Table of Contents
Fondamenti di posizionamento pneumatico del cilindro nell'automazione dell'assemblaggio
I cilindri pneumatici, valutati per la loro velocità, l'efficacia dei costi e la densità di potenza, sono spesso trascurati per compiti di precisione a favore dei servo attuatori elettrici. Tuttavia, i progressi nella tecnologia della valvola, il feedback della posizione e il design del sistema consentono ai sistemi pneumatici di raggiungere un'impressionante precisione di posizionamento nelle applicazioni di montaggio complesse.
Tipi di cilindro pneumatico e loro basi di precisione
La scelta della base del cilindro giusto è il primo passo verso il raggiungimento di un moto preciso. Il disegno intrinseco dell'attuatore fissa il limite superiore su ciò che il sistema di controllo può raggiungere.
Singolo-azione contro i cilindri a doppio effetto
Mentre economicamente per compiti semplici come il morsetto, la forza di molla introduce variabili che riducono l'accuratezza di posizionamento e la ripetibilità. I cilindri a doppia azione utilizzano la pressione dell'aria su entrambi i lati del pistone, consentendo il movimento controllato in entrambe le direzioni. Questa capacità di forza bidirezionale fornisce un maggiore controllo sull'accelerazione, la decelerazione e la posizione finale dei cilindri.
Cilindri senza asta e guidati
I cilindri senza canne eliminano l'asta a pistone esterno, utilizzando un aggancio meccanico o magnetico per trasferire la forza al carrello. Questo design riduce la lunghezza complessiva necessaria per un determinato colpo e minimizza i momenti di piegatura. I cilindri guidati integrano guide lineari o boccole di scorrimento direttamente nel corpo del cilindro. Questo sistema di guida integrato resiste intrinsecamente alla rotazione e al caricamento off-assico, fornendo un percorso di movimento ripetibile senza bisogno di componenti guida esterni.
Attuatori a corto raggio e compatti
I cilindri compatti e gli attuatori a corto raggio sono progettati specificamente per queste applicazioni. Il loro piccolo diametro e la lunghezza ridotta del colpo minimizzano il consumo d'aria e consentono un rapido ciclo. Il breve viaggio a pistone riduce l'influenza dell'usura della tenuta e della compressione dell'aria sul posizionamento finale, rendendo questi attuatori intrinsecamente più ripetibili rispetto ai loro omologhi a lungo raggio per specifiche operazioni di posizionamento.
Progettazione meccanica del sistema per la posizione ripetibile
La struttura meccanica che supporta il cilindro pneumatico influenza direttamente l'accuratezza di posizionamento. Un sistema rigido e adeguatamente guidato riduce al minimo le deflettori indesiderati che degradano la ripetibilità.
Cilindro Costruzione e Selezione dei Sigillati
La qualità del cilindro, del pistone e delle guarnizioni ha un impatto diretto sulla scorrevolezza del movimento. Un alluminio o un barile in acciaio inox temperato o rivestito riduce l'attrito. La selezione del sigillo è fondamentale per applicazioni di precisione. I guarnizioni in poliuretano standard forniscono una buona durata ma generano un attrito più elevato.
Sistemi di orientamento e gestione dei carichi
Un cilindro pneumatico è un dispositivo di produzione forza, non una guida strutturale di precisione. Applicando i momenti di flessione o i carichi laterali direttamente alla barra del pistone aumenta l'attrito, accelera l'usura del sigillo e introduce errori di posizione non ripetibili. Per un posizionamento preciso, guide lineari esterne, come i sistemi di binari a sfera o gli alberi in acciaio temprato con boccole a sfera lineare, deve gestire il carico.
Cuscino e assorbimento di Shock
Il controllo dell'impatto alla fine del colpo è essenziale per proteggere sia il pezzo che il sistema di posizionamento. I cuscini regolabili standard utilizzano una disposizione di lancia e di tenuta per intrappolare un volume d'aria, creando una molla pneumatica.
Controllo di potenza fluido: valvole, preparazione dell'aria e circuiteria
Il controllo preciso del movimento richiede un controllo preciso dell'aria compressa, il sistema di preparazione della valvola e dell'aria è importante quanto il cilindro stesso.
Valvole di precisione: Controllo proporzionale e Servo-Pneumatico
Le valvole a comando elettrovalvole standard forniscono un controllo semplice su/spegnimento. Mentre sono efficaci per il movimento end-to-end, non possono controllare le posizioni intermedie senza problemi. Per il posizionamento a medio-forte e la decelerazione controllata, valvole di controllo proporzionale del flusso o valvole servo-pneumatiche sono necessari.
Regolazione della qualità dell'aria e della pressione
Il controllo della pressione di tipo “ammortizzante” è obbligatorio per il controllo della pressione, dell’aria e della pressione. L’acqua provoca la corrosione nel barile del cilindro, aumenta l’attrito e danneggia le guarnizioni. La materia di particelle può intasare piccoli orifizi nelle valvole proporzionali, causando un comportamento erratico.
Progettazione del circuito per il controllo della velocità e della forza
La configurazione del circuito pneumatico influisce su come si comporta il cilindro. Il controllo della velocità di uscita, che limita il flusso dell'aria di scarico, è standard per il controllo di velocità di allungamento e di ritrazione dove i carichi sono costanti. Il controllo del tubo limita l'aria di alimentazione, che viene utilizzato per applicazioni in cui il carico sta tirando il cilindro (carico di sovratensione).
Strategie di controllo di posizionamento avanzate
I moderni controllori e sensori consentono sofisticate strategie di controllo che trasformano cilindri pneumatici da semplici attuatori di arresto/avviamento in dispositivi di posizionamento precisi.
Posizionamento a metà corsa con Servo-Pneumatica
Il sistema di controllo automatico di controllo (in inglese) è in grado di controllare continuamente la posizione del cilindro e regolare l’apertura della valvola per mantenere il punto di regolazione desiderato. Il controllore confronta la posizione reale della posizione di destinazione e regola la pressione in entrambe le camere del cilindro di conseguenza. Ciò richiede un loop di controllo veloce, tipicamente in esecuzione a 1 kHz o superiore, e una valvola proporzionale reattiva.
Sistemi di feedback chiusi-Loop: Tecnologia del sensore
La scelta del sensore di posizione determina la precisione e l’affidabilità del sistema di feedback I sensori di temperatura Magnetostrictive offrono la massima precisione e ripetibilità per i cilindri pneumatici. La tecnologia di contatto non significa usura, e l’uscita (analogico o SSI) fornisce una posizione assoluta con risoluzioni fino a 1 micron di calcestruzzo
Profili di declatazione a sorso e controllato
La tecnologia Soft-stop utilizza valvole proporzionali per decelerare il carico gradualmente prima di raggiungere la posizione di destinazione. Il controller genera un profilo di movimento, tipicamente una rampa di S-curve o polinomiale, che definisce la velocità desiderata e l'accelerazione come una funzione di posizione.
Sistemi di Cilindro Multi-Posizione e Tandem
Per le applicazioni che richiedono solo due o tre posizioni intermedie discrete, i cilindri multiposizione offrono un'alternativa economica al controllo completo del servo. I cilindri Tandem sono costituiti da due o più cilindri accoppiati insieme. Estendendo o ritrattando ogni cilindro in sequenza, la lunghezza del colpo combinato può raggiungere tre o più posizioni distinte. Questi sistemi sono meccanicamente semplici e altamente ripetibili, rendendoli ideali per operazioni di pick-and-place in cui il contatore deve raggiungere l'altezza più fissa.
Applicazioni di montaggio Richiedendo alta precisione
Capire come la pneumatica di precisione si applica a specifiche attività di assemblaggio aiuta gli ingegneri a selezionare la giusta configurazione.
Monitoraggio della forza, dell'inserimento e del montaggio
La pressione di un cuscinetto in un alloggiamento o l'inserimento di un perno richiede un controllo stretto sia della forza che della posizione. Un cilindro pneumatico può essere dotato di una cella di carico e di un trasduttore di posizione. Il controller monitora la curva di interdistanza della forza in tempo reale. Una deviazione dalla curva attesa indica una parte difettosa, un disallineamento o un'ostruzione. La capacità di programmare diversi profili di forza e velocità per diversi passaggi di assemblaggio consente una precisione di una singola pressione pneumatica di gestire più profondità.
Pick-and-Place con movimento compatibile
Il prelievo di una parte da un alimentatore e la collocazione in un apparecchio richiede un movimento conforme per correggere gli errori di posizionamento. I cilindri pneumatici utilizzati per il pick-up verticale Z-Axis spesso incorporano un elemento passivo di conformità (spring o soffietti d'aria) o la conformità attiva utilizzando una valvola proporzionale.
Movimento sincrono e coordinato
La sincronizzazione meccanica, utilizzando alberi rigidi o accoppiamenti ingranaggi, costringe i cilindri a muoversi insieme ma crea un elevato stress se il carico lega. La sincronizzazione elettronica utilizza valvole proporzionali separate per ogni cilindro, con un sistema di controllo master che assicura di monitorare lo stesso comando di posizione.
Integrazione del sistema, comunicazione e diagnostica
L'integrazione del sistema pneumatico con la rete di fabbrica migliora la configurazione, il monitoraggio e la manutenzione.
Sensori intelligenti e comunicazione IO-Link
I sensori intelligenti con comunicazione IO-Link trasmettono dati di posizione continua, temperatura, conta cicli e informazioni di velocità direttamente al controller. Questa comunicazione digitale semplifica il cablaggio e consente la parametrizzazione remota del sistema cilindro e valvola. Per applicazioni di precisione, IO-Link consente al controller di regolare i profili di movimento in base al feedback in tempo reale dal sensore, migliorando l'accuratezza e la coerenza.
Manutenzione predittiva per una precisione costante
Il monitoraggio degli indicatori chiave di performance come il tempo di ciclo, la velocità massima e la posizione di fine-forte nel tempo rivela problemi di sviluppo. Un aumento del tempo di viaggio o un cambiamento nel profilo di decelerazione suggerisce l'usura di tenuta o l'aumento dell'attrito.
Criteri di selezione per sistemi di posizionamento pneumatico di precisione
[LT] Scelta dei componenti giusti per un corretto posizionamento pneumatico[Sistema di controllo] [Sistema di controllo] [Sistema di controllo] [Sistema di regolazione]
Conclusioni
Il posizionamento preciso con cilindri pneumatici nell'automazione del montaggio è una sfida a livello di sistema. Richiede un'attenta selezione del tipo di cilindro, del sistema di guida, della tecnologia della valvola, del sensore di feedback e dell'architettura del controller.