Newsletter WObit

Presja czasu i konieczność wdrażania ekonomicznych rozwiązań w budowie automatów pozycjonujących i manipulatorów wieloosiowych skłania projektantów do stosowania gotowych komponentów umożliwiających szybkie złożenie wymaganej konstrukcji jak z klocków.

Oferty firm dostarczających komponenty mechaniczne i napędy do budowy manipulatorów, automatów podających, przenośników i innych urządzeń z obszaru wokół robotyki przemysłowej obok standardowych komponentów jak łożyska liniowe, silniki, profile aluminiowe coraz szerzej zataczają kręgi wokół gotowych subassemblies czyli złożonych grup produktów pełniących określoną rolę. Tendencja taka wyraża się na przykład w przypadku śrub kulowych, profili aluminiowych, prowadnic tocznych w postaci scalania tychże w gotowe do podłączenia napędu moduły lub stoliki liniowe.

Przykładem może być moduł liniowy firmy Hiwin. Dostępna jest cała gama modułów liniowych o pewnych standardowych długościach w 5 rozmiarach (tabela 1) z różnym skokiem śruby. Zadaniem użytkownika jest w przypadku potrzeby realizacji ruchu liniowego o określonej precyzji sprawdzenie w katalogu jaką nośność ma stolik, z jakim skokiem śruby ma pracować napęd i po wybraniu odpowiedniej długości dopasowanie napędu np. w postaci silnika krokowego. Zaletą takiego rozwiązania jest znajomość osiąganych przez tą konstrukcję parametrów bez konieczności budowy całości, gdyż zwykle dopiero po zbudowaniu urządzenia, zależnie od kinematyki, użytych materiałów, łożysk określonej dokładności itd. wynika łączna dokładność pozycjonowania.
 

Ile kosztuje pracy i czasu zaprojektowanie i wykonanie takiej konstrukcji wie każdy, kto chociaż raz próbował obsadzić łożysko liniowe lub posadowić dokładnie śrubę kulową. Możliwe jest też przecież popełnienie błędu projektanta, co okaże się najczęściej dopiero po kosztownym wykonaniu całej mechaniki tej konstrukcji.
Dlatego wielu projektantów maszyn i linii technologicznych chętnie obecnie korzysta z zespołów techniki liniowej proponowanych przez producentów. Na stronie 3d.wobit.com.pl dostępne są rysunki 3D ułatwiające konstruowanie maszyny z wykorzystaniem tych komponentów.
 Do uruchomienia modułu liniowego KK wymagane jest tylko podłączenie napędu poprzez sprzęgło. Na stabilnej stalowej konstrukcji profilu nośnego modułu KK w sposób toczny przemieszcza się wózek napędzany śrubą kulową.

Koniec śruby przeznaczony do podłączenia napędu poprzez sprzęgło wyprowadzony jest przez łożyskowanie przejmujące również siły wzdłużne w specjalnie ukształtowanym korpusie kołnierza napędowego z aluminium. Śruba ułożyskowana jest przesuwnie w bloku łożyskowym na końcu stolika, a od strony napędu śruba jednocześnie posadowiona jest poprzez łożysko stałe w korpusie o urozmaiconym kształcie z otwartymi przestrzeniami ułatwiającym manipulacje przy sprzęgle. Ten sam korpus zakończony jest kryzą dostosowaną do średnicy centrującej silnika krokowego lub innego. Producent oferuje dodatkowo kilka różnych wykonań kołnierzy kryzowych do najpopularniejszych typów silników.

Wygodnym i niedrogim napędem jest silnik krokowy, ale oczywiście możliwe jest użycie dowolnego napędu np. silnika bezszczotkowego prądu stałego lub innego silnika serwo.

Do budowy klasycznego manipulatora w układzie kartezjańskim wystarcza użyć np. trzy moduły liniowe KK z podłączonymi napędami.

W przypadku silników krokowych sterowanie z osiąganiem określonej pozycji jest stosunkowo łatwe, a przede wszystkim tanie. Sterowniki silników krokowych np. z serii SMC64WP zawiadywane z portu drukarkowego komputera PC lub poprzez specjalizowana kartę sterownika 4-osiowego na złączu PCI komputera zarządzają mikrokrokowo silnikami krokowymi, co pozwala na osiąganie większej płynności ruchu. Przy oczekiwaniu jeszcze większej dynamiki ruchu wskazane jest użycie silników np. BLDC.

Podobne osiągi można uzyskać wykorzystując stoliki z serii GX produkowane w trzech wielkościach i wielu różnych długościach. Tutaj bazą stolika liniowego jest podstawa ze stopu aluminium, które starzone jest przez obróbkę kriogeniczną w temperaturze -196 stopni Celsjusza co usuwa ewentualne naprężenia i daje gwarancję stabilności długoterminowej. Stolik zawiera dwie prowadnice profilowe toczne, 4 wózki połączone pokryciem stolika, śrubę kulową osadzoną w blokach łożyskowych, blok do mocowania napędu w postaci silnika krokowego lub innego. Stoliki produkowane są w rozmiarach 150mm, 250mm i 400mm o zakresie ruchu od 50mm do 800mm.

Modułowa budowa umożliwia szybkie kompletowanie różnorodnych rozwiązań napędu liniowego jedno- lub dwuosiowego. Stoliki występują w standardowych długościach i z różnym w sensie precyzji wykonaniem śrub kulowych co stwarza mnogość możliwych zastosowań. Stoliki takie najpopularniej stosuje się w automatyce i przemyśle półprzewodnikowym, ale również w badaniach naukowych, fizyce i optyce.

Stoliki z serii GX są przygotowane do podłączenia silnika krokowego poprzez odpowiednie sprzęgło. W ten sposób skonfigurowany napęd może być dostarczony razem ze sterownikiem silnika krokowego jako działający komplet. Atutem stolików jest szybka dostawa gotowego do podłączenia mechanizmu za rozsądną cenę. Budowa własnej mechaniki z użyciem śruby kulowej i prowadnic zawsze prowadzi do wzrostu kosztu i stwarza ryzyko wystąpienia nieprzewidywalnych problemów na etapie uruchamiania mechaniki napędu.

W urządzeniach wymagających wyższego stopnia ochrony zastosować można stoliki z pokryciem mieszkowym zapewniającym odpowiednią osłonę dla prowadnic i śruby tocznej przed pyłem lub zanieczyszczeniami. Przy bardzo małych zakresach ruchu nie jest wskazane używanie zwykłych prowadnic tocznych z obiegiem kulek w wózku. Tutaj właściwym rozwiązaniem jest zastosowanie miniaturowych prowadniczek rolkowych pozwalających na zbudowanie precyzyjnych ministolików o zakresach ruchu od pojedynczych milimetrów do kilkudziesięciu milimetrów.

Prowadniczka taka składa się przynajmniej z dwóch kwadratowych prętów z szlifem V-kształtnym bieżni i umieszczonego pomiędzy nimi koszyczka ze skrzyżowanymi rolkami łożyskowymi. Często stosuje się kombinacje kilku bieżni dla podwyższenia parametrów przy zachowaniu małych rozmiarów. Na przykład pokazana na rysunku 6 prowadniczka ma listwę wewnętrzną z dwoma zewnętrznymi bieżniami, po których toczą się dwa koszyczki z rolkami i dwie listwy zewnętrzne zamocowane do suportu

Firma GMT produkuje cały typoszereg prowadniczek od rozmiaru przekroju 4mm do 28 mm i zakresach ruchu od 12mm do 360 mm. Z tych prowadniczek budowane są gotowe stoliki miniaturowe do małych przemieszczeń napędzane śrubą mikrometryczną lub napędzane silnikiem poprzez miniaturową śrubę. Zainteresowanych szczegółowymi danymi takich prowadniczek odsyłamy do odpowiedniego katalogu.

Przykładowy stolik jednoosiowy zbudowany w oparciu o 2 miniaturowe prowadniczki rolkowe krzyżowe pokazuje rys 7 w formie projektu 3D, a następny rysunek pokazuje jego przekrój dla ukazania więcej szczegółów budowy. Stolik przygotowany jest do podłączenia miniaturowego napędu i ma wbudowane optoelektroniczne czujniki pozycji końcowych i bazy.

Miniaturowy precyzyjny stolik dwuosiowy MY40-AC napędzany śrubami mikrometrycznymi pokazuje rysunek 9. Stolik wykonany ze stopu aluminium ma precyzyjne prowadzenie w dwóch osiach na bazie miniaturowych prowadniczek rolkowo- krzyżowych.

Zasięg ruchu stoliczka wynosi +-6,5mm. Śruba mikrometryczna o działce 10um pozwala na bardzo precyzyjne ustawienie i zablokowanie pozycji niezależnie w każdej osi. Precyzja ruchu stolika wynosi 10mikronów, maksymalna odchyłka planarności ruchu stolika nie przekracza 5 mikronów. Obciążalność 2kg pozwala na umieszczanie na stoliku precyzyjnej aparatury np. głowicy lasera czy układu soczewek w torze optycznym. Sam stolik waży tylko 0,14kg.

Powierzchnia aluminium wykończona jest na czarno w procesie elaksolacji, co pożądane jest szczególnie w układach optycznych. Typoszereg aluminiowych stolików jedno- i dwuosiowych obejmuje rozmiary od 40mm do 120mm i stolików stalowych rozmiary od 40mm do 100mm. Pokazany na rysunku 9 stolik ma śruby mikrometryczne umieszczone centralnie, ale podobnie wykonywane są stoliki z śrubą umieszczoną bocznie.

Zainteresowanym stolikami jednoosiowymi, dwuosiowymi, obrotowymi i łącznikami wysyłany jest darmowo 26-stronicowy kolorowy katalog w języku polskim. Korzystając z oferty napędów zawierających elektronikę sterującą i mechaniki gotowych modułów liniowych i stolików xy bardzo szybko, jak z klocków, zbudować można manipulator lub urządzenie wykonujące określone funkcje pozycjonowania mając pewność co do planowanych rezultatów.