Building Attuatori e fasi da scratch Force Forces Designers per ordinare, inventario e assemblare centinaia di parti. Aumenta anche il tempo al mercato e richiede tecnici e attrezzature di produzione specializzate. Un'alternativa è ordinare dispositivi di movimento preengineati.

Fase e attuatori sono spesso solo articoli sulla fattura di una macchina. Se consegnano la giusta forza, carico utile, posizionamento e velocità, i costruttori di macchine non devono trascorrere del tempo dando loro ulteriore considerazione. Ma le aziende possono effettivamente migliorare le loro macchine utilizzando fasi e attuatori preengineati.

Le fasi preengineate come questo attuatore lineare SERVOBELT in genere costano dal 25 al 50% in meno rispetto alle loro controparti basate sui componenti, grazie a conteggi di parti ridotti, in particolare di parentesi e connettori. Tagliano anche i costi relativi alla progettazione e al mantenimento degli inventari.
I sottosistemi di movimento correttamente preengati si inseriscono all'interno di uno spazio fisico definito e si legano ai controlli della macchina. In genere accettano comandi da un'interfaccia di computer di livello superiore, scheda di controllo o PLC. I sistemi preenginesi più semplici sono costituiti da poco più di un attuatore e connettori. Fase complesse preengineate aggiungono controlli e persino effettori finali per spostare i payload.

Le fasi preengineate superano spesso i sistemi costruiti dai componenti perché sono personalizzati. Al contrario, molti costruttori di macchine non dispongono di tecnici, infissi e interferometri laser e altre attrezzature per allineare gli stadi (che spesso hanno tolleranze di allineamento asse-asse misurate nei micron).

La strategia di controllo determina parte del design, quindi le fasi pre-ingegnerizzate non seguono sempre le regole di progettazione tradizionali. Prendi in considerazione la mancata corrispondenza inerzia. Una tipica regola empirica è quella di mantenere il rapporto tra inerzia del payload e inerzia motoria inferiore a 20: 1 per evitare problemi quando si utilizzano le preset di guadagno dell'amplificatore preconfezionato e delle combinazioni motorie. Ma molte fasi preengineate hanno rapporti per 200: 1 (o anche 4.500: 1 sulle tabelle rotanti, per esempio) e fanno comunque mosse precise senza superamento. Qui, il produttore altera dinamicamente i guadagni di messa a punto del palcoscenico e li convalida con test fisici. Questo consente ai motori più piccoli di fare il lavoro.

Le fasi rotanti come questa sono in genere utilizzate per il posizionamento, ma sono anche adatti per le macchine a CNC. Le macchine che utilizzano di più le fasi preengineate sono semiconduttori fusi, panca a umido, taglio laser, imballaggio e automazione di laboratorio.
Anche le fasi preengineate sono affidabili. Quando si commissionano nuovi sistemi di movimento, i componenti individuali e apparentemente minori non funzionano correttamente insieme. Ad esempio, un connettore difettoso può abbattere un'intera macchina. Le fasi preengineate vengono assemblate e testate prima di essere messe in macchine in modo che ciò non accada.

Esempio: movimento lineare
Prendi in considerazione un'applicazione in cui un'unità lineare fa due mosse diverse. Uno è un lungo viaggio a 400 mm/sec e l'altro è un jogging ad alta velocità di 13 mm che deve sistemarsi entro 10 µm dalla posizione target in 150 msec. La massa in movimento è di 38 kg con una precisione bidirezionale target di ± 5 µm in base al feedback da un codificatore lineare ottico da 1 µm.

Le fasi tradizionali di vite da palla XY non sono abbastanza precise a meno che il costruttore non scelga costose versioni a zero backlash. I motori lineari sono un'altra opzione, ma per questa applicazione sarebbe grande e costosa, poiché solo una lunga bobina motore soddisferebbe il requisito per 300 N di forza continua. Una lunga bobina richiederebbe anche cambiamenti radicali al design complessivo, rendendola più costosa del 50% di altre opzioni.

Questa fase multiaxis pre-ingaggio basata su attuatori lineari Servebelt viene testato prima di aggiungerlo a una macchina per la produzione di semiconduttori. Il palcoscenico non ha un contraccolpo, quindi il designer può sintonizzare i controlli su requisiti dinamici. Questo è utile perché l'unico modo per effettuare le mosse di indice veloce in questa macchina è chiudere i serviloop utilizzando l'encoder lineare, che richiede una trasmissione senza contraccolpo dal motore al carico utile.
Al contrario, una fase preengineate basata su unità a cinghia è economica. Non ha bisogno di controllo a doppio circuito perché può cavarsela con il controllo a loop singolo usando solo l'encoder lineare. L'unità ha anche uno smorzamento meccanico intrinsecamente elevato, che consente ai controlli di ottenere elevati guadagni di accordatura (fino a quattro volte la velocità e i guadagni posizionali) per brevi tempi di insediamento. Al contrario, i motori lineari devono simulare lo smorzamento nell'elettronica servamplificatore, che riduce il possibile guadagno posizionale.

Esempio: movimento rotante
Prendi in considerazione un'altra applicazione: una fresatrice desktop CNC a tre assi. Questi di solito usano sistemi di movimento lineare per posizionare lo strumento di taglio. Al contrario, uno stadio preengineersone combina un posizionamento rotante e lineare. Qui, due dispositivi rotanti a cinghia trasportano carichi su cuscinetti rotanti di grande diametro e si affacciano. Uno trasporta un mandrino guidato dall'aria da 150.000 giri / min. L'altro tiene il pezzo e lo gira di 180 ° in modo che lo strumento di taglio possa raggiungere qualsiasi punto sulla superficie del pezzo in un volume 40 × 40 × 40 mm.

Questa macinazione CNC utilizza una fase preengineerzzata che non è più complessa di quanto deve essere. L'applicazione necessita di una buona finitura superficiale anziché di accuratezza del posizionamento, quindi rinuncia agli encoder e gestisce un ciclo aperto (potenzialmente risparmiando migliaia di dollari per macchina).
Un attuatore lineare a vite guida l'asse lineare ma consente al dispositivo rotante con le teste di taglio che si traducono assialmente rispetto al dispositivo che tiene il pezzo. Tutti e tre i dispositivi si muovono in sincronizzazione. L'asse lineare gestisce il posizionamento dell'asse z e porta lo strumento di taglio sulla faccia del pezzo.

Il design rotante è rigido, il che aiuta il design a soddisfare le tolleranze di lavorazione. Un'opzione lubrificata per la vita riduce la possibilità di contaminazione e gli effettori su entrambi i stadi rotanti si estendono attraverso semplici guarnizioni rotanti in una parete della camera di taglio. I sigilli proteggono il funzionamento interno dal fluido di taglio e dalla polvere di ceramica volante. Al contrario, le fasi XYZ richiedono soffietti voluminosi e coperture dell'armadillo.

Il posizionamento rotante dello strumento di taglio e del pezzo utilizza coordinate polari, non cartesiane (come tipico per la cinematica CNC). Il controller assume i comandi G-codice XYZ e li converte in coordinate polari in tempo reale. Il vantaggio? Il movimento rotante è migliore del lineare per la creazione di finiture superficiali lisce, perché anche i migliori cuscinetti lineari e le viti a sfere "rumble" mentre le palline circolano dentro e fuori da uno stato caricato. Questo rumble riverbera attraverso il sistema di movimento e può mostrare le parti come variazioni periodiche di qualità della superficie.