日本CKD喜开理机械卡爪BHA-FC系列核心技术

一、型号组成(模块化编码逻辑)
BHA-FC 系列作为机械驱动型卡爪的产品,采用 “功能分段 + 参数显性化" 编码规则,完整结构为 BHA-FC-(夹持类型)-(尺寸规格)-(驱动方式)-(定位精度)-(功能配置)-(特殊适配后缀) ,各编码段精准对应机械传动特性与场景需求,可通过型号直接判断核心性能:
  • 夹持类型:首段后缀区分平行爪(-P,双爪平行移动)、摆动爪(-S,双爪绕轴摆动)、三爪定心(-T,三爪同步定心夹持),其中平行爪占比超 60%,适配绝大多数平面夹持场景。

  • 尺寸规格:采用 “数字 + 单位标识",16-100mm 段为常规尺寸,16 代表夹持范围 φ16-φ35mm、本体长度 85mm;32 代表 φ32-φ65mm、本体长度 120mm;63 代表 φ63-φ120mm、本体长度 165mm;100 代表 φ100-φ200mm、本体长度 220mm,尺寸递增直接关联丝杠 / 齿轮规格升级。

  • 驱动方式:核心编码段区分手动型(-M,旋钮调节)、气动辅助型(-A,气动驱动 + 手动微调)、电动联动型(-E,伺服电机驱动),电动型追加 “-200"“-400" 标识电机功率(200W/400W)。

  • 定位精度:基础级(无后缀,重复定位一致性≤±0.02mm)、精密级(-P,≤±0.01mm)、超精密级(-SP,≤±0.005mm),精度等级由丝杠螺距误差与导轨平行度共同决定。

  • 功能配置:“-L" 代表长行程款(行程较标准型增加 50%),“-K" 代表带自锁功能(机械锁死机构),“-D" 代表带位置检测(集成机械标尺),“-SEN" 代表带电子传感(位移传感器反馈)。

  • 特殊适配后缀:“-W" 宽爪型(爪体宽度增加至原尺寸 1.5 倍),“-N" 窄体型(本体宽度缩减 20%),“-C" 洁净型(表面特殊处理),“-H" 高温型(耐温≤200℃)。典型型号示例:BHA-FC-P-32-E-400-SP-SEN-H,即 32mm 规格平行爪、400W 电动驱动、超精密级、带电子传感、高温适配型机械卡爪。

二、衍生系列(功能细分型号)
  1. 标准手动型(BHA-FC-XX-M 系列):覆盖 16-100mm 全尺寸段,采用梯形丝杠传动,铸铁本体搭配 SUS304 爪体,手动旋钮调节行程,适配小批量多品种生产的工件定位、工装夹紧场景,16 型号重量 0.8kg,100 型号重量 5.2kg。

  1. 气动辅助型(BHA-FC-XX-A 系列):核心搭载 “气动驱动缸 + 手动微调旋钮",夹持动作由气压驱动(0.4-0.6MPa),定位精度通过手动旋钮补偿,重复定位一致性≤±0.015mm,适配中等批量装配线的工件快速夹持与精准定位。

  1. 电动联动型(BHA-FC-XX-E 系列):集成伺服电机与滚珠丝杠,200W 型号夹持速度≤50mm/s,400W 型号可达 80mm/s,支持脉冲信号控制与 PLC 联动,适配自动化产线的可编程夹持场景,超精密级型号可接入视觉系统实现闭环控制。

  1. 三爪定心型(BHA-FC-T-XX 系列):专属三爪同步传动结构,采用伞齿轮均分动力,定心精度≤±0.01mm,适配轴类、套类工件的径向夹持,63 型号最大夹持力可达 1500N,常用于轴承内圈装配定位。

  1. 洁净室专用型(BHA-FC-XX-C 系列):本体采用铝合金阳极氧化(Ra≤0.4μm),丝杠加注低挥发润滑脂,爪体采用 POM 材质,整体密封等级 IP67,适配半导体封装、医疗器材组装等无尘环境。

三、规格要点(机械传动核心特性)
  • 高精度传动结构:平行爪型号采用 “滚珠丝杠 + 线性导轨" 组合,丝杠螺距≤0.003mm/rev,导轨平行度≤0.005mm/m,16-32mm 型号搭载单丝杠双滑块,63-100mm 型号采用双丝杠同步驱动,确保双爪运动一致性。

  • 刚性强化本体设计:标准型采用 HT250 灰铸铁本体(抗拉强度≥250MPa),高负载型号升级为 QT450 球墨铸铁(屈服强度≥310MPa),丝杠支撑座采用整体锻造工艺,与本体通过 4 组 M8 螺栓紧固,抗变形能力较普通机械卡爪提升 40%。

  • 自锁安全机构:带 “-K" 后缀型号内置楔形块自锁装置,夹持后通过弹簧驱动楔形块卡紧丝杠,静止状态下可承受 2 倍额定负载不松动,手动解锁力≤15N,适配垂直方向工件夹持与长时间定位场景。

  • 多维安装系统:本体底部与侧面均设 T 型安装槽,16-32mm 型号适配 M6 螺栓,63-100mm 型号适配 M10 螺栓,支持卧式、立式、倒挂三种安装方式,附带定位销孔(φ6-φ10mm),安装定位时间≤10 分钟。

  • 人性化操作设计:手动型旋钮采用滚花处理,操作力矩≤3N・m,配备行程刻度盘(精度 0.1mm);电动型集成急停按钮与状态指示灯,支持手动 / 自动双模式切换,故障时可手动调节脱离困境。

四、特殊规格(定制化拓展维度)
  • 爪体定制方案:提供四类爪体选择 —— 标准钢爪(SCM440,HRC 50-55)适配金属工件,软质爪(PA66 + 玻纤,邵氏 D 85)适配塑料件,耐磨爪(碳化钨涂层,HV 1100)适配高磨损工况,异形爪(根据工件轮廓定制,加工周期 3-5 个工作日)适配不规则工件。

  • 行程拓展定制:常规行程基础上,可定制超短行程(-SS,较标准型缩减 30%)与超长行程(-LL,较标准型增加 100%),超长行程型号采用加长丝杠与多段导轨拼接,63-LL 型号行程可达 120mm,仍保持平行度≤0.01mm。

  • 环境适配升级:高温型(-H)采用氟橡胶密封件与高温润滑脂(工作温度 - 10℃-+200℃),耐腐蚀型(-CR)本体喷涂环氧树脂,爪体采用 SUS316L 不锈钢,适配酸碱溶液接触的化工场景;防爆型(-EX)符合 Ex d IIB T4 标准,适配油气勘探设备配套。

  • 检测功能定制:基础检测型(-D)配备机械式标尺(读数精度 0.01mm),电子检测型(-SEN)集成磁栅位移传感器(分辨率 0.001mm,响应时间≤0.1ms),可实时反馈爪体位置至控制系统,实现夹持尺寸在线监控。

  • 接口适配定制:电动型可定制 PROFINET、EtherCAT 等工业以太网接口,支持与主流 PLC 直接通讯;手动型可加装快换爪座(更换时间≤30 秒),适配多品种工件快速切换生产。

五、核心参数(机械特性详解)
  • 夹持范围与行程:16 型号夹持范围 φ16-φ35mm(行程 9.5mm),32 型号 φ32-φ65mm(行程 16.5mm),63 型号 φ63-φ120mm(行程 28.5mm),100 型号 φ100-φ200mm(行程 50mm);长行程款 63-L 型号行程达 42.8mm,夹持范围扩展至 φ63-φ148mm。

  • 夹持力与驱动性能:手动型 16 型号最大夹持力 300N,100 型号 1800N;气动辅助型 32 型号在 0.6MPa 下夹持力 800N;电动型 200W 型号夹持力 1200N,400W 型号 2500N,夹持力线性调节范围 10%-100%。

  • 定位与运动性能:基础级型号重复定位一致性≤±0.02mm,精密级≤±0.01mm,超精密级≤±0.005mm;电动型空载运动速度 10-80mm/s 可调,加减速时间 0.1-1.0s 可设,启停冲击≤5m/s²。

  • 工作条件:手动型无特殊环境要求;气动辅助型适配压缩空气(ISO 8573-1 Class 4,含尘量≤5μm);电动型工作电压 AC 200-240V,功率消耗 200W 型号≤180W,400W 型号≤380W,工作温度 - 5℃-+60℃(标准型)。

  • 寿命与外形参数:机械寿命手动型≥50 万次,电动型≥30 万次;16 型号外形 85mm×60mm×55mm(0.8kg),32 型号 120mm×80mm×70mm(1.8kg),63 型号 165mm×110mm×95mm(3.5kg),100 型号 220mm×150mm×120mm(5.2kg)。

六、操作使用(机械传动专属规范)
(一)安装准备与流程
  1. 前期校验:拆箱后手动转动丝杠,确认爪体运动顺畅无卡滞,用百分表检测双爪平行度(偏差≤0.03mm);附件含安装螺栓、定位销、扳手、说明书,电动型额外配备伺服驱动器与接线端子。

  1. 安装定位:根据负载方向选择安装方式,径向负载优先侧面安装,轴向负载优先底部安装;安装面需铣削加工,平面度≤0.02mm/m,粗糙度 Ra≤3.2μm;16 型号用 M6×12 螺栓(紧固力矩 4.5N・m),100 型号用 M10×20 螺栓(紧固力矩 22N・m),安装后校准爪体中心与工件中心同轴度(偏差≤0.03mm)。

  1. 驱动系统连接:气动辅助型区分进气口(A 口)与排气口(R 口),采用 φ6 聚氨酯气管连接,气压调节至 0.4MPa 初始值;电动型连接电源与控制信号线,驱动器参数按说明书预设(电机型号、控制模式等),通讯接口需匹配 PLC 协议。

  1. 初始位置校准:手动型转动旋钮至行程中点,对准刻度盘零位;电动型执行回原点操作,确保爪体回归机械原点,原点定位完成后保存参数,误差反馈值≤0.002mm。

(二)调试与试运行
  1. 负载测试:手动型逐步施加额定负载的 20%、50%、100%,观察爪体有无位移,自锁型需测试解锁力是否正常;电动型在 50% 负载下运行 10 个循环,监控电流波动≤5%,位置偏差≤0.01mm。

  1. 定位精度调试:精密级以上型号需用激光干涉仪检测定位性能,在行程范围内均匀选取 5 个测试点,每个点重复测量 10 次,确保一致性符合等级要求;若偏差超标,可通过调节丝杠预紧螺母修正(预紧力矩 1.5-3.0N・m)。

  1. 联动适配调试:电动型接入 PLC 系统,编写 “夹持 - 定位 - 松开" 控制程序,设置行程极限与力值保护参数(过载保护设为额定值 120%);试运行 50 个循环,重点监控启停瞬间的位置稳定性,确保无超调现象。

(三)维护保养规范
  1. 传动系统维护:丝杠每 3 个月补充润滑脂(锂基润滑脂 NLGI 2 级),注脂量为丝杠容积的 1/3,电动型需拆卸防尘罩注脂;导轨每月用干净抹布擦拭后涂抹润滑油(ISO VG 32),确保运动顺畅。

  1. 日常检查项目:每日检查爪体磨损(磨损量≥0.2mm 需更换),每周检查丝杠防尘罩完整性(破损需及时更换),每月检查螺栓紧固状态(松动需复紧),每季度拆解丝杠支撑座,检查轴承磨损(滚动体有划痕需更换)。

  1. 存储与闲置保护:长期闲置(>1 个月)需将爪体调至行程中点,丝杠涂抹防锈润滑脂,本体覆盖防锈膜;存储环境温度 0-40℃,湿度≤70%,避免阳光直射与腐蚀性气体;每 2 个月手动转动丝杠 1 次,防止锈蚀卡滞。

(四)故障排查与解决
  1. 爪体运动卡滞:先检查丝杠润滑状态(干结需用煤油清洗后重新注脂),再查看导轨是否有异物(用压缩空气吹扫),若为丝杠磨损(螺距误差超 0.005mm)需更换丝杠组件。

  1. 夹持力不足:手动型检查丝杠是否滑扣(更换丝杠);气动辅助型检测气压是否达标(需稳定在 0.4-0.6MPa),排查气缸密封件磨损(更换密封件);电动型检查电机功率输出(驱动器报警需复位参数)。

  1. 定位精度下降:优先检查丝杠预紧力(不足需重新调节),再检测安装面平整度(变形需重新铣削),超精密级型号需校准伺服电机编码器(重新执行原点回归)。

  1. 电动型无响应:检查电源与控制线连接(松动需紧固),查看驱动器报警代码(过流需检查负载,过压需调节电压),电机异响可能为轴承损坏(更换电机轴承)。

七、应用案例(机械传动场景实战)
(一)模具制造:注塑模具定位夹紧
  • 工况需求:夹持重量 3kg 的注塑模具镶件(尺寸 φ60mm×30mm),要求定位精度≤±0.01mm,夹紧后承受注塑压力 5MPa,手动调节适配多规格镶件。

  • 选型方案:BHA-FC-P-63-M-P-K(63mm 规格平行爪、手动驱动、精密级、带自锁),搭配 SCM440 标准钢爪,加装定制定位块贴合镶件轮廓。

  • 实施效果:镶件定位一致性≤±0.008mm,夹紧后无位移,注塑过程模具变形量≤0.02mm,单套模具换型时间从 20 分钟缩短至 8 分钟,单日可更换 12 套模具,生产效率提升 67%。

(二)自动化装配:汽车传感器壳体组装
  • 工况需求:Class 10000 洁净环境,夹持 φ35mm 的塑料壳体,要求夹持力 100-300N 可调,重复定位≤±0.01mm,与机械臂联动完成装配,节拍≤5s / 件。

  • 选型方案:BHA-FC-P-32-E-200-SP-SEN-C(32mm 规格平行爪、200W 电动驱动、超精密级、带传感、洁净型),搭配 PA66 软质爪,接入 EtherCAT 通讯接口。

  • 实施效果:壳体夹持无划痕,定位偏差≤±0.005mm,装配后传感器精度达标率 100%,联动响应时间≤0.1s,满足 5s / 件节拍需求,连续运行 72 小时,洁净室微粒污染量≤100 个 /ft³(≥0.5μm)。

(三)重型机械:大型轴承内圈安装
  • 工况需求:夹持重量 8kg 的轴承内圈(φ120mm×40mm),要求定心精度≤±0.01mm,夹持力≥1500N,手动操作适配单工位安装场景。

  • 选型方案:BHA-FC-T-100-M-K(100mm 规格三爪定心、手动驱动、带自锁),搭配 SCM440 硬质爪,爪体接触面加工圆弧槽贴合内圈轮廓。

  • 实施效果:定心偏差≤±0.008mm,夹持后无径向变形,轴承安装同轴度≤0.02mm,自锁状态可承受 15kg 轴向拉力不松动,单件安装时间从 15 分钟缩短至 5 分钟,安装质量合格率提升至 99.5%。

(四)电子制造:PCB 板精密定位
  • 工况需求:夹持厚度 1.6mm 的 PCB 板(尺寸 200mm×150mm),要求夹持力 20-50N 可调,定位精度≤±0.01mm,带位置反馈功能,适配 AOI 检测前置定位。

  • 选型方案:BHA-FC-P-63-E-200-SP-SEN-N(63mm 规格平行爪、200W 电动驱动、超精密级、带传感、窄体型),搭配聚氨酯软质爪,集成磁栅传感器。

  • 实施效果:PCB 板夹持无压痕,定位偏差≤±0.005mm,位置反馈采样频率 100Hz,与 AOI 检测系统联动精准,检测漏检率从 0.8% 降至 0.1%,检测效率提升 30%。

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