Электрический цилиндр DNCE

Мехатроника Festo

Тенденции современного информационного общества, стремительное развитие техники и сплетение различных областей знаний воедино дают мощный толчок для использования системного подхода в разработке средств автоматизации вообще и систем управления движением в частности. Таким системным подходом для Festo является концепция Мехатроники, в рамках которой разработаны оптимизированный набор компонентов (пневматических, механических, электрических и электронных), программные средства для расчета и выбора элементов системы перемещения, а также для конфигурирования, настройки и программирования. Все механические, электрические и электронные интерфейсы стандартизованы, благодаря чему можно гибко подбирать состав системы перемещения под конкретную задачу. Базовые компоненты системы дополнены исчерпывающим набором опций и переходных элементов, что позволяет решать задачи построения мехатронных систем в комплексе.

Совершенное дополнение пневматических компонентов

Становление и развитие концепции Мехатроники на Festo началось с создания электрических приводов, совместимых по конструкции с пневматическими. Продукт, который хотелось бы рассмотреть в первую очередь, это электрический цилиндр DNCE. Идея разместить жесткую электромеханическую систему с возможностью гибкого управления в корпусе пневмоцилиндра витала в воздухе – сам рынок требует этого. Даже самые простые машины и механизмы стали выходить на новый уровень автоматизации и требовать все большей производительности и гибкости от систем перемещения. Таким образом, получая в распоряжение систему перемещения с идентичным механическим интерфейсом, но с лучшими характеристиками и функциональностью, стало возможным усовершенствовать машину без серьезного изменения конструкции.

Конструкция и комплектация DNCE Принцип действия

Как же устроен электрический цилиндр DNCE? Электрический цилиндр состоит из механической приводной системы (передача винт-гайка скольжения или качения, шток, и корпус), электродвигателя с монтажным комплектом (фланец и соединительная муфта) и электронного устройства управления двигателем. Принцип действия прост: электродвигатель, управляемый электроникой, жестко соединен с винтовой передачей. Передача винт-гайка преобразует вращательное движение в поступательное и передает его через гайку штоку. Таким образом, получаем управляемое поступательное перемещение.

Внутреннее устройство

Конструкция механической системы представлена на рисунке. Внешние габариты и присоединительные размеры передней и задней крышек, алюминиевого профиля и самого штока соответствуют габаритам пневмоцилиндра DNC и стандарту ISO 6431. В корпусе задней крышки расположена подшипниковая опора, в которую жестко установлен приводной конец винта. Гайка, установленная на винте, жестко связана с движущимся поступательно штоком. Кроме того, на гайке установлено кольцо скольжения из полимерного материала с защитой от проворачивания, а также магнитное кольцо для обеспечения срабатывания бесконтактных концевых выключателей. В передней крышке установлен линейный подшипник для удержания направления движения штока.

Типы привода

Линейная ось DNCE может быть укомплектована двумя типами винтовых передач: скольжения – винт-гайка с трапециедальной резьбой, качения – шарико-винтовая передача (ШВП) с рециркуляцией шариков.

Электроцилиндр DNCE-LS (LS = Lead screw/винт-гайка скольжения) – экономичное решение с простой передачей винт-гайка скольжения. Линейная ось DNCE-LS предназначена для медленных перемещений с высокими усилиями подачи. Одной из основных характеристик данного типа привода является наличие свойства самоторможения, что нередко очень полезно, например при вертикальном перемещении. Электрический цилиндр с таким типом привода оптимизирован для комбинации с интегрированными сервоприводами постоянного тока MTRDCI и шаговыми приводами Festo.

Электроцилиндр DNCE-BS (BS =Ballscrew/ШВП) – это производительное и функциональное решение. Линейная ось DNCE-BS предназначена для длительных возвратно-поступательных движений с высокой динамикой. Привод на базе ШВП – это точная и надежная система перемещения, рассчитанная на длительную эксплуатацию. Комплектация электрического цилиндра с ШВП оптимизирована для использования совместно с шаговыми и сервоприводами Festo.

Типы двигателей. Монтаж двигателей

Уже упоминалось, что с электрическим цилиндром возможно агрегатировать три типа сервоприводов:

– интегрированный сервопривод постоянного тока MTR-DCI. Это комплекcное решение, которое сочетает в одном корпусе электродвигатель, энкодер и управляющую электронику. Необходимо только подать питание и управляющий сигнал;
– комплектный шаговый привод: двигатели EMMS-ST и сервоусилители CMMSST. Может быть использован как разомкнутый шаговый привод без датчика положения или как сервопривод с относительным энкодером и полным контролем над позицией, скоростью и моментом, а, как следствие, и контролем над потреблением энергии;
– комплектный синхронный сервопривод: серводвигатели EMMS-AS и сервоусилители CMMx-AS. Полноценные сервоприводы с двигателями на постоянных магнитах, абсолютными энодерами на валу и богатым набором функций.

Для удобства использования возможно крепить любой из приведенных типов двигателей соосно

электроцилиндру или параллельно. Существуют стандартные соосные и параллельные монтажные комплекты для любого из трех типов двигателей. Соосный монтаж выстраивает всю систему в линейку и является наиболее простым и стандартным. Параллельный монтаж позволяет сократить линейный габарит системы перемещения.

Опции

Для закрепления на установке и максимальной адаптации электрического цилиндра к требованиям задачи существует возможность укомплектовать его дополнительными элементами и аксессуарами.

Весьма часто для компенсации радиальных составляющих нагрузки или просто для использования цилиндра как консольной оси, добавляют в комплектацию системы перемещения стандартный узел внешних линейных направляющих – FENG. Линейные подшипники в данном случае могут быть как скольжения, так и качения.

Для использования линейной оси в сложных условиях с повышенной влажностью или запыленностью предусмотрен комплект гофрозащиты штока цилиндра EADB. Благодаря этой опции степень защиты может быть увеличена до IP65, что позволяет использовать DNCE в тяжелых производственных условиях.

Максимальной близостью крепежных и габаритных размеров пневматического и электрического цилиндра можно в полной мере воспользоваться при осуществлении крепежа на установке, а также при установке концевых выключателей (см. рисунок). Такое богатство опций позволяет легко и быстро подобрать нужный вариант крепежа и дополнительной комплектации, исходя из требований задачи.

Применения

Наличие свободно программируемых точек позиционирования, мягкий разгон и торможение, а также возможность создания уникальных профилей движения позволяют использовать электрический цилиндр DNCE в широком диапазоне применений. Рассмотрим наиболее характерные из них.

Выполнение подстроечных перемещений. Стандартная задача для комплекта DNCE-LS+MTR-DCI – установка формата изделия с помощью перемещаемого упора. Задачи локальной автоматизации, решаемые с минимальными доработками, готовым к установке законченным блоком.

Объемное дозирование жидких продуктов. С помощью DNCE-BS с шаговым или серводвигателем получаем систему с возможностью гибкого изменения скорости и объема дозирования, с контролем за профилем движения, что исключает возможность расплескивания продукта, а также позволяет совершать сложные волнообразые движения, например, при упаковке мороженого в прозрачный стаканчик Весьма часто электрический цилиндр используется в составе сложных автоматических линий. На рисунке представлена линия упаковки и распределения готовой продукции. Манипулятор трипод EXPT Festo, оснащенный машинным зрением, укладывает изделия на поддон, Y-Z манипулятор Festo перекладывает поддоны в коробки, а лифт на базе DNCE распреляет коробки по рольгангам.

Расчет и ввод в эксплуатацию

Для получения полной картины мехатронной концепции Festo рассмотрим специализированные программные продукты для расчета и подбора элементов систем перемещения и программные средства для конфигурирования и ввода в эксплуатацию.

Подбор и расчет

PositioningDrives – простая и одновременно мощная программа для расчета и подбора систем электропривода, которая позволяет исключить ошибки, сократить время и оптимизировать решение.

Исходные данные: ход, масса, повторяемость, направление перемещения необходимо ввести в программу. Предусмотрено ограничение требуемого времени перемещения, а также предварительный выбор типа привода и вариантов комплектации.

Для удобства выбора подобранные варианты можно отсортировать по типам двигателя и привода, функции компонентов, продолжительности цикла или стоимости.

Программа также выдает подробные результаты, такие как: графики движения, результаты расчета динамики, параметры системы, характеристики и список компонентов.

Ввод в эксплуатацию

Для этого используется программа конфигурирования FCT Festo для ввода в эксплуатацию. Ее характеристики: управление и сохранение всех параметров приводной системы в одном общем проекте; управление проектом и данными для всех типов поддерживаемых устройств; простота в использовании благодаря графически поддерживаемому вводу параметров; универсальный режим работы для всех приводов; работа в автономном режиме, за компьютером, или в оперативном режиме непосредственно рядом со станком.

Яркий пример Мехатроники

Электрический цилиндр DNCE представляет собой яркую иллюстрацию концепции Мехатроники Festo:

•Единый конструктивный стандарт с пневматикой позволяет гибко выбирать технические решения и использовать единый набор принадлежностей
•Разные варианты комплектации (тип передачи: винт-гайка/ШВП, тип сервопривода: интегрированный или комплектный) позволяют использовать электроцилиндр как в задачах локальной автоматизации с невысокими требованиями, так и в высокодинамичных задачах в сложных системах и комплексах
•Наличие мощного набора программного обеспечения позволяет быстро и безошибочно произвести расчет, выбор и ввод в эксплуатацию системы перемещения.

Фотографии и материалы предоставлены компанией Festo