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En medio de condiciones de mercado adversas, los dispositivos de automatización deben fabricarse con un nivel mayor de calidad, costo y tiempo de entrega. Los requisitos para fabricar dispositivos de automatización a alta velocidad no solo implican aumentar la productividad por hora, sino que también incluyen el mecanizado a una densidad superior a la del método existente para mejorar la calidad del producto, como su aspecto. Los equipos de alta velocidad también son necesarios para lograr esta producción de alta densidad en un período corto de tiempo.
Selección de diseño
A la hora de desarrollar un dispositivo de automatización que funcione a alta velocidad, se deben tener en cuenta los siguientes puntos:
a) Selección de un actuador adecuado que soporte la conducción a alta velocidad y cómo utilizarlo eficientemente.
b) Características de los componentes mecánicos que soportan la conducción a alta velocidad.
Eligiendo un actuador
- Adoptar un actuador de alta potencia no es el único punto que debemos tener en cuenta aquí. También necesitamos seleccionar un plan de configuración donde la rigidez del servo sea alta para que la estabilidad del control pueda ser garantizada durante la conducción.
- Selección de un actuador de accionamiento adecuado (motor rotativo + husillo de bolas/correa, etc., motor lineal, etc.)
- Selección de un método de control de accionamiento a alta velocidad adecuado (bucle abierto/cerrado, control de aceleración y desaceleración, etc.)
- Medidas de aislamiento térmico del motor (control de calentamiento, blindaje térmico, refrigeración térmica, etc.)
En este ejemplo, los componentes consistentes en un motor lineal y un control de bucle cerrado se adoptan para el control de posicionamiento de precisión. Se adopta un método de enfriamiento por aire como medida de aislamiento térmico para el motor lineal. Las aletas de refrigeración de aluminio con alta conductividad térmica (Fig.1) se instalan en la parte del motor.
Dado que la unidad de bobina del motor que genera calor está unida a la parte inferior de la mesa móvil, el calor de la unidad de bobina puede provocar la deformación de los componentes mecánicos. Para evitar la deformación por calor, se inserta una placa de blindaje térmico entre el lugar donde se conectan la unidad de bobina del motor y la mesa móvil. (Fig.1)
Para mejorar la eficiencia real del mecanizado por hora, deben adoptarse un control de aceleración y desaceleración elevado, de modo que el motor alcance la velocidad máxima en un corto período Sin embargo, si no se selecciona un programa de control de aceleración y desaceleración que permita una transición suave, se aplica un gran momento de inercia (choque) cuando se detiene el movimiento, lo que degrada la durabilidad de las piezas móviles.
Desafíos de diseño
Dado que las dos cuestiones de elegir el actuador correcto para alta velocidad y elegir los componentes mecánicos que soportan la alta velocidad están correlacionados, es fundamental incorporar ambas a la hora de desarrollar un diseño óptimo para equipos de alta velocidad. Si las dos cuestiones se manejan por separado, el ingeniero que trabaja en b) intentará desarrollar un mecanismo de alta precisión y rigidez, que tiende a ser un objeto estructural más pesado, mientras que otro ingeniero que trabaja en a) desarrollará un sistema costoso, ya que planea adoptar un control de alta precisión y un diseño de alta potencia.
Para desarrollar un diseño óptimo teniendo en cuenta ambas cuestiones, el desarrollo del equipo puede llevarse a cabo de acuerdo con el siguiente concepto. Siguiendo este concepto, es posible desarrollar un diseño ligero pero de gran rigidez incorporando tanto las características de movimiento del actuador como una estructura mecánica óptima.
6 Puntos vitales en el diseño para alta velocidad
- Adoptar una estructura nervada para los componentes móviles en la medida sin afectar la rigidez. Descripción: Desarrollar un diseño ligero para el cuerpo móvil sin disminuir la resistencia.
- Mantener lo más cerca posible el punto de esfuerzo y el centro de gravedad del cuerpo móvil y minimizar el efecto del momento de inercia.
- Simplificar la estructura y reducir el número de componentes del mecanismo de transmisión para desarrollar una estructura muy rígida, aumentando así la rigidez del servo. Descripción: Reducir el número de componentes utilizados para el área de movimiento (especialmente el número de articulaciones entre el actuador y el cuerpo móvil) puede evitar que la rigidez del servo se degrade y también puede minimizar la vibración inestable durante el control.
- Para el accionamiento de triple eje que utiliza los ejes X, Y y Z, la colocación de la carga debe optimizarse, por ejemplo, desplazando la carga aplicada en un eje utilizado para el accionamiento de alta velocidad a los otros ejes. Descripción: Para utilizar el eje Y para la conducción a alta velocidad, diseña la estructura de modo que una gran parte de la carga se aplique a los ejes X y Z, reduciendo al mismo tiempo la carga sobre el cuerpo móvil del eje Y.
- Medidas de seguridad para limitar el rango de conducción de la parte móvil de alta velocidad. Descripción: Instalación de topes de fuga (Fig.1) o una cubierta de seguridad para el cuerpo móvil.
6. Seleccionar un cableado flexible y altamente fiable para conectar el actuador de accionamiento. Descripción: Para el mecanismo utilizado para el movimiento alternativo repetido, la junta del actuador del cuerpo móvil es propensa a la fractura. Por lo tanto, la selección de un portacables adecuado (Fig.2) es fundamental. Si se adopta un portacables inadecuado, se dificultará el movimiento del portacables, lo que puede degradar la precisión de posicionamiento o provocar la desconexión del cable o la abrasión de los componentes del portacables (fabricados en plástico). En última instancia, podrían ocurrir problemas inesperados, como la contaminación del equipo por residuos de desgaste.
Conseguir los dispositivos de automatización de alta velocidad adecuados puede requerir numerosos tipos de componentes mecánicos. Es fundamental seleccionar las especificaciones adecuadas para tu aplicación. Recuerda tener en cuenta estos consejos para mejorar y desarrollar tus diseños.
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