Мехатроника в действии Решения для координатных систем

Концепция мехатроники Festo — системный подход

Festo разработала уникальный подход к автоматизации. Мехатроника здесь — не просто модное слово, а реально работающая концепция. Что это значит на практике?

Инженеры компании создали оптимизированный набор компонентов. Пневматика, механика, электрика, электроника — всё работает как единый организм. Программные средства позволяют рассчитывать элементы системы перемещения, конфигурировать оборудование, настраивать и программировать его без лишних сложностей.

Интерфейсы стандартизованы. Механические, электрические, электронные — все. Это даёт гибкость. Подбираете состав системы под конкретную задачу без головной боли. Базовые компоненты дополнены опциями и переходными элементами. Решаете задачи построения систем в комплексе, а не по частям.

Координатные системы раскроя: три оси движения

Любой раскройный станок работает с листовыми материалами. Головка должна перемещаться по трём координатам: X, Y и Z. Казалось бы, просто. Но есть нюансы.

Оптимальные характеристики достигаются только при комплексном подходе. Механика — элементы конструкции, передаточные механизмы, направляющие. Электропривод — двигатели и сервоусилители. Электроника — контроллеры управления движением. Каждый элемент вносит вклад в итоговые характеристики готового станка.

Комплектация зависит от назначения комплекса. Скорость холостых и рабочих перемещений, рабочее поле, точность контурной обработки — всё это определяет оптимальный набор компонентов. Универсальных решений не бывает.

Сегментация потребителей: четыре группы требований

Разберёмся с потребителями станков лазерной резки. Сегментирование помогает понять требования к системе перемещения оборудования.

Видите разницу? Четыре совершенно разных подхода к одному и тому же оборудованию. Теперь рассмотрим конкретные решения для каждого сегмента.

Решения для первого сегмента: скорость превыше всего

Реклама и легкая промышленность диктуют свои правила. Точность важна, но не критична — 0,3 мм вполне достаточно. А вот производительность... Здесь требования серьёзные: до 90 м/мин скорость холостых перемещений.

Оптимальная конфигурация: линейные приводы с зубчатым ремнем по осям X и Y. По оси Z — линейный консольный привод с ШВП (шариковинтовая передача). Такая комбинация даёт нужную скорость без переплаты за избыточную точность.

Рис. 1. Комплектный координатный стол XYZ на базе линейных приводов с зубчатым ремнем

Двигатели выбираете под задачи. Серводвигатели с постоянными магнитами или шаговые серводвигатели — зависит от требуемого быстродействия. Система поставляется в сборе или модульными элементами для сборки на месте.

Состав системы:

• ✔️ Линейные приводы с зубчатым ремнем EGC-TB (оси X,Y)
• ✔️ Линейный консольный привод c ШВП EGSL (ось Z)
• ✔️ Синхронизирующий вал по оси X
• ✔️ Синхронные или шаговые сервоприводы, 3 комплекта
• ✔️ Контроллер движения c CNC-управлением CPX-CEC-M1
• ✔️ Монтажные аксессуары, кабели, кабельные цепи

Характеристики:

• ★ Рабочее поле X×Y×Z: 8500×1500×300 мм
• ★ Скорости: до 5 м/с по осям X,Y и до 0,5 м/с по оси Z
• ★ Повторяемость: 0,08 мм (по XY)
• ★ Точность отслеживания контура: 0,3 мм

Решения для второго сегмента: золотая середина

Щитовая продукция и легкое машиностроение требуют баланса. Точность 0,1-0,2 мм, скорость до 60 м/мин. Ни то, ни другое не должно хромать.

Два варианта на выбор: линейные приводы на базе ШВП или координатные системы на базе зубчатой рейки. Рассмотрим первый — он более распространён.

Основу конструкции образуют линейные приводы EGC с ШВП по осям X-Y, консольный привод EGSL c ШВП и встроенной направляющей по оси Z. По оси X — два параллельных привода с независимыми двигателями, синхронизируемыми электронно (принцип ведущий/ведомый).

Рис. 2. Комплектный координатный стол XYZ на базе линейных приводов с ШВП

Приводы EGC имеют опцию поддержки винта. Это расширяет скоростные возможности до 1 м/с по осям X и Y. Для производства средней сложности — более чем достаточно.

Состав системы:

• ✓ Линейные приводы с ШВП EGC-BS (оси X,Y), электронная синхронизация по оси X
• ✓ Линейный консольный привод c ШВП EGSL (ось Z)
• ✓ Синхронные или шаговые сервоприводы, 4 комплекта
• ✓ Контроллер движения c CNC-управлением CPX-CEC-M1
• ✓ Монтажные аксессуары, кабели, кабельные цепи

Характеристики:

• ☑️ Рабочее поле X×Y×Z: 3000×1500×300 мм
• ☑️ Скорости: до 1 м/с по осям X,Y и до 0,5 м/с по оси Z
• ☑️ Повторяемость: 0,02 мм (по XYZ)
• ☑️ Точность отслеживания контура: 0,1 мм

Решения для третьего сегмента: максимум скорости и точности

Среднее и тяжелое машиностроение не прощает компромиссов. Точность до 0,05 мм, скорость до 180 м/мин. Качество реза — на первом месте.

Здесь работают линейные двигатели с непосредственным преобразованием электрической энергии в линейное перемещение. Никаких промежуточных механизмов. Чаще всего — линейные синхронные двигатели с постоянными магнитами.

Управление такими двигателями требует специализированных сервоусилителей. Они должны работать с датчиками линейного перемещения и обеспечивать высокие перегрузочные способности. Контроллеры — только высокопроизводительные.

Рис. 3, а. Консольный привод EGSL для оси Z с двигателем EMMS-AS

Рис. 3, б. Контроллер двигателя CMMP-AS

Рис. 3, с. Контроллер движения CECX-X-M1

Премиум сервоусилители CMMP-AS управляют линейными двигателями с высоким качеством. Контроллер движения CECX-X-M1 со встроенными функциями CNC-управления обеспечивает необходимую производительность.

Состав системы:

• ★ Линейный консольный привод c ШВП EGSL с синхронным серводвигателем EMMS-AS (ось Z)
• ★ Контроллеры синхронных двигателей (сервоусилители) CMMP-AS, 4 комплекта
• ★ Контроллер движения c CNC-управлением CECX-X-M1

Характеристики:

• ✔️ Рабочее поле X×Y×Z: 12000×3000×300 мм
• ✔️ Скорости: до 3 м/с по осям X,Y и до 0,5 м/с по оси Z
• ✔️ Повторяемость: 0,01 мм (по XY)
• ✔️ Точность отслеживания контура: 0,05 мм

Решения для четвертого сегмента: прецизионная точность

Приборостроение и медицинская техника — особый случай. Резка, гравировка, маркировка заготовок. Малое рабочее поле, невысокие скорости, но точность... до 0,01 мм!

Поскольку рабочее поле небольшое, логично использовать подвижный стол с заготовкой и неподвижный инструмент. Прецизионные линейные приводы EGSK в стальном корпусе — оптимальный выбор для осей X и Y.

Стальной корпус с интегрированной шариковой гайкой-кареткой обеспечивает высокие точностные характеристики при компактной конструкции. Шаговые EMMS-ST или синхронные EMMS-AS серводвигатели — в зависимости от требований по быстродействию.

Рис. 4. Крестовой стол на базе линейных приводов EGSK с ШВП и серводвигателей EMMS-AS

По оси Z — компактный консольный привод EGSL с шаговым или серводвигателем.

Состав системы:

• ✦ Прецизионные линейные приводы с ШВП EGSK (оси X,Y)
• ✦ Линейный консольный привод c ШВП EGSL (ось Z)
• ✦ Синхронные или шаговые сервоприводы, 3 комплекта
• ✦ Контроллер движения c CNC-управлением CPX-CEC-M1
• ✦ Монтажные аксессуары, кабели, кабельные цепи

Характеристики:

• ✖️ Рабочее поле X×Y×Z: 500×500×100 мм
• ✖️ Скорости: до 0,4 м/с по осям X, Y, Z
• ✖️ Повторяемость: 0,01 мм (по XYZ)
• ✖️ Точность отслеживания контура: 0,05 мм

Стандартизованный шкаф управления CMCA

Управление портальной координатной системой (3-4 серводвигателя) требует продуманного решения. Стандартизованный шкаф управления CMCA — именно то, что нужно.

Что внутри? Контроллер движения с функциями CNC-управления (CPX-CEC-M1 для среднего быстродействия или CECX-X-M1 для высокого), комплект контроллеров двигателей CMMP-AS, электроустановочные изделия, блоки питания, системы безопасности.

Рис. 5. Система управления CMCA

Поставка возможна в виде шкафа или монтажной панели. Решение оптимизирует процессы сборки при изготовлении координатных систем. Вы уверены в работоспособности изделия — всё проверено и совместимо.

Преимущества комплексных решений Festo

Почему стоит выбрать Festo? Разберём по пунктам.

«Всё из одних рук». Комплексное решение от механики до контроллера движения гарантирует работоспособность и надёжность. Логистические затраты оптимизируются как при производстве, так и при обслуживании.

Широкая палитра решений. Оптимизируете характеристики станка под конкретное применение без компромиссов.

Модульный принцип. Упрощаются процессы разработки (3D-модели всех элементов в наличии), изготовления (прецизионная обработка станины не требуется), сборки (монтажные наборы, кабели и аксессуары в комплекте). Совокупные затраты производства сокращаются.

Алюминиевые профильные конструкции. Подвижные массы сокращаются при сохранении (или даже увеличении) жёсткости. Сервоприводы меньшей мощности — меньше затрат. Логично?

Шина CANopen реального времени. Управление движением обеспечивает контурные движения высокого качества при высоких скоростях. Дополнительная диагностическая информация от сервоусилителей — приятный бонус.

Выбор за вами. Главное — понимать свои требования и не переплачивать за избыточные характеристики. Или наоборот — не экономить там, где это критично.

Festo

119607, Мичуринский проспект, д.49

Контакт-центр:

Тел. +7(495)737-34-87

8(800)250-30-50

(звонок бесплатный)

Факс +7(495)737-34-88

e-mail:sales@festo.ru

www.festo.com

Интернет-магазин:

www.festo.com/ru/onlineshop

www.festo.com/ru