Construir atuadores de movimento e estágios do zero força os projetistas a solicitar, inventariar e montar centenas de peças.Também aumenta o tempo de colocação no mercado e requer técnicos e equipamentos de produção especializados.Uma alternativa é encomendar dispositivos de movimento pré-projetados.

Estágios e atuadores geralmente são apenas itens na lista de materiais de uma máquina.Se eles fornecerem a força, a carga útil, o posicionamento e a velocidade corretos, os fabricantes de máquinas não precisarão perder tempo dando-lhes consideração extra.Mas as empresas podem realmente melhorar suas máquinas usando estágios e atuadores pré-projetados.

Estágios pré-projetados como este atuador linear ServoBelt normalmente custam de 25 a 50% menos do que seus equivalentes baseados em componentes, graças à contagem reduzida de peças, especialmente de suportes e conectores.Eles também reduzem custos relacionados ao projeto e à manutenção de estoques.
Subsistemas de movimento adequadamente pré-projetados cabem em um espaço físico definido e se conectam aos controles da máquina.Eles normalmente aceitam comandos de uma interface de computador de nível superior, cartão de controle ou PLC.Os sistemas pré-projetados mais simples consistem em pouco mais que um atuador e conectores.Estágios complexos pré-projetados adicionam controles e até mesmo efetores finais para mover cargas úteis.

Os estágios pré-projetados geralmente superam os sistemas construídos por componentes porque são personalizados.Em contraste, muitos fabricantes de máquinas não possuem técnicos qualificados, acessórios, interferômetros a laser e outros equipamentos para alinhar estágios (que geralmente têm tolerâncias de alinhamento eixo a eixo medidas em mícrons).

A estratégia de controle determina parte do projeto, portanto os estágios pré-projetados nem sempre seguem as regras tradicionais de projeto.Considere a incompatibilidade de inércia.Uma regra prática típica é manter a relação entre a inércia da carga útil e a inércia do motor abaixo de 20:1 para evitar problemas ao usar as predefinições de ganho de combinações pré-empacotadas de amplificador e motor.Mas muitos estágios pré-projetados têm proporções de 200:1 (ou até 4.500:1 em mesas rotativas, por exemplo) e ainda fazem movimentos precisos sem overshoot.Aqui, o fabricante altera dinamicamente os ganhos de ajuste do palco e os valida com testes físicos.Isso permite que motores menores façam o trabalho.

Estágios rotativos como este são normalmente usados ​​para posicionamento, mas também são adequados para máquinas CNC.As máquinas que mais usam estágios pré-projetados são semicondutores fundidos, bancada úmida, corte a laser, embalagem e automação de laboratório.
Os estágios pré-projetados também são confiáveis.Ao comissionar novos sistemas de movimento, componentes individuais aparentemente menores não funcionam corretamente juntos.Por exemplo, um conector defeituoso pode derrubar uma máquina inteira.Os estágios pré-projetados são montados e testados antes de serem colocados nas máquinas, para que isso não aconteça.

Exemplo: movimento linear
Considere uma aplicação na qual um acionamento linear realiza dois movimentos diferentes.Um é um curso longo a 400 mm/s e o outro é um movimento de alta velocidade de 13 mm que deve se estabilizar dentro de 10 µm da posição alvo em 150 ms.A massa móvel é de 38 kg com uma precisão bidirecional alvo de ±5 µm com base no feedback de um codificador linear óptico de 1 µm.

Os estágios tradicionais de parafuso esférico XY não são precisos o suficiente, a menos que o construtor escolha versões caras com folga zero.Os motores lineares são outra opção, mas para esta aplicação seriam grandes e caros, pois apenas uma bobina de motor longa atenderia ao requisito de 300 N de força contínua.Uma bobina longa também exigiria mudanças radicais no design geral, tornando-a 50% mais cara do que outras opções.

Este estágio multieixo pré-projetado baseado em atuadores lineares ServoBelt é testado antes de ser adicionado a uma máquina de fabricação de semicondutores.O palco não tem folga, então o projetista pode ajustar os controles de acordo com os requisitos dinâmicos.Isso é útil porque a única maneira de fazer movimentos de índice rápidos nesta máquina é fechar os servoloops usando o codificador linear, o que requer uma linha de transmissão sem folga do motor à carga útil.
Em contraste, um estágio pré-projetado baseado em acionamentos por correia é econômico.Ele não precisa de controle de loop duplo porque pode funcionar com controle de loop único usando apenas o codificador linear.O drive também possui amortecimento mecânico inerentemente alto, o que permite que os controles tenham altos ganhos de ajuste (até quatro vezes a velocidade e os ganhos de posição) para tempos de ajuste curtos.Em contrapartida, os motores lineares devem simular o amortecimento na eletrônica do servoamplificador, o que reduz o possível ganho posicional.

Exemplo: movimento rotativo
Considere outra aplicação – uma fresadora CNC de mesa de três eixos.Geralmente usam sistemas de movimento linear para posicionar a ferramenta de corte.Em contraste, um estágio pré-projetado combina posicionamento rotativo e linear.Aqui, dois dispositivos rotativos acionados por correia transportam cargas em rolamentos rotativos de grande diâmetro e ficam frente a frente.Um deles carrega um fuso pneumático de 150.000 rpm.O outro segura a peça e gira-a 180° para que a ferramenta de corte possa atingir qualquer ponto da superfície da peça em um volume de 40 × 40 × 40 mm.

Esta fresadora CNC usa um estágio pré-projetado que não é mais complexo do que o necessário.A aplicação precisa de um bom acabamento superficial em vez de precisão de posicionamento, portanto dispensa codificadores e executa em circuito aberto (potencialmente economizando milhares de dólares por máquina).
Um atuador linear acionado por parafuso aciona o eixo linear, mas permite que o dispositivo rotativo com as cabeças de corte transfira axialmente em relação ao dispositivo que segura a peça de trabalho.Todos os três dispositivos se movem em sincronia.O eixo linear controla o posicionamento do eixo Z e traz a ferramenta de corte para a face da peça de trabalho.

O projeto rotativo é rígido, o que ajuda o projeto a atender às tolerâncias de usinagem.Uma opção com lubrificação vitalícia reduz a possibilidade de contaminação, e os efetores em ambos os estágios rotativos se estendem através de vedações rotativas simples em uma parede da câmara de corte.As vedações protegem o funcionamento interno contra fluidos de corte e poeira cerâmica voadora.Em contraste, os estágios XYZ requerem foles volumosos e coberturas de tatu.

O posicionamento rotativo da ferramenta de corte e da peça utiliza coordenadas polares, não cartesianas (como é típico da cinemática CNC).O controlador recebe comandos do código G XYZ e os converte em coordenadas polares em tempo real.O benefício?O movimento rotativo é melhor do que o linear para criar acabamentos superficiais lisos, porque mesmo os melhores rolamentos lineares e fusos de esferas “fazem barulho” à medida que as esferas circulam dentro e fora de um estado carregado.Esse ruído reverbera através do sistema de movimento e pode aparecer nas peças como variações periódicas na qualidade da superfície.