Přehledně:

• Řízené pohony mají sílu zvládnout zvedání, lisování, tahání, tlačení, upínání, zastavování, držení, řezání a oddělování.
• Vedené posuvy si dobře poradí, když je vyžadována přesnost a opakovatelnost.
• Vedené posuvy a pohony lze použít v široké škále aplikací typu pack-and-place.

Pneumaticky vedené pohony a kluzáky jsou pracovními koňmi průmyslové automatizace. Jsou osvědčené a dokáží se přizpůsobit rostoucí škále aplikací, v nichž přidání vedení zlepšuje výkon. Jsou také cenově výhodné, s mnoha variantami a možnostmi konfigurace, které zajišťují velkou spolehlivost a dlouhou životnost.

Pohon s vedením (vlevo) obsahuje vodicí tyče a nevyžaduje montáž, ale mnoho vodicích jednotek, jako je tento pohon FENG a standardní válec od společnosti Festo (vpravo), montáž vyžaduje.

Pohony a suporty

Na rozdíl od standardních pohonů si pneumatické vedené pohony zachovávají naprostou stabilitu a pneumatické vedené suporty poskytují větší stabilitu a přesnost, což je vše rozhodující pro mnoho funkcí pick-and-place. U obou typů pohonů zajišťuje přidání stabilizace pístnice lepší výkon a delší životnost než u nestabilizovaných alternativ. Trh s vedenými pohony a suporty roste, protože stále více konstruktérů zjišťuje, že je jednodušší a pohodlnější koupit jeden výrobek s lineárním pohybem a vedením než kupovat obě funkce zvlášť.

Ve standardním pneumatickém pohonu vytváří pístní tyč lineární pohyb a může se při vysouvání a zasouvání volně otáčet. V mnoha průmyslových aplikacích je tato rotace nepodstatná; je však nežádoucí, pokud uživatel potřebuje stabilitu, např. udržet lisovací nástroj dokonale rovnoběžný s lisovaným předmětem. Navíc pokud pístní tyč působí silou na předmět, může odpor, na který naráží, vytvořit boční sílu nebo točivý moment vůči sestavě aktuátoru.

Příklad pokud aktuátor polohuje kotoučovou pilu řezající dřevo, mohou vnější síly působící na aktuátor při vysunuté pístní tyči vytvořit výchylky, které způsobí nedokonalý řez. Tím vzniká nadměrné opotřebení pily a válce.

Pohony s vedením často vykonávají jednu ze tří jednoduchých úloh: zastavení, zvedání nebo tlačení.

Pneumatické pohony s vedením mají pouze jeden píst, jehož stabilitu zajišťují dvě vodicí tyče. Tyto vodicí tyče se kvůli stabilitě obvykle pohybují na sadách pouzder nebo kuličkových ložisek. Vodicí tyče a píst jsou připojeny k třmenu, který drží nástroje a zabraňuje zkroucení nebo otočení pístu, pokud na něj působí boční síla pro zajištění provozní stability. Tyto pohony se vyskytují v aplikacích zahrnujících zvedání, lisování, tažení, tlačení, upínání, zastavování, zadržování, držení, řezání a oddělování . Dodávají se v mnoha velikostech a variantách, mohou držet téměř jakýkoli nástroj, poskytují délku zdvihu až 400 mm a mohou vyvinout velkou sílu tam, kde je to zapotřebí.

Pohony s vedením vynikají v úlohách, kde je nezbytná vysoká úroveň přesnosti a opakovatelnosti, například při montáži elektroniky nebo malých automobilových dílů, při manipulaci s potravinami a nápoji a v dávkovacích aplikacích v jiných procesních odvětvích. Vedené suporty mají obvykle jednu nebo dvě pístní tyče a vodicí lištu uloženou na přesných kuličkových ložiscích v pouzdře suportu, což zajišťuje přesný pohyb a opakovatelnou přesnost i přes boční zatížení a točivé momenty.

Suporty zajišťují lineární pohyb, ať už jsou upevněny vodorovně nebo svisle. Jsou vynikajícími nástroji připojenými k portálu, jako jsou víceosé (X, Z) konfigurace, a mohou být přidány do konfigurací pick-and-place a piggyback, které mají jeden suport namontovaný na druhém pro delší zdvihy se zastávkami po cestě, často bez adaptérů.

V duplexních aplikacích kompaktní mini-slide připojený k malému mechanickému chapadlu nebo vakuovému poháru obvykle poskytuje opakovatelnou přesnost 0.01 mm a linearitu a rovnoběžnost v rozsahu 1/100 mm 0,01 mm v milionech cyklů.

Pneumatické pohony se dodávají v různých konfiguracích, včetně nerotačních (vlevo), neřízených (uprostřed) a řízených (vpravo).

Řízené suporty se dodávají v různých velikostech s různými možnostmi montáže a mnoha možnostmi tlumení, které zajišťují co nejkratší dobu cyklu s minimálními vibracemi. Při srovnávání vedených suportů a pohonů a neotočných válců s identickou velikostí otvoru pístu a délkou zdvihu jsou vedené suporty největší a nejtěžší z možností s vestavěným vedením pístu, a to díky širokým plochým vodítkům, která zajišťují velmi přesný pohyb.

Při stejném průměru otvoru (20 mm) pro pístní tyč a stejné délce zdvihu (50 mm) má vedený suport největší profil (půdorys nebo délka, výška a šířka). Vedené pohony zapadají mezi ně, jsou menší než vedený suport a větší než nerotační válec.

Při porovnání nerotačního válce, vedeného pohonu a vedeného suportu, všech se stejnou velikostí otvoru pístu (20 mm), délkou zdvihu (50 mm) a rozšířenou silou 188 N (viz graf) je poměr síly k hmotnosti nerotačního pohonu 65 %, vedeného pohonu 16 % a vedeného suportu 15 %. Nerotační válec by tedy byl menší a levnější, ale pro vyšší krouticí zatížitelnost nebo přesnost je zapotřebí vedený suport nebo pohon, které by byly při stejném vrtání/zdvihu větší. Přidání vedení zvyšuje hmotnost oproti nerotačnímu pohonu, aby byla zajištěna větší stabilita.

Alternativy k vedeným pohonům

Nerotační válce a kombinace externích vedení a standardních válců jsou často považovány za alternativy k pneumatickým vedeným pohonům a suportům. Mají omezenou nosnost, takže jsou vhodnější pro aplikace, které vyžadují zachování určité orientace, ale s malým zatížením.

Nerotační pohony a válce s nerotačními pístnicemi jsou levnější, ale vedené pohony a kluzáky jsou odolnější a přesnější a zvládají vyšší boční zatížení a točivý moment. Při plnění stejné funkce, jako je zvedání břemene nebo pohyb chapadla, bude mít nerotační pohon největší výchylku způsobenou vůlí ložisek a boční silou. Vychýlení v tomto případě představuje vzdálenost, o kterou se píst nebo přední deska posune v důsledku vůle ložisek nebo jakýchkoli vnějších sil. Zvýšená výchylka znamená sníženou přesnost.

Vnější vedení lze kombinovat s větším rozsahem válců, aby bylo možné zvládnout různé úlohy a situace, jako je upínání, nastavitelné vzduchové polštáře a práce při vysokých teplotách, ale oba musí být propojeny. Vedené posuvy a pohony mají méně možností konfigurace a omezenější rozsah výkonu, ale jsou také levnější. V aplikacích pick-and-place lze uvažovat o kompaktním neřízeném válci s volně rotujícím pístem, který však nezajistí konzistentní polohování a orientaci přesouvaných dílů tak dobře jako řízený miniposuv.

Pneumatické a elektrické vedení

Pneumatické a elektrické řízené pohony a posuvy mohou plnit podobné úkoly, ale mají různé silné stránky. Při správně odstupňovaném a dobře udržovaném zdroji stlačeného vzduchu poskytují pneumatické pohony vyšší hustotu síly a rychlost pro nižší náklady na instalaci a provoz spolu s delší životností.

Při porovnání pohonů v podobných pneumatických a elektrických minipohonech je pneumatická verze kratší s kratšími polohovacími časy. Elektrické verze nabízejí jemnější zastavení a rozjezd, programovatelný profil pohonu a konstantní, přesné otáčky. Pneumatické pohony a suporty zpravidla zabírají méně místa. Řízení spotřeby energie a diagnostika stlačeného vzduchu dnes mohou snížit spotřebu vzduchu a neplánovanou údržbu a prostoje, takže jsou ekonomičtější volbou.

Relativní účinnost je hlavním hlediskem při správné technické volbě mezi potenciálně vhodnými pneumatickými pohony s vedením.

Pneumatické minipohony s vedením jsou užitečné pro přesný pohyb ve stísněných prostorech.

Příklad (níže) porovnává ceny nerotačního válce, pohonu s vedením a pohonu s vedením ( všechny základní modely se stejným pístem 20 mm a zdvihem 50 mm a procento využití vedení při stejných podmínkách posunutí zatížení. Pro účely tohoto příkladu se u nerotačního válce jedná o 100% využití vedení. Je na hranici svých možností a je špatnou volbou z hlediska schopnosti zvládnout offsetové zatížení. Vedený suport je ze všech tří nejdražší a s pouhými 12 % využití vedení má pro tuto aplikaci nadprůměrnou výkonnost. Vedený pohon dosahuje 54% využití vedení, a přestože je asi 2,5× dražší než nerotační válec, poskytuje nejlepší poměr cena/výkon ze všech tří možností.

Vedené pohony pro všechny scénáře

Růst využití pneumatických vedených pohonů a suportů odráží jejich užitečnost pro mimořádnou řadu úloh. Tyto pohony jsou k dispozici v hotových i speciálních modelech nebo modelech na zakázku a v metrickém i palcovém provedení.

Polovinu trhu tvoří hotové modely, které jsou pro většinu aplikací cenově výhodné. Většina z nich je bezúdržbová a nevyžaduje téměř žádnou nebo žádnou montáž. Mnohé z nich jsou k dispozici s volbou vedení s kluznými ložisky pro vysokou tuhost nebo s recirkulačními kuličkovými ložisky pro aplikace s momentovým zatížením. Základní modely jsou mimořádně univerzální a zabírají méně místa vzhledem k silám, které vyvíjejí, než alternativy. Tyto základní pohony se dodávají v mnoha velikostech s mnoha kombinacemi průměru pístu a délky zdvihu. Délky zdvihu do 200 mm jsou obecně považovány za standardní výrobky. K dispozici jsou i větší verze s délkou zdvihu až 400 mm. Tyto větší verze zahrnují možnost volby tlumení a koncového odpružení, včetně ručně nastavitelného a u některých modelů samonastavitelného vzduchového odpružení.

Existují také speciální modely a varianty pro suché potraviny a stříkající zóny, aplikace v čistých prostorách a ATEX a varianty s tepelně odolným provedením. Hygienické pohony pro potravinářské a farmaceutické aplikace poskytují stejně snadné čištění a odolnost proti korozi jako standardní hygienické válce a také mazání odpovídající normě NSF-H1. Hygienické řízené pohony mají hladký a čistý design, který nedovolí, aby se na nich hromadila voda, nečistoty nebo prach.

Základní modelová řada DFM od společnosti Festo je oblíbeným pneumatickým řízeným pohonem.

Mnoho stejných výhod velkých řízených pohonů je k dispozici v mini řízených pohonech, kde stačí krátká délka zdvihu a menší síla a kde je nedostatek místa. Zvláště kompaktní modely nabízejí délku zdvihu pouhých 5-30 mm.

Dva minipohony Festo DGSL jsou namontovány na elektrické ose v boční nakládací jednotce balicího stroje.

Pohony s vedením nabízejí podobnou rozmanitost se standardními i speciálními modely a možnostmi, které lze přizpůsobit většině aplikací. Nabídka zahrnuje základní modely s délkou zdvihu až 200 mm a několika možnostmi odpružení, plochá a štíhlá provedení a ultrakompaktní modely o šířce pouhých 8 mm a délce zdvihu 1 až 10 mm. Poslední jmenovaný model je ideální pro malé pick-and-place a další aplikace s krátkým zdvihem. Vývoj stále kompaktnějších vedených posuvů odráží průmyslový trend, zejména v oblasti montáže elektroniky, směřující k miniaturizaci, který vyžaduje, aby vedené miniposuvy a mikroposuvy fungovaly se stejnou přesností, opakovatelností a dlouhou životností jako větší pohony.

Výběr správného pohonu

Software, jako je nástroj pro dimenzování pneumatických produktů společnosti Festo (najdete jej v online katalogu společnosti pod modrou záložkou „Engineering“), podporuje zákazníky při výběru a konfiguraci pneumatických produktů. Zákazníci mohou zadat parametry své aplikace, faktory, jako je břemeno, které má být přemístěno, vzdálenost a rychlost a provozní tlak. Jsou jim poskytnuta doporučení vhodných výrobků a také představa o typu tlumení, které odpovídá jejich potřebám – od jednoduchého typu nárazníku nebo tlumiče až po ručně nastavitelné nebo samonastavitelné vzduchové tlumení. Tento nástroj pro dimenzování se zabývá také použitím ložiskových vedení a poskytuje informaci o tom, zda by jejich provozním požadavkům lépe vyhovovala kluzná nebo kuličková ložiska.

a pro pneumaticky vedené pohony a suporty neustále roste, což odráží další rozšiřování automatizace a zdokonalování konstrukce pohonů. Tyto pohony jsou vynikající volbou všude tam, kde je k dispozici energie stlačeného vzduchu. Jsou cenově konkurenceschopné, snadno se konfigurují a instalují, často nevyžadují údržbu a jsou robustní, což zajišťuje dlouhou životnost. Jsou univerzální a dostupné v obrovské škále velikostí pístů a délek zdvihu, přičemž základní modely vyhovují většině aplikací a speciální varianty mnoha dalším. Jejich vodicí schopnosti jsou již navrženy a zabudovány, takže je nutná minimální, pokud vůbec nějaká montáž. Bez nadsázky lze říci, že pro většinu aplikací vyžadujících stabilitu a/nebo opakovatelnou přesnost existuje vedený pohon nebo suport.

Darren O’Driscoll, Michael Guelker a Julian Beckler jsou produktoví manažeři a Thomas Martin vede produktový management (pístové tyčové pohony) ve společnosti Festo AG & Co.

.