Mantenere semplice il processo di assemblaggio è sempre un modo intelligente per realizzare qualsiasi prodotto. Uno dei modi più semplici per ottenere un movimento lineare o rotatorio durante l'assemblaggio è utilizzare attuatori pneumatici.
Carey Webster, Engineering Solutions Manager di PHD Inc., ha sottolineato: "Rispetto agli attuatori elettrici e idraulici, l'installazione semplice e il costo inferiore sono i due principali vantaggi degli attuatori pneumatici".Linee collegate agli accessori.”
PHD vende attuatori pneumatici da 62 anni e la sua più grande base di clienti è rappresentata dai produttori di automobili. Altri clienti provengono dai settori degli elettrodomestici, medicale, dei semiconduttori, degli imballaggi e degli alimenti e delle bevande.
Secondo Webster, circa il 25% degli attuatori pneumatici prodotti da PHD sono realizzati su misura. Quattro anni fa, l'azienda ha creato un attuatore personalizzato che può essere utilizzato come testa di presa pneumatica a passo fisso per i produttori di macchine di assemblaggio medicale.
"La funzione di questa testa è selezionare e posizionare in modo rapido e accurato più parti, quindi metterle in un contenitore per il trasporto", ha spiegato Webster. "La testa di prelievo è montata sulla base della macchina per la produzione di parti.Può modificare la spaziatura delle parti da 10 mm a 30 mm, a seconda delle dimensioni della parte.”
Lo spostamento di oggetti da un punto all'altro con una forza elevata è una delle specialità degli attuatori pneumatici, motivo per cui sono ancora la prima scelta per il movimento delle macchine sulle linee di assemblaggio quasi un secolo dopo il loro avvento. Gli attuatori pneumatici sono noti anche per la loro durata, costo -efficacia e tolleranza al sovraccarico.Ora, la più recente tecnologia di rilevamento consente agli ingegneri di ottimizzare le prestazioni dell'attuatore e integrarlo in qualsiasi piattaforma IIoT (Industrial Internet of Things).
Nella prima metà del XX secolo, gli attuatori pneumatici utilizzati nella produzione erano basati su cilindri a semplice effetto che generavano una forza lineare. All'aumentare della pressione su un lato, il cilindro si sposta lungo l'asse del pistone, generando una forza lineare. Quando l'elasticità è fornita all'altro lato del pistone, il pistone ritorna nella sua posizione originale.
Kurt Stoll, co-fondatore di Festo AG & Co., sviluppò la prima serie di cilindri in Europa, il tipo AH a semplice effetto, in collaborazione con ingegneri dipendenti nel 1955. Secondo il product manager Michael Guelker, questi cilindri furono introdotti nel mercato l'anno successivo. Attuatori pneumatici di Festo Corp. e Fabco-Air.
Subito dopo furono lanciati cilindri irreparabili di piccolo diametro e attuatori pneumatici pancake, oltre a quelli che generano forza rotazionale. Prima di fondare Bimba Manufacturing nel 1957, Charlie Bimba creò il primo cilindro irreparabile nel suo garage a Moni, Illinois. Questo cilindro, ora chiamato il cilindro irreparabile Original Line, è diventato e rimane il prodotto di punta di Bimba.
"All'epoca, l'unico attuatore pneumatico sul mercato era un po' ingombrante e relativamente costoso", ha affermato Sarah Manuel, product manager dell'attuatore pneumatico di Bimba. non richiedono manutenzione.Inizialmente, la durata dell'usura di questi attuatori era di 1.400 miglia.Quando le abbiamo modificate nel 2012, la loro durata è più che raddoppiata, arrivando a 3.000 miglia”.
PHD ha introdotto l'attuatore per cilindri di piccolo diametro Tom Thumb nel 1957. Oggi, come allora, l'attuatore utilizza cilindri standard NFPA, che sono disponibili e intercambiabili da più fornitori di apparecchiature. Contiene anche una struttura a tirante che consente la flessione. i prodotti per cilindri di piccolo diametro hanno prestazioni elevate nella maggior parte delle applicazioni e possono essere dotati di doppio stelo, guarnizioni per alte temperature e sensori di fine corsa.
L'attuatore Pancake è stato progettato da Alfred W. Schmidt (il fondatore di Fabco-Air) alla fine degli anni '50 per soddisfare la domanda di cilindri a corsa breve, sottili e compatti adatti a spazi ristretti. Questi cilindri hanno una struttura dell'asta del pistone che funziona in modo ad azione singola o ad azione doppia.
Quest'ultimo utilizza l'aria compressa per alimentare la corsa di estensione e la corsa di retrazione per muovere l'asta avanti e indietro. Questa disposizione rende il cilindro a doppio effetto molto adatto per carichi di spinta e trazione. Le applicazioni comuni includono assemblaggio, piegatura, bloccaggio, alimentazione, formatura , sollevamento, posizionamento, pressatura, lavorazione, stampaggio, scuotimento e cernita.
L'attuatore tondo serie M di Emerson adotta uno stelo del pistone in acciaio inossidabile e le filettature di rotolamento su entrambe le estremità dello stelo del pistone assicurano che il collegamento dello stelo del pistone sia duraturo. L'attuatore è economico da utilizzare, offre una varietà di opzioni di montaggio e utilizza composti a base di olio per la prelubrificazione per ottenere un'ampia gamma di prestazioni senza manutenzione.
La dimensione dei pori varia da 0,3125 pollici a 3 pollici. La pressione dell'aria nominale massima dell'attuatore è di 250 psi. Secondo Josh Adkins, esperto di prodotti per gli attuatori Emerson Machine Automation, le applicazioni comuni includono il bloccaggio e il trasferimento di materiali da una linea di assemblaggio a un'altra.
Gli attuatori rotanti sono disponibili nelle versioni a pignone e cremagliera singola o doppia, a palette e con scanalatura a spirale. Questi attuatori svolgono in modo affidabile varie funzioni come l'alimentazione e l'orientamento dei pezzi, l'azionamento di scivoli o l'instradamento di pallet su nastri trasportatori.
La rotazione a pignone e cremagliera converte il movimento lineare del cilindro in movimento rotatorio ed è consigliata per applicazioni di precisione e per impieghi gravosi. La cremagliera è un insieme di denti di ingranaggi cilindrici collegati al pistone del cilindro. , e la cremagliera ingrana con la dentatura circolare del pignone, costringendolo a ruotare.
L'attuatore della lama utilizza un semplice motore ad aria per azionare la lama collegata all'albero di trasmissione rotante. Quando viene applicata una pressione significativa alla camera, si espande e sposta la lama lungo un arco fino a 280 gradi finché non incontra una barriera fissa. Rotazione inversa invertendo la pressione dell'aria all'ingresso e all'uscita.
Il corpo girevole spline a spirale (o scorrevole) è composto da un guscio cilindrico, un albero e un manicotto del pistone. Come la trasmissione a pignone e cremagliera, la trasmissione a spirale si basa sul concetto di funzionamento dell'ingranaggio scanalato per convertire il movimento lineare del pistone in rotazione dell'albero.
Altri tipi di attuatori includono guidato, scappamento, multiposizione, senza stelo, combinato e professionale. La caratteristica dell'attuatore pneumatico guidato è che l'asta di guida è montata sulla piastra del giogo, parallela all'asta del pistone.
Queste aste di guida riducono la flessione dell'asta, la flessione del pistone e l'usura irregolare delle guarnizioni. Forniscono inoltre stabilità e impediscono la rotazione, resistendo a carichi laterali elevati. I modelli possono essere di dimensioni standard o compatti, ma in generale sono attuatori per impieghi gravosi che forniscono ripetibilità.
Franco Stephan, direttore marketing di Emerson Machine Automation, ha dichiarato: "I produttori vogliono attuatori guidati per varie applicazioni che richiedono robustezza e precisione".Un esempio comune è guidare il pistone dell'attuatore a muoversi con precisione avanti e indietro su un tavolo scorrevole. Gli attuatori guidati riducono anche la necessità di guide esterne nel macchinario.
L'anno scorso, Festo ha introdotto la serie DGST di guide pneumatiche miniaturizzate con cilindri a doppia guida. Queste guide di scorrimento sono tra le guide di scorrimento più compatte sul mercato e sono progettate per la movimentazione di precisione, il press fitting, il pick and place, l'elettronica e la luce applicazioni di assemblaggio. È possibile scegliere tra sette modelli, con carichi utili fino a 15 libbre e lunghezze di corsa fino a 8 pollici. L'azionamento a doppio pistone esente da manutenzione e la guida a ricircolo di sfere ad alta capacità possono fornire da 34 a 589 Newton di potenza a una pressione di 6 bar. Lo stesso standard è il buffer e i sensori di prossimità, non supereranno l'impronta della slitta.
Gli attuatori di scappamento pneumatici sono ideali per separare e rilasciare singole parti da tramogge, trasportatori, ciotole di alimentazione vibranti, binari e caricatori. Webster ha affermato che lo scappamento ha configurazioni a leva singola e doppia leva e sono progettati per resistere a carichi laterali elevati, che sono comune in tali applicazioni. Alcuni modelli sono dotati di interruttori per un facile collegamento con vari dispositivi di controllo elettronico.
Guelker ha sottolineato che sono disponibili due tipi di attuatori pneumatici multiposizione, entrambi per impieghi gravosi. Il primo tipo è costituito da due cilindri indipendenti ma collegati con steli dei pistoni che si estendono in direzioni opposte e si fermano fino a quattro posizioni.
L'altro tipo è caratterizzato da 2 a 5 cilindri multistadio collegati in serie e con diverse lunghezze di corsa. È visibile solo uno stelo del pistone, che si sposta in una direzione in diverse posizioni.
Gli attuatori lineari senza stelo sono attuatori pneumatici in cui la potenza viene trasmessa al pistone attraverso una connessione trasversale. Questa connessione è collegata meccanicamente tramite una scanalatura nella canna del profilo o collegata magneticamente attraverso una canna del profilo chiusa. Alcuni modelli possono persino utilizzare cremagliera e pignone sistemi o ingranaggi per trasmettere potenza.
Un vantaggio di questi attuatori è che richiedono molto meno spazio di installazione rispetto a cilindri con stelo pistone simili. Un altro vantaggio è che l'attuatore può guidare e supportare il carico per tutta la lunghezza della corsa del cilindro, rendendolo una scelta intelligente per applicazioni con corse più lunghe.
L'attuatore combinato fornisce una corsa lineare e una rotazione limitata e include attrezzature e attrezzature. Il cilindro di bloccaggio blocca direttamente il pezzo attraverso l'elemento di bloccaggio pneumatico o automaticamente e ripetutamente attraverso il meccanismo di movimento.
Nello stato inattivo, l'elemento di bloccaggio si solleva e oscilla fuori dall'area di lavoro. Una volta che il nuovo pezzo è posizionato, viene pressurizzato e ricongiunto. Utilizzando la cinematica, è possibile ottenere una forza di ritenzione molto elevata con un basso consumo di energia.
I morsetti pneumatici bloccano, posizionano e spostano le parti in movimento parallelo o angolare. Gli ingegneri spesso li combinano con altri componenti pneumatici o elettronici per costruire un sistema di prelievo e posizionamento. Per molto tempo, le aziende di semiconduttori hanno utilizzato piccole maschere pneumatiche per gestire transistor di precisione e microchip, mentre le case automobilistiche hanno utilizzato potenti maschere di grandi dimensioni per spostare interi motori di auto.
I nove dispositivi della serie Pneu-Connect di PHD sono collegati direttamente alle porte degli strumenti del robot collaborativo Universal Robots. Tutti i modelli dispongono di una valvola di controllo direzionale pneumatica incorporata per l'apertura e la chiusura del dispositivo. Il software URCap fornisce una configurazione intuitiva e semplice del dispositivo.
L'azienda offre anche il kit Pneu-ConnectX2, che può collegare due pinze pneumatiche per aumentare la flessibilità dell'applicazione. Questi kit includono due pinze GRH (con sensori analogici che forniscono feedback sulla posizione delle ganasce), due pinze GRT o una pinza GRT e una pinza GRH. Ogni kit include la funzionalità Freedrive, che può essere collegata a un robot collaborativo per un facile posizionamento e programmazione.
Quando i cilindri standard non possono eseguire una o più attività per un'applicazione specifica, gli utenti finali dovrebbero prendere in considerazione l'utilizzo di cilindri speciali, come fermacarico e sinusoidale. Il cilindro fermacarico è solitamente dotato di un ammortizzatore industriale idraulico, che viene utilizzato per arrestare la trasmissione caricare dolcemente e senza rimbalzi. Questi cilindri sono adatti per l'installazione verticale e orizzontale.
Rispetto ai cilindri pneumatici tradizionali, i cilindri sinusoidali possono controllare meglio la velocità, l'accelerazione e la decelerazione dei cilindri per il trasporto di oggetti di precisione. Questo controllo è dovuto alle due scanalature su ciascuna lancia del respingente, con conseguente accelerazione o decelerazione iniziale più graduale e a passaggio graduale al funzionamento a piena velocità.
I produttori utilizzano sempre più interruttori di posizione e sensori per monitorare con maggiore precisione le prestazioni dell'attuatore. Installando un interruttore di posizione, il sistema di controllo può essere configurato per attivare un avviso quando il cilindro non raggiunge la posizione estesa o retratta programmata come previsto.
Interruttori aggiuntivi possono essere utilizzati per determinare quando l'attuatore raggiunge la posizione intermedia e il tempo di esecuzione nominale di ciascun movimento. Queste informazioni possono informare l'operatore di un guasto imminente prima che si verifichi un guasto completo.
Il sensore di posizione conferma che la posizione della prima fase di azione è stata completata, quindi entra nella seconda fase. Ciò garantisce una funzionalità continua, anche se le prestazioni e la velocità dell'apparecchiatura cambiano nel tempo.
"Forniamo funzioni di sensore sugli attuatori per aiutare le aziende a implementare l'IIoT nelle loro fabbriche", ha affermato Adkins. "Gli utenti finali ora hanno accesso a dati critici per monitorare meglio l'attuatore e ottimizzarne le prestazioni.Questi dati vanno dalla velocità e accelerazione alla precisione della posizione, tempo di ciclo e distanza totale percorsa.Quest'ultimo aiuta l'azienda a determinare meglio la durata residua della tenuta dell'attuatore.
I sensori di prossimità magnetici ST4 e ST6 di Emerson possono essere facilmente integrati in vari attuatori pneumatici. Il design compatto del sensore ne consente l'utilizzo in spazi ristretti e installazioni integrate. L'alloggiamento robusto è standard, con LED per indicare lo stato dell'uscita.
La piattaforma tecnologica IntelliSense di Bimba combina sensori, cilindri e software per fornire dati sulle prestazioni in tempo reale per le sue apparecchiature pneumatiche standard. Questi dati consentono un attento monitoraggio dei singoli componenti e forniscono agli utenti le informazioni di cui hanno bisogno per passare dalle riparazioni di emergenza agli aggiornamenti proattivi.
Jeremy King, product manager della tecnologia di rilevamento Bimba, ha affermato che l'intelligenza della piattaforma risiede nel modulo di interfaccia del sensore remoto (SIM), che può essere facilmente collegato al cilindro tramite accessori pneumatici. La SIM utilizza coppie di sensori per inviare dati (incluso il cilindro condizioni, tempo di viaggio, fine viaggio, pressione e temperatura) al PLC per preallarme e controllo. Allo stesso tempo, la SIM invia informazioni in tempo reale al PC o al gateway dati IntelliSense. Quest'ultimo consente ai gestori di accedere ai dati da remoto per analisi.
Guelker ha affermato che la piattaforma VTEM di Festo può aiutare gli utenti finali a implementare sistemi basati su IIoT. La piattaforma modulare e riconfigurabile è progettata per le aziende che producono piccoli lotti e prodotti a ciclo di vita breve. Fornisce inoltre un elevato utilizzo della macchina, efficienza energetica e flessibilità.
Le valvole digitali nella piattaforma cambiano funzione in base a varie combinazioni di applicazioni di movimento scaricabili. Altri componenti includono processori integrati, comunicazioni Ethernet, ingressi elettrici per il controllo rapido di specifiche applicazioni analogiche e digitali e sensori di pressione e temperatura integrati per l'analisi dei dati.
Jim è senior editor di ASSEMBLY e ha più di 30 anni di esperienza nell'editing. Prima di entrare in ASSEMBLY, Camillo è stato redattore di PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal e Milling Journal.
I contenuti sponsorizzati sono una parte speciale a pagamento in cui le aziende del settore forniscono contenuti oggettivi e non commerciali di alta qualità su argomenti che interessano il pubblico di ASSEMBLY. Tutti i contenuti sponsorizzati sono forniti da società pubblicitarie. Ti interessa partecipare alla nostra sezione di contenuti sponsorizzati? contattare il rappresentante locale.
In questo webinar imparerai a conoscere la tecnologia della robotica collaborativa, che consente l'allocazione automatica in modo efficiente, sicuro e ripetibile.
Sulla base del successo della serie Automation 101, questa conferenza esplorerà il "come" e la "ragione" della produzione dal punto di vista dei decisori odierni che valutano la robotica e la produzione nella loro attività.
Tempo di pubblicazione: 24-dic-2021