Struttura, Componenti, Cablaggio Elettronico, Manutenibilità.

Riunire l’ingegneria meccanica, elettrica, di programmazione e di controllo non è semplice. Ma integrare i progressi tecnologici e concentrarsi su queste cinque aree può semplificare il processo e garantire che la meccatronica diventi più semplice.

I cicli di sviluppo prodotto frenetici di oggi e i rapidi progressi tecnologici hanno spinto la necessità di una maggiore ingegneria interdisciplinare. Laddove una volta l'ingegnere meccanico poteva concentrarsi esclusivamente sull'hardware, l'ingegnere elettrico sui cablaggi e sui circuiti stampati e l'ingegnere di controllo sul software e sulla programmazione algoritmica, il campo della meccatronica riunisce queste aree creando un focus per una soluzione di movimento completa. I progressi e l’integrazione di tutti e tre i campi insieme semplificano la progettazione meccatronica.

È questa semplificazione che sta guidando i progressi nella robotica e nei sistemi cartesiani multiasse per usi industriali e manifatturieri, nell’automazione per i mercati di consumo nei chioschi e nei sistemi di consegna, insieme alla rapida accettazione delle stampanti 3D nella cultura tradizionale.

Ecco cinque fattori chiave che, se messi insieme, si traducono in una progettazione meccatronica più semplice.

1. Guide lineari e struttura integrate

Nella progettazione delle macchine, i gruppi di cuscinetti e guide lineari esistono da così tanto tempo che spesso la meccanica di un sistema di movimento viene considerata un ripensamento. I progressi nei materiali, nel design, nelle caratteristiche e nei metodi di produzione, tuttavia, rendono utile prendere in considerazione nuove opzioni

Ad esempio, l'allineamento preingegnerizzato integrato nelle rotaie parallele durante il processo di produzione significa costi inferiori grazie al minor numero di componenti, maggiore precisione e meno variabili in gioco sulla lunghezza di una rotaia. Tali guide parallele migliorano inoltre l'installazione poiché vengono eliminati dispositivi di fissaggio multipli e allineamento manuale.

In passato era quasi una garanzia che, qualunque fosse il sistema di guida lineare scelto da un ingegnere, questi avrebbe dovuto prendere in considerazione anche piastre di montaggio, guide di supporto o altre strutture per la rigidità necessaria. I componenti più recenti integrano le strutture di supporto nella guida lineare stessa. Questo passaggio dalla progettazione di singoli componenti a progetti ingegnerizzati monopezzo o sottoassiemi integrati riduce il numero di componenti, riducendo allo stesso tempo costi e manodopera.

2. Componenti della trasmissione di potenza

Anche la scelta del giusto meccanismo di azionamento o dei componenti di trasmissione di potenza è un fattore importante. Il processo di selezione, che prevede il bilanciamento delle giuste prestazioni di velocità, coppia e precisione con il motore e l'elettronica, inizia con la comprensione dei risultati che ciascun tipo di azionamento può produrre.

Proprio come la trasmissione di un'auto che funziona in quarta marcia, le trasmissioni a cinghia sono adatte ad applicazioni in cui sono richieste velocità massime su corse di lunghezza estesa. All'estremità opposta dello spettro delle prestazioni ci sono le viti a ricircolo di sfere e di comando che sono più simili a un'auto con una prima e una seconda marcia potenti e reattive. Offrono una buona coppia ed eccellono negli avviamenti rapidi, negli arresti e nei cambi di direzione. Il grafico mostra le differenze tra la velocità dei nastri e la coppia delle viti.

Analogamente ai progressi delle guide lineari, l'allineamento preingegnerizzato è un'altra area in cui la progettazione delle viti di comando ha fatto progressi per offrire una maggiore ripetibilità nelle applicazioni dinamiche. Quando si utilizza un accoppiatore, prestare attenzione all'allineamento del motore e della vite per eliminare "oscillazioni" che riducono la precisione e la durata. In alcuni casi, l'accoppiatore può essere eliminato completamente e la vite fissata direttamente al motore, unendo direttamente gli aspetti meccanici ed elettrici, eliminando componenti, aumentando rigidità e precisione e riducendo al contempo i costi.

3. Elettronica e cablaggio

Le configurazioni convenzionali per l'elettronica nelle applicazioni di controllo del movimento includono complicate disposizioni di cablaggio, insieme agli armadietti e all'hardware di montaggio per assemblare e alloggiare tutti i componenti. Il risultato è spesso un sistema non ottimizzato, oltre ad essere difficile da regolare e mantenere.

Le tecnologie emergenti offrono vantaggi di sistema posizionando il driver, il controller e l'amplificatore direttamente su un motore "intelligente". Non solo è stato eliminato lo spazio necessario per ospitare i componenti aggiuntivi, ma è stato ridotto anche il numero complessivo dei componenti e semplificato il numero di connettori e cablaggi, riducendo il rischio di errori e risparmiando costi e manodopera.

4. Progettato per la produzione (DFM)

• Bracketizzazione

Oltre a un assemblaggio più semplice delle rotaie di progetti integrati, l'esperienza e le tecnologie emergenti come la stampa 3D aumentano la tua capacità di creare prototipi di assiemi meccatronici e robotici secondo gli standard DFM. Ad esempio, la lavorazione delle staffe dei connettori personalizzate per i sistemi di movimento è stata spesso costosa e dispendiosa in termini di tempo in una sala attrezzi o in un'officina di fabbricazione. Oggi, la stampa 3D consente di creare un modello CAD, inviarlo alla stampante 3D e ottenere una parte del modello utilizzabile in una frazione del tempo e a un costo decisamente inferiore.

• Connettorizzazione

Un'altra area del DFM già trattata è l'uso di motori intelligenti che mettono l'elettronica direttamente sul motore, facilitando l'assemblaggio. Oltre a ciò, le tecnologie più recenti che integrano connettori, cavi e gestione dei cavi in ​​un unico pacchetto, semplificano l'assemblaggio ed eliminano la necessità di tradizionali portacavi pesanti a catena in plastica.

5. Manutenibilità a lungo termine

Le tecnologie più recenti e i progressi nella progettazione non influiscono solo sulla producibilità iniziale, ma possono anche influenzare la manutenibilità continua di un sistema. Ad esempio, lo spostamento del controller e dell'azionamento a bordo del motore semplifica la risoluzione dei problemi che potrebbe essere necessaria. L'accesso al motore e all'elettronica è ordinato e diretto. Inoltre, molti sistemi possono ora essere collegati in rete consentendo l'accesso praticamente da qualsiasi luogo per eseguire la diagnostica remota.