1 精確化

(1)帶磁性接近開(kāi)關(guān)的氣缸

帶磁性接近開(kāi)關(guān)的氣缸由于在活塞上裝有永久磁鐵，故當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到接近開(kāi)關(guān)的預(yù)設(shè)位置時(shí)，活塞上的磁鐵使觸點(diǎn)閉合，發(fā)出電信號(hào)，指示行程位置或控制某一元件動(dòng)作。 省去了機(jī)械定位擋塊和附加的位置傳感器等部件。

(2)氣液變換執(zhí)行元件

在一些應(yīng)用場(chǎng)合，不僅要求執(zhí)行元件有足夠的驅(qū)動(dòng)力，而且要求進(jìn)給速度均勻、可調(diào)、在負(fù)載變化時(shí)能保持其平穩(wěn)性。普通氣缸的特點(diǎn)是動(dòng)作快，但速度不易控制，會(huì)出現(xiàn)“爬行”和“自走”等現(xiàn)象，難以滿足這些要求;而液壓缸的特點(diǎn)是動(dòng)作較慢，但負(fù)載剛性高，速度穩(wěn)定性好。將兩者恰當(dāng)?shù)亟M合起來(lái)，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，即成為目前氣動(dòng)(或液壓)控制系統(tǒng)中普遍采用的氣液壓阻尼缸。氣液變換執(zhí)行元件單元，利用氣源作動(dòng)力，可以實(shí)現(xiàn)精確的定速、低速進(jìn)給、點(diǎn)動(dòng)及中間停止等，可滿足特殊用戶的需求。

(3)具有位移測(cè)量和制動(dòng)(鎖緊)功能的氣缸

帶有位移傳感器的氣缸，利用磁柵尺原理在活塞移動(dòng)過(guò)程中能實(shí)時(shí)測(cè)量位移，其分辨率為0.1mm,它集驅(qū)動(dòng)、測(cè)量功能于一一體，可以作為精確定位的位置伺服執(zhí)行元件使用。

例如，SMC公司生產(chǎn)的ML2B系列是具有位置測(cè)量、反饋、無(wú)桿和制動(dòng)綜合功能的氣缸。帶有彈簧、氣壓雙重鎖緊裝置，當(dāng)活塞速度在500mm/s以下時(shí)，無(wú)需任何校正控制回路，其停止精度可以在0.5mm以下。在制動(dòng)(鎖緊)氣缸中設(shè)有制動(dòng)(鎖緊)裝置，可以根據(jù)需要使活塞停止在行程的某-確定位置， 定位精度高。

(4)比例控制技術(shù)(電氣比例控制閥)

電氣比例控制閥(簡(jiǎn)稱氣動(dòng)比例閥)是在通斷式電磁氣動(dòng)閥基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型氣動(dòng)控制元件。與通斷式電磁氣動(dòng)閥不同，電氣比例控制閥可以依靠比例電信號(hào)(電壓或電流)的大小，線性地控制閥的輸出氣體流量或輸出氣體壓力，滿足對(duì)力或速度控制的要求。

由于采用壓力傳感器檢測(cè)被控壓力，構(gòu)成小閉環(huán)回路，使得壓力控制的精度高。其重復(fù)精度在滿刻度的0.5%以內(nèi)。此外，一種新穎的電磁開(kāi)關(guān)型氣動(dòng)比例控制閥和數(shù)字:閥亦得到應(yīng)用。

電流或電壓模擬量輸人的壓力比例閥已有各種產(chǎn)品推出，但在很多使用場(chǎng)合，并不需要對(duì)壓力進(jìn)行連續(xù)控制，只需要預(yù)先設(shè)定好數(shù)點(diǎn)壓力，此時(shí)可選擇開(kāi)關(guān)量控制的壓力預(yù)置型樂(lè)力比例閥，不但壓力設(shè)定準(zhǔn)確，而且無(wú)需A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊。該系列壓力比例閥的另一個(gè)特點(diǎn)是排氣量大，確保不產(chǎn)生壓力超調(diào)。

選擇開(kāi)關(guān)量控制的壓力預(yù)置型壓力比例閥只要通過(guò)按鈕，便可簡(jiǎn)便精確地設(shè)置16點(diǎn)預(yù)置壓力點(diǎn)，實(shí)時(shí)壓力可由明亮易讀的LED顯示。具有靈敏度高、性能好的特點(diǎn)。

 (5)電氣伺服技術(shù)

 在氣動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域里，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)元件往往基于機(jī)械反饋工作原理，如經(jīng)典的減壓閥。目前出現(xiàn)的工業(yè)化的氣動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，即伺服氣動(dòng)系統(tǒng)是在傳感技術(shù)、電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和軟件技術(shù)的最新發(fā)展基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。伺服氣動(dòng)實(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)系統(tǒng)輸出物理量的連續(xù)控制，主要用于氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)(加速)和制動(dòng)、速度控制、力量控制(如機(jī)械手的抓取力控制)和精確的任意定位方面。

2高速化

氣缸的高速化發(fā)展對(duì)提高裝置的生產(chǎn)效率有著重要意義，近年來(lái)頗引人注目，世界上有名的SMC、CKD、TAIYO、 ORIGA、NORGREN、 MECMEN等公司研制的無(wú)出桿氣缸的最大速度都已達(dá)到2m/s以上，其他類型的高速氣缸甚至達(dá)到了3~4m/s的速度，F(xiàn)ESTO公司甚至生產(chǎn)出來(lái)了17m/s的高速氣缸。氣缸高速化的發(fā)展相應(yīng)需要解決的技術(shù)問(wèn)題，除對(duì)密封的材料、形狀有所考慮外，氣缸的驅(qū)動(dòng)方式及如何吸收沖擊慣量進(jìn)行緩沖等問(wèn)題非常重要。對(duì)此，國(guó)外各企業(yè)十分重視，如SMC開(kāi)發(fā)的正弦氣缸最高運(yùn)行速度可達(dá)500mm/m有效地解決了高速和低沖擊的矛盾。

3 小型化

 (1)針筆型氣缸

針筆型氣缸的缸徑小至D=2. 5~15mm,可以用于小型和微型機(jī)械設(shè)備的場(chǎng)合。

 (2)薄型氣缸

薄型氣缸屬節(jié)省安裝空間型氣缸，可以多方位安裝固定，其中軸向超薄型氣缸適用于短屋大推力的場(chǎng)合。而徑向超薄型氣缸，采用橢圓活塞，在同樣推力的情況下，其厚度只是通氣缸的一半。前這項(xiàng)技術(shù)不僅應(yīng)用在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的傳送上，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件、機(jī)構(gòu)監(jiān)控的各類傳感器信號(hào)的傳送也開(kāi)始采用這項(xiàng)技術(shù)，使得整個(gè)系統(tǒng)的配置更加簡(jiǎn)潔、明快。

 (3)低功耗與微電子化

 當(dāng)前，電磁閥電磁鐵的消耗功率大都在1.8W以下，小氣動(dòng)換向閥的功率僅為0. 1w,寬度為10mm,直動(dòng)型閥的功率一般也都小于4W,真正實(shí)現(xiàn)了元件的小型化。SMC又為VJ系列閥增設(shè)了一種新的節(jié)電回路。當(dāng)線圈通電時(shí)間超過(guò)30ms時(shí)，在保證鐵芯必要吸力的前提下，線圈的功耗可降低30%，電磁鐵低功耗的意義不僅僅在于能節(jié)約電能消耗，提高電磁鐵的可靠性，另一方面，也為氣動(dòng)技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合創(chuàng)造了必要條件。在自動(dòng)化生產(chǎn)裝置中的氣動(dòng)系統(tǒng)，大都是順序控制回路，低功耗的氣動(dòng)元件信號(hào)可直接作為可編程控制器的信號(hào)分時(shí)處理，可將驅(qū)動(dòng)幾十個(gè)電磁閥的信號(hào)，通過(guò)根導(dǎo)線傳送到遠(yuǎn)距離的集成閥塊上。這項(xiàng)技術(shù)不僅大大節(jié)省了接線工作，而且也減少了由于復(fù)雜接線而引起的故障。目前這項(xiàng)技術(shù)不僅應(yīng)用在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的傳送上，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件、機(jī)構(gòu)監(jiān)控的各類傳感器信號(hào)的傳送也開(kāi)始采用這項(xiàng)技術(shù)，使得整個(gè)系統(tǒng)的配置更加簡(jiǎn)潔、明快。

4 復(fù)合化

 氣缸的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是復(fù)合化，為了方便用戶，編短用戶進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)間，各公司研制出復(fù)合化概念的氣缸組件。執(zhí)行元件不僅具有各種安裝形式，還開(kāi)發(fā)出來(lái)了各種具有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和連接結(jié)構(gòu)的氣缸、擺動(dòng)缸，適用于各種環(huán)境(如抗腐蝕、耐污染、耐高低溫、抗震動(dòng)等)特殊系列的氣動(dòng)執(zhí)行元件、超高速和低速元件。在結(jié)構(gòu)上也多樣化，如有活塞桿、無(wú)活塞桿、雙活塞桿、磁性活塞、橢圓活塞、帶閥氣缸、帶行程開(kāi)關(guān)或傳感器氣缸、比例伺服氣缸等。例如SMC公司的MRQ系列直線、播動(dòng)復(fù)合缸，具有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，再配上兩個(gè)靈活的氣爪，構(gòu)成了頗有用途的機(jī)械手。NOK公司的FPT系列的平臺(tái)承重式氣缸將導(dǎo)軌、平臺(tái)、氣缸一體化，該氣缸平臺(tái)直接承重達(dá)780kg,可直接用作小型壓力機(jī)下的移動(dòng)底座。

5集成化

 (1)集成化發(fā)展

 元件上各種功能的集成，根本的目的在于降低設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試的工作量，節(jié)省器件要求的空間。這一要求與趨向，表現(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的所有方面，對(duì)于每一個(gè)氣動(dòng)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家都是一個(gè)繼續(xù)維持競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵。計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和IC技術(shù)的發(fā)展，使得機(jī)電-體化有了更加廣闊的發(fā)展空間。在原來(lái)的氣控閥、氣動(dòng)執(zhí)行元件上安裝些電 子元件或裝置，如D/A轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大、調(diào)制、解碼、測(cè)量與信號(hào)反饋等，從而實(shí)現(xiàn)將電子與氣動(dòng)控制閥結(jié)合在一體，甚至直接與執(zhí)行元件集成化的氣動(dòng)裝置，極大地提高了系統(tǒng)可靠性和維修使用性能。FESTO公司的轉(zhuǎn)動(dòng)、上下料、分度裝置;馬通公司的單坐標(biāo)機(jī)械手成套裝置，包括氣缸、機(jī)械手、控制器、測(cè)量裝置; SMC、小金井、CKD等公司的各類小型機(jī)械手、機(jī)器人，帶導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的進(jìn)給裝置、分度定位裝置、既可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)又可實(shí)現(xiàn)位移的復(fù)合氣缸等，它們都已作為定型產(chǎn)品生產(chǎn)，實(shí)際上這是一個(gè)極為重要的發(fā)展方向，也是氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

 (2)控制閥與控制器的集成閥島

 “閥島”-一 詞譯自德語(yǔ)的“Ventilinsel”, 英文譯為“Valve Terminal”。常規(guī)方式實(shí)現(xiàn)的氣控單元，其特點(diǎn)是系統(tǒng)中包含大量的分立元器件，并且這些分立的元器件是通過(guò)大量的管件以及接插件實(shí)現(xiàn)連接的。相互連接復(fù)雜，引發(fā)的故障率高，同時(shí)還給設(shè)備的管理和維護(hù)帶來(lái)不便。把控制閥的供氣支路和排氣口等氣流通道集成，把傳感器輸人電信號(hào)的接線集成在一個(gè)插座里，形成模塊化的、小巧的集成塊則稱為閥島。如FESTO公司的閥島，就已經(jīng)集成各種氣動(dòng)閥、傳感器、總線接口和編程控制等各種功能。

 在閥島上，可編程控制器的輸出信號(hào)、輸人信號(hào)均通過(guò)根帶 多針插頭的多股電纜與閥島連接，而由傳感器輸出的信號(hào)則通過(guò)電纜連接到閥島的電信號(hào)輸人口上。因此，可編程控制器與氣動(dòng)閥、傳感器輸人電信號(hào)之間的接口簡(jiǎn)化為只有-一個(gè)多針插頭和一根多股電纜。 與常規(guī)方式實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)比較可知，采用多針接口的閥島后，系統(tǒng)不再需要接線盒。同時(shí)，所有電信號(hào)的處理、保護(hù)功能(如電信號(hào)的極性保護(hù)、光電隔離、防水等)都已在閥島上實(shí)現(xiàn)。顯然，通過(guò)采用多外接口的閥島使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)過(guò)程大為簡(jiǎn)化。

 然而，隨著控制回路的復(fù)雜化，可編程控制器輸出、輸人口與閥島的電纜將加粗并隨著閥島與可編程控制器的距離增大而加長(zhǎng)。為克服這一缺點(diǎn)，出現(xiàn)了新型的帶現(xiàn)場(chǎng)總線的閥島。兩個(gè)采用現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行信息交換的對(duì)象之間只需由一根兩股或四段的電線連接。這樣就可以簡(jiǎn)化電纜的連接，抗干擾性更強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿摺?o:p>