не повреждая соседние детали — задача, которая потребует гораздо более длинного линейного хода пневмоцилиндра с параллельным захватом, что добавляет нежелательную инерцию запястью робота.

Производство электроники

В линиях SMT (технология поверхностного монтажа) используются миниатюрные угловые цилиндры с воздушными захватами с диаметром отверстия всего 6 мм для работы с разъемами, полупроводниковыми корпусами и небольшими конденсаторами. В этих масштабах угловой тип обеспечивает более широкое раскрытие губок по сравнению с размером корпуса, чем любой захват с параллельным пневматическим цилиндром, что имеет решающее значение при сборе компонентов из близко расположенных лотков.

Фармацевтическая упаковка

На линиях обработки блистерной упаковки и бутылок используются угловые пневматические захватные цилиндры из нержавеющей стали или анодированной стали для захвата цилиндрических контейнеров с конвейерных дорожек. Самоцентрирующееся действие кончиков пальцев с V-образными канавками на угловом захвате устраняет необходимость в прецизионных приспособлениях для позиционирования деталей перед захватом — значительная экономия средств на линиях с большими объемами.

Пищевая промышленность

Роботы-перекладчики на хлебопекарных и кондитерских линиях используют угловые пневмоцилиндры с силиконовыми наконечниками для перемещения предметов неправильной формы — булочек, выпечки, батончиков в упаковке. Угловая стреловидность позволяет захвату соответствовать неровным профилям, чего не может сделать захват с параллельными пневматическими цилиндрами с плоской поверхностью без специальной оснастки для каждой позиции.

Литье пластмасс под давлением

Роботы для удаления деталей используют угловые цилиндры с пневматическими захватами для извлечения формованных деталей из полости формы сразу после выталкивания. Угловая губка позволяет захвату входить в форму под углом, закрываться вокруг еще теплой части и втягиваться, не касаясь поверхности формы, защищая дорогостоящие инструменты от ударных повреждений, вызванных несвоевременным ходом линейного пневматического цилиндра.

Сборка медицинского оборудования

В сборке катетерной трубки, вставке цилиндра шприца и установке защитного кожуха иглы используются угловые пневматические захватные цилиндры малого диаметра для работы с деликатными тонкостенными компонентами. Низкое минимальное рабочее давление некоторых устройств (всего 0,15 МПа) позволяет осуществлять очень мягкий захват без деформации и растрескивания хрупких медицинских компонентов.

Техническое обслуживание

Техническое обслуживание, Troubleshooting, and Service Life Extension for Angular Air Gripper Cylinders

Правильно обслуживаемый угловой пневмозахватный цилиндр, работающий на чистом сжатом воздухе при номинальном давлении, должен достичь номинального срока службы без внутреннего обслуживания. Практическая реальность в заводских цехах такова, что загрязненный воздух, избыточное давление в линиях подачи и механическое воздействие из-за неправильно загруженных деталей являются тремя наиболее распространенными факторами, сокращающими срок службы. Понимание режимов отказа помогает группам технического обслуживания вмешаться до того, как полный отказ захвата остановит линию.

Распространенные виды отказов и этапы диагностики

Медленная скорость челюсти или неполное закрытие: Сначала проверьте давление питания в порту захвата (не в компрессоре). Падение давления более 0,05 МПа между регулятором и портом захвата указывает на недостаточный размер трубки или частично заблокированный фильтр. Во-вторых, проверьте регулятор скорости (клапан регулирования расхода) на линии подачи пневмоцилиндра — засоренные контроллеры встречаются очень часто, и их часто упускают из виду.
Смещение челюсти в закрытом положении (деталь опускается без сигнала клапана): Это указывает на негерметичность уплотнения поршня внутри пневмоцилиндра. Отсоедините выпускную линию и прислушайтесь к утечке воздуха из выпускного отверстия, когда захват находится в закрытом положении. Если утечка воздуха постоянна, уплотнение поршня необходимо заменить. В большинстве цилиндров с угловыми пневмозахватами комплекты уплотнений доступны у производителя, а процедура восстановления с использованием основных инструментов занимает 15–30 минут.
Люфт челюстей или люфт со временем увеличиваются: Износ реечного или кулачкового механизма внутри корпуса пневмоцилиндра. Проверьте повторяемость кулачков с помощью циферблатного индикатора — если погрешность позиционирования превышает вдвое номинальную повторяемость, следует проверить внутренний механизм. В тяжелых случаях полная замена захвата более экономична, чем внутренний ремонт.
Коррозия направляющих челюстей или внешней поверхности корпуса: Вызвано конденсатом в сжатом воздухе или агрессивными промывочными химикатами в пищевой/фармацевтической промышленности. Установите осушитель воздуха с хладагентом перед ним и убедитесь, что выбранный материал корпуса цилиндра углового воздухозаборника и обработка поверхности соответствуют химической среде.

График профилактического обслуживания

Т а б л и ц а 2 — Рекомендуемые интервалы профилактического технического обслуживания для цилиндров угловых пневмозахватов при непрерывном производстве
Интервал	Задача	Целевое состояние
Ежедневно	Проверьте сигналы датчиков и количество циклов на ПЛК.	Никаких пропущенных сигналов; увеличение количества циклов
Еженедельно	Проверьте давление питания в порту захвата; проверить трубки на наличие перегибов	Давление в пределах ± 0,02 МПа от заданного значения
Ежемесячно	Очистите корпус пневмоцилиндра снаружи; проверьте момент затяжки застежки на кончике пальца	Отсутствие загрязнения охлаждающей жидкости/масла; нет незакрепленных застежек
6 месяцев	Проверьте повторяемость кулачков с помощью циферблатного индикатора; очистить элемент воздушного фильтра	Повторяемость within rated specification
При номинальном цикле жизни	Полный капитальный ремонт или замена; установка комплекта уплотнений	Производительность пневмоцилиндра восстановлена до новой спецификации

Пневматическая система

Требования к качеству и подаче сжатого воздуха для угловых цилиндров воздухозаборников

Пневматический цилиндр внутри углового захвата настолько надежен, насколько надежен подаваемый к нему сжатый воздух. ISO 8573-1 определяет классы качества сжатого воздуха, и большинство производителей цилиндров с угловыми захватами воздуха указывают минимальный класс качества воздуха для своей продукции. Понимание этих требований предотвращает преждевременный выход из строя уплотнения, внутреннюю коррозию и заедание зажимов, вызванное загрязнением твердыми частицами.

Содержание твердых частиц

Для большинства угловых пневмоцилиндров требуется класс 3 по ISO 8573-1 или выше для твердых частиц, то есть частиц размером не более 5 микрон и максимальная концентрация 5 мг/м³. . Загрязнение выше этого уровня приводит к задирам отверстия поршня и ускоренному износу уплотнений внутри пневмоцилиндра. Минимально рекомендуемая фильтрация — 5-микронный фильтр из спеченной бронзы или полиэтилена, расположенный непосредственно перед подающим клапаном захвата.

Содержание влаги

Точка росы сжатого воздуха должна быть как минимум на 10 °C ниже минимальной температуры окружающей среды в месте расположения захвата. На заводе с температурой 20 °C это означает, что точка росы 10 °C или ниже (ISO 8573-1, класс 4) является приемлемой, но в холодильном хранилище или при установке на открытом воздухе может потребоваться осушитель хладагента, соответствующий классу 4, или мембранный/осушающий осушитель, соответствующий классу 2, для предотвращения образования конденсата внутри воздушного цилиндра.

Содержание масла

Современные угловые цилиндры с пневмозахватами с поршнями с тефлоновым покрытием или уплотнениями с постоянной смазкой могут работать на совершенно безмасляном воздухе (содержание масла по ISO 8573-1, класс 1, ниже 0,01 мг/м³). Смазка масляным туманом на этих устройствах фактически ухудшает производительность, вымывая заводскую смазку из подшипников направляющих кулачков. Если на линии подачи уже имеется устройство для смазки масляным туманом, укажите угловой цилиндр с пневмозахватом с уплотнениями из NBR, рассчитанными на работу с масляной смазкой.

Руководство покупателя

Анgular Air Gripper Cylinder Selection Checklist Before You Order

Используйте этот контрольный список, чтобы убедиться, что вы собрали всю информацию, необходимую для выбора цилиндра с угловым пневмозахватом без дорогостоящих доработок после доставки.

Масса детали и максимальные размеры (длина, диаметр, вес)
Пиковое ускорение и рывок во время цикла захвата и размещения (по данным робота или сервоконтроллера)
Требуемый угол раскрытия кулачков (общий, а не на каждую кулачку) с частью в захвате и освобожденной частью
Давление питания, доступное в месте расположения захвата (измеряется в точке установки, а не на компрессоре)
Доступные размеры конверта (X × Y × Z) для корпуса пневмоцилиндра плюс дуга захвата губок.
Требуется монтажная поверхность и поверхность порта (для настройки прокладки трубок)
Требуемый тип датчика (геркон, датчик Холла или аналоговый) и стандарт выходного напряжения/тока (NPN/PNP, 24 В постоянного тока)
Диапазон рабочих температур и наличие промывной жидкости, охлаждающей жидкости или химического воздействия
Требуемый срок службы (общее количество операций до плановой замены или капитального ремонта)
Требования к материалу кончиков пальцев в зависимости от поверхности детали и окружающей среды (сталь, PEEK, силикон, нержавеющая сталь)
Требуется ли возможность быстрой смены кончиков пальцев для обеспечения гибкости при работе с несколькими деталями
Наличие запасных частей и комплектов уплотнений у местного дистрибьютора (важно для минимизации времени простоя)

Часто задаваемые вопросы

Часто задаваемые вопросы об угловых цилиндрах с пневмозахватами

В чем разница между угловым пневмоцилиндром и поворотным пневмоцилиндром?

Поворотный пневматический цилиндр вращает вал или фланец на определенный угол — его выходом является чистое вращение без встроенной функции захвата. Угловой пневматический цилиндр с захватом использует внутренний механизм для преобразования движения поршня пневматического цилиндра в симметричное угловое открытие и закрытие губок. «Вращательное» движение является внутренним и приводит к захватывающему действию, а не к вращению выходного вала. Эти два устройства выполняют совершенно разные функции и не являются взаимозаменяемыми.

Может ли угловой цилиндр пневмозахвата захватывать одну и ту же деталь как изнутри, так и снаружи?

Да. Большинство угловых цилиндров пневмозахвата могут быть сконфигурированы либо для внешнего захвата (захваты закрываются снаружи детали), либо для внутреннего расширяющегося захвата (захваты открываются в отверстие внутри детали). Форма кончика пальца определяет направление захвата — корпус и механизм пневмоцилиндра идентичны. Некоторые модели по каталогу включают в комплект как внешние, так и внутренние наборы насадок. Расчет силы захвата изменяется, поскольку в режиме внутреннего расширения челюсть толкает наружу, а не внутрь, а реактивные нагрузки на направляющие челюсти ориентированы по-другому.

Как узнать, что давление подачи воздуха слишком низкое для углового цилиндра пневмозахвата?

Наиболее распространенными признаками недостаточного давления подачи являются медленная скорость приведения в действие кулачка, неполное закрытие кулачка на фактической детали (датчик срабатывает на механическом упоре, а не на детали) и неравномерный захват несколькими блоками захватов на одном и том же подающем коллекторе. Используйте цифровой манометр с функцией удержания пикового давления на порте захвата, а не на входе FRL (фильтр-регулятор-смазочный аппарат). Давление в захвате должно оставаться выше минимального рабочего давления, указанного в паспорте пневмоцилиндра, даже при максимальной нагрузке. Если во время срабатывания давление падает ниже номинального минимума, увеличьте диаметр питающей трубки или добавьте местный резервуар небольшого объема (аккумуляторный бак) рядом с блоком захватов.

Что заставляет угловой цилиндр пневмозахвата медленно открываться или закрываться даже при правильном давлении подачи?

Наиболее вероятная причина – частично закрытый или засоренный регулятор скорости (игольчатый клапан регулирования расхода) на подающей или выпускной линии. Регуляторы скорости обычно настраиваются во время ввода в эксплуатацию, а затем никогда не трогаются, но накопление внутренних загрязнений постепенно ограничивает поток. Второй наиболее вероятный вариант — это частично перегнутая или разрушенная пневматическая трубка — особенно в установках с захватами, где трубка должна многократно сгибаться при движении запястья робота. В-третьих, это соленоид клапана, на который не полностью подается питание из-за низкого напряжения или частично неисправной катушки соленоида. Проверьте напряжение питания на катушке электромагнитного клапана при нагруженной линии, а не только на клемме шкафа.

Можно ли добавить механизм блокировки, чтобы предотвратить открытие челюсти при выходе из строя пневмоцилиндра?

Да, это называется «самоблокирующимся» или «удерживающим» захватом, и некоторые производители цилиндров с угловыми пневматическими захватами предлагают его в качестве опции по каталогу. Наиболее распространенным подходом является механический пружинный тормоз на валу челюсти, который удерживает челюсть в нужном положении при потере давления воздуха. Тормоз отпускается, когда в воздушном цилиндре создается давление, открывающее или закрывающее. В некоторых конструкциях используется механизм «пружина закрывает» в самом пневматическом цилиндре, где один порт подпружинен, а другой имеет пневматический привод — это означает, что состояние по умолчанию при потере воздуха закрыто (захват), что безопаснее для перемещения верхних частей, где упавшая часть создает угрозу безопасности.

Как долго обычно работает угловой цилиндр пневмозахвата при непрерывном производстве?

Номинальный срок службы циклов основных производителей (SMC, Festo, SCHUNK, Pneumax) варьируется от 5 миллионов циклов для агрегатов малого диаметра до 50 миллионов циклов для агрегатов большого диаметра для тяжелых условий эксплуатации. При 10 циклах в минуту, 24 часах в сутки, 250 днях в году 10 миллионов циклов равны примерно 2,8 годам непрерывной работы. Реальный срок службы часто превышает номинальный срок службы, когда пневмоцилиндр работает на чистом сухом воздухе в пределах давления и с нагрузками кончиков пальцев в пределах номинального момента. На практике наиболее распространенным фактором, ограничивающим срок службы, является загрязненный сжатый воздух, а не механический износ самого механизма углового захвата.

Могу ли я использовать угловой цилиндр с пневмозахватом на коллаборативном роботе (коботе)?

Да, и эта комбинация все чаще встречается в гибком производстве. Основными факторами интеграции являются вес (грузоподъемность кобота обычно составляет 3–16 кг; захват, инструменты и детали должны оставаться в этом пределе) и подача сжатого воздуха к запястью робота. Большинство производителей коботов предлагают встроенные пневматические каналы в манипуляторе робота, которые направляют сжатый воздух от основания к фланцу инструмента, устраняя необходимость во внешних трубках, которые могут зацепиться. Убедитесь, что угловой корпус цилиндра пневматического захвата и масса кончика пальца включены в расчет полезной нагрузки кобота, а также что скорость цикла захвата совместима с максимальной скоростью смены инструмента и выбора места коботом.

Каков типичный срок поставки нестандартных угловых цилиндров с нестандартным диаметром цилиндра или ходом?

Стандартные цилиндры угловых пневмозахватов по каталогу обычно доступны со склада дистрибьютора или в течение 1–3 недель с завода. Нестандартные размеры отверстий, нестандартные угловые ходы, специальные материалы корпуса (титан, полностью нержавеющая сталь 316L) или расположение встроенных датчиков за пределами стандартных Т-образных пазов обычно требуют 6–12 недель с момента утверждения чертежа. Для крупносерийных OEM-программ (обычно 500 единиц в год) производители могут разработать специальную конструкцию цилиндра с угловым пневмозахватом с меньшими затратами NRE. Всегда уточняйте, является ли указанная вами модель элементом каталога или индивидуальным заказом, прежде чем согласовывать сроки проекта.