Пневмоциліндри для верстата ЧПУ

Що таке пневмоциліндр

Пневмоциліндр перетворює енергію стисненого повітря на прямолінійний рух штока. На верстаті з ЧПУ пневмоциліндри притискають заготовку, піднімають і опускають вузли, рухають упори й заслінки. Циліндром керує розподільник: він подає повітря в потрібну порожнину циліндра і випускає повітря з іншої.

Як улаштований пневмоциліндр

• Гільза (корпус). Труба або профіль, усередині якої рухається поршень. Гільзу виготовляють з алюмінію або сталі.
• Поршень. Ділить гільзу на дві порожнини: поршневу і штокову. Ущільнення поршня не дає повітрю перетікати з однієї порожнини в іншу.
• Шток. Сталевий стрижень, з’єднаний з поршнем. Шток виходить крізь передню кришку і передає зусилля на навантаження.
• Кришки. Закривають гільзу з двох боків. У передній кришці стоїть ущільнення штока.
• Порти. Різьбові отвори для підведення повітря в порожнини циліндра.

Коли повітря подають в одну порожнину, тиск діє на поршень і рухає його разом зі штоком. Повітря з іншої порожнини в цей час виходить через розподільник в атмосферу. Зусилля циліндра залежить від тиску повітря і площі поршня.

Види пневмоциліндрів

Однобічної та двобічної дії

• Однобічної дії. Повітря подають в одну порожнину, назад шток повертає пружина. У циліндра один робочий порт, для керування достатньо розподільника 3/2. Частина зусилля йде на стиснення пружини, а хід обмежений довжиною пружини.
• Двобічної дії. У циліндра два порти, повітря подають почергово в обидві порожнини, і шток висувається і втягується повітрям. Зусилля є в обидва боки. Для керування потрібен розподільник 5/2. Повітря витрачається на обидва ходи, тому витрата повітря більша, ніж у циліндра однобічної дії.

За конструкцією

• Стандартні. Корпус довший, ніж у компактних. До таких циліндрів випускають різні кріплення: фланці, лапи, проушини.
• Компактні. Короткий корпус із профілю для невеликого ходу, коли мало місця по довжині.
• Безштокові. Замість штока вздовж корпусу рухається каретка. Штоковому циліндру потрібне місце під корпус і під висунутий шток, безштоковому лише під корпус.
• Тандемні. Два поршні на одному штоку в одному корпусі, їхні зусилля додаються.

Компактні циліндри

Корпус компактного циліндра зроблений з алюмінієвого профілю квадратного перерізу. Корпус коротший, ніж у стандартного циліндра з тим самим ходом, тому такий циліндр ставлять там, де вузол має зсунутися на невелику відстань, а місця вздовж осі мало.

• Порти для підведення повітря виходять на бічну грань корпусу.
• У кутах кришки різьбові отвори: циліндр кріплять гвинтами прямо до деталі верстата.
• На кінці штока внутрішня різьба. У неї вкручують гвинт або шпильку, щоб закріпити навантаження.
• У поздовжні пази профілю ставлять датчики положення.

Як читати маркування

На корпусі циліндра вказані модель і діапазон робочого тиску. У компактних циліндрів серії SDA модель читають так:

• SDA: компактний циліндр двобічної дії.
• Перше число: діаметр поршня в міліметрах. У маркуванні SDA32X… поршень 32 мм.
• Число після літери X: хід штока в міліметрах.
• Літера S після ходу: на поршні стоїть магнітне кільце для датчиків положення. Якщо літери S немає, магніту на поршні немає.
• Літера B: на кінці штока зовнішня різьба замість внутрішньої.

Якщо тиск вказано в МПа, переведіть його в бари: 1 МПа це 10 бар.

Зусилля циліндра

Зусилля рахують за формулою F = p × S: тиск повітря множать на площу, на яку він тисне. Якщо тиск узяти в МПа, а площу в мм², зусилля вийде в ньютонах.

• Під час висування штока повітря тисне на всю площу поршня.
• Під час втягування повітря тисне на кільцеву площу: площа поршня мінус площа штока. Тому втягувальне зусилля менше за виштовхувальне.
• Формула дає теоретичне зусилля. Частина зусилля йде на тертя ущільнень, у циліндра однобічної дії ще й на стиснення пружини.

Приклад розрахунку

• Поршень діаметром 32 мм має площу 804 мм² (3,14 × 16 × 16).
• За тиску 0,5 МПа (5 бар) виштовхувальне зусилля 0,5 × 804 = 402 Н, це 41 кгс.
• Шток діаметром 12 мм займає 113 мм², кільцева площа 804 мінус 113, це 691 мм².
• Втягувальне зусилля 0,5 × 691 = 346 Н, це 35 кгс.

Як підібрати діаметр і хід

• Порахуйте, яке зусилля потрібне: вага вузла, який піднімають, сила притиску, тертя в напрямних.
• Виберіть діаметр поршня, за якого розрахункове зусилля більше за потрібне із запасом. Враховуйте, що втягувальне зусилля менше за виштовхувальне.
• Рахуйте за тиском після регулятора, а не за максимальним тиском компресора.
• Хід штока вибирайте за потрібним переміщенням вузла. Якщо вузол має зупинитися раніше кінця ходу, поставте зовнішній упор.
• Шток розрахований на навантаження вздовж осі. Якщо на шток діє бічна сила, ставте напрямні, інакше швидше зношуються ущільнення і втулка штока.
• Без тиску циліндр навантаження не тримає: у разі падіння тиску шток під вагою вузла йде. Для утримання потрібен упор або замок.

Підключення до розподільника і фітингів

• Циліндр двобічної дії підключають до розподільника 5/2: виходи A і B до двох портів циліндра, подачу повітря до порту P, вихлопи R і S в атмосферу. Під час перемикання розподільника шток змінює напрямок руху.
• Циліндр однобічної дії підключають до розподільника 3/2: в одному положенні повітря йде в циліндр, в іншому порожнина циліндра з’єднується з вихлопом.
• У порти циліндра вкручують фітинги під трубку. Різьбу фітинга підбирають за різьбою порту, діаметр трубки за фітингом.
• Різьбу ущільнюють стрічкою ФУМ або різьбовим герметиком. Стежте, щоб герметик не потрапив усередину циліндра.

Демпфування і швидкість

• Наприкінці ходу поршень підходить до кришки. Удар пом’якшують гумові бампери або повітряне демпфування.
• Гумові бампери не регулюються. Повітряне демпфування налаштовують гвинтом на кришці: наприкінці ходу повітря виходить через вузький канал і гальмує поршень.
• Швидкість штока налаштовують регуляторами потоку зі зворотним клапаном на портах циліндра. Регулятор ставлять так, щоб він обмежував повітря, яке виходить з циліндра: так шток рухається рівніше, ніж за обмеження подачі.
• Шум вихлопу знижують глушники на вихлопах розподільника.

Датчики положення

Датчики положення повідомляють контролеру верстата, що шток дійшов до потрібної точки. Контролер за цим сигналом запускає наступну дію.

• Датчик ставлять зовні корпусу в паз профілю. Він спрацьовує від магнітного кільця на поршні.
• Датчик працює лише з циліндром, у якого на поршні є магніт. Перевірте це за маркуванням або паспортом циліндра до купівлі датчика.
• Датчик зсувають пазом до точки, де він спрацьовує в потрібному положенні штока, і фіксують гвинтом.

Монтаж і обслуговування

• Подавайте повітря через блок підготовки: фільтр затримує воду і бруд, які зношують ущільнення.
• Кріпіть циліндр так, щоб вісь штока збігалася з напрямком руху навантаження.
• Не затискайте шток інструментом за робочу поверхню: подряпини на штоку пошкоджують ущільнення.
• Якщо в пневмосистему подають мастило через лубрикатор, подавайте його постійно.
• Перед обслуговуванням скиньте тиск у лінії.
• Витоки повітря шукайте мильним розчином: бульбашки покажуть місце витоку.

Сильні та слабкі сторони

• Сильні сторони. Проста конструкція з малою кількістю рухомих деталей. Швидкий рух штока. До самого циліндра не потрібно підводити електрику. Керування через розподільник легко вбудувати в автоматику верстата.
• Слабкі сторони. Повітря стискається, тому за змінного навантаження шток рухається нерівномірно, а зупинити його точно в проміжній точці без упорів і датчиків не можна. Для роботи потрібні компресор і підготовка повітря. Вихлоп повітря шумить.