At a Glance:

• Ohjatut taajuusmuuttajat kykenevät nostamiseen, puristamiseen, vetämiseen, työntämiseen, puristamiseen, pysäyttämiseen, pitämiseen, leikkaamiseen ja erottamiseen.
• Ohjatut liukukiskot pärjäävät hyvin, kun vaaditaan tarkkuutta ja toistettavuutta.
• Ohjattuja liukuja ja asemia voidaan käyttää monenlaisissa pack-and-place-sovelluksissa.

Pneumaattiset ohjatut taajuusmuuttajat ja liukukiskot ovat teollisuusautomaation kantavia voimia. Ne ovat hyväksi todettuja ja ne voivat mukautua yhä useampiin sovelluksiin, joissa ohjauksen lisääminen parantaa suorituskykyä. Ne ovat myös kustannustehokkaita, ja niissä on monia muunnelmia ja kokoonpanovaihtoehtoja, jotka takaavat suuren luotettavuuden ja pitkäikäisyyden.

Ohjattu taajuusmuuttaja (vasemmalla) sisältää ohjaustangot eikä vaadi kokoonpanoa, mutta monet ohjainyksiköt, kuten tämä Feston FENG-toimilaite ja vakiosylinteri (oikealla), vaativat kokoonpanoa.

Käyttölaitteet ja liukukiskot

Vakiokäyttölaitteista poiketen pneumaattisesti ohjatut käyttölaitteet säilyttävät täydellisen vakauden, ja pneumaattisesti ohjatut liukukiskot tarjoavat suuremman vakauden ja tarkkuuden, mikä kaikki on kriittistä monissa pick-and-place-toiminnoissa. Molemmissa toimilaitetyypeissä männänvarren stabiloinnin lisääminen takaa paremman suorituskyvyn ja pidemmän käyttöiän kuin stabiloimattomat vaihtoehdot. Ohjattujen käyttölaitteiden ja liukujen markkinat kasvavat, kun yhä useammat insinöörit oppivat, että on helpompaa ja kätevämpää ostaa yksi tuote, jossa on lineaarinen liike ja ohjaus, kuin ostaa molemmat toiminnot erikseen.

Vakiopneumaattisessa käyttölaitteessa mäntätanko synnyttää lineaarisen liikkeen, ja se voi vapaasti pyöriä ulos- ja sisäänvedettäessä. Monissa teollisissa sovelluksissa tämä pyöriminen ei ole olennaista, mutta se on epätoivottavaa, jos käyttäjä tarvitsee vakautta, kuten leimaustyökalun pitäminen täysin yhdensuuntaisena leimattavan kappaleen kanssa. Lisäksi, jos mäntätanko kohdistaa voimaa esineeseen, sen kohtaama vastus voi luoda toimilaitekokoonpanoon kohdistuvan sivuttaisen voiman tai vääntömomentin.

Jos toimilaite esimerkiksi asemoi puuta leikkaavaa pyörösahaa, toimilaitteeseen kohdistuvat ulkoiset voimat mäntätangon ollessa ulosvedettynä voivat luoda taipumia, jotka aiheuttavat epätäydellisen leikkauksen. Tämä aiheuttaa sahan ja sylinterin liiallista kulumista.

Ohjatut käyttölaitteet suorittavat usein yhden kolmesta yksinkertaisesta tehtävästä: pysäyttäminen, nostaminen tai työntäminen.

Pneumaattisissa ohjatuissa käyttölaitteissa on vain yksi mäntä, jonka vakauden takaavat kaksi ohjaussauvaa. Nämä ohjaussauvat kulkevat tyypillisesti holkki- tai kuulalaakerisarjojen varassa vakauden takaamiseksi. Ohjaussauvat ja mäntä kiinnittyvät työkaluja pidättävään johteeseen, joka estää mäntää kiertymästä tai kääntymästä, jos siihen kohdistetaan sivuttaisvoimaa toiminnan vakauden varmistamiseksi. Näitä käyttölaitteita käytetään sovelluksissa, joissa nostetaan, painetaan, vedetään, työnnetään, puristetaan, pysäytetään, rajoitetaan, pidetään, leikataan ja erotetaan. Niitä on monia kokoja ja muunnelmia, ne pystyvät pitämään lähes mitä tahansa työkaluja, niiden iskunpituus on jopa 400 mm ja ne voivat käyttää suurta voimaa tarvittaessa.

Ohjatut liukukiskot soveltuvat erinomaisesti tehtäviin, joissa suuri tarkkuus ja toistettavuus ovat välttämättömiä, kuten elektroniikan tai pienten autojen osien kokoamisessa, elintarvikkeiden ja juomien käsittelyssä sekä annostelusovelluksissa muilla prosessialoilla. Ohjatuissa liukukiskoissa on tyypillisesti yksi tai kaksi mäntätankoa ja ohjauskisko, jotka kulkevat liukukotelossa olevilla tarkkuuskuulalaakereilla, mikä takaa tarkan liikkeen ja toistettavan tarkkuuden sivuttaisista kuormituksista ja vääntömomenteista huolimatta.

Liukukiskot tuottavat lineaarisen liikkeen, riippumatta siitä, onko ne kiinnitetty vaaka- vai pystysuoraan. Ne ovat erinomaisia työkaluja, jotka on kiinnitetty portaaliin, kuten kaksiakselisiin (X, Z) moniliukukonfiguraatioihin, ja niitä voidaan lisätä pick-and-place- ja piggyback-konfiguraatioihin, joissa yksi liukukisko on asennettu toisen päälle pidempiä liikkeitä varten ja joissa on pysähdyksiä matkan varrella, usein ilman sovittimia.

Duplex-sovelluksissa pienikokoinen miniliukukisko, joka on kiinnitetty pieneen mekaaniseen tarttujalaitteeseen tai alipainekuppiin, tuottaa tyypillisesti toistettavan tarkkuuden, joka on 0.01 mm:n tarkkuuden ja lineaarisuuden ja yhdensuuntaisuuden 1/100 mm:n 0,01 mm:n alueella miljoonien syklien aikana.

Pneumaattisia asemia on saatavana useissa eri kokoonpanoissa, mukaan lukien pyörimättömät (vasemmalla), ohjaamattomat (keskellä) ja ohjatut (oikealla).

Ohjattuja liukuja on saatavana useissa eri kokoluokissa erilaisilla kiinnitystapavaihtoehdoilla ja lukuisilla vaimennusvaihtoehdoilla, joiden avulla voidaan varmistaa lyhimmät syklien kestoajat mahdollisimman vähäisellä tärinällä. Kun vertaillaan ohjattuja liukuja ja asemia ja pyörimättömiä sylintereitä, joiden männän porauskoko ja iskunpituus ovat identtiset, ohjatut liukukiskot ovat suurimmat ja painavimmat vaihtoehdoista, joissa on sisäänrakennettu männänohjaus, niiden leveiden, litteiden ohjainten ansiosta, jotka mahdollistavat erittäin tarkan liikkeen.

Edellyttäen, että mäntätangon läpimitta (20 millimetriä) on sama kuin männänreiän halkaisijalla (20 millimetriä) ja iskunpituus on sama kuin iskunpituus (50 millimetriä), ohjatulla liukukiskolla on laajin profiilin muotoinen rakenne (jalanjälki eli pituus, korkeus ja leveys). Ohjatut taajuusmuuttajat sijoittuvat näiden väliin, sillä ne ovat pienempiä kuin ohjattu liukukisko ja suurempia kuin pyörimätön sylinteri.

Vertailtaessa pyörimätöntä sylinteriä, ohjattua taajuusmuuttajaa ja ohjattua liukukiskoa, joilla kaikilla on sama männän läpimitta (20 mm), sama iskunpituus (50 mm) ja laajennettu voima 188 N (ks. kaavio), pyörimättömän taajuusmuuttajan voima/paino-suhdeluku on 65 %, ohjatun taajuusmuuttajan 16 % ja ohjatun liukukiskon 15 %. Pyörimätön sylinteri olisi siis pienempi ja edullisempi, mutta suurempia vääntömomenttikuormituksia tai tarkkuutta varten tarvitaan ohjattua liukua tai voimansiirtoa, ja ne olisivat suuremmat samassa läpimitassa/iskussa. Ohjauksen lisääminen lisää painoa suhteessa pyörimättömään käyttölaitteeseen vakauden lisäämiseksi.

Vaihtoehtoja ohjatuille toimilaitteille

Pneumaattisesti ohjatuille käyttölaitteille ja liu’uille vaihtoehtona pidetään usein pyörimättömiä sylintereitä sekä ulkoisten ohjainten ja vakiosylinterien yhdistelmiä. Niiden kuormituskapasiteetti on rajallinen, joten ne soveltuvat paremmin sovelluksiin, jotka edellyttävät tietyn suunnan säilyttämistä, mutta joissa kuormat ovat pieniä.

Pyörimättömät käyttölaitteet ja sylinterit, joissa on pyörimättömät männänvarret, ovat edullisempia, mutta ohjatut käyttölaitteet ja liukusäätimet ovat kestävämpiä ja tarkempia, ja ne pystyvät käsittelemään suurempia sivuttaiskuormituksia ja suurempia vääntömomentteja. Suoritettaessa samaa toimintoa, kuten kuorman nostamista tai tarttujan liikuttamista, ei-pyörivässä käyttölaitteessa on suurin laakerivälyksen ja sivuttaisvoiman aiheuttama taipuma. Taipuma on tässä tapauksessa matka, jonka mäntä tai etulevy liikkuu laakeripelistä tai ulkoisista voimista johtuen. Suurempi taipuma tarkoittaa pienempää tarkkuutta.

Ulkoinen ohjain voidaan sovittaa yhteen laajemman sylinterivalikoiman kanssa erilaisten tehtävien ja tilanteiden, kuten kiristyksen, säädettävien ilmatyynyjen ja korkeissa lämpötiloissa työskentelyn, hoitamiseksi, mutta nämä kaksi on yhdistettävä. Ohjatuilla liuku- ja käyttölaitteilla on vähemmän konfigurointivaihtoehtoja ja rajoitetumpi suorituskyky, mutta ne ovat myös edullisempia. Pick-and-place-sovelluksissa voitaisiin harkita kompaktia ohjaamatonta sylinteriä vapaasti pyörivine mäntyineen, mutta se ei takaa siirrettävien osien tasaista asemointia ja suuntausta yhtä hyvin kuin ohjattu miniliukukisko.

Pneumaattinen ja sähköinen ohjaus

Pneumaattiset ja sähköiset ohjatut taajuusmuuttajat ja liukukiskot voivat suorittaa samankaltaisia tehtäviä, mutta niillä on erilaiset vahvuudet. Oikein mitoitetulla, hyvin huolletulla paineilmalähteellä pneumaattiset taajuusmuuttajat tuottavat suurempia voimatiheyksiä ja nopeuksia, jolloin asennus- ja käyttökustannukset ovat alhaisemmat ja käyttöiät pidemmät.

Vertailtaessa toimilaitteita samanlaisissa pneumaattisissa ja sähköisissä miniliukuliukiskoissa pneumaattinen versio on lyhyempi, ja sen paikannusaika on lyhyempi. Sähköiset versiot tarjoavat hellävaraisemman pysäytyksen ja käynnistyksen, ohjelmoitavan käyttöprofiilin ja tasaiset, tarkat nopeudet. Pneumaattiset taajuusmuuttajat ja liukukiskot vievät yleensä vähemmän tilaa. Nykyään energianhallinnalla ja paineilman diagnostiikalla voidaan vähentää ilman käyttöä ja suunnittelemattomia huolto- ja seisokkiaikoja, mikä tekee niistä taloudellisemman valinnan.

Relatiivinen hyötysuhde on ensisijainen näkökohta tehtäessä oikeaa teknistä valintaa potentiaalisesti sopivien pneumaattisten taajuusmuuttajien, joissa on ohjaus, joukosta.

Pneumaattiset miniliukuohjaimet ovat käyttökelpoisia, kun tarvitaan tarkkaa liikettä ahtaissa tiloissa.

Esimerkissä (alla) verrataan pyörimättömän sylinterin, ohjatun taajuusmuuttajan ja ohjatun liukukiskon hintoja ( kaikki perusmallit, joissa on sama 20 mm:n mäntä ja 50 mm:n isku, sekä ohjatun liukukiskon prosentuaalista osuutta, jota käytetään samoissa offset-kuormitusolosuhteissa. Tässä esimerkissä pyörimättömän sylinterin käyttöaste on 100 prosenttia. Se on äärirajoillaan ja huono valinta sen kyvyn kannalta käsitellä offset-kuormitusta. Ohjattu liukupyörä on kolmesta vaihtoehdosta kallein, ja kun se käyttää vain 12 prosenttia ohjaimesta, se on ylivoimainen tässä sovelluksessa. Ohjatulla taajuusmuuttajalla saavutetaan 54 %:n ohjaimen käyttöaste, ja vaikka se on noin 2,5-kertainen pyörimättömän sylinterin kustannuksiin verrattuna, se tarjoaa kolmesta vaihtoehdosta parhaan kustannustehokkuuden.

Ohjatut taajuusmuuttajat kaikkiin skenaarioihin

Pneumaattisten ohjattujen taajuusmuuttajien ja liukukalvojen käytön kasvu kuvastaa, miten hyödyllisiä ne ovat poikkeuksellisen monissa tehtävissä. Näitä toimilaitteita on saatavana sekä valmiita että erikois- tai räätälöityjä malleja sekä metrisinä ja tuuman mittaisina versioina.

Vakiomallien osuus markkinoista on puolet, ja ne ovat kustannustehokkaita useimmissa sovelluksissa. Useimmat ovat huoltovapaita ja vaativat vain vähän tai ei lainkaan kokoonpanoa. Monissa on valittavana liukulaakeroidut ohjaimet suurta jäykkyyttä varten tai kierrätyskuulalaakeroidut ohjaimet sovelluksiin, joissa on vääntömomenttikuormia. Perusmallit ovat erittäin monikäyttöisiä ja vievät vähemmän tilaa niiden tuottamiin voimiin nähden kuin vaihtoehdot. Näitä perusmalleja on saatavana monissa kokoluokissa ja monilla männän halkaisijan ja iskunpituuden yhdistelmillä. Jopa 200 mm:n iskunpituudet ovat yleensä vakiotuotteita. Saatavana on suurempia versioita, joiden iskunpituus on jopa 400 mm. Näissä suuremmissa versioissa on valittavissa vaimennus- ja päätyvaimennusvaihtoehtoja, mukaan lukien manuaalisesti säädettävä ja joissakin malleissa itsesäätyvä ilmavaimennus.

On olemassa myös erikoismalleja ja -vaihtoehtoja kuiville elintarvike- ja roiskevyöhykkeille, puhdastila- ja ATEX-sovelluksiin sekä kuumuutta kestäviä malleja. Elintarvike- ja lääkesovelluksiin tarkoitetut hygieeniset taajuusmuuttajat tarjoavat saman helpon puhdistettavuuden ja korroosionkestävyyden kuin tavalliset hygieeniset sylinterit sekä NSF-H1-yhteensopivan voitelun. Hygieniaohjatuissa taajuusmuuttajissa on sileä ja puhdas rakenne, joka ei päästä vettä, likaa tai pölyä kerääntymään niihin.

Feston DFM-perusmallisarja on suosittu pneumaattinen taajuusmuuttaja.

Monet samat edut kuin suurissa taajuusmuuttajissa ovat saatavissa mini-ajuusmuuttajissa, joissa riittää lyhyt iskunpituus ja vähemmän voimaa, ja joissa tila on rajallinen. Erityisen pienikokoiset mallit tarjoavat vain 5-30 mm:n iskunpituuden.

Kaksi Festo DGSL-miniliukua on asennettu sähköiseen akseliin pakkauskoneen sivulatausyksikköön.

Ohjatut liukukiskot tarjoavat samanlaista valikoimaa sekä vakio- että erikoismalleina ja lisävarusteina, jotka voidaan mukauttaa useimpiin sovelluksiin. Valikoimassa on perusmalleja, joiden iskunpituus on jopa 200 mm ja joissa on useita pehmustevaihtoehtoja, litteitä ja ohuita malleja sekä ultrakompakteja malleja, jotka ovat jopa 8 mm leveitä ja joiden iskunpituus on 1-10 mm. Jälkimmäinen on ihanteellinen pieniin pick-and-place- ja muihin lyhyen iskun sovelluksiin. Yhä kompaktimpien ohjattujen liukujen kehittäminen heijastelee erityisesti elektroniikan kokoonpanossa vallitsevaa teollisuuden suuntausta kohti miniatyrisointia, joka edellyttää, että ohjatut miniliuku- ja mikroliuku- ja mikroliukulaitteet toimivat samalla tarkkuudella, toistettavuudella ja pitkällä käyttöiällä kuin suuremmat toimilaitteet.

Oikean käyttökohteen valinta

Ohjelmistot, kuten Festo:n pneumaattisen käyttökohteen mitoitustyökalut (löytyvät yrityksen verkkoluettelosta sinisen ”Engineering”-välilehden alta), tukevat asiakasta pneumaattisen käyttökohteen tuotteen valitsemisessa ja konfigurointiin. Asiakkaat voivat syöttää sovellusparametrit, sellaiset tekijät kuin siirrettävä kuorma, etäisyys ja nopeus sekä käyttöpaine. He saavat sopivia tuotesuosituksia sekä käsityksen heidän tarpeitaan vastaavasta pehmustetyypistä – yksinkertaisesta puskurityypistä tai iskunvaimentimesta manuaalisesti säädettävään tai itsesäätyvään ilmatyynyyn. Kyseinen mitoitustyökalu käsittelee myös laakerinohjainten käyttöä ja antaa viitteitä siitä, sopisivatko liukulaakeri- vai kuulalaakerityylit paremmin käyttövaatimuksiin.

ja pneumaattisesti ohjatuille käyttölaitteille ja liukukiskoille on tasaisessa kasvussa, mikä heijastaa automaation laajenemista ja toimilaitteiden suunnittelun parantumista. Nämä toimilaitteet ovat erinomainen valinta kaikkialla, missä paineilmaenergiaa on saatavilla. Ne ovat kustannuksiltaan kilpailukykyisiä, helposti konfiguroitavissa ja asennettavissa, usein huoltovapaita ja kestäviä, mikä takaa pitkän käyttöiän. Ne ovat monipuolisia, ja niitä on saatavana valtava valikoima mäntäkokoja ja iskunpituuksia, ja perusmallit sopivat useimpiin sovelluksiin ja erikoismallit moniin muihin sovelluksiin. Niiden ohjausominaisuudet on jo valmiiksi suunniteltu ja sisäänrakennettu, joten kokoonpanotarve on minimaalinen, jos lainkaan. Ei ole liioiteltua, että useimpiin vakautta ja/tai toistettavaa tarkkuutta vaativiin sovelluksiin on olemassa ohjattu asema tai liuku.

Darren O’Driscoll, Michael Guelker ja Julian Beckler ovat tuotepäälliköitä ja Thomas Martin johtaa tuotehallintaa (mäntätankotoimilaitteet) Festo AG & Co.

:ssä.