Soluţii de automatizare. 10 idei de alegere a axelor electrice şi de constructive a sistemelor de manipulare

Alegerea unui sistem de manipulare depinde, în principal, de elementele în mişcare, respectiv de masa/masele părţilor deplasate, cât şi de vitezele sau timpii de manipulare, pornind de la obiectul de manipulat şi până la ultima axă de deplasare. Masele deplasate şi, respectiv, acceleraţiile necesare atingerii vitezelor, generează momente de inerţie, care se traduc în forţe şi, respectiv, momente rezistente ce trebuiesc învinse.

Dimensionarea sistemului pornind de la elementul de execuţie final

Când luaţi în considerare utilizarea oricărui tip de sistem de manipulare, întotdeauna analizaţi-l începând  cu obiectul de manipulat, apoi la elementul de apucare (griper sau vacuum) spre partea anterioară. Dimensionaţi prima dată elementul de apucare, trecând apoi la celelalte componente până la axele de deplasare, de ex. actuatori rotativi. După ce efectuaţi acest lucru, dimensionaţi axele în ordine inversă, de exemplu, mai întâi axa verticală (Z) şi apoi axele orizontale (Y şi apoi X).

Minimizarea numărului de axe în soluţiile cu axe multiple

Dacă aplicaţia Dvs. necesită o soluţie cu mai multe axe, cea mai bună metodă este reducerea numărului de axe dintre cadrul rigid şi produsul de manipulat. Reducând acest număr la minim (5 maximul absolut), veţi minimiza săgeata cumulată la încovoiere, îmbunătăţind, astfel, precizia. De asemenea, dacă axele sunt electrice, problemele rezultate din compunerea efectelor jocului şi deflecţiei pot conduce la instabilitatea sistemului.

Montarea unor servomotoare şi motoare pas cu pas pe axele mecanice

La montarea unor servomotoare sau motoare pas cu pas pe axele mecanice, asiguraţi-vă împotriva posibilelor efecte de nealiniere a arborelui motorului. Cuplajele flexibile gen „Oldham” sau cu burduf sunt ideale, ele fiind livrate, de obicei, cu seturi de şuruburi de fixare sau de prindere, acţionând şi ca siguranţă mecanică.

Dacă arborele se distruge, cuplajul alunecă, minimizând astfel deteriorarea şurubului cu bile sau a curelei axei, care sunt foarte scumpe. Soluţia ideală este alegerea unui producător care poate livra toate elementele: arborele, carcasa cuplajului, cuplajul, flanşa şi motorul, reducând astfel riscul nealinierii şi beneficiind de o soluţie garantată.

Selectarea comenzii motorului pas cu pas

Dacă folosiţi un sistem cu motor pas cu pas şi doriţi să folosiţi modul „microstepping”, impulsul de pas de la PLC  sau cardul de motor pas cu pas trebuie să corespundă necesităţilor Dvs. de performanţă.

De exemplu, la un motor pas cu pas care poate avea 200 paşi pe rotaţie, dacă doriţi o mişcare mai lină şi mai precisă, aţi putea să mergeţi până la 1/32 din pasul întreg, în cazul celor mai multe sisteme, acest lucru oferind 6.400 paşi pe rotaţie.

Dacă doriţi să obţineţi 900 de rotaţii pe minut la motor, sunt necesare 5.760.000 pulsuri pe minut, ceea ce înseamnă 96.000 pulsuri pe secundă sau 96 kHz. Trebuie să vă asiguraţi că această frecvenţă se poate obţine, deoa­rece proiectantul mecanic scapă adesea din vedere acest lucru atunci când dimensionează sistemul, pentru că el nu cunoaşte specificaţia automatului programabil.

Beneficii ale motoarelor pas cu pas şi servo

Comparativ cu tehnologia servo, tehnologia motorului pas cu pas este adesea considerată ca fiind ruda mai  săracă din familia controlului mişcării. Această concepţie este gre­şită pentru că, deşi dinamica este mai scăzută decât la soluţia cu servo, un sistem cu motor pas cu pas, dimensionat corect, poate oferi beneficii majore de cost, comparativ cu sistemul servo. Supradimensionaţi motorul pas cu pas cu cel puţin 30%, pentru a fi siguri că nu pierde niciodată paşi şi, astfel, veţi obţine un sistem eficient din punct de vedere performanţă/cost. Dacă aveţi dubii, cereţi întotdeauna sfatul unui producător care livrează ambele tehnologii pentru că veţi obţine o soluţie optimă obiectivă.

servomotor

motor pas cu pas

Care este raportul maselor inerţiale?

Majoritatea sistemelor pas cu pas şi servo sunt dimensionate nu pe baza necesităţilor momentului dezvoltat, ci pe baza necesităţilor inerţiei (care determină momentul de inerţie). Dacă un motor este ataşat unei sarcini care are un moment de inerţie mult mai ridicat decât al rotorului (partea rotativă a motorului), sarcina va avea tendinţa de a conduce motorul şi nu invers (ceva de genul unei maşini „Smart” care împinge o caravană de 2 tone). De aceea, este important să vă asiguraţi că inerţia sarcinii nu este prea ridicată în raport cu inerţia rotorului.

În cele mai simple sarcini de poziţionare, această inerţie poate fi de până la 10:1 (sarcina:rotor). O maşina CNC care necesită o precizie de poziţionare foarte mare, ar avea probabil un raport al maselor inerţiale de 1:1.

Dacă inerţia sarcinii este prea mare, se poate introduce un reductor care va fi de un ajutor considerabil în reducerea acestui raport (un reductor 4:1 va reduce inerţia sarcinii de aproape 16 ori).

Evitarea eforturilor şi uzurii la curea şi la rulmenţii axei

Când legaţi două axe într-o configuraţie paralelă, asiguraţi-vă că arborele de cuplare dintre axe este montat pe acelaşi arbore cu  motorul. Acest lucru asigură o transmisie rigidă a puterii şi asigură funcţionarea sincronă a celor două axe. Montarea arborelui de cuplare în partea opusă a arborelui motorului de antrenare introduce un joc şi un efort suplimentar în curea şi în rulmenţi.

Importanţa alocării unei rezerve de cursă

Verificaţi dacă la axele Dvs. mecanice este inclusă o rezervă de cursă. Mulţi producători, deşi nu toţi, includ o distanţă suplimentară la fiecare capăt al axei, care nu face parte din cursa saniei axei. Prin acest lucru, în cazul unei poziţii programate incorect de controller, în momentul în care sania axei depăşeşte senzorul de poziţie de capăt, se poate reduce viteza înainte de a lovi capătul fizic al axei.

Prin introducerea rezervei de cursă, multe axe pot părea mai lungi decât alte axe care au aceeaşi lungime de cursă. În cadrul cursei utile, este posibil să folosiţi unele din aceste rezerve de cursă şi, de aceea, reduceţi lungimea axei, în funcţie de viteza şi de sarcina aplicaţiei. Atenţie însă! Dacă această rezervă este folosită în întregime, în cazul unui defect de program se poate ajunge la o avarie periculoasă a sistemului.

Importanţa utilizării sistemelor port-cablu

Nu subapreciaţi importanţa sistemelor port-cablu atunci când integraţi axele electrice într-o aplicaţie.

Sistemele port-cablu sunt, adesea, la fel de importante precum axa însăşi. Cablurile prost proiectate şi instalate pot afecta reglarea axei, pot crea o aplicaţie foarte zgomotoasă şi pot conduce la avaria prematură a furtunelor şi cablurilor, ceea ce poate fi periculos pentru operatori.

Sistemele de lanţuri port-cablu ar trebui tratate ca o parte integrată a proiectului şi nu ca o parte suplimentară abordată după proiectarea sistemului.

Asiguraţi-vă că furnizorul de axe electrice înţelege aceste aspecte şi asigură montarea axelor în concordanţă cu sistemele de management al cablurilor şi port-cablurilor.

Care sunt diferenţele dintre axele cu transmisie cu şurub conducător sau şurub cu bile?

Multe persoane întreabă care sunt cele mai importante diferenţe dintre axele cu transmisie cu şurub conducător sau şurub cu bile. Confuzia apare din terminologie şi loca­lizarea pe piaţă. De exemplu, terminologia din SUA variază, adesea, de cea din Europa. Şuruburile cu bile, care sunt uneori greşit numite „spindle drives”, constau dintr-un şurub şi o piuliţă cu bile cu recirculare. Şuruburile cu bile oferă o perioadă lungă de funcţionare, fără joc şi cu poziţionare precisă. Dezavantajul constă în costurile ridicate şi în faptul că nu sunt autoblocabile, având nevoie, în cazul unui montaj vertical, de existenţa unei frâne.

Şurubul conducător, numit adesea şurub trapezoidal, constă dintr-un şurub trapezoidal şi o piuliţă din polimer. Ele au costuri mici şi oferă şi beneficiul autoblocării datorită formei filetului. Dezavantajul constă în durata mai scurtă de funcţionare şi existenţa unui mic joc în transmisie. 

Mirela Ficleanu este Director Marketing  FESTO