Optymalizacja konstrukcji maszyny z pomocą zintegrowanych siłowników elektrycznych

Konstruktorzy maszyn coraz częściej stają przed wyzwaniem upraszczania projektów maszyn przy jednoczesnej optymalizacji wydajności i mniejszej konserwacji. Zdarzają się wyzwania, które sprawiają, że najlepszym rozwiązaniem elektrycznego ruchu liniowego jest zastosowanie siłowników ze zintegrowanym serwosilnikiem. Sztywna, zintegrowana konstrukcja zapewnia konsolidację komponentów, oszczędność przestrzeni montażowej, niską masę na końcu ramienia, ochronę przed wnikaniem zanieczyszczeń w trudnych warunkach środowiskowych czy lepsze możliwości mycia w miejscu pracy. Siłowniki elektryczne zintegrowane, w porównaniu z tradycyjnymi odpowiednikami upraszczają konstrukcję maszyny, zapewniają mniejszą masę, większą sztywność oraz gęstość mocy.

W tym artykule omówimy rzeczywiste przykłady aplikacji, w których zintegrowana konstrukcja siłowników podniosła jakość i wydajność maszyn.

Produkcja symulatorów ruchu

W przemyśle lotniczym i obronnym siłowniki są wykorzystywane do uzyskania jak najbardziej zbliżonej do rzeczywistej symulacji ruchu. Jeden z producentów symulatorów wykorzystywał siłowniki hydrauliczne do symulacji zakłóceń z wibracjami o częstotliwości od 30 do 50 Hz. Ruch osiągany dzięki systemowi hydraulicznemu spełniał wymagania, ale wyzwaniem były wycieki płynu hydraulicznego, częsta konserwacja oraz hałas.

Kluczem do ulepszenia projektu symulatora były zintegrowane serwosiłowniki IMA44 firmy Tolomatic, które spełniły wymagania dotyczące wydajności, a nie wykorzystują skomplikowanych układów chłodzenia. Ze względu na konieczność uzyskania ruchu o wysokiej częstotliwości, użycie zwykłego siłownika elektrycznego nie było możliwe. Zintegrowana konstrukcja siłowników serii IMA sztywno łączy śrubę z serwosilnikiem w jeden komponent, dzięki czemu idealnie nadaje się do obsługi ruchu o wysokich częstotliwościach.

Tolomatic przetestował siłownik w swoim laboratorium, zanim dostarczył siłownik, aby zapewnić, że jego działanie jest zgodne ze specyfikacją dostarczoną przez klienta. Kompaktowa konstrukcja IMA sprawiła, że konwersja z systemu hydraulicznego przebiegła bez konieczności większych zmian w konstrukcji mechanicznej.

Teraz producent symulatorów dysponuje wysokowydajnym, dynamicznym siłownikiem, który spełnia wymagania ruchu o wysokiej częstotliwości bez wycieków i przy znacznie niższym poziomie hałasu. Ten nowy zintegrowany system siłownika charakteryzuje się również dłuższą żywotnością niż tradycyjne konstrukcje i wymaga jedynie minimalnej konserwacji.

Spawanie w przemyśle motoryzacyjnym

Producent z branży motoryzacyjnej wykorzystywał siłownik elektryczny sterowany napędzany serwosilnikiem do wykonywania punktowego zgrzewania oporowego. Jednak jego aplikacja miała problemy z wyczuwaniem blachy za pomocą elektrody przy jednoczesnym wykorzystywaniu funkcji sprzężenia zwrotnego silnika do wykrywania, kiedy końcówka elektrody styka się z metalem.

Tolomatic dostarczył siłownik CSWX ServoWeld® – zintegrowany siłownik wyposażony w najnowocześniejszą konstrukcję skośnego uzwojenia silnika firmy Tolomatic. Ten kompaktowy siłownik o dużej mocy jest idealny do zastosowania na końcu ramienia robotycznego. Skośne uzwojenia silnika pozwalają siłownikowi CSWX zapewnić doskonałą czułość. Ponadto uzwojenia minimalizują tętnienia momentu obrotowego i poprawiają niezawodność wykrywania, gdy elektroda nawiązuje początkowy kontakt.

Ze względu na większą czułość, CSWX zapewnia lepszą, stałą jakość spoiny w miarę zużywania się elektrod i doskonałą wydajność w porównaniu z tradycyjnymi siłownikami z serwomotorami. Korzyści te zwiększają również wydajność produkcji dzięki skróceniu czasu przestojów.

Produkcja farmaceutyczna

Producent aplikacji farmaceutycznych projektujący nową maszynę do napełniania i pakowania potrzebował siłownika do obsługi bramy do indeksowania fiolek. Ze względu na sterylne środowisko niezbędne w produkcji farmaceutycznej, siłownik musiał spełniać rygorystyczne wymagania higieniczne.

Firma Tolomatic dostarczyła producentowi siłownik IMA-S ze względu na jego właściwości, przydatne w środowiskach higienicznych. Producent maszyny zweryfikował dopasowanie i montaż siłownika do aplikacji za pomocą plików 3D CAD pobranych ze strony internetowej Tolomatic. Śruba planetarna siłownika IMA-S zapewnia wysoką dokładność i brak luzów. Zamknięta, higieniczna konstrukcja i wykonanie ze stali nierdzewnej typu 316, sprawia, że siłownik jest odporny na działanie środków chemicznych stosowanych w środowisku produkcyjnym.

Formowanie wtryskowe w sterylnym środowisku

Producent części z tworzyw sztucznych formowanych wtryskowo dla przemysłu farmaceutycznego i medycznego chciał dokonać konwersji z układu hydraulicznego na elektryczny. Podczas gdy hydraulika zapewniała wymaganą siłę i gęstość mocy, ryzyko zanieczyszczenia płynem hydraulicznym uniemożliwiało ich użycie w aseptycznym środowisku produkcyjnym.

Serwosiłownik IMA firmy Tolomatic oferował higieniczne rozwiązanie elektryczne. Spełniając wymagania dotyczące przestrzeni montażowej, siłownik ten zapewniał również niezbędne siły i prędkość. Siłownik jest również wystarczająco elastyczny, aby współpracować z istniejącym PLC i sterowaniem.

 

Źródło: https://www.tolomatic.com/blog/how-machine-builders-use-integrated-motor-actuators-to-optimize-machine-designs/