Растущая глобализация и индустриализация стимулируют производство с высокой производительностью и еще меньшей терпимостью к ошибкам, чем когда-либо прежде. Эти приложения используют серводвигатели и приводы в своем стремлении достичь большей эффективности за счет автоматизации. Это связано с тем, что серводвигатели являются одними из наиболее часто используемых двигателей для точного позиционирования и перемещения с учетом нагрузки.

Серводвигатели применяются в широком спектре отраслей промышленности, хотя больше всего подходят для управления движением машин в упаковочном производстве, текстильном производстве, производстве полупроводников, а также в медицинском оборудовании и производстве продуктов питания и напитков. Другие распространенные области применения включают робототехнику, системы позиционирования и слежения за солнечными панелями. Здесь и в других местах технология серводвигателей может помочь повысить точность и производительность.

Необходимо учитывать не только ускорение, замедление и рабочий крутящий момент, но и способность серводвигателя жестко контролировать скорость, положение или крутящий момент груза. Это означает, что необходимо рассчитать измерения пикового крутящего момента, обычно во время ускорения или замедления, наряду с рабочим /нормальным крутящим моментом. Кроме того, необходимо рассчитать инерцию системы (сопротивление нагрузки изменению скорости), чтобы гарантировать, что двигатель/приводная система смогут управлять нагрузкой.

Постоянный крутящий момент двигателя — это его способность выдавать номинальный крутящий момент и частоту вращения без перегрева. Прерывистый крутящий момент показывает, какой крутящий момент двигатель может выдавать за короткий промежуток времени, исходя из текущих ограничений привода и двигателя. Периодический (или пиковый) крутящий момент двигателя может быть намного выше его номинального крутящего момента, и сервосистемы обычно рассчитаны на работу в пределах этого диапазона пикового крутящего момента при ускорении или замедлении нагрузки.

Microlution создает оборудование, которое может создавать обработанные компоненты исключительно малого размера с чрезвычайно высоким уровнем точности. Крошечные детали вырезаются, фрезеруются, сверлятся и точатся на оборудовании, обеспечивающем точность позиционирования ±0,00004 дюйма (1 микрон). Точно управляемые высокоскоростные шпиндели, работающие со скоростью более 50 000 оборотов в минуту, обеспечивают массовое производство сложных микрокомпонентов для конечных пользователей в автомобильной, медицинской, аэрокосмической промышленности и производстве потребительских товаров.

Почти микроскопическая производительность — не единственное преимущество компании в размерах. Современные производители все больше обеспокоены нехваткой места на производственных площадях. В ответ на это компания Microlution выпускает станки, которые сочетают в себе множество высокоточных возможностей при ширине всего 2 фута и высоте менее 5 футов.

Основателям компании Энтони Хонеггеру (Anthony Honegger) и Энди Филиппу (Andy Phillip) пришлось искать компоненты, обеспечивающие исключительно точное и высококонцентрированное движение, с форм-фактором, который занимает лишь малую часть пространства, занимаемого стандартными промышленными изделиями.

Особой проблемой была разработка поворотных столов. “Решения, которое нам нужно, не существует у существующих производителей поворотных столов с ЧПУ”, — сказал Онеггер. “Решения с зубчатым приводом довольно компактны, но они не обеспечивают необходимой нам производительности. Существует также проблема люфта механических столов. Сервостолы с прямым приводом обладают высокой точностью и скоростью, но они слишком велики. Некоторые из них такие же большие, как вся наша машина”.

После тщательного расследования команда Microlution решила, что было бы разумнее спроектировать и изготовить поворотный стол самостоятельно. Для достижения успеха потребовался серводвигатель с прямым приводом, который поместился бы в доступном пространстве станка для микроразмельчения и в то же время обеспечивал крутящий момент, необходимый для вращения деталей для высокопроизводительного процесса обработки. В результате тщательного поиска был обнаружен Yaskawa SGMCV-04, сервопривод с прямым приводом высотой всего 53 мм (2 дюйма) и диаметром 135 мм (5,3 дюйма). Несмотря на то, что его размер составляет лишь малую часть площади, требуемой для аналогичных сервоприводов с прямым приводом, SGMCV-04 имеет выходной крутящий момент 4 Нм и выходную мощность 126 Вт. Такого уровня производительности оказалось достаточно для тонкой резки Microlution.

Ротор двигателя с прямым приводом соединяется непосредственно с патроном, устраняя зубчатые колеса и другие механические передачи и значительно повышая точность и быстродействие. Устранение механической податливости обеспечивает точное и немедленное реагирование на требования к положению, скорости и ускорению. “Улучшение на доли секунды может дать вам 10%-ное увеличение времени такта”, — сказал Онеггер. “При таких темпах преимущества технологии прямого привода становятся очевидными довольно быстро”. Он также отметил, что роторный стол с прямым приводом устраняет механический люфт, который приводит к неправильному позиционированию обрабатываемой детали. “Когда вы обрабатываете детали размером меньше ногтя, даже небольшое несоответствие может стать большой проблемой”, — добавил он.

Для надежной работы механизм стола должен был быть хорошо защищен от стружки, пыли и смазочно-охлаждающих жидкостей. Инженеры Microlutions решили поместить сервопривод Yaskawa в герметичный корпус с нижней пластиной с жидкостным охлаждением для поддержания надлежащей рабочей температуры. “В наших приложениях контроль температуры имеет решающее значение”, — сказал Онеггер. “При такой точности, как эта, небольшое изменение температуры здесь или там может нарушить нашу точность”.

Собственная точность сервопривода с прямым приводом Yaskawa была дополнительно повышена за счет дополнения существующего подшипника сервопривода поперечным роликоподшипником в верхней части корпуса, что добавило жесткости и минимизировало возможность смещения относительно оси в процессе индексации. Команда инженеров Microlution также решила внедрить линейные сервоприводы для управления некоторыми другими осями машины. Переходя от механических компонентов трансмиссии, таких как шариковые винты, ременные приводы и механические зубчатые передачи, к полностью сервоуправляемому механизму, машина для микроразливки устраняет проблемы с механическим соответствием, которые снижают скорость и точность системы.

В качестве бонуса, прямой привод Yaskawa отвечает требованиям Microlution по соблюдению стандартов безопасности клиентов по всему миру. Функция безопасного ограничения скорости, встроенная в усилитель сервопривода Yaskawa, помогает машинам соответствовать стандартам безопасности CE при поставке в ЕС. “Наличие как STO для выключения устройства, так и безопасной ограниченной скорости было для нас большим преимуществом”, — сказал Онеггер. “Наличие такой возможности, встроенной в усилитель, означало, что нам не нужно было разрабатывать решение самостоятельно. Мы сразу же выполнили требования стандарта CE, что сэкономило нам массу времени”.

Новая конструкция поворотного стола теперь является стандартной частью крупногабаритных машин Microlution. Это также потенциально может стать успешной модификацией существующих в настоящее время продуктов для микроразведки. “Экономия времени существенна. Клиенты, вероятно, смогут значительно повысить скорость и на 10% увеличить пропускную способность”, — сказал Хонеггер. “В другой компании, где у нас четыре станка, мы подсчитали, что модернизация может увеличить производительность на 20%”.

Спасибо Джеффу УоттерофуЯскава, Америка для этой истории приложений.