Ce qu’il faut savoir avant de choisir un préhenseur

Les pinces jouent un rôle important dans la réussite d’un système d’automatisation. Choisir la bonne peut permettre d’optimiser les performances, le temps de fonctionnement et la sécurité des opérateurs.

Malgré l’importance de la pince, les ingénieurs qui conçoivent des systèmes d’automatisation de la prise et de placement pour les secteurs de l’automobile, de la pharmacie, de l’électronique et des biens de consommation omettent de choisir la bonne pince. Le choix d’un préhenseur doit tenir compte d’éléments importants. Il s’agit notamment des effets de la saleté, de l’huile/de la graisse, du liquide de coupe, de la température et du niveau d’interaction humaine requis.

Cet article met en évidence les caractéristiques opérationnelles à prendre en compte lors du choix d’un bon préhenseur.

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Connaître votre environnement d’exploitation

Plus de 95 % des pinces sont alimentés par voie pneumatique. Bien que des progrès aient été réalisés dans le domaine des pinces électriques, les pinces pneumatiques sont restées la norme pendant plusieurs années et dans un futur proche.

Les pinces à commande pneumatique sont généralement utilisés pour trois tâches de base : La première consiste à saisir et à tenir un produit ou un composant pendant qu’il est transféré (par exemple, depuis ou vers un convoyeur, un poste de travail ou une machine), comme prendre un flacon d’aspirine sur un convoyeur et le placer dans une boîte.

La seconde est l’orientation de la pièce, ou la mise en place de la pièce ou du produit dans la bonne position en vue de la tâche suivante, exemple l’inversion de la boîte d’aspirine afin d’y apposer une étiquette.

La troisième est la préhension d’une pièce pendant le travail, par exemple un préhenseur monté sur un robot qui tient la boîte d’aspirine pendant qu’elle est scellée ou qu’une étiquette est appliquée.

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Environnements d’exploitation courants

Bien que certaines applications semblent simples, un fonctionnement efficace n’est garanti que si le type de préhenseur choisi est adapté à vos conditions de fonctionnement. On distingue deux catégories courantes d’environnements d’exploitation qui peuvent nécessiter une attention particulière :

  • Contaminés - : Dans les environnements contaminés, il est important de garder votre préhenseur protégé. La poussière, les débris, l’huile, la température élevée et la graisse peuvent être présents dans l’industrie automobile, la fonderie, l’usinage et les applications industrielles générales.

    Des ports de purge sont disponibles sur plusieurs pinces. Un port de purge est un Port air sur le corps du préhenseur qui dispose d’un canal atteignant les mécanismes internes. De l’air à basse pression est introduit pour maintenir une pression positive à l’intérieur du boîtier du préhenseur et empêcher que des contaminants ne soient aspirés dans le fonctionnement interne. Les raccords de graissage peuvent également être nécessaires dans le cadre d’un programme de maintenance préventive dans des environnements difficiles pour purger la graisse sale et/ou ajouter de la graisse neuve.

  • Propreté  : Dans les environnements propres, il s’agit d’empêcher tout ce qui se trouve sur ou dans le préhenseur de pénétrer dans l’environnement de travail et de contaminer la pièce ou le processus. Cet aspect est essentiel dans les secteurs de la médecine, de la pharmacie, de l’électronique et de la production alimentaire, où les contaminants aériens ou de surface sont nuisibles. Plusieurs pinces sont dotés d’un indice de salle blanche pour fonctionner dans un environnement spécifique classé salle blanche.

Des ports d’évent sont disponibles sur plusieurs pinces. Ces ports sont souvent à double usage, comme les ports de purge mentionnés ci-dessus. La différence est que, lorsque le port est utilisé, il peut empêcher les contaminants qui peuvent se trouver à l’intérieur du préhenseur de s’échapper dans l’environnement. Pour ce faire, un vide de faible niveau est appliqué au port pour créer une pression négative et aspirer l’air propre de l’intérieur de l’atmosphère de travail à travers le préhenseur et hors de la cellule de travail.

Que l’on travaille dans un environnement propre ou sale, le blindage peut augmenter la fiabilité. Des protections standard ou personnalisées peuvent détourner les débris du préhenseur ou aider à maintenir la graisse et les contenants internes dans un environnement propre. Le blindage peut être sous forme de capot métallique en de tôles, de couvertures, de protections flexibles et de soufflets, ou de came à lèvres. Ces accessoires peuvent être proposés avec votre préhenseur, soit de manière standard, soit en option, soit en tant qu’offre spéciale, ou vous pouvez les ajouter dans le cadre de l’intégration de votre machine. L’orientation du préhenseur par rapport à la direction des contaminants qui frappent le préhenseur doit être prise en compte pour aider à réduire la quantité de débris qui peuvent entrer en contact avec les surfaces mobiles ou les ouvertures.

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Types de revêtements, graisses & joints

Les matériaux et les revêtements des pinces tels que l’acier inoxydable, le nickelage et l’anodisation à couche dure peuvent empêcher les surfaces de se corroder ou les débris de s’accrocher et de provoquer un blocage des pinces . Dans les applications de salle blanche ou de transformation des aliments, ces mesures peuvent empêcher l’oxydation ou l’accumulation de bactéries dans l’environnement de travail.

Les graisses peuvent être résistantes aux hautes températures, aux produits alimentaires ou à l’eau afin de mieux gérer l’environnement ou les exigences de maintien par lavage. Les joints pneumatiques permettent de supporter des températures extrêmes ainsi que des graviers et des débris. Le Buna-N (nitrile) est généralement standard, le Viton® et le silicone étant sélectionnés pour les températures plus élevées. Des joints métalliques peuvent être disponibles sur les modèles destinés à une chaleur extrême et/ou à la contamination.

Conception du préhenseur & adaptation à l’environnement

La conception et la construction de base des pinces peuvent avoir un impact sur les performances dans tout environnement de travail. Un préhenseur est composé de trois éléments de base : le corps (y compris les moyens de transmission de l’énergie), les mâchoires et les doigts.

En général, le fabricant de pinces conçoit et construit le corps et les mâchoires du préhenseur (ce que l’on appelle le « mode d’actionnement ») tandis que le constructeur de la machine ou l’utilisateur final fournit les doigts personnalisés pour saisir ou encapsuler la pièce. Tenez compte de la longueur appropriée des doigts, de la force de préhension, de la course, du temps d’actionnement et des spécifications de précision fournies par le fabricant du préhenseur.

L’environnement d’exploitation joue un rôle important dans la détermination de la conception du préhenseur approprié. Le mécanisme de support des mâchoires (type de roulement) peut avoir un impact sur la fonction. La conception interne (moyen de transmission de l’énergie du piston à la mâchoire) peut également avoir un impact. Les pinces peuvent être de la même taille et remplir la même fonction, mais avoir des conceptions différentes, certaines étant meilleurs en fonction de l’environnement.

Mécanismes courants de support des mâchoires

Les mécanismes courants de support des mâchoires sont composés de :

  • Roulements lisses (contact de surface :  : Il s’agit notamment des roulements plats de surface à surface et des roulements cylindriques (de type à bagues). Ces roulements résistent bien aux charges d’impact et offrent un excellent support aux mâchoires. Ils ne nécessitent pas de réglages dans le temps et peuvent maintenir un haut degré de précision lorsqu’ils sont usinés avec des tolérances serrées.

  • Roulements à rouleaux (contact linéaire)  : Ces roulements à faible friction comprennent les roulements à rouleaux croisés et les roulements à double V. Ils peuvent être préchargés pour atteindre une grande précision et ajustés au fil du temps pour maintenir un jeu latéral proche de zéro. Cette conception à faible coefficient de friction permet d’« ajuster » facilement la force de serrage en réglant la pression de l’air.

  • Roulements à billes (contact ponctuel)  : Très faible friction, ce qui en fait un bon choix pour les applications de précision et pour le fonctionnement à des pressions de ligne très faibles où un mouvement régulier et régulier est essentiel.

Modes de transmission de l’énergie

Le mode de transmission de l’énergie, ou la conception générale du mécanisme de préhension doit également être pris en compte. Parmi les modèles les plus populaires, citons :

  • Verrouillage à double face - : Le coin offre une grande surface pour transmettre l’énergie aux mâchoires, l’énergie étant répartie de manière égale entre elles. Il se caractérise généralement par une conception à un seul piston pouvant présenter un rapport élevé entre la force de serrage et la taille. En outre, le mouvement des mâchoires est intrinsèquement synchronisé, sans nécessiter de mécanisme supplémentaire. Le verrouillage à double face est robuste et peut supporter des charges d’impact plus élevées répercutées sur le mécanisme.

  • Entraînement direct  : Une tige ou une barre est utilisée pour coupler directement le piston à la mâchoire. Il s’agit généralement de modèles à deux pistons qui nécessitent une liaison de synchronisation des mâchoires. La conception est simple, rentable et facile à protéger.

  • Entraînement par cames  : Transmission directe et synchronisée de l’énergie et contact linéaire pour envoyer l’énergie aux mâchoires. Cette conception comporte un point de pivot par mâchoire et un nombre minimal de pièces mobiles. La came est capable de générer un avantage mécanique, ce qui permet d’obtenir un préhenseur avec une force de serrage élevée dans un petit ensemble. Ces conceptions sont couramment utilisées dans les pinces avec des mouvements de mors angulaires.

  • Entraînement à crémaillère : conçu pour les environnements propres et de hautes précisions. L’entraînement synchronisé transmet la force du piston par l’intermédiaire d’une crémaillère, et on n’observe pratiquement aucune usure des pièces d’entraînement.

Conception de doigts populaires & méthode de préhension

On distingue également plusieurs modèles de doigts et de méthodes de préhension à prendre en compte, notamment :

  • Friction  : Il s’agit de la méthode de pince la plus courante, avec des surfaces de contact qui se ferment et s’arrêtent sur la pièce, créant une force de friction pour maintenir la pièce. En cas de perte de pression d’air, la pièce tombe. Évitez si possible les doigts par friction lors de la manipulation des pièces huileuses ou graissées. Des forces de préhension plus élevées sont généralement nécessaires (c’est-à-dire un préhenseur plus grand) lorsqu’on utilise cette méthode, et une attention particulière doit être accordée à la surface de préhension des doigts. Des serrages en carbure peuvent être ajoutés à la face du doigt pour améliorer la capacité de préhension globale, mais cela peut endommager les surfaces fragiles. Pour les pièces fragiles, des coussinets d’uréthane peuvent être placés sur le doigt, ce qui augmente la friction de la pince sans endommager la pièce.
  • Courbé  : Généralement considérés comme le moyen de préhension le plus sûr, les doigts encapsulés ont un profil de la pièce, c’est-à-dire rectangle à rectangle. Dans cette méthode, les doigts se ferment et s’arrêtent sur ou près de la pièce et comptent sur l’encapsulation pour maintenir la pièce en position. Il s’agit généralement de la conception plus sûre, car en cas de perte de pression, la pièce ne tombera pas à moins d’être soumise à une force extérieure.
  • Encapsulé  : Dans les environnements propres, il s’agit d’empêcher tout ce qui se trouve sur ou dans le préhenseur de pénétrer dans l’environnement de travail et de contaminer la pièce ou le processus. Cet aspect est essentiel dans les secteurs de la médecine, de la pharmacie, de l’électronique et de la production alimentaire, où les contaminants aériens ou de surface sont nuisibles. Plusieurs pinces sont dotés d’un indice de salle blanche pour fonctionner dans un environnement spécifique classé salle blanche.

Priorité à la sécurité

Lorsque l’on envisage la conception des doigts de préhension, la sécurité est l’aspect le plus important. En cas de panne d’électricité (perte de pression d’air), d’autres moyens existent pour empêcher qu’une pièce ne se détache accidentellement du préhenseur et ne cause des blessures corporelles ou n’endommage la machine. Un ressort interne peut être une option pour solliciter le piston et maintenir la position du doigt/mâchoire sur ou autour de la pièce, mais il faut veiller à ce que la force du ressort soit appropriée. Les valves de sécurité externe peuvent être ajoutées aux ports afin de contrôler l’air vers le préhenseur en position ouverte ou fermée. Certains modèles de préhenseurs sont équipés des verrous à tige qui se bloquent automatiquement sur les tiges de guidage des mâchoires en cas de perte de pression d’air. Certains modèles de pinces sont équipés de systèmes de verrouillage des mors qui se bloquent automatiquement en cas de perte de pression d'air.

Conclusion

Les performances de tout système de fabrication automatisé sont aussi solides et fiables que son maillon le plus faible. Pour vous assurer que le maillon faible n’est pas vos pinces, faites attention à l’environnement de travail et aux options de préhension disponibles, y compris les éventuelles solutions personnalisées des fabricants.

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