As indústrias eletrônicas, ópticas, de computador, inspeção, automação e laser exigem especificações diversas do sistema de posicionamento.Nenhum sistema é adequado para todos.

Para garantir que um sistema de posicionamento de alta precisão funcione de maneira ideal, os componentes que compõem o sistema-rolamentos, sistema de medição de posição, sistema de motor e direção e controlador-devem trabalhar juntos o melhor possível para atender aos critérios de aplicação.

Base e rolamento

Para decidir sobre a configuração ideal do sistema, considere primeiro a parte mecânica do sistema. Para estágios lineares, essas são as quatro opções de design comuns e de base:
• Base de alumínio e deslize com as formas de Bolton Ball.
• Base de alumínio ou aço e lado de alumínio ou aço com quatro blocos de rolo recirculantes em trilhos de aço.
• Base de ferro fundido meehanita e deslize com maneiras integrais de rolos.
• Guias de granito com slide de granito ou ferro fundido e rolamentos de ar.

O alumínio é mais leve que o meehanita ou aço, mas menos rígido, menos estável, menos capaz de tomar uma surra e menos resistente ao estresse. Além disso, o alumínio é muito mais sensível às mudanças de temperatura. O ferro fundido é 150% mais rígido que o alumínio e 300% melhor no amortecimento de vibrações. O aço é durável e mais forte que o ferro. No entanto, sofre um toque prolongado, o que é prejudicial ao movimento rápido e dos tempos de liquidação.

Os guias de granito com rolamentos de ar fornecem a combinação mais rígida e durável. O granito pode ser polido para a nivelamento e a ruptura na faixa submicron. A desvantagem de uma tabela de granito é que, devido à massa do granito, possui um envelope espacial maior e pesa mais do que um sistema de posicionamento à base de aço ou ferro. No entanto, como não há contato entre os rolamentos e as superfícies guia de granito, não há desgaste e os rolamentos de ar são amplamente autônomos. Além disso, o granito possui excelentes características de amortecimento de vibrações e estabilidade térmica.

Além disso, o design da tabela em si é importante no desempenho geral da tabela. As mesas vêm em uma variedade de configurações de unidades de parafusos com muitas peças a bases e slides simples. O uso de um material em toda a tabela geralmente fornece uma resposta mais uniforme às variações de temperatura, levando a um sistema mais preciso. Recursos como as nervuras fornecem amortecimento, o que permite a sedimentação rápida.

As formas integrais têm uma vantagem sobre as maneiras aparafusadas, mesmo depois de muito tempo, não é necessário ajustar de maneiras para a pré-carga.

Os rolamentos de roletes cruzados têm contato de linha entre Roller e Raceway, enquanto os rolamentos de esferas têm contato pontual entre a bola e a pista. Isso geralmente resulta em movimento mais suave para rolamentos de rolos. Há menos deformação da superfície (e desgaste) sobre a superfície do rolamento e há uma área de contato maior, para que a carga seja distribuída de maneira mais uniforme. Cargas de até 4,5 a 14 kg/roller são padrão, juntamente com alta rigidez mecânica de cerca de 150 a 300 newtons/mícron. As desvantagens incluem atrito inerente do contato da linha.

A pequena área de contato que limita o atrito do rolamento de esferas, no entanto, também limita sua capacidade de carga. Os rolamentos de rolos geralmente têm vidas mais longas do que rolamentos de esferas. No entanto, os rolamentos de rolos custam mais.

Os tamanhos de mesa padrão de um fabricante incluem 25 a 1.800 mm de comprimento e largura de slides de 100 a 600 mm.

Uma configuração de rolamento de ar consiste em rolamentos de elevação e guia pré-carregados por rolamentos de ar opostos ou por ímãs de alta força de força embutidos nos membros orientadores. Esse design sem contato evita o atrito de outros designs de rolamentos. Além disso, os rolamentos de ar não sofrem desgaste mecânico. Além disso, os rolamentos de ar podem ser espaçados amplamente separados. Assim, são calculados a média de erros geométricos resultantes, produzindo desvios angulares inferiores a 1 s de arco e reta de melhor que 0,25 mícron acima de 200 mm.

Valores numéricos são difíceis de fornecer - eles dependem de muitos fatores. Por exemplo, a precisão do posicionamento depende não apenas dos rolamentos ou guias, mas também do sistema de medição de posição e do controlador. O atrito em um sistema de posicionamento depende não apenas do sistema de acionamento que você escolhe, mas também do ajuste do rolamento, vedação de mesa, lubrificação e assim por diante. Portanto, os valores exatos que podem ser alcançados dependem muito da combinação de todos os componentes, que por sua vez depende do aplicativo.

Sistema de acionamento

Dos muitos tipos de sistemas de acionamento-cinto, rack e pinhão, parafuso de chumbo, parafuso de bola de precisão e motor linear-apenas os dois últimos são considerados para a maioria dos sistemas de posicionamento de alta precisão.

As unidades de parafuso de bola vêm em uma variedade de características de resolução, precisão e rigidez e podem fornecer altas velocidades (acima de 250 mm/s). No entanto, como a unidade de parafuso de esfera é limitada pela velocidade crítica do rotação do parafuso, uma velocidade mais alta requer um passo inferior, com menos vantagem mecânica e um motor de maior poder. Isso geralmente significa mudar para um acionador de motor de maior potência com maior tensão de barramento. As unidades de parafuso de bola, embora amplamente utilizadas, também podem sofrer reação mecânica, corda, erros cíclicos de pitch e atrito. Também esquecida é a rigidez do acoplamento mecânico que une motor e acionamento.

Com o servomotor linear, a força eletromagnética envolve diretamente a massa em movimento sem conexão mecânica. Não há histerese mecânica ou erro cíclico de afinação. A precisão depende inteiramente do sistema de rolamentos e do sistema de controle de feedback.

A rigidez dinâmica indica quão bem um sistema servo mantém a posição em resposta a uma carga de impulso. Em geral, maior largura de banda e maior ganho proporcionam maior rigidez dinâmica. Isso pode ser quantificado dividindo a carga de impulso medida pela distância de deflexão:

Rigidez dinâmica = ΔF/ΔX

A alta rigidez e alta frequência natural resultam em um excelente comportamento de servo com curtos tempos de sedimentação. O slide reage rapidamente à mudança nos comandos de posição, porque não há ligação mecânica entre o motor e o slide. Além disso, como não há parafuso de bola "tocando", os tempos rápidos e os tempos de assentamento podem ser alcançados.

Um motor linear sem escova consiste em um conjunto de ímã permanente fixado na base da máquina e um conjunto de bobinas preso à lâmina. Um intervalo de cerca de 0,5 mm é mantido entre o conjunto da bobina e os ímãs. Não há contato físico entre os dois conjuntos.

O núcleo da montagem da bobina móvel abriga uma série de bobinas de cobre sobrepostas e isoladas. Estes são enrolados de precisão e arremessados ​​para operação trifásica. Uma série de sensores de efeito Hall é usada para a comutação eletrônica. O design da eletrônica de comutação fornece movimento com a força de força insignificante. Como a comutação é eletrônica e não mecânica, a arco de comutação é eliminada.

Essas propriedades tornam um servomotor linear útil em aplicações que requerem alta aceleração (digamos 2,5 m/seg2 ou mais), alta velocidade (digamos 2 m/s ou mais) ou controle preciso da velocidade, mesmo com velocidade muito baixa (digamos apenas alguns mm/s). Além disso, esse motor não precisa de lubrificação ou outra manutenção e não tem desgaste. Como em qualquer outro motor, devido à dissipação de calor, o valor RMS da força ou corrente contínua não deve exceder valores permitidos por longos períodos.

Você pode obter servomotores lineares em forças de acionamento contínuo de 25 a mais de 5.000 N. A maioria dos motores maiores possui resfriamento de ar ou água. Vários motores lineares podem ser conectados em um arranjo paralelo ou em série para obter forças de acionamento mais altas.

Como não existe uma ligação mecânica entre o motor e a lâmina, não há redução mecânica, como existe com um parafuso de bola. A carga é transferida em uma proporção de 1: 1 para o motor. Com uma unidade de parafuso de esfera, a inércia de carga na lâmina para o motor é reduzida pelo quadrado da taxa de redução. Isso torna o acionador de motor linear menos adequado para aplicações com alterações frequentes de carga, a menos que você escolha um controlador que possa programar com diferentes conjuntos de parâmetros de controle do motor correspondentes a diferentes cargas para obter uma compensação eficaz do servo.

Para muitas aplicações verticais, um parafuso de bola é mais fácil e mais econômico-o motor linear deve ser continuamente energizado para compensar a gravidade. Além disso, um freio eletromecânico pode trancar a posição da mesa quando a energia estiver desligada. Você pode usar um motor linear, no entanto, se deslocar o motor e o peso da carga com uma mola, contrapeso ou cilindro de ar.

No custo inicial, há pouca diferença entre um acionador de motor linear e um acionamento de parafuso de esfera que inclui motor, acoplamentos, rolamentos, blocos de mancal e parafuso de bola. Em geral, um motor linear do tipo pincel é um pouco mais barato que uma unidade de parafuso de esfera, e as versões sem escova geralmente são um pouco mais caras.

Há mais a considerar do que o custo inicial. Uma comparação mais realista inclui manutenção, confiabilidade, durabilidade e custos de reposição, incluindo mão -de -obra. Aqui, o motor linear mostra bem.

A Parte 2 cobrirá os sistemas de medição de posição.