Sisteme de prindere pentru manipularea materialelor în ingineria mecanică

În special în fabricile mari și lanțurile de producție, este imperativ să se gestioneze tehnicile de manipulare a materialelor și a pieselor de prelucrat. Din cauza greutății, deseori, este aproape imposibil să mutați materialele manual. Aici începe manipularea materialelor: Sistemele de prindere sau benzile transportoare, de exemplu, facilitează mișcarea și controlul materialelor și sporesc eficiența. În cele ce urmează, vom analiza mai îndeaproape diversele sisteme de prindere și modul în care sunt utilizate acestea.

Ce înseamnă mai exact manipularea materialelor?

Manipularea materialelor, sau tehnologia de manipulare, face procesele de fabricație mai ușoare, mai sigure și mai productive. Sarcina principală este mutarea, depozitarea, controlul și gestionarea materialelor. Sistemele de manipulare a materialelor pot economisi spațiu de depozitare sau pot servi drept sisteme de depozitare. Prin urmare, este cu atât mai important ca sistemele de manipulare a materialelor să reziste la solicitări ridicate:

• trebuie să fie rezistente, mobile și flexibile.
• nu trebuie să aducă cu ele costuri ridicate.

Tipuri de sisteme de manipulare a materialelor

Sistemele de manipulare a materialelor pot fi, de exemplu: benzi transportoare, stivuitoare, sisteme robotizate, macarale sau sisteme de prindere pe linii de producție automate. Cu toate acestea, acestea pot fi utilizate și în munca manuală, de ex., pentru a sprijini operatorii în activitățile zilnice, cum ar fi mutarea tamburelor sau a cutiilor. În special, prinderea este una dintre principalele sarcini în multe fabrici de producție. Prin utilizarea sistemelor de manipulare a materialelor, procesele manuale utilizate anterior pot fi accelerate, iar absențele de la locul de muncă asociate bolii pot fi reduse. Aici, sistemele de prindere sau de prindere contribuie în special la funcționarea ergonomică.

Sisteme de prindere

Sistemele de prindere susțin manipularea și controlul precis al materialelor și al pieselor de prelucrat. Sistemele de prindere sunt disponibile pentru a susține lucrările manuale de prindere, cum ar fi dispozitivele de prindere a butoaielor, dispozitivele de prindere a rolelor sau dispozitivele de prindere a cutiilor. Dar sistemele de prindere sunt, de asemenea, utilizate pe liniile de producție în producție. Dispozitivele de prindere sunt adesea utilizate împreună cu roboții: Acestea servesc drept piesă de legătură între robotul industrial și piesa de prelucrat.

Dispozitivele de prindere cu vid

În dispozitivul de prindere cu vid, se generează vid cu o pompă între dispozitivul de prindere și piesa de prelucrat. Dispozitivul de prindere cu vid este amplasat pe piesa de prelucrat, iar presiunea negativă de pe dispozitivul de prindere cu vid cauzează aspirarea piesei de prelucrat în dispozitivul de prindere cu vid.

• 1 = piesă de prelucrat
• 2 = vid
• 3 = dispozitiv de prindere cu vid

Forța de prindere depinde de diferența de presiune dintre mediu și presiunea din dispozitivul de prindere cu vid. Cu cât diferența este mai mare, cu atât forța de prindere și sarcinile mai grele pot fi ridicate. Piesele de prelucrat care trebuie transportate pot varia de la piese dure la piese maleabile cu ușurință, cu suprafețe cu capacitate de aspirație. Forța de aspirație scade dacă suprafața care urmează să fie aspirată este poroasă sau permeabilă la aer. Acest lucru necesită extinderea ariei secțiunii transversale eficiente a liniei sau utilizarea mai multor ventuze mai mici. Piesele de prelucrat moi, cum ar fi hârtia, materialele subțiri, peliculele din plastic pot fi strivite de forța de aspirație.

Pe lângă acest tip de dispozitiv de prindere cu vid, există și dispozitivul de prindere Bernoulli. Utilizează un principiu oarecum diferit: principiul Bernoulli. Fluxul de aer este trecut printr-o duză îngustă la viteză mare. Și aici se creează o presiune negativă, care generează un efect de aspirație și atrage obiectul. În plus, există o ușoară flotabilitate care ridică obiectul la minim de pe suprafață. Contactul dintre dispozitivul de prindere și piesa de prelucrat este astfel redus la minim.

Sistemele de prindere cu vid pot fi utilizate în diferite moduri: Sunt potrivite pentru încărcături moi și delicate, cum ar fi pungi și pahare, precum și pentru încărcături grele. Datorită contactului minim dintre dispozitivul de prindere și piesa de prelucrat, dispozitivul de prindere Bernoulli este în general adecvat pentru materiale deosebit de delicate, precum hârtia și foliile de plastic, dar mai puțin pentru sarcini grele.

Dispozitiv de prindere pneumatic

Dispozitivele de prindere pneumatice sunt sisteme de prindere controlate cu aer comprimat pentru a susține și a muta componentele, piesele de prelucrat și sarcinile. În funcție de forma, greutatea și mișcarea necesară a obiectului de transportat, pot fi utilizate dispozitive de prindere a fălcilor, dispozitive de prindere rotative sau dispozitive de prindere a clemelor într-o gamă largă de forme.

Dispozitivele de prindere pneumatice sunt utilizate pe scară largă în multe sectoare și industrii datorită fiabilității, eficienței și designului simplu. De regulă, dispozitivele de prindere sunt concepute ca dispozitive de prindere cu două degete sau cu trei degete. Pe lângă dispozitivele de prindere cu acțiune unică cu dispozitiv de deschidere (prindere interioară) sau funcție mai apropiată (prindere exterioară), sunt, de asemenea, frecvente și dispozitivele de prindere cu acțiune dublă.

Figura următoare prezintă structura schematică a unui dispozitiv de prindere paralel activ, cu acțiune dublă:

• A = conexiune pneumatică
• B = conexiune pneumatică
• 1 = orificii cu fante
• 2 = mișcare laterală a plăcii de montare pentru deget (disponibilă pentru ambele direcții)
• 3 = închiderea și deschiderea degetelor

Cu dispozitivul de prindere cu acțiune dublă, există două conexiuni pneumatice, fiecare dintre acestea fiind responsabil pentru deschiderea și închiderea dispozitivului de prindere. În cazul în care conexiunea pneumatică A este presurizată, pistonul este împins în jos și dispozitivul de prindere se închide. În cazul în care conexiunea pneumatică B este presurizată, pistonul este împins în sus și dispozitivul de prindere se deschide. Șablonul de asamblare pentru asamblarea degetului poate fi deplasat lateral pe corpul dispozitivului de prindere (2) prin orificiile cu fante (1). Lagărul conectat la piston se află în orificiul median, cu fante diagonale. Mișcarea plăcii de montare pentru deget este inițiată prin ghidarea acesteia în acest orificiu cu fante. Dacă pistonul se deplasează în direcție verticală, în timp ce mișcarea orizontală a plăcii de montare pentru deget este forțată să se deschidă sau să se închidă (3).

În timp ce dispozitivele de prindere a fălcilor sunt utilizate în principal pentru obiecte deosebit de late sau de mari, dispozitivele de prindere a clemelor sunt utilizate de obicei pentru anumite forme (de ex., conducte), iar dispozitivele de prindere a degetelor sunt utilizate pentru obiecte mai mici care trebuie prinse. Datorită diferitelor tipuri de dispozitive de prindere pneumatice, acestea sunt adecvate pentru o varietate de aplicații, de ex., în industria electronică și în automatizarea proceselor. Dispozitivele de prindere pneumatice funcționează foarte eficient și fiabil. Acestea sunt caracterizate prin costuri operaționale reduse și pot fi utilizate în spații înguste. De asemenea, sunt ușor de configurat și de manevrat.

Dispozitiv de prindere hidraulic

Lichidul hidraulic, de obicei un ulei hidraulic, este utilizat pentru dispozitivele de prindere hidraulice. Lichidul hidraulic este presurizat prin intermediul unei pompe hidraulice și astfel transportat către cilindrul de lucru, unde transferă forța. Acestea funcționează în conformitate cu un sistem similar cu dispozitivele de prindere pneumatice.

Dispozitivele de prindere hidraulice permit forțe de prindere foarte mari, de aceea pot fi utilizate pentru sarcini grele. De asemenea, sunt foarte rezistente și adecvate pentru condiții ambientale dure. Cu toate acestea, din cauza riscului de scurgere, acestea nu pot fi utilizate pentru transportul materialelor care nu trebuie contaminate. Rezistența lor ridicată de prindere exclude, de asemenea, utilizarea lor pentru materiale delicate. Construcția cleștilor hidraulici este în general mai complexă (de ex., datorită pompelor de ulei etc.) și astfel este mai scumpă la întreținere față de alte dispozitive de prindere.

Dispozitiv de prindere electric

Dispozitivele de prindere electrice au un sistem de control cu microprocesoare, de ex., un sistem de control PLC. Acest lucru permite selectarea precisă a vitezei de închidere și a forței de prindere. De asemenea, se indică adesea dacă o piesă de prelucrat a fost preluată cu succes sau nu. Un motor electric sau o serie de actuatoare electrice generează o mișcare de rotație. Această mișcare rotativă a motorului este apoi transferată într-o cutie de viteze unde deplasează fălcile de prindere ca mișcare liniară. Fălcile de prindere pot fi, de exemplu, construite paralel sau în unghi. Sistemul electronic de control monitorizează și controlează procesele. Sunt instalați adesea senzori suplimentari, care măsoară forța, distanța și alți parametri. Dispozitivele de prindere electrice sunt potrivite pentru viteze mari și acțiuni în mai mulți pași, deoarece pot fi controlate cu precizie. Spre deosebire de dispozitivele de prindere cu vid sau hidraulice, nu sunt necesare linii suplimentare pentru fluid sau aer. Cu toate acestea, deoarece suprafața lor de prindere este adesea destul de dură. Prin urmare, acestea nu sunt potrivite pentru obiecte delicate. În plus, forța de prindere este destul de scăzută, astfel încât obiectele grele pot fi de obicei ridicate doar folosind varianta de dispozitiv de prindere secundar.

Inserții de prindere

Inserțiile de prindere pot fi utilizate pe cleștele dispozitivului de prindere pentru a optimiza suprafața de contact dintre dispozitivul de prindere și piesa de prelucrat. Astfel, inserțiile de prindere îmbunătățesc priza sau se adaptează la forme speciale. Mandrina este o formă specială de inserție de prindere, care constă de obicei din oțel și astfel oferă precizie și rezistență ridicate, dar este și destul de inflexibilă. Alte materiale pentru inserțiile dispozitivului de prindere constau din:

• Cauciuc/elastomer, cum ar fi: silicon, cauciuc, poliuretan. Acestea aderă bine, sunt flexibile și protejează suprafața, dar sunt parțial durabile în condiții dure
• Plastic, de ex., poliamidă, polietilenă. Acestea sunt ușoare, accesibile și delicate cu suprafața, dar pot eșua la sarcini și temperaturi ridicate.
• Materialele speciale, precum lemnul, ceramica, sunt destinate aplicațiilor speciale. Ceramica este, de exemplu, foarte rezistentă la căldură, în timp ce lemnul este rezistent la abraziune. Cu toate acestea, datorită specializării lor, acestea sunt de obicei mai scumpe decât alte inserții de prindere.

Sistem de prelucrare european pentru dispozitive de prindere

Sistem de prelucrare european pentru dispozitive de prindere a fost dezvoltat de Automotive Working Group. Este un sistem standardizat pentru fixarea și înlocuirea dispozitivelor de prindere. Este utilizat pe scară largă în Europa și nu numai în industria auto, ci și în alte industrii și producție. Sistemul EGT se bazează pe o secțiune octogonală din aluminiu cu grilă de perforare pentru înlocuirea rapidă a componentelor.

Interfețele standardizate, mecanismele cu schimbare rapidă și modularitatea permit înlocuirea rapidă a componentelor rupte, ceea ce reduce semnificativ timpul de nefuncționare. Sistemul EGT este compatibil cu multe mărci și modele. MISUMI are o gamă cuprinzătoare de componente bazate pe sisteme EGT.

Exemplu de design al unui sistem de prindere, inclusiv componente

În funcție de tipul dispozitivului de prindere, sistemele de prindere constau din următoarele componente:

• Unitate de acționare: Aceasta controlează mișcarea fălcilor dispozitivului de prindere sau a suprafețelor dispozitivului de prindere. Poate fi un motor electric (pentru dispozitivele de prindere electrice) sau un cilindru (dispozitive de prindere hidraulice, dispozitive de prindere pneumatice)
• Sistem de control: În dispozitivele de prindere electrice, sistemul de control preia mișcarea dispozitivului de prindere și alte sarcini.
• Sursă de alimentare: În funcție de dispozitivul de prindere, acesta poate fi: sursa de electricitate, aerul comprimat sau pompa hidraulică.
• Senzori: sunt instalați în dispozitivele de prindere electrice. Acestea monitorizează presiunea, forțează alți parametri relevanți.
• Adaptor de montare: acestea sunt utilizate pentru a fixa dispozitivele de prindere pe brațul robotului sau similar. Acestea pot fi standardizate în conformitate cu sistemul EGT.

Una dintre cele mai importante componente este dispozitivul de prindere robot. Acesta are contact direct cu obiectul de prindere. Și aici, există diferite tipuri care sunt utilizate în funcție de aplicație. În dispozitivele de prindere paralele, de exemplu, fălcile de prindere sunt atașate paralel, astfel încât forța să fie distribuită uniform pe fălcile de prindere. Acest lucru ușurează în mod deosebit obținerea formelor standard. În dispozitivele de prindere unghiulare, dispozitivele de prindere sunt similare cu cleștii. Acesta este modul în care se adaptează la diferite forme. În plus, pot fi instalate mai multe mecanisme de prindere, de ex., într-un dispozitiv de prindere multiplu. Acesta poate prinde mai multe obiecte în același timp. În plus, există dispozitive de prindere multifuncționale care combină mai multe metode și funcții de prindere.

MISUMI oferă unele componente care susțin construcția unui sistem de prindere: de ex., plăci de montaj sau pini de localizare

Calcularea forței de prindere și a greutății

Forța de prindere poate fi utilizată pentru a determina greutatea teoretic posibilă care poate fi transportată. Următoarele se aplică dispozitivelor de prindere paralele, de exemplu: forța de prindere este suma forțelor individuale care acționează asupra fiecărui deget. Formula următoare este utilizată pentru a calcula greutatea maximă a obiectului care trebuie prins:

• m = greutatea piesei de prelucrat în kg
• F_G = suma aritmetică a forțelor de prindere
• μ = coeficient de frecare, dependent de material
• g = gravitație (9,81 m/s²)
• a = accelerare (m/s²)
• S = factor de siguranță*

* Trebuie luat în considerare un factor de siguranță mai ridicat în cazul accelerării, decelerării sau sarcinilor de șoc ridicate.