Координатный стол своими руками

Есть желание собрать и автоматизировать координатный стол своими силами?

Предлагаем Вам ознакомиться с нашими "исследованиями" в этой сфере и примерным набором компонентов конструкции и системы управления (ЧПУ).

Координатный стол – это манипулятор, состоящий из нескольких осей, и предназначенный для перемещения технологической головки (лазер или плазма, фреза или стеклорез) в двух или трех плоскостях. Координатные столы используются в установках для контактной обработки материала (фрезерование, электроэрозия, сварка, гравировка, резка или раскрой материала), и бесконтактной обработки материала (лазер, плазма, нанесение герметиков и т.д.).

Основа координатного стола - рама или каркас, облегченная конструкция подходит для применения в станках без контактной обработки материала (лазер, плазма) или транспортных манипуляторах для небольших нагрузок. Усиленная конструкция может применяться для создания сверлильных и фрезерных станков, а также для манипуляторов, испытывающих большие нагрузки. Аналогично с каркасом элементы конструкции тоже выпускаются в разных исполнениях. Рассмотрим их поподробнее...

Если вы решили разработать конструкцию станка сами, придерживайтесь нескольких простых правил:

• Не экономьте на жесткости.
• В силовом каркасе станка применяйте глухие или прессовые посадки и по возможности сварку, т.к. простое болтовое соединение жесткости не дает. Если конструкция сварная, организуйте каркас фермами.
• При кручении жесткость пропорциональна квадрату размеров сечения, а при изгибе - четвертой степени, т.е. при увеличении размеров сечения детали 2 раза, ее жесткость на изгиб увеличивается 16 раз.
• При выборе материалов предпочтение отдается легким конструкциям. Монолитная алюминиевая деталь жестче, чем равная ей по весу стальная, но оребренная.

В основном, сборка столов выполняется из линейных модулей на основе алюминиевого профиля или профильной трубы и направляющих по которым будут перемещаться узлы стола: портал и каретка.

Направляющие могут быть цилиндрические и рельсовыми, поставляются с каретками со встроенными подшипниками. При выборе направляющих стоит отметить, что основная нагрузка в двигателей подач состоит в преодолении сил трения, потому выбор направляющих определяет мощности приводов подачи. При выбор подшипников качения трение будет меньше, но при этом пострадает точность, так как подшипники скольжения имеют меньший люфт.

В качестве передачи, как правило, используются зубчатая рейка, ШВП или армированный зубчатый ремень.

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. Посчитать скорость не сложно: сервопривода мощностью до 1 кВт имеют стандартные показатели скорости 3000 об/мин, в пересчете шага винта 10мм (хотя бывают и более тихоходные винты) это 30 метров в минуту или 0,5 м/сек, то есть 3 метра винт преодолеет за 6 секунд. При удешевлении проекта можно ставить передачу винт-гайка, но необходимо обеспечить достаточную смазку.

Пара шестерня-рейка имеет высокую точность перемещения (до 10 микрон) и высокие скоростные характеристики. Дает возможность создания крупногабаритной системы за счет стыковки (наращивания) реек. Недостатком системы является необходимость компенсации люфта в редукторе привода и самой передаче.

Ременная передача самая недорогая и простая в обслуживании, она обеспечивает достаточно высокие скорости перемещения. Ее недостатки - ограничения по ускорению, относительно быстрый износ, невысокая точность и удлинение про приложении нагрузки.

В качестве приводов подачи в таких системах обычно применяются шаговые двигатели постоянного тока и синхронные двигатели (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.

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 распространенные 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, SolidWork, Компас.

Гибкие кабель-каналы (системы защиты кабеля) - необходимый элемент современных машин и механизмов. Высокие скорости перемещения подвижных частей станков, промышленных манипуляторов, автоматизированных сборочных линий требуют специальных мер по защите движущихся кабелей и шлангов от механических, химических, температурных и иных внешних воздействий.

Щвейцарская компания Kanya предлагает конструкционный алюминиевый профиль высокой точности. Главным конкурентным преимуществом продукции Kanya является удобство монтажа и большой выбор дополнительных элементов. Все соединения в системах алюминиевых профилей Kanya унифицированы и обеспечивают максимально простой, удобный и надежный монтаж. Оригинальные дополнительные элементы - опорные, соединительные, крепежные, защитные, декоративные, специального назначения позволяют одинаково легко собрать как станину станка, каркас промышленной установки или сборочного конвейера, так и выставочный стенд, систему стеллажей, офисное кресло, стол или оконную раму.

Компания Gudel производит достаточно широкий ряд зубчатых реек и шестерней модульного и метрического типа.

Одним из наиболее продвинутых решений для систем линейных перемещений является комплект Alpha Solution от Alpha Getriebebau.

SBC Linear Co., Ltd (Сеул, Корея) – крупнейший азиатский производитель систем и компонентов линейных перемещений.

Сегодня ни один современный станок, ни один механизм, в котором используется подвижная проводка, не обходится без кабельных каналов. Пневмошланги, шланги подачи жидкости, газа или смеси, в том числе высокого давления, силовые и сигнальные кабели - для каждого применения разработаны и широко применяются гибкие кабельные цепи.

Корейская компания CP System Co., Ltd была основана в 1993 году для обеспечения нужд быстрорастущего национального производства компонентов микроэлектроники и полупроводниковой техники современными высококачественными кабель-каналами.

Для производства кабель-каналов CPS используются только качественные, не содержащие вредных примесей, нетоксичные материалы - очищенный полиамид-6, износостойкая резина и стекловолокно. Экологически чистое производство компании CPS сертифицировано по стандартам ISO 9001 и национальным стандартам качества KOR-483-00-01.

SBC производит рельсовые направляющие качения (линейные направляющие) трех типов – общепромышленные (SBG/SBS), миниатюрные (SBM) и для высоких скоростей перемещения (SPG/SPS).

Для систем управления координатными столами применяются контроллеры движения и ЧПУ фирмы Delta Electronics (Тайвань), например DVP-PM, DVP-MC или плата PCI-DMC-A01. Эти контроллеры имеют широкую возможность к адаптации системы управления к различным технологическим задачам. В качестве приводов используются сервопривода фирмы Delta Electronics серии ASDA, обеспечивающие необходимые статические и динамические характеристики. Характеристики данных контроллеров приведены в разделе Каталог продукции. По Вашему желанию предоставим всю самую новую информацию а также референс внедрений, пишите, звоните: (351) 235-20-38, automatica@list.ru.

DVP-PM

Специализированный ПЛК блочного типа для управления движением

• 16 точек вводавывода с расширением до 512
• Память программы: 64К шагов
• Память данных: 10 000 слов
• 2-х/3-х осевое позиционирование с линейной, круговой, винтовой интерполяцией
• Два (три) встроенных A/B-фазных дифференциальных выхода с частотой до 500 кГц
• Встроенные RS-232 и RS-485, совместимые с MODBUS ASCII/RTU
• Полная совместимость с модулями расширения DVP-EH2
• Поддержка G-Code/M-Code (загрузка с помощью программы с персонального компьютера либо с панели оператора Delta Electronics)
• Подключение задающего энкодера (MPG)
• Профиль E-CAM: 2048 точек

Пример программы для контроллера и панели для тестирования загрузки G-кодов.

DMCNET

Модуль для управления позиционированием по коммуникационному интерфейсу

Модуль DMCNET является устройством управления в режиме реального времени сетью из 12 сервоприводов - четыре группы сервоприводов с 3-х координатной интерполяцией каждая. Скорость обмена 1мс, опрос одновременно 768 входов. Благодаря DMCNET в одной системе могут быть объединены различные устройства, например, сервомоторы, линейные двигатели, устройства с дискретными и аналоговыми входами/выходами, шаговые моторы и ручные задающие устройства импульсных команд.

Реализована высокопроизводительная функция контроля – имеется два типа проверок CRC кодов по двум различным каналам, что уменьшает частоту ошибок связи.

Простота электрических соединений и монтажа снижает конечную стоимость системы, а высокая помехоустойчивость модуля повышает стабильность работы всей системы. К тому же, встроенный PROFIBUS интерфейс обеспечивает возможность оперативного контроля работоспособности подключённых устройств.

Быстрое и точное управление даёт возможность обеспечивать такие характеристики как скорость позиционирования 3 м/сек, ускорение до 5g, и разрешение до 0.001 мм.

Простая структура механической части
Использование 64-разрядных вычислений с плавающей запятой и энкодера с разрешением 1280000 импульсов /оборот даёт возможность обеспечить высокую точность работы. Имеется 35 внутренних режимов работы, поддерживаются команды абсолютного и относительного позиционирования. Встроенные функции внутреннего позиционирования, управления скоростью и моментом оказываются востребованными в различном оборудовании, причём их переключение не требует перезапуска системы.

ASDA-B2

Стандартный сервопривод общего назначения

Диапазон мощностей: 0.1 - 3кВт

• Три режима управления: положением, скоростью, моментом. Режим позиционирования осуществляется только по внешнему импульсному сигналу задания, а режимы скорости и момента - как по внутренним параметрам, так и по аналоговым сигналам задания.
• Повышенная точность. Встроенный энкодер на 131 072 имп/об (17 бит), что удовлетворяет широкому кругу применений сервопривода, и гарантирует стабильную работу на низких скоростях. Импульсный вход с частотой до 4Мгц.
• Превосходное подавление вибрации. Встроенная функция автоматического подавления низкочастотной вибрации реализована с помощью двух фильтров, минимизирующих и полностью устраняющих вибрацию исполнительного механизма. Резонансные частоты могут быть отслежены с помощью функции FFT (быстрое преобразование Фурье) программного обеспечения ASDA-A2-Soft, что поможет увеличить эффективность подавления резонанса.
• Превосходные динамические характеристики. Полоса пропускания до 550 Гц. Время изменения скорости двигателя от -3000 до 3000 об/мин составляет 10мс (без нагрузки).
• Эффективное подавление вибрации. Три группы полосовых режекторных фильтров, автоматически минимизирующих и полностью устраняющих вибрацию исполнительного механизма.
• Встроенный цифровой пульт управления. Позволяет быстро сконфигурировать и оперативно вести мониторинг за работой сервопривода.
• Встроенный тормозной резистор. В моделях от 400Вт.
• Встроенный MODBUS. Cвязь с ПК или ПЛК по RS-232 или RS-485 интерфейсам для управления, конфигурирования и мониторинга привода

ASDA-A2

Многофункциональный, высокопроизводительный сервопривод переменного тока

Диапазон мощностей: 0.1 - 7.5 кВт

• Высокая точность. Встроенный энкодер на 1 280 000 имп/об, что удовлетворяет очень деликатным применениям сервопривода, и гарантирует стабильную работу на очень низких скоростях. Поддержка абсолютных энкодеров.
• Высокая динамика. Полоса пропускания до 1 кГц. Время изменения скорости двигателя от -3000 до 3000 об/мин составляет 10мс (без нагрузки).
• Превосходное подавление вибрации. Встроенная функция автоматического подавления низкочастотной вибрации реализована с помощью двух фильтров, минимизирующих и полностью устраняющих вибрацию исполнительного механизма. Резонансные частоты могут быть отслежены с помощью функции FFT (быстрое преобразование Фурье) программного обеспечения ASDA-A2-Soft, что поможет увеличить эффективность подавления резонанса.
• Полностью замкнутый контур позиционирования. Встроенный интерфейс (CN5) для подключения внешнего датчика положения (оптической линейки или энкодера) позволяет создать второй замкнутый контур обратной связи по положению непосредственно исполнительного механизма для задач высокоточного позиционирования.
• Уникальная встроенная функция E-CAM (электронный кулачковый вал). До 720 позиций E-CAM.Плавная интерполяция между позициями может выполняться автоматически.
• Гибкий режим внутреннего позиционирования (Pr). Режим позволяет задать 64 уставки заданных положений. Доступно 5 способов управления: 35 видов режимов выхода в исходную позицию, программируемых переходов, режимов записи параметров, скоростных и позиционных значений.
• Функции захвата и сравнения в реальном времени. Способность запоминать мгновенное значение текущей координаты во время движения. Отклик - 5мкс. Способность мгновенной активизации выхода (DO) при достижении предуста-новленных значений координат движения. Отклик - 5мкс.
• Поддержка CANopen. Скорость связи по CANbus - 1Мб/с. Совместимость со стандартом DS301 CANopen
• Компактный, узкий корпус. Корпус новой серии ASDA-A2 уже корпуса предыдущей серии ASDA-A на 40 %. Допускается плотная установка сервоприводов в шкафу. Боковое расстояние между стенками может быть всего 2 мм.