Detal podany na stanowisko montażu rzadko leży we właściwej orientacji. Obrót o 90 lub 180 stopni w czasie krótszym niż sekunda wykonuje zwykle niewielki moduł napędzany sprężonym powietrzem.
Zębatka i łopatka – dwie konstrukcje, dwa profile pracy
Mechanizmy obrotowe w automatyce pneumatycznej dzielą się na dwie podstawowe rodziny. Pierwsza to moduły zębatkowe. Tłok liniowy przesuwa zębatkę, ta napędza koło zębate, a ruch posuwisty zamienia się w obrót. Konstrukcja jest dłuższa, za to sztywna i odporna na obciążenia promieniowe.
Druga rodzina to moduły łopatkowe. Łopatka wychyla się w komorze zasilanej z dwóch stron, dzięki czemu budowa jest zwarta, a masa mniejsza. Ceną są niższa sztywność i rosnąca z czasem nieszczelność wewnętrzna między komorami.
Typowe kąty pracy to 90, 180 i 270 stopni, w wykonaniach łopatkowych nawet około 280 stopni. Krańce ustawia się zderzakami regulowanymi w zakresie kilku stopni, zwykle od 3 do 5. Zakresy momentu sięgają od ułamka niutonometra w modułach miniaturowych do ponad 150 Nm w wykonaniach ciężkich.
Moment, bezwładność i czas cyklu
Moment podawany w katalogu odnosi się do ciśnienia nominalnego, najczęściej 6 bar, i zmienia się niemal proporcjonalnie do ciśnienia zasilania. Praca przy 4 bar oznacza więc około jednej trzeciej straty względem wartości katalogowej.
Sam moment nie wystarcza do doboru. Decydujący jest moment bezwładności obracanej masy, liczony względem osi obrotu modułu. Energia kinetyczna równa się połowie iloczynu momentu bezwładności i kwadratu prędkości kątowej, więc dwukrotne skrócenie czasu cyklu oznacza czterokrotny wzrost energii, którą trzeba wytłumić na krańcu.
Przykład liczbowy porządkuje skalę zjawiska. Obrót o 90 stopni wykonany w 0,3 s daje średnią prędkość kątową około 5,2 rad/s. Ten sam ruch w 0,15 s to już 10,5 rad/s i czterokrotnie większa energia do przejęcia przez amortyzację. Przyjmuje się zapas momentu rzędu 1,5-2 razy względem obliczeń, osobno sprawdzając dopuszczalne obciążenie promieniowe i osiowe łożyskowania.
Prędkość reguluje się zaworami dławiąco-zwrotnymi, zawsze przez dławienie powietrza wylotowego. Dławienie na wlocie powoduje pracę skokową i utratę kontroli nad ruchem przy zmiennym obciążeniu.
Amortyzacja krańcowa i kontrola położenia
Tłumienie ruchu przy dojściu do zderzaka realizuje się trzystopniowo, zależnie od energii. Przy niewielkich masach wystarczają wkładki elastomerowe. Przy energiach średnich stosuje się pneumatyczne poduszki końcowe. Przy dużych masach i krótkich czasach cyklu potrzebne są amortyzatory hydrauliczne, które rozpraszają energię niemal równomiernie na całej drodze hamowania i obniżają siłę szczytową wielokrotnie względem zderzaka gumowego.
Położenie krańcowe potwierdzają czujniki magnetyczne osadzone w rowku korpusu. Wykonania kontaktronowe są tańsze, magnetorezystancyjne dają krótszy czas reakcji i większą trwałość przy milionach cykli. Wyjścia PNP lub NPN trafiają bezpośrednio do sterownika, a powtarzalność punktu łączenia mieści się zwykle w granicach 0,1-0,2 mm przesunięcia magnesu.
Przy doborze modułu sprawdza się kilka wielkości naraz:
-
moment obrotowy przy rzeczywistym ciśnieniu w instalacji, nie przy nominalnym
-
moment bezwładności obciążenia razem z chwytakiem i detalem
-
powtarzalność pozycjonowania, typowo od 0,05 do 0,1 stopnia na zderzaku
-
dopuszczalne obciążenie promieniowe, osiowe i moment zginający
-
sposób doprowadzenia mediów, czyli otwór przelotowy lub złącze obrotowe
-
czas cyklu wraz z drogą hamowania i zapasem na zużycie amortyzatora
Gdzie te moduły pracują najczęściej
W montażu odpowiadają za obrót detalu przed wkręceniem lub zgrzaniem, gdy podajnik dostarcza część tylko w jednej orientacji. W pakowaniu przekładają produkt między taśmami pod kątem prostym i obracają kartony przed etykietowaniem. W kontroli jakości pokazują detal kamerze z kilku stron bez budowania osobnego stanowiska.
Zestawy z chwytakiem równoległym lub podciśnieniowym tworzą kompletny manipulator pick and place, w którym oś pionowa realizuje podnoszenie, a moduł obrotowy zmianę orientacji. Takie moduły obrotowe do automatyzacji oferuje krakowska firma EA, która dostarcza również pneumatykę, technikę podciśnienia, chwytaki, zawory procesowe, sprężyny gazowe oraz absorbery i amortyzatory przemysłowe.
Mechanizmy obrotowe rzadko są najdroższym elementem stanowiska, a niemal zawsze decydują o jego takcie. Dlatego obliczenie bezwładności i energii krańcowej wykonuje się przed wyborem wielkości, a nie po pierwszych uszkodzonych zderzakach.
Artykuł sponsorowany
