Si construye máquinas, probablemente trabaje con actuadores y etapas de posicionamiento todos los días. Pero, ¿realmente obtiene el mejor rendimiento o el menor costo de propiedad de estos dispositivos de movimiento? Puede que la respuesta no sea la que esperabas.

Con demasiada frecuencia, los ingenieros piensan en las etapas o actuadores como un elemento más en la lista de materiales. Siempre y cuando el dispositivo de movimiento cumpla nominalmente con los requisitos de posicionamiento, fuerza, carga útil, velocidad y costo deseados, está listo.

Con requisitos de movimiento simples, este enfoque para la selección de etapa o actuador puede producir resultados aceptables. Sin embargo, las máquinas con requisitos de movimiento mecánico complejos se beneficiarán de una estrategia de diseño de movimiento integrada. En lugar de una colección de componentes electromecánicos, que pueden o no funcionar bien juntos, los sistemas de movimiento integrados funcionan como verdaderos subsistemas de máquinas plug-and-play.

Los sistemas de movimiento integrados están diseñados para caber dentro de un espacio físico predefinido en una máquina y conectarse al sistema de control de movimiento de la máquina, listos para aceptar comandos desde una interfaz de computadora de alto nivel, una tarjeta de control o un PLC. En su forma más simple, los sistemas de movimiento integrados pueden consistir en poco más que una etapa o actuador que ha sido conectorizado para facilitar la instalación directa. En su forma más compleja, estos subsistemas de movimiento se extienden desde la configuración de pines hasta la carga útil. Abarcan no sólo el dispositivo de movimiento en sí, sino también todo lo que transporta.

En comparación con un enfoque componente por componente para el movimiento de la máquina, el movimiento integrado ofrece algunas ventajas convincentes:

Rendimiento mecánico

Incluso cuando utilizan la misma etapa o actuador, los sistemas de movimiento integrados normalmente superarán a los sistemas de movimiento integrados. La razón se reduce a la experiencia en aplicación y montaje. Un buen proveedor de movimiento integrado tendrá años de experiencia resolviendo problemas de posicionamiento difíciles y una colección de componentes básicos de movimiento probados que se pueden personalizar para la tarea en cuestión. Tendrán un conocimiento profundo de cómo la dinámica del escenario, la arquitectura de control de movimiento y el entorno operativo afectarán los requisitos de posicionamiento.

En cuanto al ensamblaje, muchos fabricantes de máquinas carecen de técnicos capacitados, accesorios especializados, interferómetros láser y otros sistemas de metrología necesarios para alinear las etapas multieje más precisas, que a menudo tienen tolerancias de alineación de eje a eje medidas en micras.

Experiencia en controles

Los sistemas de movimiento integrados pueden enviarse o no con controles de movimiento, según los requisitos del cliente. Pero una estrategia de control siempre debería ser parte de la ecuación de movimiento incorporada. Un buen proveedor de movimiento integrado tendrá un amplio conocimiento de cómo las diferentes plataformas de control de movimiento y sus capacidades cinemáticas interactuarán con los sistemas de movimiento mecánico. Este conocimiento puede permitirnos ir más allá de lo que es posible en términos de capacidades dinámicas, como índices de desajuste de inercia aceptables.

Fiabilidad

Al poner en marcha un nuevo sistema de movimiento, algunos de los problemas más comunes ocurren porque componentes individuales, aparentemente menores, no funcionan correctamente o no funcionan correctamente entre sí. Por ejemplo, un solo conector defectuoso o un cable incorrecto pueden dejar inmóvil incluso la mejor etapa de movimiento. Los sistemas de movimiento integrados evitan este tipo de falla porque se ensamblan y prueban como un sistema antes de su integración en la máquina de producción. Con los sistemas de movimiento compuestos por componentes individuales, los pequeños fallos e incompatibilidades pueden pasar desapercibidos hasta que la máquina de producción se une.

Reducción de costos

Los sistemas de movimiento integrados suelen costar entre un 25 y un 50 % menos que sus homólogos basados ​​en componentes. En parte, este ahorro proviene de la capacidad de reducir el número de piezas, por ejemplo, mediante el diseño de soportes, conectores y otros componentes. La reducción de costos puede dispararse muy por encima del 50 % si se tienen en cuenta todos los componentes de costos ocultos asociados con la construcción e instalación de un sistema de movimiento. Estos incluyen costos relacionados con la ingeniería de diseño, inventario, tiempo de comercialización y más.

Muchos tipos de aplicaciones pueden aprovechar los beneficios del movimiento integrado. Hemos implementado este enfoque en docenas de máquinas de semiconductores, de banco húmedo, de corte por láser, de embalaje y de automatización de laboratorio.

Los costos ocultos de los sistemas de movimiento

Los sistemas de movimiento integrados tienen una serie de costos ocultos que pueden eliminarse mediante el enfoque de movimiento integrado, que incluyen:

1. Costos de tiempo de comercialización. Los sistemas de movimiento integrados, que inherentemente soportan la ingeniería concurrente, pueden reducir semanas o incluso meses el tiempo de desarrollo de una máquina compleja.
2. Costos de Programa, Producción y Gestión de Materiales. Los sistemas de movimiento integrados se envían como una sola lista de materiales, lo que elimina cientos de piezas que deben ordenarse, inventariarse y ensamblarse.
3. Costos de producción. Los sistemas de movimiento de precisión requieren técnicos de ensamblaje capacitados y equipos de producción especializados cuyo costo puede ser difícil de justificar si no se utiliza por completo.
4. Costos de garantía y fallas. Un buen proveedor de movimiento integrado garantizará sus sistemas contra fallas y respaldará su trabajo, lo que reduce el riesgo del OEM.

Esta máquina CNC no tradicional tiene todas las características de una aplicación de movimiento integrado ideal. Requirió:

1. Tanto en controles como en mecánica.Combinar el sistema mecánico con los controles y amplificadores que respaldan la compleja cinemática del movimiento polar requirió un enfoque de sistemas y meses de pruebas. También tuvimos que desarrollar un conjunto de técnicas y herramientas de alineación para construir este nuevo sistema CNC.

2. Diseño compacto, fácil integración.El espacio era escaso en esta máquina CNC del tamaño de una computadora de escritorio. El diseño del servomódulo Rotary, que presenta un gran orificio pasante sin obstrucciones, nos permitió utilizar el espacio disponible de manera eficiente. Los orificios pasantes de 100 mm facilitaron llevar el suministro de aire directamente al husillo, insertar un indexador de material en el lado de la pieza de trabajo y realizar todas las conexiones eléctricas necesarias.

3. Contención de costes.Un aspecto interesante de este sistema de movimiento integrado es que no es más complejo de lo necesario. El principal requisito funcional era el acabado de la superficie, no la precisión del posicionamiento. Las necesidades de posicionamiento son bastante modestas, al menos según nuestros estándares. Así que pudimos prescindir de los codificadores de lectura directa y ejecutar todo el sistema en modo de bucle abierto. Eso le ahorró a nuestro cliente miles de dólares por máquina.

Primeros pasos con el movimiento integrado

El salto de sistemas de movimiento componente por componente a sistemas de movimiento integrados puede parecer un acto de fe. Después de todo, subcontratará el control de movimiento a un proveedor.

Sin embargo, si elige al proveedor adecuado, la subcontratación dará sus frutos con un mejor rendimiento y confiabilidad. Los costos también disminuirán a medida que los subsistemas de movimiento lleguen a su planta completamente probados, garantizados y listos para instalarse en su máquina.