Tự động hóa khí nén
Một xi lanh kẹp không khí góc - còn được gọi là xi lanh kẹp quay hoặc xoay - kết hợp xi lanh khí quay với cơ cấu hàm song song hoặc góc cạnh để kẹp, xoay và nhả phôi trong một bộ phận nhỏ gọn duy nhất. Không giống như xi lanh khí thẳng thông thường chỉ đẩy hoặc kéo theo một trục, loại góc xoay các hàm của nó mở và đóng dọc theo một vòng cung, khiến nó trở thành lựa chọn phù hợp cho các ô gắp và đặt, trạm lắp ráp và hệ thống chuyển giao trong đó bộ kẹp tuyến tính đơn giản là không thể vừa hoặc không thể định hướng lại bộ phận đủ nhanh.
Ở mức độ thực tế, quyết định sử dụng xi lanh kẹp khí góc thay vì các phương pháp kẹp bằng khí nén hoặc điện khác phụ thuộc vào ba yếu tố: lực kẹp (thường từ 20 N đến 1.200 N tùy thuộc vào kích thước lỗ khoan) , góc quét của hàm (thường là 10°, 20°, 30°, 40° hoặc tùy chỉnh) và đường bao tổng thể mà xi lanh khí chiếm bên trong khoang máy. Khi bạn hiểu được ba thông số đó, việc chọn xi lanh kẹp góc bên phải sẽ trở nên đơn giản.
Khái niệm cốt lõi
Xi lanh kẹp khí góc là gì và nó hoạt động như thế nào
Xi lanh kẹp khí góc là một thiết bị khí nén sử dụng khí nén để dẫn động một piston bên trong. Chuyển động của piston được chuyển đổi - thông qua cơ cấu thanh răng, cam nêm hoặc đòn bẩy - thành cơ cấu đóng và mở góc đối xứng của hai hoặc nhiều hàm kẹp. Thuật ngữ "xi lanh khí" được sử dụng vì lực tác động hoàn toàn đến từ không khí có áp suất, thường là giữa 0,15 MPa và 0,8 MPa (khoảng 22 đến 116 psi) , chảy qua cửa vào và tác động lên vùng piston.
Ổ đĩa bánh răng và thanh răng
Khí nén làm di chuyển piston, mang một thanh răng ăn khớp với một bánh răng nhỏ trên mỗi trục hàm. Cả hai hàm đều quay đồng thời và đối xứng. Đây là cấu hình phổ biến nhất trong các xi lanh kẹp khí góc vì nó mang lại tâm kẹp ổn định bất kể góc mở hàm.
Ổ đĩa nêm
Một cơ cấu dẫn động cam hình nêm trên cần piston đẩy hai con lăn nổi ra ngoài hoặc vào trong, làm xoay các cánh tay hàm. Thiết kế này đặc biệt cứng cáp khi chịu tải trọng bên và phổ biến trong các xi lanh khí kẹp góc hạng nặng xử lý các bộ phận trên 2 kg.
Ổ đĩa liên kết đòn bẩy
Một cánh tay liên kết nối piston với mỗi hàm. Hình dạng đòn bẩy khuếch đại lực ở đầu hàm và được sử dụng khi lỗ xi lanh khí phải nhỏ nhưng lực kẹp ở đầu ngón tay phải duy trì ở mức cao — hữu ích trong phòng sạch hoặc tự động hóa nhỏ gọn.
Bất kể loại truyền động nào, thân xi lanh khí đều chứa các vòng đệm, pít-tông, dẫn hướng hàm và đế lắp. Thân tiêu chuẩn được làm từ hợp kim nhôm anodized, trong khi hàm và các bộ phận cam hoặc giá đỡ bên trong thường là thép cứng. Bộ kẹp kết nối với phần còn lại của máy thông qua mặt bích lắp tiêu chuẩn hoặc bộ chuyển đổi đường ray khe chữ T ở mặt sau của thân xi lanh khí.
Thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật chính xác định hiệu suất xi lanh kẹp khí góc
Việc chọn xi lanh kẹp khí góc bên phải đòi hỏi phải khớp nhiều thông số kỹ thuật với tải trọng thực tế. Bảng dưới đây tóm tắt các thông số quan trọng nhất và phạm vi điển hình của chúng trong danh mục sản phẩm phổ thông từ các nhà cung cấp như SMC, Festo, SCHUNK và Pneumax.
| tham số | Dòng nhỏ | Dòng trung bình | Dòng lớn |
|---|---|---|---|
| Đường kính lỗ khoan | 6 – 16 mm | 20 – 32mm | 40 – 80 mm |
| Lực kẹp mỗi hàm | 20 – 80N | 90 – 350N | 400 – 1.200 N |
| Mộtgular Jaw Stroke | 10° – 30° | 20° – 40° | 20° – 40° |
| Áp suất vận hành | 0,15 – 0,7 MPa | 0,15 – 0,8 MPa | 0,2 – 0,8 MPa |
| Vòng đời (được xếp hạng) | 5 – 10 triệu | 10 – 30 triệu | 15 – 50 triệu |
| Độ lặp lại | ± 0,03mm | ± 0,02 mm | ± 0,01 mm |
Hai con số khiến các kỹ sư thường gặp khó khăn nhất là lực kẹp ở đầu hàm so với ở gốc hàm . Bởi vì ngàm là một đòn bẩy nên lực giảm xuống khi điểm tiếp xúc di chuyển ra xa trục quay. Hầu hết dữ liệu danh mục đều tạo lực ở chân hàm (gần trục quay nhất). Nếu bộ điều hợp đầu ngón tay của bạn kéo dài hàm thêm 30 mm tính từ gốc, lực kẹp hiệu quả sẽ giảm 30–50% tùy thuộc vào hình dạng của hàm. Luôn yêu cầu nhà cung cấp cung cấp biểu đồ mô men hàm chứ không chỉ là thông số lực chính.
Vòng đời của một xi lanh khí trong ứng dụng kẹp cũng phụ thuộc vào việc bôi trơn. Hầu hết các xi lanh kẹp khí dạng góc hiện đại đều có các vòng đệm piston được bôi trơn vĩnh viễn và có thể chạy bằng khí nén sạch, khô, không dầu - nhưng nếu nguồn cung cấp không khí mang theo sương mù dầu thì phải xác minh khả năng tương thích với hợp chất bịt kín. Phớt NBR chịu được sương mù dầu khoáng tiêu chuẩn; Phớt FKM (Viton) được ưu tiên cho các ứng dụng sử dụng chất bôi trơn tổng hợp hoặc cho môi trường có nhiệt độ cao trên 60 ° C.
So sánh
Mộtgular Air Gripper Cylinder vs. Parallel Air Cylinder Gripper: Which to Choose
Mộtgular Type
- Hàm xoay dọc theo một hình cung - đầu hàm di chuyển được khoảng cách xa hơn đối với cùng một kích thước cơ thể
- Phù hợp hơn để lấy các bộ phận từ tổ, khay nạp hoặc mép băng tải nơi hàm phải xoay rõ ràng
- Độ mở hàm ở đầu tỷ lệ thuận với bán kính trục quay, do đó, đầu ngón tay lớn hơn sẽ tăng đáng kể độ mở hiệu quả mà không cần thay đổi lỗ khoan xi lanh khí
- Lực ở đầu hàm thấp hơn ở trục quay; mô hình nêm-cam bù đắp một phần điều này
- Hoạt động tốt trên các bộ phận hình nón, hình cầu hoặc hình dạng bất thường
- Cần thiết kế ngón tay phức tạp hơn một chút để khớp với hình dạng bộ phận chính xác
Loại song song
- Hàm dịch chuyển tuyến tính - đường tâm tay nắm không đổi bất kể chiều rộng mở hàm
- Lý tưởng cho các bộ phận hình lăng trụ (hình chữ nhật hoặc hình trụ) trong đó cả hai mặt song song
- Lực ở mặt hàm gần bằng lực của piston; không mất cánh tay đòn
- Phạm vi mở hàm bị giới hạn bởi hành trình vật lý của piston xi lanh khí
- Độ chính xác định tâm vốn đã cao - cả hai hàm đều di chuyển khoảng cách bằng nhau từ tâm
- Kém linh hoạt hơn khi kích thước bộ phận thay đổi đáng kể giữa các sản phẩm trên cùng một dây chuyền
Một nguyên tắc chung trong tự động hóa khí nén: nếu tỷ lệ giữa độ mở hàm và chiều dài thân cần vượt quá 1:3 thì xi lanh kẹp khí góc cạnh hầu như luôn thắng về hiệu quả không gian. Nếu ưu tiên độ lặp lại định tâm tuyệt đối dưới ± 0,01 mm và hình dạng bộ phận là hình lăng trụ thì bộ kẹp xi lanh khí song song vẫn là lựa chọn tốt hơn. Trong các khu vực sản xuất hỗn hợp, một số nhà thiết kế lắp một xi lanh kẹp không khí góc cạnh trên một cổ tay robot và một kẹp song song trên một cổ tay khác để đáp ứng cả hai tình huống mà không cần trang bị lại.
Hướng dẫn kỹ thuật
Cách xác định kích thước xi lanh kẹp khí góc cho ứng dụng của bạn
Định cỡ chính xác xi lanh kẹp khí góc là bước quan trọng nhất trước khi mua. Các đơn vị có kích thước nhỏ hơn bị rơi các bộ phận; các thiết bị quá khổ sẽ lãng phí tiền bạc, tiêu thụ nhiều khí nén hơn và tạo ra quán tính không cần thiết trên cổ tay robot. Quá trình định cỡ có bốn bước.
Bước 1 - Xác định lực kẹp cần thiết
Bắt đầu với khối lượng bộ phận và gia tốc tối đa mà dụng cụ kẹp sẽ trải qua trong chu trình gắp và đặt. Công thức cơ bản từ hướng dẫn lựa chọn kẹp gắp của SMC nêu rõ:
Lực bám cần thiết = Khối lượng một phần (kg) × (Gia tốc trọng lực cực đại) × Hệ số an toàn
Đối với bộ phận 0,5 kg với gia tốc 5 m/s² và hệ số an toàn 3×: Độ bám cần thiết = 0,5 × (9,81 5) × 3 = 22,2 N mỗi hàm. Một xi lanh kẹp không khí góc có lỗ khoan nhỏ với lỗ khoan 16 mm ở áp suất cung cấp 0,5 MPa cung cấp khoảng 60 N cho mỗi hàm ở chân răng — nằm trong phạm vi, có giới hạn để giảm tổn thất cánh tay đòn ở đầu ngón tay.
Bước 2 - Xác định góc mở hàm cần thiết
Đo đường kính hoặc chiều rộng tối đa của bộ phận cộng với bất kỳ khoảng trống nào cần thiết để hàm trượt qua bộ phận mà không tiếp xúc. Hầu hết các ứng dụng sử dụng Tổng độ mở hàm 30° đến 40° (15° đến 20° mỗi hàm tính từ tâm). Nếu bộ phận thay đổi giữa các kiểu máy, hãy chọn xi lanh kẹp khí góc có độ mở tối đa thoải mái vượt quá bộ phận lớn nhất, sau đó sử dụng bu lông dừng có thể điều chỉnh hoặc công tắc van kích hoạt bằng cảm biến để điều khiển vị trí mở cho các bộ phận nhỏ hơn.
Bước 3 - Kiểm tra mô men tải cho phép trên thân xi lanh khí
Xi lanh kẹp không khí góc xác định ba giá trị mô men cho phép: My (bước), Mx (cuộn) và Mz (nghiêng). Những giới hạn này xuất phát từ nhịp ổ trục dẫn hướng hàm bên trong xi lanh khí. Vượt quá những khoảnh khắc này sẽ khiến cho hàm trượt bị mòn sớm hoặc kẹt hàm nghiêm trọng. Ở mức tối thiểu, hãy tính mômen tĩnh từ bộ chuyển đổi đầu ngón tay nặng nhất cộng với bộ phận được kẹp ở khoảng cách trong trường hợp xấu nhất tính từ mặt thân bình chứa khí.
Bước 4 - Xác minh mức tiêu thụ không khí và kích thước đường cung cấp
Mỗi lần tác động của xi lanh kẹp khí dạng góc sẽ dịch chuyển một thể tích không khí bằng diện tích lỗ khoan của pít-tông × hành trình pít-tông × 2 (để mở và đóng). Ở tốc độ 10 chu kỳ mỗi phút và đơn vị lỗ khoan 20 mm, mức tiêu thụ không khí xấp xỉ 0,4 đến 0,8 L/phút ở 0,5 MPa — không đáng kể đối với một dụng cụ kẹp đơn lẻ, nhưng nhân với 30 dụng cụ kẹp trên một dây chuyền lắp ráp lớn và hệ thống khí nén phải có kích thước phù hợp. Đường cung cấp không khí có kích thước nhỏ gây ra thời gian chu kỳ chậm, giảm áp suất và lực kẹp không nhất quán trên đường dây.
Cài đặt
Cấu hình lắp đặt cho xi lanh kẹp khí dạng góc trong ô tự động hóa
Giao diện lắp của xi lanh kẹp khí góc phải thẳng hàng với cả mặt bích robot hoặc tấm dụng cụ và hướng hàm cần thiết so với bộ phận. Các nhà sản xuất cung cấp một số tùy chọn lắp đặt tiêu chuẩn và hiểu rõ từng tùy chọn giúp tiết kiệm đáng kể việc làm lại trong quá trình tích hợp tế bào.
A
Mặt (Mặt bích) Mount
Tùy chọn phổ biến nhất. Bốn hoặc sáu lỗ ren ở mặt trước của thân xi lanh khí tiếp nhận vít nắp trực tiếp vào tấm dụng cụ hoặc bộ chuyển đổi cổ tay robot. Hướng này đặt chuyển động của hàm trong mặt phẳng vuông góc với mặt lắp đặt - tiêu chuẩn cho việc lấy hàng trên cùng trong các ô gắp và đặt trục dọc.
B
Gắn bên (Thân)
Các lỗ ren hoặc rãnh chữ T ở mặt bên của thân xi lanh khí cho phép lắp vuông góc với trục xoay hàm. Được sử dụng khi dụng cụ kẹp phải tiếp cận bộ phận từ bên cạnh, chẳng hạn như trong các trạm trung chuyển ngang hoặc khi phải giảm thiểu chiều cao của ngăn xếp theo chiều dọc.
C
Gắn xuyên lỗ (Trục giữa)
Một lỗ khoan xuyên tâm ở thân xi lanh kẹp khí góc cho phép thiết bị xoay trên một trục trong quá trình chuyển đa trục. Ít phổ biến hơn nhưng lại quan trọng trong các máy quay số quay trong đó bộ kẹp phải thay đổi hướng riêng giữa các trạm.
D
Núi Trunnion
Một cặp chốt trục ở hai bên của thân xi lanh khí cho phép kẹp xoay tự do trong quá trình kẹp - hữu ích trên các bộ phận có độ dày thay đổi sẽ liên kết với kẹp được gắn chắc chắn. Xy lanh khí “nổi” để tự căn chỉnh, sau đó các đầu ngón tay sẽ khóa trên bề mặt bộ phận.
Vị trí cổng cũng quan trọng như việc lắp thân máy. Hầu hết các xi lanh kẹp khí góc cạnh đều cung cấp các cổng trên nhiều mặt của thân xi lanh khí, có phích cắm đóng các cổng không sử dụng. Việc chọn mặt cổng hoạt động chính xác trong quá trình đặt hàng sẽ giúp ngăn ngừa tắc nghẽn ống bên trong vỏ cổ tay robot chật hẹp và giảm nguy cơ xoắn ống, vốn là nguyên nhân phổ biến gây ra lỗi kẹp thỉnh thoảng trong các ứng dụng chu kỳ cao.
Cảm biến & Kiểm soát
Tích hợp cảm biến và phát hiện vị trí trên xi lanh kẹp khí góc
Hầu hết các xi lanh kẹp khí góc cạnh đều chấp nhận công tắc sậy, hiệu ứng Hall hoặc cảm biến điện trở từ trong các khe chữ T chuyên dụng được gia công trực tiếp vào thân xi lanh khí. Những cảm biến này phát hiện một nam châm vĩnh cửu được gắn trong piston và báo hiệu cho PLC khi các hàm đã đạt đến vị trí mở hoặc đóng. Lựa chọn và đặt cảm biến thích hợp là một trong những khía cạnh bị bỏ qua nhất trong quá trình tích hợp kẹp gắp — tuy nhiên, nó lại trực tiếp xác định liệu máy có thể phát hiện các tình trạng rơi bộ phận, thiếu bộ phận hoặc kẹt kẹp trước khi chúng gây ra tình trạng dừng dây chuyền hay không.
Công tắc sậy
Đơn giản, chi phí thấp và tương thích với mạch 5–240 V DC/AC. Thời gian đáp ứng là khoảng 1–3 mili giây . Hạn chế chính là độ mòn tiếp xúc cơ học - ở 10 triệu chu kỳ, công tắc sậy có thể phát triển độ nảy tiếp xúc. Được sử dụng tốt nhất trong các ứng dụng có chu kỳ thấp hơn hoặc khi ngân sách là mối quan tâm hàng đầu.
Cảm biến hiệu ứng Hall
Trạng thái rắn, không có bộ phận chuyển động. Thời gian đáp ứng của 0,1–1 mili giây và được đánh giá cho 100 triệu hoạt động. Có sẵn ở đầu ra NPN và PNP, phiên bản 2 dây và 3 dây. Được ưu tiên cho các xi lanh kẹp không khí góc chu kỳ cao trong dây chuyền lắp ráp ô tô hoặc điện tử, nơi kẹp có thể quay vòng 20 lần mỗi phút cho nhiều ca.
Mộtalog Position Sensor
Một số thiết kế xi lanh kẹp không khí góc cạnh tiên tiến sử dụng dải điện trở từ tính tuyến tính để phát ra tín hiệu tương tự 0–10 V hoặc 4–20 mA liên tục tỷ lệ với vị trí pít-tông. Điều này cho phép PLC phát hiện việc đóng một phần, xác nhận rằng phần được kẹp nằm trong giới hạn kích thước tối thiểu và tối đa — một biện pháp kiểm tra chất lượng mạnh mẽ mà cảm biến kỹ thuật số không thể cung cấp.
Khi cảm biến định vị, hãy đặt cảm biến vị trí đóng sao cho tín hiệu chỉ kích hoạt sau khi các ngàm đã đóng hoàn toàn trên bộ phận thực tế — chứ không phải trên điểm dừng cơ học bên trong xi lanh khí. Nếu cảm biến kích hoạt trên điểm dừng cơ học, bộ phận bị rơi sẽ không được phát hiện cho đến khi kiểm tra phía sau, gây ra lỗi thoát ra của bộ phận lắp ráp. Nhiều kỹ sư dây chuyền sử dụng cả cảm biến vị trí đóng được thiết lập để kích hoạt bộ phận và cảm biến dừng cơ học đặt xa hơn 1–2 mm để xác nhận hành trình hoàn toàn của piston - sự khác biệt giữa hai tín hiệu xác nhận xem một bộ phận có hiện diện hay không và nằm trong dung sai kích thước danh nghĩa hay không.
Dụng cụ
Thiết kế đầu ngón tay và hàm cho xi lanh kẹp khí góc
Thân xi lanh kẹp không khí góc cạnh cung cấp khả năng dẫn động; các đầu ngón tay quyết định xem dụng cụ kẹp có thực sự hoạt động được hay không. Các đầu ngón tay được thiết kế kém là nguyên nhân gây ra phần lớn các trường hợp dừng dây liên quan đến kẹp trong thực tế - chứ không phải bản thân xi lanh khí. Thiết kế đầu ngón tay phải giải quyết được bốn vấn đề: hình học tiếp xúc, vật liệu, khối lượng và khả năng thay thế.
Hình học liên hệ
Bởi vì hàm dao động theo một hình cung nên điểm tiếp xúc trên bộ phận tạo thành một đường cong khi bộ kẹp đóng lại. Đối với các bộ phận hình trụ, một rãnh chữ V được cắt vào đầu ngón tay ở góc bao gồm chính xác (thường là 60° hoặc 90°) làm cho chuyển động vòng cung tự định tâm bộ phận ngay cả khi nó hơi lệch trong tổ. Đối với các bộ phận có mặt phẳng, mặt đầu ngón tay phải được tạo góc để tiếp xúc với vòng cung ở vị trí đóng - nếu không, mặt hàm sẽ cọ vào bề mặt bộ phận khi nó đóng lại, gây hư hỏng bề mặt và tạo ra hạt.
Lựa chọn vật liệu đầu ngón tay
Đối với các bộ phận công nghiệp nói chung, đầu ngón tay bằng thép công cụ cứng (HRC 52–58) mang lại tuổi thọ mặc tốt nhất. Đối với các bề mặt được đánh bóng hoặc phủ không được trầy xước, miếng chèn polyurethane hoặc PEEK làm giảm áp lực tiếp xúc trong khi vẫn duy trì độ bám. Trong các ứng dụng cấp thực phẩm hoặc dược phẩm, tất cả các bề mặt đầu ngón tay bị ướt phải tuân thủ các yêu cầu về vật liệu liên quan - thường là thép không gỉ 316L hoặc PEEK cấp y tế - và bản thân thân xi lanh khí phải được chỉ định ở phiên bản chống ăn mòn.
Ngân sách đại chúng cho đầu ngón tay
Mỗi gram được thêm vào đầu ngón tay sẽ làm tăng mômen uốn trên trục hàm bên trong xi lanh khí. Mômen hàm cho phép (My) từ bảng dữ liệu hình trụ kẹp không khí góc đặt ra giới hạn tuyệt đối. Theo nguyên tắc làm việc, giữ tổng khối lượng đầu ngón tay cộng với khối lượng phần bên dưới 30% mức đánh giá cho phép của tôi để chừa đủ lề cho tải động trong quá trình tăng tốc và giật. Đầu ngón tay bằng sợi carbon hoặc nhôm có thể giảm khối lượng từ 60–70% so với các lựa chọn thay thế bằng thép có cường độ mặt cắt ngang tương đương - đáng xem xét khi xi lanh khí đạt đến giới hạn mômen của nó.
Hệ thống đầu ngón tay thay đổi nhanh
Trong các khu vực sản xuất linh hoạt, nơi cùng một xi lanh kẹp khí có góc cạnh xử lý nhiều nhóm bộ phận, hệ thống đầu ngón tay thay đổi nhanh giúp giảm thời gian chuyển đổi từ 15–20 phút cho mỗi dụng cụ kẹp (đầu ngón tay được bắt vít truyền thống) xuống dưới 30 giây. SCHUNK, SMC và Festo đều cung cấp các hệ thống thay đổi nhanh độc quyền tương thích với thân xi lanh kẹp góc cạnh của chúng, sử dụng cơ chế khóa bi hoặc lưỡi lê tự động định vị và khóa ngón tay mà không cần dụng cụ.
Các trường hợp sử dụng trong ngành
Nơi sử dụng xi lanh kẹp khí góc trong các ngành công nghiệp
Xi lanh kẹp khí dạng góc xuất hiện ở hầu hết mọi lĩnh vực sử dụng tự động hóa khí nén. Các phân tích ngành sau đây minh họa lý do tại sao cấu hình góc được chọn thay vì các lựa chọn thay thế hình trụ khí thẳng đơn giản hơn hoặc bộ kẹp song song trong từng bối cảnh.
Lắp ráp ô tô
Dây chuyền gia công khối động cơ sử dụng các xi lanh kẹp không khí góc cạnh để gắp vỏ ổ trục, bệ van và vòng piston từ bộ cấp liệu dạng bát. Chức năng quét hàm góc cho phép bộ kẹp tiếp cận một bát rung ở một góc và rút ra một bộ phận mà không làm ảnh hưởng đến các bộ phận lân cận — một nhiệm vụ đòi hỏi hành trình xi lanh khí tuyến tính dài hơn nhiều với bộ kẹp song song, tạo thêm quán tính không mong muốn trên cổ tay robot.
Sản xuất điện tử
Dây chuyền SMT (công nghệ gắn trên bề mặt) sử dụng xi lanh kẹp không khí góc thu nhỏ có lỗ nhỏ tới 6 mm để xử lý các đầu nối, gói bán dẫn và tụ điện nhỏ. Ở các tỷ lệ này, loại góc cung cấp độ mở hàm rộng hơn so với kích thước thân máy so với bất kỳ dụng cụ kẹp xi lanh khí song song nào, điều này rất quan trọng khi chọn từ các khay thành phần có khoảng cách gần nhau.
Bao bì dược phẩm
Dây chuyền xử lý vỉ và chai sử dụng xi lanh kẹp khí dạng góc bằng thép không gỉ hoặc phiên bản anod hóa để lấy các thùng chứa hình trụ từ các làn băng tải. Hoạt động tự định tâm của các đầu ngón tay có rãnh chữ V trên kẹp góc giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng các thiết bị cố định định vị bộ phận chính xác ở phía trước của kẹp — tiết kiệm đáng kể chi phí trên các dây chuyền có khối lượng lớn.
Chế biến thực phẩm
Robot gắp và đặt trong các dây chuyền làm bánh và bánh kẹo sử dụng xi lanh kẹp không khí góc cạnh với đầu ngón tay silicon để xử lý các mặt hàng có hình dạng bất thường - bánh mì cuộn, bánh ngọt, thanh bọc. Việc quét góc cho phép hàm phù hợp với các cấu hình không đều theo cách mà kẹp xi lanh khí song song mặt phẳng không thể làm được nếu không có dụng cụ tùy chỉnh cho từng SKU.
Khuôn ép nhựa
Robot loại bỏ các bộ phận sử dụng các xi lanh kẹp không khí góc cạnh để lấy các bộ phận đúc ra khỏi khoang khuôn ngay sau khi đẩy ra. Hàm góc cho phép dụng cụ kẹp đi vào dụng cụ khuôn theo một góc, đóng xung quanh phần vẫn còn ấm và rút lại mà không tiếp xúc với bề mặt khuôn - bảo vệ dụng cụ đắt tiền khỏi hư hỏng do va đập do hành trình xi lanh khí tuyến tính sai thời gian.
Lắp ráp thiết bị y tế
Việc lắp ráp ống thông, lắp ống tiêm và đặt tấm chắn kim đều sử dụng xi lanh kẹp khí góc có lỗ khoan nhỏ để xử lý các bộ phận có thành mỏng, mỏng manh. Áp suất vận hành tối thiểu thấp của một số thiết bị (thấp tới 0,15 MPa) cho phép cầm nắm rất nhẹ nhàng mà không làm biến dạng hoặc nứt các bộ phận y tế dễ vỡ.
Bảo trì
Bảo trì, Troubleshooting, and Service Life Extension for Angular Air Gripper Cylinders
Một xi lanh kẹp không khí góc được bảo trì tốt chạy bằng khí nén sạch ở áp suất định mức sẽ đạt được tuổi thọ định mức mà không cần bảo trì bên trong. Thực tế thực tế tại nhà máy là không khí bị ô nhiễm, đường dây cung cấp quá áp và việc lạm dụng máy móc do các bộ phận bị tải sai là ba yếu tố làm giảm tuổi thọ phổ biến nhất. Việc hiểu rõ các dạng lỗi sẽ giúp các đội bảo trì can thiệp trước khi lỗi kẹp hoàn toàn khiến dây chuyền dừng lại.
Các chế độ lỗi phổ biến và các bước chẩn đoán
- Tốc độ hàm chậm hoặc đóng không hoàn toàn: Đầu tiên hãy kiểm tra áp suất nguồn tại cổng kẹp (không phải ở máy nén). Áp suất giảm hơn 0,05 MPa giữa bộ điều chỉnh và cổng kẹp cho thấy ống có kích thước nhỏ hoặc bộ lọc bị tắc một phần. Thứ hai, kiểm tra bộ điều khiển tốc độ (van điều khiển lưu lượng) trên đường cấp xi lanh khí - bộ điều khiển bị tắc là cực kỳ phổ biến và thường bị bỏ qua.
- Hàm trôi ở vị trí đóng (phần rơi xuống không có tín hiệu van): Điều này cho thấy phốt piston bị rò rỉ bên trong xi lanh khí. Ngắt kết nối đường ống xả và lắng nghe không khí rò rỉ từ cổng xả trong khi tay kẹp ở vị trí đóng. Nếu không khí rò rỉ liên tục, phốt piston cần được thay thế. Trong hầu hết các xi lanh kẹp khí góc cạnh, nhà sản xuất đều có sẵn bộ bịt kín và quy trình xây dựng lại mất 15–30 phút với các công cụ cơ bản.
- Hàm chơi hoặc phản ứng dữ dội tăng dần theo thời gian: Mòn ở cơ cấu thanh răng hoặc bánh răng cam bên trong thân bình khí. Kiểm tra độ lặp lại của hàm bằng chỉ báo quay số - nếu lỗi vị trí tăng vượt quá gấp đôi độ lặp lại định mức thì cần kiểm tra cơ chế bên trong. Trong những trường hợp nghiêm trọng, việc thay thế toàn bộ bộ kẹp sẽ tiết kiệm hơn so với việc sửa chữa bên trong.
- Ăn mòn trên các thanh dẫn hướng hàm hoặc phần bên ngoài thân xe: Nguyên nhân là do sự ngưng tụ trong khí nén hoặc các hóa chất rửa trôi mạnh trong các ứng dụng thực phẩm/dược phẩm. Lắp đặt máy sấy không khí làm lạnh ở thượng nguồn và xác minh rằng vật liệu thân xi lanh kẹp khí góc đã chọn và cách xử lý bề mặt phù hợp với môi trường hóa học.
Lịch bảo trì phòng ngừa
| Khoảng thời gian | Nhiệm vụ | Điều kiện mục tiêu |
|---|---|---|
| hàng ngày | Xác minh tín hiệu cảm biến và số chu kỳ trên PLC | Không có tín hiệu bị bỏ lỡ; tăng số chu kỳ |
| hàng tuần | Kiểm tra áp suất cấp tại cổng kẹp; kiểm tra ống xem có bị xoắn không | Áp suất trong phạm vi ± 0,02 MPa của điểm đặt |
| hàng tháng | Làm sạch bên ngoài thân xi lanh khí; kiểm tra mô men xoắn của đầu ngón tay | Không bị nhiễm chất làm mát/dầu; không có ốc vít lỏng lẻo |
| 6 tháng | Xác minh độ lặp lại của hàm bằng chỉ báo quay số; bộ phận lọc không khí sạch | Độ lặp lại within rated specification |
| Ở vòng đời định mức | Đại tu toàn bộ hoặc thay thế; lắp đặt bộ con dấu | Hiệu suất xi lanh khí được khôi phục theo thông số kỹ thuật mới |
Hệ thống khí nén
Yêu cầu về chất lượng khí nén và cung cấp cho xi lanh kẹp khí dạng góc
Xy lanh khí bên trong kẹp góc chỉ đáng tin cậy khi có khí nén cấp vào nó. ISO 8573-1 xác định các loại chất lượng không khí nén và hầu hết các nhà sản xuất xi lanh kẹp khí góc đều chỉ định loại chất lượng không khí tối thiểu cho sản phẩm của họ. Hiểu được các yêu cầu này sẽ ngăn ngừa hư hỏng vòng đệm sớm, ăn mòn bên trong và hoạt động của hàm dính do nhiễm bẩn hạt.
Nội dung hạt
Hầu hết các xi lanh kẹp không khí góc cạnh đều yêu cầu ISO 8573-1 Loại 3 hoặc cao hơn đối với các hạt rắn - nghĩa là các hạt không lớn hơn 5 micron và nồng độ tối đa 5 mg/m³ . Sự nhiễm bẩn trên mức này gây ra vết xước trên lỗ khoan piston và làm tăng tốc độ mài mòn của vòng đệm bên trong xi lanh khí. Bộ lọc bằng đồng hoặc polyetylen thiêu kết 5 micron ngay phía trước van cấp kẹp là mức lọc tối thiểu được khuyến nghị.
Độ ẩm
Điểm sương áp suất của khí nén phải thấp hơn nhiệt độ môi trường tối thiểu ít nhất 10 ° C tại vị trí kẹp. Trong nhà máy ở nhiệt độ 20 °C, điều này có nghĩa là điểm sương từ 10 °C trở xuống (ISO 8573-1 Loại 4) có thể chấp nhận được, nhưng trong kho lạnh hoặc lắp đặt ngoài trời, có thể cần phải có máy sấy môi chất lạnh đạt Loại 4 hoặc máy sấy màng/chất hút ẩm đạt Loại 2 để ngăn chặn sự ngưng tụ bên trong bình chứa khí.
Hàm lượng dầu
Xi lanh kẹp không khí góc cạnh hiện đại có pít-tông được phủ PTFE hoặc vòng đệm được bôi trơn vĩnh viễn có thể chạy bằng khí hoàn toàn không có dầu (hàm lượng dầu loại 1 ISO 8573-1, dưới 0,01 mg/m³). Việc bôi trơn bằng sương mù dầu trên các bộ phận này thực sự làm giảm hiệu suất do rửa trôi dầu mỡ nhà máy khỏi vòng bi dẫn hướng hàm. Nếu đã có sẵn chất bôi trơn phun sương dầu trên đường dây cung cấp, hãy chỉ định xi lanh kẹp khí góc có vòng đệm NBR được xếp hạng dành cho dịch vụ bôi trơn bằng dầu.
Hướng dẫn người mua
Mộtgular Air Gripper Cylinder Selection Checklist Before You Order
Sử dụng danh sách kiểm tra này để xác nhận rằng bạn đã nắm bắt được tất cả thông tin cần thiết để xác định xi lanh kẹp khí góc cạnh mà không cần sửa đổi tốn kém sau khi giao hàng.
- Khối lượng bộ phận và kích thước tối đa (chiều dài, đường kính, trọng lượng)
- Gia tốc và giật tối đa trong chu kỳ chọn và đặt (từ dữ liệu bộ điều khiển robot hoặc servo)
- Góc mở hàm cần thiết (tổng, không phải trên mỗi hàm) với một phần trong tay kẹp và một phần được làm sạch
- Áp suất cung cấp có sẵn tại vị trí kẹp (đo tại điểm lắp đặt, không phải tại máy nén)
- Kích thước đường bao có sẵn (X × Y × Z) cho thân xi lanh khí cộng với vòng cung quét hàm
- Cần có mặt lắp và mặt cổng (để đặt định tuyến ống)
- Loại cảm biến bắt buộc (cây sậy, hiệu ứng Hall hoặc analog) và điện áp/dòng điện đầu ra tiêu chuẩn (NPN/PNP, 24 V DC)
- Phạm vi nhiệt độ hoạt động và sự hiện diện của rửa trôi, chất làm mát hoặc tiếp xúc với hóa chất
- Tuổi thọ chu trình cần thiết (tổng số hoạt động trước khi thay thế hoặc đại tu theo lịch trình)
- Yêu cầu về vật liệu đầu ngón tay dựa trên bề mặt bộ phận và môi trường (thép, PEEK, silicone, không gỉ)
- Liệu khả năng thay đổi đầu ngón tay nhanh có cần thiết cho tính linh hoạt của nhiều bộ phận hay không
- Phụ tùng thay thế và bộ phớt có sẵn từ nhà phân phối địa phương (quan trọng để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động)
Câu hỏi thường gặp
Các câu hỏi thường gặp về Xi lanh kẹp khí góc
Sự khác biệt giữa xi lanh kẹp khí góc và xi lanh khí quay là gì?
Xi lanh khí quay quay trục hoặc mặt bích theo một góc xác định - đầu ra của nó là chuyển động quay thuần túy, không có chức năng kẹp tích hợp. Xi lanh kẹp khí góc sử dụng cơ cấu bên trong để chuyển chuyển động của piston xi lanh khí thành việc đóng và mở góc đối xứng của hàm. Chuyển động "quay" là chuyển động bên trong và dẫn đến hành động kẹp chứ không phải trục đầu ra quay. Hai thiết bị phục vụ các chức năng hoàn toàn khác nhau và không thể thay thế cho nhau.
Xi lanh kẹp không khí góc cạnh có thể kẹp cả bên trong và bên ngoài trên cùng một bộ phận không?
Đúng. Hầu hết các xi lanh kẹp không khí góc cạnh có thể được cấu hình để kẹp bên ngoài (hàm đóng ở bên ngoài bộ phận) hoặc kẹp mở rộng bên trong (hàm mở vào lỗ khoan bên trong bộ phận). Thiết kế đầu ngón tay xác định hướng cầm nắm - thân và cơ chế xi lanh khí giống hệt nhau. Một số đơn vị danh mục bao gồm cả bộ đầu ngón tay bên ngoài và bên trong trong bộ sản phẩm. Việc tính toán lực kẹp thay đổi vì ở chế độ mở rộng bên trong, hàm đẩy ra ngoài thay vì vào trong và phản lực lên các thanh dẫn hướng hàm được định hướng khác nhau.
Làm cách nào để biết liệu áp suất cấp khí của tôi có quá thấp so với xi lanh kẹp khí dạng góc hay không?
Các dấu hiệu phổ biến nhất của việc áp lực cung cấp không đủ là tốc độ kích hoạt hàm kẹp chậm, hàm kẹp đóng không hoàn chỉnh trên bộ phận thực tế (cảm biến kích hoạt trên điểm dừng cơ học chứ không phải trên bộ phận) và khả năng kẹp không nhất quán trên nhiều bộ phận kẹp trên cùng một đường ống cung cấp. Sử dụng đồng hồ đo áp suất kỹ thuật số có chức năng giữ đỉnh ở cổng kẹp - không phải ở đầu nguồn FRL (bộ lọc-bộ điều chỉnh-bôi trơn). Áp suất tại kẹp phải duy trì trên áp suất vận hành tối thiểu được chỉ định trong bảng dữ liệu bình khí ngay cả khi có nhu cầu tối đa. Nếu áp suất giảm xuống dưới mức tối thiểu định mức trong quá trình truyền động, hãy tăng đường kính ống cung cấp hoặc thêm một bình chứa dung tích nhỏ cục bộ (bể tích lũy) gần bộ kẹp.
Điều gì khiến xi lanh kẹp khí dạng góc mở hoặc đóng chậm ngay cả khi áp suất cung cấp chính xác?
Nguyên nhân rất có thể là do bộ điều khiển tốc độ bị đóng một phần hoặc bị tắc (điều khiển lưu lượng van kim) trong đường cấp hoặc đường xả. Bộ điều khiển tốc độ thường được cài đặt trong quá trình vận hành và sau đó không bao giờ được chạm tới — nhưng sự tích tụ chất gây ô nhiễm bên trong dần dần hạn chế dòng chảy. Thứ hai rất có thể là ống khí nén bị gấp khúc hoặc bị xẹp một phần - đặc biệt là trong lắp đặt bộ kẹp trong đó ống phải uốn cong liên tục theo chuyển động của cổ tay robot. Thứ ba là van điện từ không được cấp điện đầy đủ do tình trạng điện áp thấp hoặc cuộn dây điện từ bị hỏng một phần. Kiểm tra điện áp nguồn tại cuộn dây van điện từ khi đường dây được tải - không chỉ ở đầu cực của tủ.
Có thể thêm cơ chế khóa để ngăn hàm mở khi xi lanh khí bị hỏng không?
Có - đây được gọi là dụng cụ kẹp "tự khóa" hoặc "giữ khi tắt nguồn" và một số nhà sản xuất xi lanh kẹp khí góc cạnh cung cấp sản phẩm này dưới dạng tùy chọn trong danh mục. Cách tiếp cận phổ biến nhất là phanh lò xo cơ học trên trục hàm để giữ hàm ở vị trí khi mất áp suất không khí. Phanh nhả ra khi xi lanh khí được tạo áp suất để mở hoặc đóng. Một số thiết kế sử dụng cơ chế đóng lò xo trong chính xi lanh khí, trong đó một cổng được truyền tải bằng lò xo và cổng còn lại được cấp nguồn bằng không khí - điều này có nghĩa là trạng thái mặc định về mất không khí được đóng lại (kẹp), an toàn hơn khi chuyển bộ phận trên cao trong đó bộ phận bị rơi sẽ tạo ra mối nguy hiểm về an toàn.
Xi lanh kẹp khí dạng góc thường tồn tại được bao lâu trong quá trình sản xuất liên tục?
Tuổi thọ chu trình được đánh giá từ các nhà sản xuất lớn (SMC, Festo, SCHUNK, Pneumax) dao động từ 5 triệu chu kỳ đối với các thiết bị có lỗ khoan nhỏ đến 50 triệu chu kỳ đối với các thiết bị hạng nặng có lỗ khoan lớn. Với 10 chu kỳ mỗi phút, 24 giờ mỗi ngày, 250 ngày mỗi năm, 10 triệu chu kỳ tương đương với khoảng 2,8 năm hoạt động liên tục. Tuổi thọ sử dụng trong thế giới thực thường vượt quá tuổi thọ định mức khi xi lanh khí được vận hành bằng không khí khô, sạch trong giới hạn áp suất và với tải trọng đầu ngón tay trong định mức mô men. Yếu tố hạn chế tuổi thọ phổ biến nhất trong thực tế là khí nén bị nhiễm bẩn chứ không phải là sự mài mòn cơ học của chính cơ cấu kẹp góc.
Tôi có thể sử dụng xi lanh kẹp khí dạng góc trên robot cộng tác (cobot) không?
Có, và sự kết hợp này ngày càng phổ biến trong sản xuất linh hoạt. Những cân nhắc chính về việc tích hợp là trọng lượng (khả năng tải của cobot thường là 3–16 kg; bộ kẹp cộng với dụng cụ cộng với bộ phận phải nằm trong giới hạn này) và đường dẫn khí nén đến cổ tay rô-bốt. Hầu hết các nhà sản xuất cobot đều cung cấp các kênh khí nén tích hợp trong cánh tay robot để dẫn khí nén từ đế đến mặt bích dụng cụ, loại bỏ nhu cầu sử dụng ống bên ngoài có thể bị vướng. Đảm bảo thân xi lanh kẹp khí dạng góc và khối lượng đầu ngón tay được đưa vào tính toán tải trọng của cobot và tốc độ chu trình của kẹp tương thích với tốc độ thay đổi công cụ và tốc độ gắp tối đa của cobot.
Thời gian thực hiện điển hình cho các xi lanh kẹp không khí góc tùy chỉnh có lỗ khoan hoặc hành trình không chuẩn là bao lâu?
Các xi lanh kẹp không khí góc theo danh mục tiêu chuẩn thường có sẵn từ kho của nhà phân phối hoặc trong vòng 1–3 tuần xuất xưởng. Kích thước lỗ khoan tùy chỉnh, hành trình góc không chuẩn, vật liệu thân đặc biệt (titan, thép không gỉ 316L hoàn toàn) hoặc các vị trí cảm biến tích hợp bên ngoài vị trí khe chữ T tiêu chuẩn thường cần 6–12 tuần kể từ khi phê duyệt bản vẽ. Đối với các chương trình OEM số lượng lớn (thường là 500 chiếc mỗi năm), các nhà sản xuất có thể sẵn sàng phát triển thiết kế xi lanh kẹp khí góc tùy chỉnh với chi phí NRE giảm. Luôn làm rõ xem mô hình được chỉ định của bạn là một mặt hàng trong danh mục hay một đơn đặt hàng tùy chỉnh trước khi cam kết với dòng thời gian của dự án.
