Construyendo actuadores y etapas de movimiento desde cero obliga a los diseñadores a ordenar, inventario y reunir cientos de piezas. También aumenta el tiempo de mercado y requiere técnicos y equipos de producción especializados. Una alternativa es ordenar dispositivos de movimiento de preengineered.

Las etapas y los actuadores a menudo son solo artículos en la factura de materiales de una máquina. Si entregan la fuerza, la carga útil, el posicionamiento y la velocidad adecuados, los constructores de máquinas no necesitan pasar tiempo dándoles una consideración adicional. Pero las empresas pueden mejorar sus máquinas mediante el uso de etapas y actuadores preengineeridos.

Las etapas de preengineered como este actuador lineal ServoBelt generalmente cuestan un 25 a 50% menos que sus homólogos basados ​​en componentes, gracias a los recuentos de partes reducidas, especialmente de los soportes y conectores. También reducen los costos relacionados con el diseño y el mantenimiento de los inventarios.
Los subsistemas de movimiento preengineeridos adecuadamente se ajustan dentro de un espacio físico definido y se unen con los controles de la máquina. Por lo general, aceptan comandos de una interfaz de computadora de nivel superior, tarjeta de control o PLC. Los sistemas más simples de preengineered consisten en poco más que un actuador y conectores. Las etapas complejas de preengineered agregan controles e incluso efectores finales para mover las cargas útiles.

Las etapas preengineadas a menudo superan a los sistemas construidos por componentes porque están personalizados. Por el contrario, muchos constructores de máquinas no tienen los técnicos calificados, los accesorios e interferómetros láser y otros equipos para alinear las etapas (que a menudo tienen tolerancias de alineación del eje a eje medidas en micras).

La estrategia de control dicta parte del diseño, por lo que las etapas pre-diseñadas no siempre siguen las reglas de diseño tradicionales. Considere el desajuste de inercia. Una regla general típica es mantener la relación de la inercia de la carga útil a la inercia motora por debajo de 20: 1 para evitar problemas cuando se usa los ajustes preestablecidos de las combinaciones de amplificadores y motores preempaquetados. Pero muchas etapas de preengineered tienen relaciones a 200: 1 (o incluso 4,500: 1 en tablas rotativas, por ejemplo) y aún hacen movimientos precisos sin sobreímetro. Aquí, el fabricante altera dinámicamente las ganancias de ajuste del escenario y las valida con pruebas físicas. Esto permite que los motores más pequeños hagan el trabajo.

Las etapas rotativas como esta se usan típicamente para el posicionamiento, pero también son adecuadas para máquinas CNC. Las máquinas que utilizan las etapas de preengineered son más fusionadas en semiconductores, bancos húmedos, corte con láser, empaques y automatización de laboratorio.
Las etapas de preengineered también son confiables. Al encargar nuevos sistemas de movimiento, los componentes individuales, aparentemente menores no funcionan correctamente juntos. Por ejemplo, un conector defectuoso puede derribar una máquina entera. Las etapas de preengineered se ensamblan y proban antes de colocarlos en máquinas para que eso no suceda.

Ejemplo: movimiento lineal
Considere una aplicación en la que una unidad lineal realiza dos movimientos diferentes. Uno es un viaje largo a 400 mm/seg, y el otro es un JOG de alta velocidad de 13 mm que debe establecerse dentro de 10 µm de la posición objetivo en 150 ms. La masa móvil es de 38 kg con una precisión bidireccional objetivo de ± 5 µm basada en la retroalimentación de un codificador lineal óptico de 1 µm.

Las etapas tradicionales de tornillo de bola XY no son lo suficientemente precisos a menos que el constructor elija versiones caras de cero backlash. Los motores lineales son otra opción, pero para esta aplicación sería grande y costoso, ya que solo una bobina motora larga cumpliría con el requisito de 300 N de fuerza continua. Una bobina larga también necesitaría cambios radicales en el diseño general, lo que lo hace un 50% más costoso que otras opciones.

Esta etapa multiaxis preengineada basada en actuadores lineales de ServoBelt se prueba antes de agregarla a una máquina de fabricación de semiconductores. La etapa tiene cero reacción violenta, por lo que el diseñador puede ajustar los controles a los requisitos dinámicos. Eso es útil porque la única forma de hacer movimientos de índice rápido en esta máquina es cerrar los servoloops usando el codificador lineal, lo que requiere una línea de transmisión sin reacción desde el motor hasta la carga útil.
En contraste, una etapa preengativa basada en unidades impulsadas por la correa es rentable. No necesita control de doble bucle porque puede obtener un control de bucle único usando solo el codificador lineal. La unidad también tiene una amortiguación mecánica inherentemente alta, lo que permite que los controles tengan altas ganancias de ajuste (a cuatro veces la velocidad y las ganancias posicionales) para tiempos de asentamiento cortos. En contraste, los motores lineales deben simular la amortiguación en la electrónica del servoamplificador, lo que reduce la posible ganancia posicional.

Ejemplo: movimiento rotativo
Considere otra aplicación: una máquina de escritorio CNC de tres ejes. Estos generalmente usan sistemas de movimiento lineal para colocar la herramienta de corte. En contraste, una etapa preengineada combina posicionamiento rotativo y lineal. Aquí, dos dispositivos rotativos impulsados ​​por la correa transportan cargas en cojinetes rotativos de gran diámetro y se enfrentan. Uno lleva un huso de 150,000 rpm impulsado por el aire. El otro sostiene la pieza de trabajo y la gira 180 ° para que la herramienta de corte pueda alcanzar cualquier punto en la superficie de la pieza de trabajo en un volumen de 40 × 40 × 40 mm.

Esta fresadora CNC utiliza una etapa de preengineered que no es más compleja de lo que debe ser. La aplicación necesita un buen acabado superficial en lugar de la precisión de posicionamiento, por lo que renuncia a los codificadores y ejecuta el bucle abierto (potencialmente ahorra miles de dólares por máquina).
Un actuador lineal impulsado por el tornillo impulsa el eje lineal, pero permite que el dispositivo giratorio con las cabezas de corte se traduzca axialmente en relación con el dispositivo que contiene la pieza de trabajo. Los tres dispositivos se mueven en sincronización. El eje lineal maneja el posicionamiento del eje Z y lleva la herramienta de corte a la cara de la pieza de trabajo.

El diseño rotativo es rígido, lo que ayuda al diseño a cumplir con las tolerancias de mecanizado. Una opción lubera para la vida reduce la posibilidad de contaminación, y los efectores en ambas etapas rotativas se extienden a través de sellos rotativos simples en una pared de la cámara de corte. Las focas protegen el funcionamiento interno de cortar líquido y polvo de cerámica volador. En contraste, las etapas XYZ requieren fuelles voluminosos y cubiertas de armadillo.

El posicionamiento rotativo de la herramienta de corte y la pieza de trabajo utiliza coordenadas polares, no cartesianas (como es típica de la cinemática CNC). El controlador toma comandos de código G XYZ y los convierte en coordenadas polares en tiempo real. El beneficio? El movimiento rotativo es mejor que lineal para crear acabados de superficie lisa, porque incluso los mejores cojinetes lineales y tornillos de bola "retumban" a medida que las bolas circulan dentro y fuera de un estado cargado. Este Rumble reverbera a través del sistema de movimiento y puede aparecer en piezas como variaciones periódicas de calidad de superficie.