Pinces pneumatiques - Leur fonctionnement

Préhenseur pneumatique - Comment il fonctionne

Pinces pneumatiques

Figure 1 : Pinces pneumatiques

Un préhenseur pneumatique est un dispositif de saisie et de positionnement qui utilise de l'air comprimé pour actionner les mâchoires de préhension, également appelées doigts. Ces doigts, semblables aux doigts humains, aident à saisir, tenir et relâcher les pièces à travailler. En général, ils ont 2 doigts (parallèles ou angulaires) ou 3 doigts avec un cylindre à simple ou double effet pour la commande. Ils sont principalement utilisés dans les processus de fabrication automatisés pour saisir une pièce. Les pièces à travailler peuvent aller de petits objets comme des cartes de circuits imprimés ou des puces à de grands objets comme un bloc moteur. La figure 1 montre des exemples de pinces pneumatiques à 2 et 3 doigts.

Avantages des pinces pneumatiques

Les avantages des pinces pneumatiques sont les suivants :

  • Poids léger
  • Rentabilité
  • Force de préhension élevée
  • Capacité à saisir diverses configurations de pièces
  • Force de préhension réglable

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Table des matières

Principe de fonctionnement des pinces pneumatiques

Principe de fonctionnement de la pince angulaire pneumatique à 2 doigts

Figure 2 : Principe de fonctionnement de la pince angulaire pneumatique à 2 doigts

La pince est connectée au système d'alimentation en air comprimé. Lorsque l'air comprimé est introduit dans le cylindre, il actionne la tige du piston. La tige du piston est reliée aux doigts de préhension. Lorsque la pression de l'air fait monter et descendre le piston, les doigts s'ouvrent ou se ferment de manière parallèle ou angulaire. Ce mécanisme peut être utilisé dans le cadre d'une opération de prise en main ou pour modifier l'orientation de l'objet.

La figure 2 montre le principe de fonctionnement d'une pince angulaire pneumatique à 2 doigts. Il s'agit d'un modèle à double cylindre. Par conséquent, lorsque l'air comprimé est connecté au cylindre arrière (Figure 2 Top), il pousse le piston vers l'avant, ce qui ouvre les doigts de la pince pneumatique. Lorsque l'air comprimé est connecté au cylindre avant (figure 2, en bas), il pousse le piston vers l'arrière, ce qui ferme les doigts de la pince pneumatique.

Les pinces pneumatiques peuvent être classées en fonction du mouvement des doigts de préhension, du mécanisme de préhension et des configurations. Les plus courantes sont présentées ci-dessous :

Pince parallèle

Comme son nom l'indique, la pince parallèle déplace ses doigts de manière parallèle par rapport au corps de la pince. Le type de préhenseur parallèle est le plus couramment utilisé car les préhenseurs personnalisés sont faciles à concevoir et l'installation est simple en raison de l'existence d'un seul axe de mouvement. Ils peuvent également traiter des pièces de formes et de tailles très diverses et s'accommoder de variations dimensionnelles. La figure 3 montre le mouvement des doigts.

Pinces pneumatiques parallèles en fermeture (gauche) et en ouverture (droite)

Figure 3 : Pinces pneumatiques parallèles en fermeture (gauche) et en ouverture (droite)

Pince angulaire

La pince angulaire pneumatique peut déplacer ses doigts de manière radiale, en s'ouvrant et se fermant autour d'un point de pivot central. Ils sont souvent utilisés dans des applications où l'espace disponible est limité, car les mâchoires peuvent être déplacées vers le haut et hors du chemin. Ces pinces permettent de tenir des pièces de grande taille et de forme irrégulière. La figure 2 montre le mouvement des doigts.

Pinces pneumatiques à 2 et 3 doigts

Les pinces pneumatiques à 2 doigts sont les pinces les plus utilisées. Il offre deux emplacements de montage pour les doigts. Les doigts se déplacent de manière synchrone, s'ouvrant et se fermant vers l'axe central de la pince.

Les pinces à 3 doigts sont idéales pour manipuler des objets ronds et offrent une force de préhension supérieure à celle des pinces à 2 doigts. Il offre 3 emplacements de montage pour les doigts. Les doigts s'ouvrent et se ferment vers l'axe central du corps de la pince. Les 3 doigts offrent plus de soutien et un centrage précis par rapport aux pinces à 2 doigts.

Préhension externe et interne

Types de pinces pneumatiques en fonction du mécanisme de préhension : préhension interne (à gauche) et préhension externe (à droite)

Figure 4 : Types de pinces pneumatiques en fonction du mécanisme de préhension : préhension interne (à gauche) et préhension externe (à droite)

En fonction du type de préhension, les pinces pneumatiques peuvent être classées en trois catégories : interne, externe ou combinée. Des exemples sont présentés ci-dessous et illustrés à la figure 4.

  • Préhension interne : Les pinces internes utilisent une force d'ouverture pour maintenir la pièce et saisissent l'objet par sa surface interne.
  • Préhension externe : Les préhenseurs externes utilisent la force de fermeture pour maintenir la pièce et saisir l'objet depuis la surface extérieure. Il s'agit du mécanisme de préhension le plus courant.
  • Préhension combinée : Utilise une combinaison de préhension externe et interne.

Pinces à simple et double effet

Les pinces pneumatiques peuvent avoir une configuration à simple ou double effet. Les pinces pneumatiques à simple effet contiennent un ressort pour faciliter l'entraînement dans un sens (ouverture ou fermeture).

Les pinces pneumatiques sont généralement conçues pour être à double effet. Ils peuvent être actionnés par de l'air comprimé pour s'ouvrir et se fermer. Cette caractéristique permet un serrage interne et externe. Les pinces à double action peuvent être dotées d'une fonction d'assistance par ressort pour maintenir la pièce en cas de perte de pression d'air.

Pince magnétique

Les pinces magnétiques sont adaptées à la manipulation d'objets ferromagnétiques. Les pinces sont équipées d'aimants permanents en leur cœur. Selon la puissance de l'aimant, il peut être utilisé pour manipuler des objets de tailles diverses. Cependant, il est important de noter que les aimants permanents ont tendance à perdre leur propriété magnétique à haute température (au-dessus de 150°C).

Forme du doigt

Forme des doigts pour les préhenseurs pneumatiques : englobant (gauche), friction (milieu), rétention (droite)

Figure 5 : Forme des doigts pour les préhenseurs pneumatiques : englobant (gauche), friction (milieu), rétention (droite)

En général, les doigts de la pince pneumatique utilisent la friction pour la force de préhension. Mais ces doigts peuvent également être conçus de manière alternative pour réduire la taille et la force de préhension requises pour l'application. La forme englobante et la rétention augmentent la stabilité et diminuent la force requise pour la prise. La figure 5 montre quelques exemples courants de différentes formes de doigts.

Répétabilité

La répétabilité est la mesure de la précision maximale de la position que le préhenseur peut atteindre. Les pinces pneumatiques peuvent avoir une répétabilité différente en fonction du nombre de doigts et de la vitesse de fonctionnement. La répétabilité doit donc être déterminée en fonction de la précision requise pour l'application.

Force de préhension

La force de préhension est la force exercée par les doigts de la pince sur la pièce à usiner. Cette force peut varier en fonction de la pression de l'air, du coefficient de friction et des conditions de préhension entre les doigts et la pièce. La force de préhension pour un maintien par simple friction, lorsque la pièce ne tombe pas lorsqu'elle est saisie, est calculée comme suit :

calcul de la force de préhension

Où :

  • F = Force de préhension d'un seul doigt (N)
  • m= Masse de la pièce (kg)
  • g = Accélération gravitationnelle (9,81 m/s²)
  • a = Accélération due au mouvement dynamique (m/s2)
  • n = Nombre de doigts (n=2 pour la pince à deux doigts ; n=3 pour la pince à trois doigts)
  • μ = Coefficient de friction
  • S = Facteur de sécurité

Si la conception de votre doigt et la méthode de préhension de l'objet sont différentes d'un simple maintien par friction, une formule de force de préhension différente peut être nécessaire.

Coefficient de friction

Vous trouverez ci-dessous un tableau du coefficient de frottement des matériaux les plus courants. Cependant, ces chiffres sont un point de référence initial car ils seront différents pour chaque application et doivent être vérifiés.

Matériau de la pièce à usiner Matériau des mâchoires Coefficient de frottement μ
Acier Acier 0.25
Acier Aluminum 0.35
Acier Plastique 0.50
Aluminum Aluminum 0.49
Aluminum Plastique 0.70
Plastique Plastique 1

Facteur de sécurité

Il s'agit simplement d'une recommandation et le facteur de sécurité pour votre application particulière peut être différent :

  • 2 - pour une utilisation normale
  • 3 - pour un mouvement dans plusieurs directions
  • 4 - pour les chocs, les accélérations ou décélérations rapides

Options de montage

Les trous de montage se trouvent sur le fond, le côté et l'avant du préhenseur et offrent des options de montage sécurisées. Dans la figure 6 ci-dessous : 1, 2 et 3 représentent les trous de montage. Selon l'application, l'un ou l'autre côté peut être choisi pour le montage. Le numéro 4 représente les ports d'air.

Options de montage pour la pince angulaire à 2 doigts : 1, 2, 3 : trous de montage et 4 : orifice d'aération

Figure 6 : Options de montage pour la pince angulaire à 2 doigts : 1, 2, 3 : trous de montage et 4 : orifice d'aération

Capteurs

Installation de l'interrupteur du capteur

Figure 7 : Installation de l'interrupteur du capteur

Des capteurs peuvent être installés à côté des pinces pneumatiques pour surveiller et contrôler la position de fonctionnement des doigts. Des détecteurs ou des capteurs de proximité peuvent être installés sur les pinces pneumatiques. Ils peuvent être insérés dans les rainures présentes dans le corps, comme le montre la figure 7. Ces capteurs peuvent détecter la position ouverte ou fermée des doigts. Les capteurs de proximité peuvent détecter la proximité en palpant l'objet et en renvoyant l'information au contrôleur.

Critères de sélection

  1. Force de préhension : La force de préhension effective peut être calculée à l'aide de la formule présentée dans cet article.
  2. Poids de la pièce : La force de préhension doit être capable de supporter le poids de la pièce pendant l'opération.
  3. Pression d'air : La pression de l'air doit être prise en compte car elle a un effet direct sur la force de préhension et influence le dimensionnement du préhenseur.
  4. Configuration de la pièce à usiner : La forme de la pièce à travailler permet de déterminer si l'on peut utiliser des pinces à 2 ou 3 doigts. Les pinces à deux doigts sont couramment utilisées et peuvent être utilisées pour une grande variété d'objets. Les pinces à 3 doigts conviennent aux objets ronds ou cylindriques.
  5. Type de pince : La pince peut avoir une prise externe ou interne selon la pièce à travailler.
  6. Environnement : Les pinces pneumatiques doivent être choisies en fonction de l'environnement d'exploitation. Les préhenseurs conçus pour des environnements propres peuvent échouer dans des environnements difficiles.

Applications

Les pinces pneumatiques sont couramment utilisées dans les industries suivantes :

  • Robotics
  • Fabrication de dispositifs médicaux
  • Industrie pharmaceutique et biotechnologique
  • Moulage et injection de plastique
  • Traitement en laboratoire
  • Automatisation

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