Megfogórendszerek gépészeti anyagmozgatáshoz

Különösen a nagy gyártóüzemekben és termelési láncokban elengedhetetlenül fontos, hogy az anyagok és a munkadarabok kezelési technikáival való foglalkozás. Önmagában a súly miatt gyakran szinte lehetetlen kézzel mozgatni az anyagokat. Itt kezdődik az anyagmozgatás: A megfogórendszerek vagy szállítószalagok például megkönnyítik az anyagok mozgatását és vezérlését, és növelik a hatékonyságot. A következőkben közelebbről is megvizsgáljuk a különböző megfogórendszereket és azok felhasználási módját.

Pontosan mit jelent az anyagmozgatás?

Az anyagmozgatás vagy a technológia kezelése megkönnyíti, biztonságosabbá és hatékonyabbá teszi a gyártási folyamatokat. Az elsődleges feladat az anyagok mozgatása, tárolása, ellenőrzése és kezelése. Az anyagkezelő rendszerek helyet takaríthatnak meg, vagy tárolóként szolgálhatnak. Ezért még fontosabb, hogy az anyagkezelő rendszerek ellenálljanak a magas igénybevételeknek:

• ellenállónak, mobilnak és rugalmasnak kell lenniük.
• nem támaszthatnak magas költségeket.

Anyagmozgató rendszerek típusai

Az anyagmozgató rendszerek lehetnek például: szállítószalagok, targoncák, robotrendszerek, daruk vagy megfogórendszerek automatizált gyártósorokon. Használhatók azonban kézi munka során is, például a kezelők mindennapi feladatainak támogatására, például dobok vagy dobozok mozgatására. A megfogás különösen számos gyártóüzemben az egyik fő feladat. Az anyagkezelő rendszerek használatával a korábban használt manuális folyamatok felgyorsíthatók, és a betegségekkel kapcsolatos hiányzások csökkenthetők. Itt a megfogórendszerek különösen az ergonomikus munkavégzéshez járulnak hozzá.

Megfogórendszerek

A megfogórendszerek segítik az anyagok és munkadarabok pontos kezelését és vezérlését. Megfogórendszerek állnak rendelkezésre a kézi megfogási munka támogatására, például hordómegfogók, görgőmegfogók vagy dobozmegfogók. A gyártósorokon azonban megfogórendszereket is használnak a gyártásban. A megfogókat gyakran robotokkal együtt használják: Ezek összekötő elemként szolgálnak az ipari robot és a munkadarab között.

Vákuumos megfogók

A vákuumos megfogóban vákuum keletkezik, amikor egy szivattyú a megfogó és a munkadarab közé van iktatva. A vákuumos megfogót a munkadarabra kell helyezni, és a vákuumos megfogó negatív nyomása a munkadarabot a vákuumos megfogóba szívja.

• 1 = munkadarab
• 2 = vákuum
• 3 = vákuumos megfogó

A tartóerő a környezet és a vákuumos megfogóban lévő nyomás különbségétől függ. Minél nagyobb a különbség, annál erősebb a tartóerő és annál nehezebb terhek emelhetők. A szállítandó munkadarabok a vákuumos megfogásra alkalmas felületű, kemény vagy könnyen alakítható tárgyakig terjedhetnek. A szívóerő csökken, ha a vákuumozandó felület porózus vagy légáteresztő. Ehhez a vezeték hatékony keresztmetszeti területének nagyítása vagy több kisebb tapadókorong használata szükséges. Az olyan puha munkadarabokat, mint a papír, vékony anyagok, műanyag fóliák, a szívóerő összegyűrheti.

Az ilyen típusú vákuumos megfogók mellett a Bernoulli megfogó is rendelkezésre áll. Egy kissé eltérő elvet alkalmaz: a Bernoulli-elvet. A légáram nagy sebességgel halad át egy keskeny fúvókán. Itt is létrejön egy negatív nyomás, amely szívóhatást hoz létre és vonzza a tárgyat. Ezen kívül enyhe megtartás is tapasztalható, amely a tárgyat minimálisan felemeli a felületről. A megfogó és a munkadarab közötti érintkezés így minimálisra csökken.

A vákuumos megfogórendszerek többféle módon használhatók: Alkalmasak puha és kényes tárgyakhoz, például táskákhoz és poharakhoz, valamint nagy tárgyakhoz is. A megfogó és a munkadarab közötti minimális érintkezés miatt a Bernoulli megfogó általában alkalmas különösen kényes anyagokhoz, például papír- és műanyagfóliákhoz, de kevésbé nehéz terhekhez.

Pneumatikus megfogó

A pneumatikus megfogók sűrített levegővel vezérelt megfogórendszerek az alkatrészek, munkadarabok és terhek tartására és mozgatására. A szállítandó tárgy alakjától, súlyától és szükséges mozgásától függően a pofák megfogói, forgó megfogói vagy befogói sokféle formában használhatók.

Megbízhatóságuk, hatékonyságuk és egyszerű kialakításuk miatt számos ágazatban és iparágban széles körben használnak pneumatikus megfogókat. A megfogók általában két- vagy háromujjas megfogók. A nyitó (belső markolat) vagy záró funkcióval (külső markolat) ellátott egyszeres hatású megfogók mellett a kétszeres hatású megfogók is gyakoriak.

A következő ábra egy aktív, kettős hatású párhuzamos megfogó sematikus szerkezetét mutatja:

• A = pneumatikus csatlakozás
• B = pneumatikus csatlakozás
• 1 = hornyolt furatok
• 2 = az ujjrögzítő lemez oldalirányú mozgása (mindkét irányban elérhető)
• 3 = az ujjak bezárása és kinyitása

A kettős hatású megfogóval két pneumatikus csatlakozás van, amelyek mindegyike felelős a megfogó kinyitásáért és lezárásáért. Ha az A pneumatikus csatlakozás nyomás alatt van, a dugattyú lefelé tolódik, és a megfogó záródik. Ha a B pneumatikus csatlakozás nyomás alatt van, a dugattyút felfelé tolódik, és a megfogó kinyílik. Az ujjra helyezhető befogóelem oldalirányban mozgatható a megfogótesten (2) a hornyolt furatokon (1) keresztül. A dugattyúhoz csatlakoztatott csapágy középen fut, átlós hornyolt lyukban. Az ujjra rögzítő lemez mozgását a nyílásban történő vezetéssel lehet elindítani. Ha a dugattyú függőleges irányban mozog, aközben az ujjal rögzíthető lemez vízszintes mozgása kénytelen kinyitni vagy bezárni (3).

Míg a pofák megfogóit többnyire különösen széles vagy nagy tárgyakhoz használják, a bilincsek megfogóit általában bizonyos formákhoz (pl. csövekhez) használják, és az ujj megfogókat kisebb, megfogandó tárgyakhoz használják. A különböző típusú pneumatikus megfogóknak köszönhetően számos alkalmazáshoz alkalmasak, például az elektronikai iparágban és a folyamatok automatizálásában. A pneumatikus megfogók rendkívül hatékonyan és megbízhatóan működnek. Jellemzőjük az alacsony üzemeltetési költségek, és szűk helyeken is használhatók. Emellett könnyen beállíthatók és kezelhetők.

Hidraulikus megfogó

A hidraulikus folyadék, általában hidraulikaolaj, a hidraulikus megfogókhoz használatos. A hidraulikafolyadék nyomás alá kerül egy hidraulikus szivattyún keresztül, és így a munkahengerbe kerül, ahol továbbítja az erőt. Ezek a pneumatikus megfogókhoz hasonló rendszer szerint működnek.

A hidraulikus megfogók nagyon nagy fogóerőt tesznek lehetővé, ezért használhatók nagy terheléshez. Emellett rendkívül ellenállóak, és a mostoha környezeti körülményekhez is alkalmasak. A szivárgás kockázata miatt azonban nem használhatók olyan anyagok szállítására, amelyek nem lehetnek szennyezettek. Nagy tapadási szilárdságuk kizárja a kényes anyagokhoz való felhasználásukat is. A hidraulikus megfogók felépítése általában összetettebb (pl. olajszivattyúk stb. miatt), és így valamivel nagyobb karbantartásigényű és drágább, mint más megfogók.

Elektromos megfogó

Az elektromos megfogók mikroprocesszoros vezérlőrendszerrel rendelkeznek, pl. PLC vezérlőrendszer. Ez lehetővé teszi a zárási sebesség és a megfogási erő pontos kiválasztását. Gyakran azt is jelzi, hogy egy munkadarabot sikeresen felvettek-e vagy sem. A forgómozgást villanymotor vagy elektromos működtetők generálják. A motor forgó mozgása ezután egy hajtóműbe kerül, ahol lineáris mozgásként mozgatja a megfogópofákat. A befogópofák például párhuzamosak vagy szögben állíthatók össze. Az elektronikus vezérlőrendszer felügyeli és vezérli a folyamatokat. Gyakran vannak felszerelve további érzékelők, amelyek mérik az erőt, a távolságot és más paramétereket. Az elektromos megfogók kiválóan alkalmasak nagy sebesség és többlépéses műveletek esetén, mivel pontosan vezérelhetők. A pl. vákuumos vagy hidraulikus megfogókkal ellentétben nincs szükség további folyadék- vagy levegővezetékekre. Azonban a fogófelületük gyakran elég kemény. Ezért nem alkalmasak érzékeny tárgyakhoz. Ezenkívül a befogóerő meglehetősen alacsony, így a nehéz tárgyakat általában csak a segédfogós változatával lehet felemelni.

Markolóbetétek

A megfogópofákon megfogóbetétek használhatók a megfogó és a munkadarab közötti érintkezési felület optimalizálására. A fogóbetétek így javítják a fogást, vagy alkalmazkodnak a speciális formákhoz. A tokmány a megfogóbetét speciális formája, amely általában acélból áll, és így nagy pontosságot és szilárdságot biztosít, de meglehetősen hajlíthatatlan is. A megfogóbetétek egyéb anyagai a következők:

• Gumi/elasztomer, például: szilikon, gumi, poliuretán. Ezek jól tapadnak, rugalmasak és védik a felületet, de csak részben tartósak nehéz körülmények között
• Műanyag, pl. poliamid, polietilén. Könnyűek, megfizethetők és kímélik a felületet, de nagy terhelés és hőmérséklet mellett is meghibásodhatnak.
• A speciális anyagok, például a fa, kerámia speciális alkalmazásokhoz valók. A kerámia például rendkívül hőálló, a fa pedig kopásálló. Szakterületüknek köszönhetően azonban általában drágábbak, mint más megfogóbetétek.

Euro megfogó szerszámrendszer

Az Euro Gripper Tooling System rendszert az Automotive Working Group fejlesztette ki. Szabványosított rendszer a megfogók rögzítéséhez és cseréjéhez. Európában széles körben használják, és nem csak az autóiparban, hanem más iparágakban és gyártásban is használják. Az EGT-rendszer nyolcszögletű alumíniumból készült profilon alapul, ahol rácsfuratok vannak a gyors alkatrészcseréhez.

A szabványosított interfészek, a gyorsváltó mechanizmusok és a modularitás lehetővé teszi a hibás alkatrészek gyors cseréjét, ami jelentősen csökkenti az állásidőt. Az EGT rendszer számos márkával és modellel kompatibilis. A MISUMI az EGT rendszeralapú komponenseinek átfogó választékával rendelkezik.

Megfogórendszer példaértékű kialakítása, beleértve a komponenseket is

A megfogó típusától függően a megfogórendszerek a következő komponensekből állnak:

• Meghajtó egység: Ez szabályozza a megfogópofák vagy a megfogófelületek mozgását. Lehet elektromos motor (elektromos megfogókhoz) vagy henger (hidraulikus megfogók, pneumatikus megfogók)
• Vezérlőrendszer: Az elektromos megfogókban a vezérlőrendszer átveszi a megfogó mozgását és egyéb feladatokat.
• Áramforrás: A megfogótól függően ez lehet a tápforrása: elektromosság, sűrített levegő vagy hidraulikus szivattyú.
• Érzékelők: az elektromos megfogókba vannak szerelve. Figyelemmel kísérik a nyomást, erőkifejtést és más releváns paramétereket.
• Szerelőadapter: ezek a megfogók robotkarhoz vagy hasonlóhoz rögzítésére szolgálnak. Az EGT rendszer szerint standardizálhatóak.

Az egyik legfontosabb összetevő maga a robot megfogó. Közvetlen érintkezése van a megfogandó tárggyal. Itt is különböző típusok léteznek, amelyeket az alkalmazástól függően használnak. Párhuzamos megfogóknál például a megfogópofák párhuzamosan vannak rögzítve, hogy az erő egyenletesen oszoljon el a megfogópofákon. Ez különösen megkönnyíti a szabványos formák felvételét. A szöget bezáró megfogók hasonlóak a fogókhoz. Így alkalmazkodnak a különböző formákhoz. Emellett egynél több befogómechanizmus is felszerelhető, pl. több befogóra. Egyszerre több tárgyat képes megfogni. Emellett multifunkcionális megfogók is rendelkezésre állnak, amelyek számos megfogási módszert és funkciót kombinálnak.

A MISUMI olyan alkatrészeket kínál, amelyek támogatják a megfogórendszer felépítését: pl. szerelőlemezek vagy pozicionáló csapok

A megfogási erő és a súly kiszámítása

A megfogási erő felhasználható az elméletileg szállítható lehetséges súly meghatározásához. A párhuzamos megfogókra a következők vonatkoznak, például: a megfogóerő az egyes ujjakra ható egyes erők összege. A következő képlettel számítható ki a megfogandó objektum maximális súlya:

• m = a munkadarab súlya kg-ban
• F_G = a befogóerők számtani összege
• μ = súrlódási együttható, anyagfüggő
• g = gravitáció (9,81 m/s²)
• a = gyorsulás (m/s²)
• S = biztonsági tényező*

* Magasabb biztonsági tényezőt kell figyelembe venni nagy gyorsulás, lassulás vagy lökésszerű terhelés esetén.