从电子制造到汽车装配,夹具已成为许多行业材料处理过程的重要组成部分。他们最近的增长与机器人的兴起联系在一起,包括需要机器人的需要接受特殊任务并处理越来越复杂的工件。结果是您现在有更多的夹具可供以前选择。仅在北美单独,夹具市场的价值约为1亿美元 - 并且该数字预计每年攀登高达5%。

通过最近的机器人和抓握技术的所有发展,很难知道哪个夹具最适合您的应用。本文概述了普通夹具类型,包括机械,柔软,自适应,真空和磁性。它还探讨了他们的关键设计功能,以及它们在各种应用中提供的好处。

图1所示。气动(左)和电动抓手。

理解应用程序的需求

为了帮助您选择右夹具,首先考虑任务,操作环境和工件的性质,包括其尺寸,质量和材料是很重要的。要问自己的一些关键考虑因素和问题包括:

  • 环境的。你的手夹在什么温度范围内工作?你的手夹会接触到灰尘、油或湿气吗?

  • 行业。您的申请是否涉及食品或其他卫生工件?你的夹持器会暴露在清洁过程中吗?您的申请需要抗静电材料吗?

  • 设计约束。你需要什么样的运动方向?您的应用程序最高运行速度是多少?你的工作区有多大?您的运营商是否会与协作机器人共享空间?

比较气动和电动夹持器。

要记住的其他因素包括前线,运营和维护成本以及能耗。夹具分为几个类别,您对上述问题的答案将有助于您确定所需的类型,以便尽可能安全和高效地完成工作。

机械夹持器:可靠、灵活、耐用

当涉及到处理应用,气动或电动机械抓手是最常见的。占市场份额90%的气动夹持器往往比电动夹持器更轻、更划算。它们还具有更高的抓地力,可以处理更快的循环速率,更适合于恶劣的环境。另一方面,电动抓手提供更高的精度,为最终用户提供力量和行程控制。同时,由于发动机和其他内部组件的存在,它们往往更重,这也提高了它们的前期成本。

图2.三个夹持手指的设计比较。

无论是电动或气动,机械抓手分为几个设计类别。例如,平行夹持器包含直接分开的手指。两指设计是最常见的,占了机械手握器市场的85%,而三指设计适用于处理圆形物体或执行定心功能。其他的例子包括径向和角抓手,其特征是手指以一个角度打开。径向夹持器开放到180度,使它们适用于涉及不同或不一致的工件尺寸的应用。角夹持器的速度往往比180度的设计要快,开度大约为30度。

在选择机械夹持器时,其他重要的考虑因素包括夹持力、夹爪的导向强度和夹持器本身的设计——所有这些都取决于工件的性质。一般来说,夹爪的手指越长,杠杆臂就越长,杠杆臂对钳口施加的扭矩就越大。此外,平指设计为笨重或坚固的部件提供了基于摩擦的抓地力,而封装设计最适合要求更高精度的光滑部件。

柔软和自适应的夹持器可以处理各种形状、大小和方向的工件,在以前不存在的领域实现自动化。因为它们没有锋利的边缘,它们可以处理食物、玻璃和其他易碎的物体,而不会损坏或在表面留下痕迹。它们也是小工作区的理想选择。

然而,与机械变型相比,柔软和机械夹具的速度较低并以较慢的速度运行。它们也更容易受污垢,油和其他污染物的影响。通常,柔软和自适应夹具采用创新,类似的镊子等设计,可以适应各种工件的轮廓。

用真空夹具收获压缩空气的好处

另一种抓手技术是真空抓手,它结合了吸盘和真空发生器。紧凑和灵活,这些抓手是理想的有限的工作空间,可以处理各种各样的对象在高速。然而,与此同时,真空夹持器可能会增加您的维护和运行成本;吸盘容易迅速磨损,而发电机消耗大量压缩空气,在灰尘和其他污染物的存在下很容易堵塞。

当提到吸盘时,在选择材料时,重要的是要考虑工件的性质。例如,丁腈橡胶吸盘是油性或普通工件的理想吸盘,而硅则适用于食品以及热或冷的物体。此外,聚氨酯是一个很好的选择油性,平原,和粗糙的工件;Viton适用于油性、普通和热的工件;抗静电丁腈橡胶是电子产品的理想材料。

图3。费斯托HGPT机械夹持器。

杯子的形状也是一个重要因素,尤其是当你拿起扁平还是圆形、细长还是巨大、坚固还是精致的物品时:

  • 标准杯-用于平坦或轻微波动的表面。

  • 波纹管类型 - 适用于柔韧的工件以及倾斜,圆顶或圆形的表面。这种类型也适用于玻璃瓶,电灯泡和其他精细物体。

  • 椭圆型-适用于细长或长方形工件。

  • 额外的深层和圆顶工件。

图4.吸尘杯形状和表面用于真空夹具。

真空源分为两类:机电真空泵/鼓风机以及压缩空气驱动真空发生器/引射器。一般来说,机电泵和鼓风机可以实现高真空和吸入率-高达99.99%和1200立方米每小时,分别。然而,与此同时,这些机器往往又重又大,需要一个带有复杂管道系统的储层。因为它们是连续运行的,它们也消耗大量的电流,从而产生热量。

压缩空气驱动的发电机,特别是单级机组,克服了许多这些挑战。与机电泵和鼓风机相比,它们更紧凑,更轻,更容易安装。它们包括更简单的管道系统,需要更低的前期成本,不包括电气连接,消除有害的热量积聚。虽然这些设备可以提高你的空气消耗率,许多机器现在有节能功能,尽量减少这些影响。

一般来说,真空夹具是物料处理应用的理想选择,如钢制制造商,输送机,电子组装和工业机器人;食品和包装任务包括罐头,装瓶,封盖,托盘制作,填充,装袋和密封,输送,箱制作和标签;和印刷应用,如纸张喂养和处理。

磁性夹具提供独特的好处

最后,磁性夹持器可以处理金属物体,如金属片,非常适合拆卸,夹具工具和垃圾拣选等任务。虽然这些夹具仅限于涉及黑色金属的应用,但它们需要最小的空气消耗来致力,而与吸盘夹具相比,可以实现高达90%的节能。其他福利包括:

  • 强大的引人入胜的。磁性夹具使用浅磁场,可实现材料去堆叠。

  • 真正的开/关。磁铁可以完全关闭并保持清洁;生产过程中留下的金属填充物立即脱落。

  • 快速地。磁性夹具可以在250毫秒致动,节省宝贵的循环时间。

  • 安全的。它们提供故障安全性能,不会在电源或空中损失时丢弃零件。

总结

无论您的申请,您都有理想的夹具 - 正确的选择取决于多个变量,如工件尺寸和形状,操作条件,行业,能源要求和成本。独特的处理应用程序可能需要自定义抓握设备。

本文由Festo Corp. (Islandia, NY)提供。欲了解更多信息,请访问这里


运动设计杂志

本文首次发表于《华尔街日报》2021年4月号运动设计杂志。

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