Производительность и экономичность в линейном перемещении

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 разработан 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 с истемы дополнены исчерпывающим набором опций и переходных элементов, что позволяет решать задачи построения мехатронных систем в комплексе.

Производительность и экономичность

Большое количество задач с относительно невысокими требованиями к точности направляющих и их нагрузочной способности, но требующих высокой производительности явились стимулом для появления линейных приводов с зубчатым ремнем ELGR и ELGG. Данные типы приводов обладают целым набором особенностей: простота и универсальность конструкции, экономичность и производительность за счет использования цилиндрических направляющих и зубчатого ремня. Линейные приводы ELGR и ELGG интегрированы в концепцию Мехатроники Festo и являются базовым решением для задач перемещения объектов небольшой массы.

Конструкция и комплектация ELGR и ELGG

Линейный привод ELGR – это система линейного перемещения с кареткой, которая позволяет осуществлять управляемое движение объектов внутри рабочей зоны с помощью подключаемых к ней электродвигателей. Модификация же линейного привода ELGR с двумя каретками – ELGG – позволяет осуществлять синхронные движения двух кареток во взаимно противоположных направлениях в рамках рабочей зоны.

Основой конструкции линейных приводов ELGR и ELGG являются две цилиндрические направляющие, зафиксированные с двух сторон. Шкивы расположены в конструктивных элементах, которые также являются креплением для несущих направляющих. Зубчатый ремень расположен посредине – между направляющими, закреплен на каретке и приведен в зацепление с двумя шкивами. Конструктивные элементы и каретка выполнены из экструдированного алюминиевого профиля. Такое решение позволяет экономить материал, ускорять процесс производства (нужно выполнить только незначительные доработки), использовать удобство крепления профильных пазов.

В качестве линейных подшипников могут быть использованы подшипники с рециркулирующими шариками или подшипники скольжения. Для задач с более высокими требованиями по скорости и нагрузочной способности каретки предпочтительнее использовать подшипники качения, а для менее динамичных задач, но с худшими условиями внешней среды (пыль, грязь) целесообразно применять подшипники скольжения.

Зубчатый ремень изготовлен из полихлоропренового каучука, армированного стекловолокном, что дает высокую гибкость и одновременно жесткость. Данное свойство позволяет использовать шкивы небольшого диаметра и в ряде случаев отказываться от дополнительного редуктора между двигателем и линейным приводом, т. е. получать экономичное комплектное решение. Зубчатый ремень устанавливается на двух шкивах, каждый из которых может быть приводным, упрощая монтаж двигателя.

Вариант линейного привода ELGG с двумя каретками, которые движутся во взаимно противоположных направлениях, устроен следующим образом. Обе каретки, установленные на направляющих, имеют соединение с зубчатым ремнем, а расположение крепления в разных частях каретки (сверху и снизу) позволяет получать синхронные противоположные движения при вращении одного шкива.

Монтаж двигателей. Типы двигателей

Одна из основных отличительных особенностей линейного привода ELGR c зубчатым ремнем – это возможность монтажа электродвигателей с любой из четырех сторон. Это возможно благодаря идентичному механическому интерфейсу крепления, а также конструкции шкивов – оба могут быть приводными. Монтаж с любой стороны упрощает проектирование – легче вписать привод в конструкцию, упрощает заказ – не нужно задумываться о расположении приводных и неприводных валов, а также упрощает монтаж непосредственно на установке – в случае необходимости можно перенести двигатель в любую из четырех точек.

Двигатели крепятся к ELGR с помощью стандартных монтажных комплектов, что позволяет получать законченную электромеханическую систему линейного перемещения.

В зависимости от задачи и требований по скорости, ускорению и точности, предъявляемых к системе перемещения, линейный привод ELGR может быть совмещен с одним из двух типов сервоприводов:

– комплектный шаговый привод: двигатели EMMS-ST и сервоусилители CMMS-ST. Может быть использован как разомкнутый шаговый привод без датчика положения или как сервопривод с относительным э нкодером 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 энкодерами на валу и богатым набором функций.

Типоразмеры линейных приводов, двигателей и сервоусилителей оптимизированы друг под друга.

Опции

Широкий набор опций позволяет легко и быстро закрепить электродвигатель, сам линейный привод или установить концевые датчики – для этого предусмотрены монтажные комплекты. Одними из обязательн ых элементов, которые используют совместно с ELGR, являются закладные гайки для установки в паз, что дает гибкость крепления с помощью профильных пазов. Также предусмотрен вариант с удлиненной кареткой и дополнительные пассивные каретки для увеличения нагрузочных характеристик. Для построения комплектных систем перемещения разработана модификация привода – пассивная направляющая – ELFR, выполненная в тех же типоразмерах, но без ремня и шкивов.

Применение

Комплектные линейные оси на базе приводов ELGR и ELGG с шаговыми или серводвигателями находят применение в различных отраслях и задачах с относительно невысокими требованиями к нагрузочной способности и точности направляющих. Характерными являются задачи перемещения различных упоров или ограничителей, датчиков и указателей. ELGR и ELGG активно используются и в задачах перекладки небольших объектов в составе систем.

Расчет и ввод в эксплуатацию

Для сокращения времени расчета и ввода в эксплуатацию, для оптимального выбора и максимального удобства в работе разработаны специализированные программные продукты для расчета и подбора элементов систем перемещения и программные средства для конфигурирования и ввода в эксплуатацию. Подробные характеристики линейного привода ELGR введены в базу программного обеспечения.

Подбор и расчет

Positioning Drives – простая и одновременно мощная программа для расчета и подбора систем электропривода, 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

Программа конфигурирования FCT FESTO для ввода в эксплуатацию. Управление и сохранение всех параметров приводной системы можно осуществлять 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, сидя за компьютером, или в оперативном режиме, находясь непосредственно рядом со станком.

Фотографии и материалы предоставлены компанией Festo