Construir atuadores de movimento e estágios do zero força os designers a encomendar, inventário e montar centenas de peças. Também aumenta o tempo para comercializar e requer técnicos e equipamentos de produção especializados. Uma alternativa é solicitar dispositivos de movimento prematurados.

Os estágios e atuadores geralmente são apenas itens na atestra de materiais de uma máquina. Se eles entregarem a força correta, a carga útil, o posicionamento e a velocidade, os construtores de máquinas não precisam gastar tempo dando a eles consideração extra. Mas as empresas podem realmente melhorar suas máquinas usando estágios e atuadores prematurados.

Os estágios prematurados como esse atuador linear do servobelt geralmente custam 25 a 50% menos que seus colegas baseados em componentes, graças à contagem reduzida de peças, especialmente de colchetes e conectores. Eles também reduzem os custos relacionados ao design e manutenção de inventários.
Os subsistemas de movimento devidamente premiados se encaixam em um espaço físico definido e se ligam aos controles da máquina. Eles normalmente aceitam comandos de uma interface de computador de nível superior, placa de controle ou PLC. Os sistemas mais simples de pré -gineses consistem em pouco mais que um atuador e conectores. Os estágios complexos pré -gineerados adicionam controles e até efetores finais para mover cargas úteis.

Os estágios pré-gineses geralmente superam os sistemas construídos com componentes porque são personalizados. Por outro lado, muitos construtores de máquinas não possuem técnicos qualificados, acessórios e interferômetros a laser e outros equipamentos para alinhar os estágios (que geralmente têm tolerâncias de alinhamento de eixo-eixo medidas em mícrons).

A estratégia de controle determina parte do design; portanto, os estágios pré-engenhados nem sempre seguem as regras de design tradicionais. Considere incompatibilidade de inércia. Uma regra geral típica é manter a proporção de inércia de carga útil para inércia de motor abaixo de 20: 1 para evitar problemas ao usar as predefinições de ganho de amplificador pré -embalado e combinações de motor. Mas muitos estágios prematurados têm proporções para 200: 1 (ou mesmo 4.500: 1 em tabelas rotativas, por exemplo) e ainda fazem movimentos precisos sem ultrapassagem. Aqui, o fabricante altera dinamicamente os ganhos de ajuste do palco e os valida com testes físicos. Isso permite que motores menores façam o trabalho.

Os estágios rotativos como este são normalmente usados ​​para posicionamento, mas também são adequados para máquinas CNC. Máquinas que usam estágios pré-regineados são mais fundidos semicondutores, bancada úmida, corte a laser, embalagem e automação de laboratório.
Os estágios pré -gineses também são confiáveis. Ao encomendar novos sistemas de movimento, os componentes individuais e aparentemente menores não funcionam corretamente juntos. Por exemplo, um conector com defeito pode derrubar uma máquina inteira. Os estágios pré -gineses são montados e testados antes de serem colocados em máquinas para que isso não aconteça.

Exemplo: movimento linear
Considere uma aplicação na qual uma unidade linear faz dois movimentos diferentes. Uma é uma viagem longa a 400 mm/s, e a outra é uma jogada de 13 mm de alta velocidade que deve se estabelecer dentro de 10 µm da posição alvo em 150 ms. A massa em movimento é de 38 kg com uma precisão bidirecional alvo de ± 5 µm com base no feedback de um codificador linear óptico de 1 µm.

Os estágios tradicionais do parafuso de bola XY não são precisos o suficiente, a menos que o construtor escolha versões caras de zero-backlash. Os motores lineares são outra opção, mas para esse aplicativo seria grande e caro, pois apenas uma bobina de motor longa atendia ao requisito de 300 N de força contínua. Uma bobina longa também exigiria mudanças amplas no design geral, tornando 50% mais caro que outras opções.

Este estágio multiaxis pré-gerado baseado nos atuadores lineares do servobelt é testado antes de adicioná-lo a uma máquina de fabricação de semicondutores. O palco tem uma reação zero, para que o designer possa ajustar os controles aos requisitos dinâmicos. Isso é útil, porque a única maneira de fazer movimentos de índice rápido nesta máquina é fechar as servos usando o codificador linear, que requer uma linha de transmissão sem reação do motor para a carga útil.
Em contraste, um estágio prematuramente baseado em unidades acionadas por correias é econômico. Ele não precisa de controle de loop duplo, pois pode obter com controle de loop único usando apenas o codificador linear. A unidade também possui amortecimento mecânico inerentemente alto, que permite que os controles tenham altos ganhos de ajuste (para quatro vezes a velocidade e os ganhos posicionais) para tempos de sedimentação curtos. Por outro lado, os motores lineares devem simular o amortecimento nos eletrônicos do servoamplificador, o que reduz o possível ganho posicional.

Exemplo: movimento rotativo
Considere outro aplicativo-uma máquina de moagem de desktop CNC de três eixos. Eles geralmente usam sistemas de movimento linear para posicionar a ferramenta de corte. Por outro lado, um estágio prematuro combina o posicionamento rotativo e linear. Aqui, dois dispositivos rotativos acionados por correia carregam cargas em rolamentos rotativos de grande diâmetro e enfrentam um ao outro. Um carrega um eixo a ar de 150.000 rpm. O outro mantém a peça de trabalho e gira 180 °, para que a ferramenta de corte possa atingir qualquer ponto na superfície da peça de trabalho em um volume de 40 × 40 × 40 mm.

Esta máquina de moagem do CNC usa um estágio prematuro que não é mais complexo do que precisa. O aplicativo precisa de um bom acabamento na superfície, em vez de posicionar a precisão, para que os codificadores e execute o loop aberto (potencialmente economizando milhares de dólares por máquina).
Um atuador linear acionado por parafuso aciona o eixo linear, mas permite que o dispositivo rotativo com as cabeças de corte se traduza axialmente em relação ao dispositivo que mantém a peça de trabalho. Todos os três dispositivos se movem em sincronia. O eixo linear lida com o posicionamento do eixo z e traz a ferramenta de corte para a face da peça de trabalho.

O design rotativo é rígido, o que ajuda o design a encontrar tolerâncias de usinagem. Uma opção lubrificada para vida reduz a possibilidade de contaminação e os efetores em ambos os estágios rotativos se estendem através de vedações rotativas simples em uma parede da câmara de corte. As focas protegem o trabalho interno de cortar fluido e poeira de cerâmica voadora. Por outro lado, os estágios do XYZ requerem fole e tampas de tatus e tampos de tatu.

O posicionamento rotativo da ferramenta de corte e da peça de trabalho usa coordenadas polares, não cartesianas (como típicas para a cinemática da CNC). O controlador recebe comandos do código G XYZ e os converte em coordenadas polares em tempo real. O benefício? O movimento rotativo é melhor do que linear para criar acabamentos de superfície lisa, porque mesmo os melhores rolamentos lineares e parafusos de bola “Rumble” enquanto as bolas circulam dentro e fora de um estado carregado. Esse estrondo reverbera através do sistema de movimento e pode aparecer em peças como variações periódicas da qualidade da superfície.