Координатные столы и системы
Координатный стол — промышленная установка, комплекс оборудования, предназначенный для перемещения по заданной траектории рабочего механизма станка или позиционирования обрабатываемой детали.
Современный координатный стол — сложная мехатронная система, объединяющая несущую конструкцию опоры с электромеханическим приводом и многоосной системой подачи, и исполнительный механизм произвольного назначения. В качестве привода широкое применение получили сервоприводы с шариковой винтовой парой (ШВП), с обратной связью на базе энкодеров. Использование цифрового ЧПУ позволяет полностью автоматизировать процесс производства деталей. Точность обработки одной или нескольких деталей на прецизионном столе может составлять до единиц микрон по каждой оси даже на достаточно высоких скоростях.
Устройство и комплектующие.
1. Станина или опорная рама.
Несущей основой, обеспечивающей жёсткость координатного стола, может служить станина или рама. Станина представляет собой сварную или литую стальную, реже чугунную конструкцию. Литая станина дороже, она более металлоёмкая, зато лучше гасит вибрацию.
Ее применение оправдано в тяжёлых металлообрабатывающих станках, особенно работающих на больших скоростях. Для легких и средних станков целесообразнее использовать сварную конструкцию. Опорная рама собирается из тянутых алюминиевых профилей, которые крепятся с помощью резьбовых соединений. В зависимости от назначения стола и эксплуатационных требований может применяться сварная рама.Использование алюминиевого профиля позволяет получить лёгкую и в то же время достаточно жёсткую конструкцию, простую в сборке и надёжную в эксплуатации. На несущей раме монтируются приводы подачи для перемещения исполнительного механизма и рабочая плита (решётка), на которой крепится обрабатываемая деталь.
Перейти в каталог алюминиевого профиля.
Перемещение рабочего механизма по двум или трем координатным осям позволяет изготавливать плоские или объёмные детали различной формы. В качестве исполнительного устройства может быть использована фрезерная головка, лазерный или плазменный резак, сверлильная или шлифовальная насадка, манипулятор, аппарат точечной сварки, маркер, ультразвуковой или рентгеновский сканер, метчик, магнитострикционный преобразователь, покрасочная головка, пробник и т. д.
2. Передача.
В приводе координатного стола используются традиционные передачи, такие, как зубчатый ремень, пара шестерня-рейка и винт-гайка, шарико-винтовая пара, либо система прямого привода с двигателем непосредственного преобразования электромагнитной энергии в линейное перемещение.
Передача подбирается исходя из требований к системе по нагрузке, точности и скорости перемещения. Шарико-винтовая пара обеспечивает высокую точность позиционирования (6-12 микрон), плавность хода, низкий люфт, однако имеет скоростные ограничения, особенно при длине винта от 1500 мм и более. Конструирование модуля линейных перемещений в современных условиях не представляет большой сложности, так как на рынке в большом ассортименте доступны все необходимые комплектующие Как правило модуль линейного перемещения на основе ШВП также включает в себя рельсовые направляющие качение, опоры для винта а также муфту для компенсации несоосности валов ШВП и двигателя.
Перейти в каталог рельсовых направляющих.
Пара шестерня-рейка имеет высокую точность перемещения (до 10 микрон) и высокие скоростные характеристики. Даёт возможность создания крупногабаритной системы за счёт стыковки (наращивания) реек. Недостатком системы является необходимость компенсации люфта в редукторе привода. Ременная передача самая недорогая и простая в обслуживании, она обеспечивает достаточно высокие скорости перемещения. Её недостатки — ограничения по ускорению, относительно быстрый износ, невысокая точность.
3. Привод
В качестве приводов подачи в таких системах обычно применяются шаговые двигатели постоянного тока и синхронные серводвигатели.
Шаговые двигатели по сравнению с синхронными имеют более низкие скоростные и динамические характеристики и меньшую мощность, зато и цена их значительно ниже. В системах, не испытывающих высоких динамических нагрузок, допускается применение асинхронных двигателей с обратной связью. Самым совершенным техническим решением для координатных столов на сегодняшний день является прямой привод. Его принцип действия заключается в непосредственном преобразовании электромагнитной энергии в механическую энергию линейного или поворотного движения.
Перейти в каталог шаговых двигателей.
Такой привод обеспечивает лучшие показатели практически по всем параметрам — точности, динамике разгона и торможения, скорости работы, повторяемости. В линейных двигателях нет вращающихся частей, подверженных износу и трению, поэтому с течением времени характеристики привода практически не изменяются. У линейного привода только один недостаток — высокая цена, поэтому его применение экономически оправдано только в высокоточных скоростных координатных системах.
4. Система управления.
Управление приводом и механизмами координатного стола осуществляется системами ЧПУ. По принципу формирования управляющего сигнала они делятся на аналоговые, импульсные и цифровые.
Аналоговые схемы ЧПУ сегодня самые распространённые и широко используются в машиностроении. Тем не менее из-за ограниченного быстродействия их применение не всегда возможно в системах, работающих на высоких скоростях.
Импульсные системы используются для управления шаговыми двигателями или синхронными двигателями, имеющими импульсный вход. По характеристикам они уступают цифровым, но поскольку стоимость таких устройств почти на порядок ниже, их часто используют в бюджетных системах, не требующих особой точности позиционирования и обратной связи.
Современные цифровые системы получают сегодня все большее распространение благодаря широким возможностям обработки сигнала, удобству интерфейса, помехоустойчивости. Они реализуются с использованием стандартных протоколов — Profibus, CAN, Sercos и других. Управляющая программа для систем ЧПУ генерируется вручную либо конвертируется из файлов, подготовленных в специальных программах, таких, как AutoCAD, SolidWorks, Компас.
