看透气动夹爪伪标准品本质后,它还会是我们的

by admin    发布时间:2020-04-02 08:09:34

气动夹爪是工业自动化中目前最常见的核心零部件,是工件原位转移和上下料的元素级产品。保守估计,全球模块化夹爪的全年使用量在3000万个左右,已被广泛应用到汽车零部件、3C、

气动夹爪是工业自动化中目前最常见的核心零部件,是工件原位转移和上下料的元素级产品。保守估计,全球模块化夹爪的全年使用量在3000万个左右,已被广泛应用到汽车零部件、3C、食品、注塑等行业中。

图1 气动夹爪及在工业自动化中应用

 

 

工业上如此大体量的模块化夹爪,标准化程度如何呢?在研究了国内外近10家知名末端执行器厂商的产品后,不难得到如下结论:

 

1、核心部件实现了规格化,但夹爪本体难以标准化。

气缸是气动夹爪的重要组成部件。经过自动化行业多年的发展,市面上基本上形成了规格化的气缸序列,大体将气缸缸径分为6、10、16、20、25、32、40、64、80、100、125、160、200、240、380系列,缸径代号代表缸径大小,比如缸径40,代表40mm的气缸组成的气动夹爪。根据F=PS,缸径越大,加持能力越强。

尽管气动夹爪在气缸直径上实现了规格化,在另外一个重要性能指标上却很难实现标准化:行程。气缸的缸径决定了抓取力,行程则决定了抓取的范围。由于受压缩空气作为动力,气动夹爪仅能工作在完全张开和完全闭合两个状态,实现不了行程上的柔性设置,因此大型的气动夹爪生产厂家要产生大几十种甚至上百种产品序列来平衡夹取力和夹取行程的多样化用户需求,其中雄克气动夹爪产品约170个规格,SMC超40款气动产品、费斯托也有超过50个产品规格。

针对如此多的产品规格,用户选择时就会在性能和价格上比较纠结:基于最高性价比,选择满足性能要求的最低要求产品,那么终端客户要求稍一变化,则该款产品基本上就浪费掉了,这个在生产线上是常有的事;如果考虑到余量,用户选型时往长行程上靠,生产成本又会增加很多。其实,左右为难的根本原因就是在于气动夹爪的柔性太差,没有太多的调整空间。这个也是为什么,业内普遍认为气动夹爪太非标的原因。

 

2、各大厂商的爆款产品集中在小负载小行程序列,长行程气动夹爪仅集中在少数厂家,价格差异非常大。

一个很有意思的现象是几乎各大气动夹爪厂商都将爆款产品定位于轻负载小行程序列,比如日本的SMC的产品目录中48款气动夹爪产品中只有3款负载能力在1kg以上,多数集中在500g以内的负载能力。德国费思托明星系列DHPS气动夹爪也集中在35缸径以下,即450g以下的负载能力。此外,还有德国克的MPG和MPC系列。

      

图2 某品牌长行程气动夹爪

随着行程增大,负载增大,气动夹爪的价格呈现出了较大的差异性。比如某公司的行程10mm、负载150g的气动夹爪价格在1500元左右,其150mm行程、负载能力约10kg的气动夹爪价格一般在2万以上,可以看出价格差异非常大的。负载增大、行程增加,对于夹爪的设计和加工难度急剧增长,由于气动碰撞抓取的必然属性,负载越大,对结构的要求就越强,核心零部件面临的挑战也会越大,这也是价格差异的主要原因。

纵观国内外,负载和行程覆盖最全的厂商还是德国克,世界占有率第一还是名不虚传,其次是费托。根据国外知名咨询公司调查,国外模块化夹爪的平均单价在3500元左右。国内厂家生产的气动夹爪多数集中设计和加工壁垒不高的小负载小行程这个区间,目前已经一片红海,产品虽然做到了白菜价,但寿命、可靠性与国外还存在不小差距,基本在一些微型加工厂应用,很难在产业集中的如汽车零部件、3C等高端制造业有一席之地。

 

3、气动夹爪依附于气动系统,非标设计环节多,集成的附加成本高。

在工厂里气动夹爪随处可见,是工件转移的必要零部件。但内行人都知道仅气动夹爪本身是不能工作的,需要气源及附属系统的支持。作为一个执行部件,气动夹爪的支持系统尤为复杂,包括高压气源、气动三联件、管路、管路接头、节流阀、消音器、磁性开关、中封电磁阀、压力开关等一系列气动元器件,见图3。这也是为什么大家看国外气动模块化夹爪公司网站时,会看到许多产品序列,在展会上拿到的产品目录也少则一千多页。其实,总体来讲,其产品目录均是支持最后与工件转移的执行部件所需要的气动元件。那么这一部分费用,是不是应该算到气动夹爪的综合成本中呢。

图3 气动夹爪的支持系统

表1列出了日系某品牌单夹爪和双夹爪(25缸径,100g负载)的费用情况,以日系某品牌为例,价格仅供参考。

 
 

 

上表可以看出,针对单价在1100元左右的100g负载的气动夹爪,使用单个夹爪的边际成本在2405元,综合成本在3505元,如果系统再增加一个夹爪,综合成本增加在1752元。由此可见,夹爪支持系统的成本不低。

我们再来核算一下施工成本。每个气动夹爪,都至少需要2根气管(一进一出),如果对性能要求比较高的话,还需要2路磁性开关,去反馈抓取结果。试想一下,如果一个工作站需要10个夹爪,则需要至少40根电气管路,给施工敷设、故障定位都会造成了不小的负担。另外,气动夹爪设计时,会遵守理想气体状态方程pv/T=c(常数),那么敷设管路的长短、粗细都会影响到传送至气动夹爪内气缸的压力,再加上系统气源会时常不稳,在设计气动系统时技术人员就要考虑敷设路径、气源稳定性、管径等各种因素。按照目前的人工价格,机械及电控系统集成工程师的价格至少在100元/小时的区间,保守估计评价每个夹爪需要额外增加800元左右的设计及施工成本。此外,故障情况或生产线调整情况下,这个费用是至少要Double的。

 

综合以上分析,您还会觉得气动夹爪是一个即插即用的标准品么?看透气动夹爪伪标准品本质后,它的性价比真的您想象的那样高么?

假如说,电动夹爪在可靠性、稳定性、寿命、力控能力、位移可设置等各性能上可以秒杀气动夹爪,成本又能做到相同负载能力的气动夹爪(仅夹爪)单机成本的3/4,施工及调试时间缩短在5分钟以内,您还会将气动夹爪作为系统集成的第一选择么?

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