Rakenne, komponentit, elektroniikan johdotus, ylläpidettävyys.

Konetekniikan, sähkötekniikan, ohjelmoinnin ja säätötekniikan yhdistäminen ei ole vaivatonta. Mutta teknologian edistysaskeleiden integrointi ja keskittyminen näihin viiteen alueeseen voi yksinkertaistaa prosessia ja varmistaa, että mekatroniikka on helppoa.

Nykypäivän nopeat tuotekehityssyklit ja teknologian nopea kehitys ovat lisänneet tarvetta poikkitieteellisemmälle suunnittelulle. Kun koneinsinööri saattoi aiemmin keskittyä yksinomaan laitteistoon, sähköinsinööri johdotuksiin ja piirilevyihin ja säätöinsinööri ohjelmistoihin ja algoritmiseen ohjelmointiin, mekatroniikan ala yhdistää nämä alueet ja luo keskittymisen kokonaisvaltaiseen liikeratkaisuun. Kaikkien kolmen alan kehitys ja integrointi virtaviivaistavat mekatroniikan suunnittelua.

Juuri tämä yksinkertaistaminen on vauhdittanut robotiikan ja moniakselisten karteesisten järjestelmien kehitystä teollisessa käytössä ja valmistuksessa, kuluttajamarkkinoiden automaatiota kioskeissa ja jakelujärjestelmissä sekä 3D-tulostimien nopeaa hyväksymistä valtavirtakulttuuriin.

Tässä on viisi keskeistä tekijää, jotka yhdessä helpottavat mekatroniikan suunnittelua.

1. Integroidut lineaariohjaimet ja rakenne

Konesuunnittelussa laakeri- ja lineaarijohdekokoonpanot ovat olleet olemassa niin kauan, että liikejärjestelmän mekaniikkaa käsitellään usein jälkikäteen. Materiaalien, suunnittelun, ominaisuuksien ja valmistusmenetelmien kehitys kuitenkin tekee uusien vaihtoehtojen harkitsemisen kannattavaksi.

Esimerkiksi rinnakkaiskiskoihin valmistusprosessin aikana sisäänrakennettu esisuunniteltu kohdistus tarkoittaa pienempiä kustannuksia, koska komponentteja on vähemmän, tarkkuutta on enemmän ja muuttujia on vähemmän kiskon koko pituudella. Tällaiset rinnakkaiskiskot parantavat myös asennusta, koska useita kiinnittimiä ja manuaalista kohdistusta vältetään.

Aikaisemmin oli lähes varmaa, että riippumatta siitä, minkä lineaariohjausjärjestelmän insinööri valitsi, hänen oli otettava huomioon myös kiinnityslevyt, tukikiskot tai muut rakenteet tarvittavan jäykkyyden saavuttamiseksi. Uudemmat komponentit integroivat tukirakenteet itse lineaarikiskoon. Tämä siirtyminen yksittäisten komponenttien suunnittelusta yksiosaisiin rakenteisiin tai integroituihin osakokoonpanoihin vähentää komponenttien määrää ja samalla leikkaa kustannuksia ja työvoimaa.

2. Voimansiirtokomponentit

Myös oikean käyttömekanismin tai voimansiirtokomponenttien valinta on tärkeä tekijä. Valintaprosessi, johon kuuluu oikean nopeuden, vääntömomentin ja tarkkuuden tasapainottaminen moottorin ja elektroniikan kanssa, alkaa ymmärtämällä, mitä tuloksia kukin käyttötyyppi voi tuottaa.

Aivan kuten neljännellä vaihteella toimivan auton vaihteisto, hihnakäytöt sopivat sovelluksiin, joissa vaaditaan huippunopeuksia pitkillä iskunpituuksilla. Suorituskykyspektrin vastakkaisessa päässä ovat kuula- ja lyijyruuvit, jotka ovat enemmän kuin autot, joissa on tehokas ja reagoiva ensimmäinen ja toinen vaihde. Ne tarjoavat hyvän vääntömomentin ja ovat erinomaisia ​​nopeassa käynnistyksessä, pysähdyksissä ja suunnanvaihdoissa. Kaavio näyttää hihnojen nopeuden ja ruuvien vääntömomentin väliset erot.

Samoin kuin lineaarikiskoissa, myös esivalmistetussa linjauksessa johtoruuvien suunnittelu on kehittynyt paremman toistettavuuden saavuttamiseksi dynaamisissa sovelluksissa. Kytkintä käytettäessä on kiinnitettävä huomiota moottorin ja ruuvin linjaukseen, jotta vältetään "heiluminen", joka heikentää tarkkuutta ja lyhentää käyttöikää. Joissakin tapauksissa kytkin voidaan poistaa kokonaan ja kiinnittää ruuvi suoraan moottoriin, jolloin mekaaninen ja sähköinen osa yhdistyvät suoraan, komponentit poistuvat, mikä lisää jäykkyyttä ja tarkkuutta ja samalla leikkaa kustannuksia.

3. Elektroniikka ja johdotus

Liikkeenohjaussovellusten elektroniikan perinteiset kokoonpanot sisältävät monimutkaisia ​​johdotusjärjestelyjä sekä kaappeja ja kiinnitystarvikkeita kaikkien komponenttien kokoamiseksi ja sijoittamiseksi. Tuloksena on usein järjestelmä, jota ei ole optimoitu ja jota on vaikea säätää ja huoltaa.

Uudet teknologiat tarjoavat järjestelmäetuja sijoittamalla ajurin, ohjaimen ja vahvistimen suoraan "älykkääseen" moottoriin. Tämä ei ainoastaan ​​poista lisäkomponenttien vaatimaa tilaa, vaan myös vähentää komponenttien kokonaismäärää ja liittimien ja johdotusten määrää, mikä vähentää virhemahdollisuuksia ja säästää kustannuksia ja työvoimaa.

4. Suunniteltu valmistusta varten (DFM)

• Haarukointi

Integroitujen mallien kiskokokoonpanon helpottamisen lisäksi kokemus ja uudet teknologiat, kuten 3D-tulostus, lisäävät kykyäsi luoda mekatronisia ja robottikokoonpanoja DFM-standardien mukaisesti. Esimerkiksi liikejärjestelmien räätälöityjen liitinkiinnikkeiden käsittely työkaluhuoneessa tai valmistuspajassa on usein ollut kallista ja aikaa vievää. Nykyään 3D-tulostuksen avulla voit luoda CAD-mallin, lähettää sen 3D-tulostimelle ja saada käyttökelpoisen mallin murto-osassa ajasta ja murto-osalla kustannuksista.

• Konnektorisointi

Toinen jo käsitelty DFM:n osa-alue on älymoottorien käyttö, joissa elektroniikka on suoraan moottorin päällä, mikä helpottaa kokoonpanoa. Tämän lisäksi uudemmat teknologiat, jotka integroivat liittimet, kaapeloinnin ja kaapelien hallinnan yhteen pakettiin, yksinkertaistavat kokoonpanoa ja poistavat perinteisten, raskaiden, muovisten ketjutyyppisten kaapelikuljettimien tarpeen.

5. Pitkäaikainen ylläpidettävyys

Uudemmat teknologiat ja suunnittelun edistysaskeleet eivät vaikuta ainoastaan ​​järjestelmän valmistettavuuteen, vaan ne voivat myös vaikuttaa järjestelmän jatkuvaan ylläpidettävyyteen. Esimerkiksi ohjaimen ja taajuusmuuttajan siirtäminen moottorin sisään yksinkertaistaa tarvittavaa vianmääritystä. Moottorin ja elektroniikan käyttö on selkeää ja suoraviivaista. Lisäksi monet järjestelmät voidaan nyt verkottaa, mikä mahdollistaa pääsyn käytännössä mistä tahansa etädiagnostiikkaa varten.