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SMC气动技术发展与前景以及应用系统说明
2025年03月09日 07:28:29
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来源: 东莞市轩耀自动化科技有限公司
SMC气动技术应用的雏形，大约开始子1776 年John Wilkinson 发明能产生1个大气压左右压力的空气压缩机。1880年，人们*次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功地用到火车的制动上。上世纪30年代初。气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。进入到60 年代尤其是70 年代初，随着工业机械化和自动化的发展，气动技术才广泛应用在生产自动化的各个领域，形成现代气动技术。
下面简要介绍生产技术领域应用气动技术的一些例子。
1 ．汽车制造行业
现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，几乎无一例外地采用了气动技术。如：车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气缸及相应的气动控制系统。高颇率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是zui有代表性的气动技术应用之一。另外，搬运装置中使用的高速气缸（zui大速度达3m / s ）、复合控制阀的比例控制技术都代表了当今气动技术的新发展。
2 ．电子、半导体制造行业
在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显象管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到位置上．对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN 气缸。这种气缸具有特殊的加减速机构，可以平稳地将盛满水的水杯从A 点送到B 点，并保证水不溢出。为了提高试验效率和追求准确的试验结果，摩托罗拉采用了由SMC 小型气缸和控制阀构成的携带式的性能寿命试验装置，不仅可以随意地改变按键频度，还可以根据需要，随时改变按键的力度．对环境洁净度要求高的场所，可以选用洁净系列的气动元件，这种系列的气缸、气阀及其它元件有特殊的密封措施。
3 ．生产自动化的实现
60 年代，气动技术主要用于比较繁重的作业领域作为辅助传动。现在，在工业生产的各个领域，为了保证产品质t 的均一性，为了能减轻单调或繁重的体力劳动、提高生产效率，为了降低成本，都已广泛使用了气动技术。在缝纫机、自行车、手表、洗衣机、自动和半自动机床等许多行业的零件加工和组装生产线上，工件的搬运、转位、定位、夹紧、进给、装卸、装配、清洗、检测等许多工序中都使用气动技术．气动木工机械可完成挂胶、压合、切割、刨光、开槽、打棒、组装等许多作业。自动喷气织布机、自动清洗机、冶金机械、印刷机械、建筑机械、农业机械、制鞋机械、塑料制品生产线、人造革生产线、玻璃制品加工线等许多场合，都大量使用了气动技术.
4 ．包装自动化的实现
气动技术还广泛应用于化肥、化工、粮食、食品、药品等许多行业，实现粉状、粒状、块状物料的自动计量包装．用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。用子对粘稠液体（如油漆、油墨、化妆品、牙青等）和有毒气体（如煤气等）的自动计量灌装。由上面所举例子可见，气动技术在各行各业已得到广泛的应用。
目前SMC气动技术应用系统运用说明：
SMC气动执行元件和SMC控制元件气动执行元件是一种能量转换装置, 它是将压缩空气的压力能转化为机械能, 驱动机构 实现直线往复运动,摆动,旋转运动或冲击动作.气动执行元件分为气缸和气马达两大类. 气缸用于提供直线往复运动或摆动, 输出力和直线速度或摆动角位移. 气马达用于提供连续 回转运动,输出转矩和转速. 气动控制元件用来调节压缩空气的压力流量和方向等, 以保证执行机构按规定的程序正 常进行工作.SMC气动控制元件按功能可分为压力控制阀,流量控制阀和方向控制阀.
*节 SMC气缸 一,SMC气缸的工作原理,分类及安装形式 气缸的工作原理, 1 2 14 3 4 5 6 13 12 11 10 9 8 7 1.SMC气缸的典型结构和工作原理1. 普通双作用气缸 1,3-缓冲柱塞 2-活塞 4-缸筒 5-导向套 6-防尘圈 7-前端盖 8-气口 9- 传感器 10-活塞杆 11-耐磨环 12-密封圈 13-后端盖 14-缓冲节流阀 以气动系统中zui常使用的单活塞杆双作用气缸为例来说明,
SMC气缸它由缸筒,活塞,活塞杆,前端盖,后端盖及密封件等组成.双作用气缸内部被活塞 分成两个腔.有活塞杆腔称为有杆腔,无活塞杆腔称为无杆腔. 当从无杆腔输入压缩空气时, 有杆腔排气, 气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的力 克服阻力负载推动活塞运动, 使活塞杆伸出; 当有杆腔进气, 无杆腔排气时, 使活塞杆缩回. 若有杆腔和无杆腔交替进气和排气,活塞实现往复直线运动. 2.气缸的分类 气缸的种类很多,一般按气缸的结构特征,功能,驱动方式或安装方法等进行分类.分 类的方法也不同.按结构特征,气缸主要分为活塞式气缸和膜片式气缸两种.按运动形式分 为直线运动气缸和摆动气缸两类. 3.SMC气缸的安装形式 气缸的安装形式可分为 1)固定式气缸 气缸安装在机体上固定不动,有脚座式和法兰式. 2)轴销式气缸 缸体围绕固定轴可作一定角度的摆动,有 U 形钩式和耳轴式. 3)回转式气缸 缸体固定在机床主轴上,可随机床主轴作高速旋转运动.这种气缸常 用于机床上气动卡盘中,以实现工件的自动装卡. 4)嵌入式气缸 气缸缸筒直接制作在夹具体内. 二,常用气缸的结构原理 1.普通气缸 包括单作用式和双作用式气缸.常用于无特殊要求的场合. 图 13-2 为zui常用的单杆双作用普通气缸的基本结构,气缸一般由缸筒,前后缸盖,活 塞,活塞杆,密封件和紧固件等零件组成. 缸筒 7 与前后缸盖固定连接.有活塞杆侧的缸盖 5 为前缸盖,缸底侧的缸盖 14 为后缸 盖.在缸盖上开有进排气通口,有的还设有气缓冲机构.前缸盖上,设有密封圈,防尘圈 3, 同时还设有导向套 4,以提高气缸的导向精度.活塞杆 6 与活塞 9 紧固相连.活塞上除有密 封圈 10,11 防止活塞左右两腔相互漏气外,还有耐磨环 12 以提高气缸的导向性;带磁性开 关的气缸,活塞上装有磁环.活塞两侧常装有橡胶垫作为缓冲垫 8.如果是气缓冲,则活塞 两侧沿轴线方向设有缓冲柱塞,同时缸盖上有缓冲节流阀和缓冲套,当气缸运动到端头时, 图 13-2 普通双作用气缸 1,13-弹簧挡圈 2-防尘圈压板 3-防尘圈 4-导向套 5-杆侧端盖 6-活塞杆 7-缸筒 8-缓冲垫 9-活塞 10-活塞密封圈 11-密封圈 12-耐磨环 14-无杆 侧端盖 缓冲柱塞进入缓冲套,气缸排气需经缓冲节流阀,排气阻力增加,产生排气背压,形成缓冲 气垫,起到缓冲作用. 2.特殊气缸 图 13-3 1-缸体 薄膜气缸 4-活塞杆 2-膜片 3-膜盘 为了满足不同的工作需要,在普通气缸的基础上,通过改变或增加气缸的部分结构,设 计开发出多种特殊气缸. (1) SMC薄膜式气缸为膜片气缸的工作原理图. 膜片有平膜片和盘形膜片两种 一 般用夹织物橡胶,钢片或磷青铜片制成,厚度为 5～6mm (有用 1～2mm 厚膜片的) . 图 13-3 所示的膜片气缸的功能类似于弹簧复位的活塞式单作用气缸, 工作时, 膜片在 压缩空气作用下推动活塞杆运动.它的优点是:结构简单,紧凑,体积小,重量轻,密封性 好,不易漏气,加工简单,成本低,无磨损件,维修方便等,适用于行程短的场合.缺点是 行程短,一般不趁过 50mm.平膜片的行程更短,约为其直径的 1/10. (2) SMC磁性开关气缸 磁性开关气缸是指在气缸的活塞上安装有磁环, 在缸筒上直接安装 磁性开关,磁性开关用来检测气缸行程的位置,控制气缸往复运动.因此,就不需要在缸筒 上安装行程阀或行程开关来检测气缸活塞位置,也不需要在活塞杆上设置挡块. 其工作原理它是在气缸活塞上安装*磁环, 在缸筒外壳上装有舌簧 开关.开关内装有舌簧片,保护电路和动作指示灯等,均用树脂塑封在一个盒子内.当装有 *磁铁的活塞运动到舌簧片附近,磁力线通过舌簧片使其磁化,两个簧片被吸引接触,则 开关接通.当*磁铁返回离开时,磁场减弱,两簧片弹开,则开关断开.由于开关的接通 或断开,使电磁阀换向,从而实现气缸的往复运动. SMC磁性开关气缸 1-动作指示灯 2-保护电路 3-开关外壳 4-导线 5-活塞 6-磁环 7-缸筒 8-舌簧开关 气缸磁性开关与其它开关的比较见表 3-1. 表 3-错误!未定义书签. 气缸磁性开关与其它开关的比较开关形式 控制原理 成本 调整安装复杂性 (3)SMC带阀气缸 带阀气缸是由气缸, 磁性开关 磁场变化低方便,不占位置 换向阀和速度控制 阀等组成的一种组低麻烦,占位置 合式气动执行元件. 行程开关 机械触点 它省去了连接管道 接近开关阻抗变化高麻烦,占位置 和管接头, 减少了能 量损耗, 具有结构紧 凑,安装方便等优 点. 带阀气缸的阀有 光电开关 光的变化 高 麻烦,占位置 电控,气控,机控和 手控等各种控制方 式.阀的安装形式有安装在气缸尾部,上部等几种.SMC电磁换向阀安装在气 缸的上部,当有电信号时,则电磁阀被切换,输出气压可直接控制气缸动作.SMC带阀组合气缸 1-管接头 2-气缸 3-气管 4-电磁换向阀 5-换向阀底板 6-单向节流阀组合 件 7-密封圈. (4) 带导杆气缸 图 13-6 为带导杆气缸, 在缸筒两侧配导向用的滑动轴承 (轴 瓦式或滚珠式),因此导向精度高,承受横向载荷能力强. SMC带导杆气缸的结构 (5)SMC无杆气缸 无杆气缸是指利用活塞直接或间 接方式连接外界执行机构,并使其跟随活塞实现往复运动的气缸.这种气缸的zui 大优点是节省安装空间. 1)SMC磁性无杆气缸 活塞通过磁力带动缸体外部的移动体做同步移动,它的工作原理是:在活塞上安装一组高强磁性的*磁环,磁力 线通过薄壁缸筒与套在外面的另一组磁环作用,由于两组磁环磁性相反,具有很 强的吸力.当活塞在缸筒内被气压推动时,则在磁力作用下,带动缸筒外的磁环 套一起移动.气缸活塞的推力必须与磁环的吸力相适应. SMC磁性无杆气缸 1-套筒 2-外磁环 3-外磁导板 4-内磁环 5-内磁导板 6-压盖 7-卡环 8 -活塞 9-活塞轴 10-缓冲柱塞 11-气缸筒 12-端盖 13-进,排气口 2)SMC机械接触式无杆气缸 ,在气缸缸管轴向开有一条槽,活塞与滑块在槽上部移动. 为了防止泄漏及防尘需要, 在开口部采用聚氨脂密封带和防尘不锈钢带固定在两 端缸盖上,活塞架穿过槽,把活塞与滑块连成一体.活塞与滑块连接在一起,带 动固定在滑块上的执行机构实现往复运动.这种气缸的特点是: 与普通气缸 相比,在同样行程下可缩小 1/2 安装位置;2) 不需设置防转机构;3) 适用于缸 径 10～80mm,zui大行程在缸径≥40mm 时可达 7m;4) 速度高,标准型可达 0.1～ 0.5m/s;高速型可达到 0.3～3.0m/s.其缺点机械接触式无杆气缸 是: 密封性能差,容易产生外 泄漏.在使 l-节流阀 2-缓冲柱塞 3-密封带 4-防尘不锈钢带 5-活塞 6-滑块 7-活塞架 用三位阀时必须选用中压式;2) 受负载力小,为了增加负载能力,必须增加导 向机构. 机械接触式无杆气缸 l-节流阀 2-缓冲柱塞 3-密封带 4-防尘不锈钢带 5-活塞 6-滑块 7-活塞架 (6)锁紧气缸 带有锁紧装置的气缸称为锁紧气缸按锁紧位置分为行程末端锁 紧型和任意位置锁紧型. 1)SMC行程末端锁紧型气缸,当活塞运动到行程末端,气压释放后,锁 定活塞 1 在弹簧力的作用下插入活塞杆的卡槽中,活塞杆被锁定.供气加压时,锁定活塞 1 缩回退出卡槽而开锁,活塞杆便可运动. 带端锁气缸的结构原理 a)手动解除非锁式 b)手动解除锁式. 1-锁定活塞 2-橡胶帽 3,12-帽 4-缓冲垫圈 5-锁用弹簧 6-密封件 7-导向套 8-螺钉 9-旋钮 10-弹簧 11-限位环 2) 任意位置锁紧型气缸 按锁紧方式可分为卡套锥面式, 弹簧式和偏心式等多种形式. 卡套锥面式锁紧装置由锥形制动活塞 6,制动瓦 1,制动臂 4 和制动弹簧 7 等构成,.作用在锥状锁紧活塞上的弹簧力由于楔的作用而被放大,再由杠杆 原理得到放大. 这个放大的作用力作用在制动瓦 1 上, 把活塞杆锁紧. 要释放对活塞的锁紧, 向供气口 A′供应压缩空气,把锁紧弹簧力撤掉. 制动气缸制动装置工作原理 a)自由状态 b)锁紧状态 l-制动瓦 2-制动瓦座 3-转轴 4-制动臂 5-压轮 6-锥形制动活 塞 7-制动弹簧 (7)SMC气动手爪 气动手爪这种执行元件是一种变型气缸.它可以用来抓取物体, 实现机械手各种动作.在自动化系统中,气动手 爪常应用在搬运,传送工件机构中抓取,拾放物体. SMC制动气缸制动装置工作原理平行开合手指 a)自由状态 b)锁紧状态 l-制动瓦 2-制动瓦座 3-转轴 4-制动臂 5-压轮 6-锥形制动活塞 7-制动弹簧，平行开合手指 气动手爪有平行开合手指(如图 13-11 所示),肘节摆动开合手爪,有两爪, 三爪和四爪等类型, 其中两爪中有平开式和支点开闭式驱动方式有直线式和旋转 式. 气动手爪的开闭一般是通过由气缸活塞产生的往复直线运动带动与手爪相连的 曲柄连杆,滚轮或齿轮等机构,驱动各个手爪同步做开,闭运动. (8)SMC气液阻尼缸 气缸以可压缩空气为工作介质,动作快,但速度稳定性差,当负载变 化较大时,容易产生"爬行"或"自走"现象.另外,压缩空气的压力较低,因而气缸的输 出力较小.为此,经常采用气缸和油缸相结合的方式,组成各种气液组合式执行元件,以达 到控制速度或增大输出力的目的. 气液阻尼缸是利用气缸驱动油缸,油缸除起阻尼作用 图 13-12 气液阻尼缸 外,还能增加气缸的刚性(因为油是不可压缩的) ,发挥了 液压传动稳定,传动速度较均匀的优点.常用于机床和切削 装置的进给驱动装置. 串联式气液阻尼缸的结构.它采用一根活塞杆将两活塞串在一起,油 缸和气缸之间用隔板隔开, 防止气体串入油缸中. 当气缸左端进气时, 气缸将克服负载阻力, 带动油缸向右运动,调节节流阀开度就能改变阻尼缸活塞的运动速度 . SMC单叶片式摆动气缸 工作原理：1-叶片 2-转子 3-定子 4-缸体 SMC气液阻尼缸 (10)SMC摆动气缸是一种在小于 360°角度范围内做往复摆动的气缸,它是将压缩空气的压力能转换成机械能,输出 力矩使 机构实现往复摆动.摆动气缸按结构特点可分为叶片式和活塞式两种. 1)SMC叶片式摆动气缸的结构原理它是由叶片轴转 子(即输出轴) ,定子,缸体和前后端盖等部分组成.定子和缸体固定在一起,叶片和转子 联在一起.在定子上有两条气路,当左路进气时,右路排气,压缩空气推动叶片带动转子顺 时针摆动.反之,作逆时针摆动. 叶片式摆动气缸体积小,重量zui轻,但制造精度要求高,密封困难,泄漏是较大,而且 动密封接触面积大,密封件的摩擦阻力损失较大,输出效率较低,小于 80%.因此,在应用 上受到限制,一般只用在安装位置受到限制的场合,如夹具的回转,阀门开闭及工作台转位等. SMC单叶片式摆动气缸工作原理图 1-叶片 2-转子 3-定子 4-缸体 2)SMC活塞式摆动气缸是将活塞的往复运动通过机构转变为输出 轴的摆动运动.按结构不同可分为齿轮齿条 式, 齿轮齿条式摆动气缸结构原理 螺杆式和曲柄式等几种. 1-齿条组件 2-弹簧柱销 3-滑块 4-端盖 5-缸体 6-轴承 7-轴 8-活塞 9-齿轮 图 13-14 齿轮齿条式摆动气缸结构原理 1-齿条组件 2-弹簧柱销 3-滑块 4-端盖 5-缸体 6-轴承 7-轴 8-活塞 9- 齿轮。 SMC齿轮齿条式摆动气缸是通过连接在活塞上的齿条使齿轮回转的一种摆动气缸,活塞仅作往复直线运动, 摩擦损失少,齿轮传动的效率较高,此摆动气缸效率可达到 95%左右.
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一、气动元件：
德国品牌：德国宝德BURKERT电磁阀，德国festo费斯托气动元件，英国海隆诺冠
日本品牌：日本SMC气动元件，日本CKD喜开理气动元件，日本小金井气动元件
意大利品牌：意大利UNIVER意大利康茂盛
美国品牌：美国ROSS美国ASCO电磁阀，美国MAC电磁阀
中国台湾：中国台湾MINDMAN金器，中国台湾AIRTAC亚德客
二、工控产品
德国品牌：德国PILZ皮尔兹继电器，德国IFM易福门传感器，德国海德汉HEIDENHAIN德国P+F倍加福传感器，德国RENCON编码器，德国施克SICK德国TURCK图尔克，德国HIRSCHMANN赫斯曼工业交换机。德国亨士乐，德国MURR穆尔，德国金钟默勒
日本品牌：日本欧姆龙OMRON传感器，日本神视SUNX基恩士，日本奥普士，日本SUMTAK盛太克编码器，日本内密控编码器
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三、液压元件
美国品牌：美国NUMATICS纽曼蒂克，美国PARKER派克气动液压，美国VICKERS威格士，美MOOG穆格，美国FAIRCHILD美国POSEMOUNT罗斯蒙特，美国艾默生EMERSON美国哈希HACH美国丹尼逊液压元件，美国克力帕
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日本品牌：日本油研YUKEN，日本不二越NACHI，日本黑田精工，日本丰兴TOYOOKI，日本大金液压DAIKIN，日本东机美
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