Structure, composants, câblage électronique, maintenabilité.

Réunir l’ingénierie mécanique, électrique, de programmation et de contrôle n’est pas facile. Mais intégrer les avancées technologiques et se concentrer sur ces cinq domaines peut simplifier le processus et garantir que la mécatronique devient facile.

Les cycles de développement de produits rapides d'aujourd'hui et les progrès rapides de la technologie ont rendu nécessaire une ingénierie plus interdisciplinaire. Alors qu'autrefois l'ingénieur en mécanique pouvait se concentrer uniquement sur le matériel, l'ingénieur électricien sur le câblage et les circuits imprimés, et l'ingénieur de contrôle sur le logiciel et la programmation algorithmique, le domaine de la mécatronique rassemble ces domaines, créant ainsi une solution de mouvement complète. Les progrès et l’intégration des trois domaines rationalisent la conception mécatronique.

C’est cette simplification qui entraîne les progrès de la robotique et des systèmes cartésiens multi-axes pour les utilisations industrielles et la fabrication, l’automatisation pour les marchés de consommation dans les kiosques et les systèmes de livraison, ainsi que l’acceptation rapide des imprimantes 3D dans la culture dominante.

Voici cinq facteurs clés qui, une fois réunis, facilitent la conception mécatronique.

1. Guides linéaires et structure intégrés

Dans la conception de machines, les ensembles de roulements et de guides linéaires existent depuis si longtemps que la mécanique d'un système de mouvement est souvent traitée après coup. Les progrès en matière de matériaux, de conception, de fonctionnalités et de méthodes de fabrication valent cependant la peine d'envisager de nouvelles options.

Par exemple, un alignement préfabriqué intégré aux rails parallèles au cours du processus de fabrication signifie moins de coûts en raison du nombre réduit de composants, d'une plus grande précision et de moins de variables en jeu sur la longueur d'un rail. De tels rails parallèles améliorent également l'installation car les fixations multiples et l'alignement manuel sont éliminés.

Dans le passé, quel que soit le système de guidage linéaire choisi par un ingénieur, il devait également prendre en compte les plaques de montage, les rails de support ou d'autres structures pour obtenir la rigidité nécessaire. Les composants les plus récents intègrent des structures de support dans le rail linéaire lui-même. Ce passage de la conception de composants individuels à des conceptions monobloc ou à des sous-ensembles intégrés réduit le nombre de composants, tout en réduisant les coûts et la main d'œuvre.

2. Composants de transmission de puissance

La sélection du bon mécanisme d’entraînement ou des bons composants de transmission de puissance est également un facteur. Le processus de sélection, qui consiste à équilibrer les performances de vitesse, de couple et de précision avec le moteur et l'électronique, commence par la compréhension des résultats que chaque type de variateur peut produire.

Tout comme la transmission d'une voiture fonctionnant en quatrième vitesse, les entraînements par courroie conviennent aux applications où des vitesses de pointe sur des courses plus longues sont requises. À l’opposé du spectre des performances se trouvent des vis à billes et des vis à plomb qui ressemblent davantage à une voiture avec un premier et un deuxième rapport puissants et réactifs. Ils offrent un bon couple tout en excellant lors des démarrages, arrêts et changements de direction rapides. Le graphique montre les différences entre la vitesse des courroies et le couple des vis.

Semblable aux progrès des rails linéaires, l'alignement pré-conçu est un autre domaine dans lequel la conception des vis mères a progressé pour offrir une plus grande répétabilité dans les applications dynamiques. Lorsque vous utilisez un coupleur, faites attention à l'alignement du moteur et des vis pour éliminer les « oscillations » qui réduisent la précision et la durée de vie. Dans certains cas, le coupleur peut être complètement éliminé et la vis fixée directement sur le moteur, fusionnant directement les aspects mécaniques et électriques, éliminant les composants, augmentant la rigidité et la précision, tout en réduisant les coûts.

3. Électronique et câblage

Les configurations conventionnelles pour l'électronique dans les applications de contrôle de mouvement incluent des dispositions de câblage complexes, ainsi que des armoires et du matériel de montage pour assembler et loger tous les composants. Le résultat est souvent un système non optimisé et difficile à ajuster et à entretenir.

Les technologies émergentes offrent des avantages système en plaçant le pilote, le contrôleur et l'amplificateur directement sur un moteur « intelligent ». Non seulement l'espace nécessaire pour loger les composants supplémentaires est éliminé, mais le nombre global de composants est réduit et le nombre de connecteurs et de câblage est simplifié, réduisant ainsi le risque d'erreur tout en économisant des coûts et de la main d'œuvre.

4. Conçu pour la fabrication (DFM)

• Bracketisation

Parallèlement à un assemblage ferroviaire plus facile de conceptions intégrées, l'expérience et les technologies émergentes telles que l'impression 3D augmentent votre capacité à créer des prototypes d'assemblages mécatroniques et robotiques conformes aux normes DFM. Par exemple, les supports de connecteurs personnalisés pour les systèmes de mouvement sont souvent longs et coûteux à traiter dans une salle d'outillage ou un atelier de fabrication. Aujourd'hui, l'impression 3D vous permet de créer un modèle CAO, de l'envoyer à l'imprimante 3D et d'obtenir une pièce de modèle utilisable en une fraction du temps et à une fraction du coût.

• Connectique

Un autre domaine du DFM qui a déjà été abordé est l'utilisation de moteurs intelligents qui placent l'électronique directement sur le moteur, facilitant ainsi l'assemblage. En outre, les technologies plus récentes qui intègrent les connecteurs, le câblage et la gestion des câbles dans un seul package simplifient l'assemblage et éliminent le besoin de supports de câbles traditionnels et lourds de type chaîne en plastique.

5. Maintenabilité à long terme

Les technologies les plus récentes et les progrès en matière de conception affectent non seulement la fabricabilité initiale, mais peuvent également influencer la maintenabilité continue d'un système. Par exemple, le déplacement du contrôleur et du variateur à bord du moteur simplifie tout dépannage pouvant être nécessaire. L’accès au moteur et à l’électronique est simple et épuré. De plus, de nombreux systèmes peuvent désormais être mis en réseau, permettant un accès depuis pratiquement n'importe quel endroit pour effectuer des diagnostics à distance.