Polohovací jednotky s lineárními motory z Brna pro celý svět
Jedním z předních světových výrobců lineární techniky je firma HIWIN s.r.o. V jejím výrobním programu nejsou pouze kuličkové šrouby, lineární vedení a další komponenty lineární techniky, ale firma patří i mezi špičku v oblasti lineárních motorů. K významné části výrobního sortimentu patří mj. i speciální aplikace pro výrobce průmyslových strojů a specifické potřeby menších firem i originální portálové systémy dodávané pro manipulační zařízení, tzv. „na klíč“.
Díky širokému sortimentu komponentů lineární techniky a lineárních motorů se firma Hiwin před 5 lety rozhodla zahájit svůj vlastní vývoj polohovacích jednotek, křížových stolů a portálových zařízení pro manipulační zařízení a nyní se řadí k uznávaným lídrům na trhu s lineárními systémy a polohovacími jednotkami. Základní filosofií firmy je dodávat zákazníkům komplexní řešení lineární polohovací jednotky nebo víceosého systému.
Stěžejními novinkami společnosti jsou v současné době zejména dodávky kompletních křížových stolů v různých provedeních (podle typu a oblasti použití jsou krytovány skládanými měchy nebo pro CNC aplikace teleskopickými kryty, s dosahovaným krytím IP65) a moderní komplexní portálové systémy.
Vývojové týmy v hlavním brněnském sídle firmy pracují i na rozvoji dalších pokročilých produktů v oblasti řízení. V současnosti je Hiwin schopen osazovat polohovací systémy i frekvenčními měniči nové řady D1N s komunikací EtherCat, která umožňuje využít různé PLC řídicí systémy. Tím zajišťují maximální flexibilitu, preciznost a rovněž výjimečně přesné řízení výrobního procesu.
Konečné slovo má vždy zákazník
Hlavním trendem jsou aktuálně speciální víceúčelové aplikace, které řeší specifika výrobních programů zákazníka. Na základě jeho konkrétních specifikací a požadavků na pohybovou hmotnost, dynamiku a přesnost pohybu navrhne a vytvoří technické oddělení kompletní víceosý polohovací systém, ale jeho definitivní konfigurace a konečná funkce zařízení je už plně v režii samotného zákazníka. Což v praxi znamená, že stroj může osadit komponenty podle svých potřeb odpovídajících danému nasazení - laserem, vřetenem, měřicím zařízením nebo uchopovacím nástrojem. Polohovací systémy Hiwin se uplatňují např. u balicích strojů, při paletizaci a jsou nedílnou součástí měřicích nebo skenovacích zařízení. Využití ale mohou najít prakticky všude, kde je u strojů vyžadována přesnost, rychlost a dynamika.
Skutečnost, že společnost Hiwin je výrobcem základních komponentů lineární techniky, ji zajišťuje velmi dobré podmínky pro kompletaci různých variant lineárních jednotek, které vycházejí z konstrukce založené na vlastním nosném hliníkovém profilu zástavbové šířky 160, 220 a 250 mm. V rámci každé velikosti profilu je kompletována osa s lineárním motorem nebo kuličkovým šroubem při dodržení stejných zástavbových rozměrů. Základní koncepcí je rozměrová zaměnitelnost v rámci jedné stavební šířky modulu. Provedení jednotek může být s úplným zakrytováním nebo bez zakrytování. Podle specifikace aplikace je možné lineární osy kompletovat do rovinných konfigurací (x-y, x-z, y-z) i prostorových (x-y-z) variant uspořádání.
Elektřina vs. magnety
Z pohledu konstrukčního řešení je v řadě aplikací většina pohybů realizována po přímce. Elektrické motory, používané obvykle pro stavbu pohyblivých systémů, však umožňují v základní podobě jen rotační pohyb, který je nutno převádět na pohyb lineární, pomocí kuličkového šroubu, který má však určitá mechanická omezení jednak v délce pohybu, teplu způsobeném třením a v maximálních otáčkách. Hlavním omezujícím faktorem jsou právě maximální otáčky, při jejichž překročení dochází k rozkmitání šroubu. Lineární motor takováto omezení nemá ani v délce pohybu (stačí postavit delší magnetickou dráhu) ani pokud jde o rychlost (absence točivých součástí spolehlivě eliminuje nežádoucí vibrace). Proto se s nejčastějším použitím lineárních motorů můžeme setkat u obráběcích strojů (vysokorychlostní opracovávání, laserové obrábění, svařování, přesné řezání,…), balicích mechanismech, manipulační technice, automatizaci, atd., kde se uplatní jejich přednosti.
Hlavní výhody lineárních motorů:
- jednoduché řízení,
- vysoké dosahované rychlosti a zrychlení,
- vysoká přesnost polohování,
- libovolně stavitelná magnetická dráha,
- možnost umístění více sekundárních částí (jezdců), pohybujících se nezávisle na sobě, na jedné magnetické dráze.
K velkému rozvoji výroby a k praktickému uplatnění lineárních motorů a pohonů došlo zejména v poslední době, kdy v důsledku technického vývoje a tvrdšího konkurenčního boje mezi výrobci rostou požadavky na vyšší přesnost výroby a na dynamické vlastnosti výrobních strojů. Stále vyvíjející se elektronické prvky, které umožňují plynulé řízení rychlosti a zpřesňují polohování celého lineárního sytému, poskytují výrobcům širší prostor v oblasti technického využití lineárních motorů. Možnosti klasických rotačních motorů s mechanickým převodem z pohybu rotačního na pohyb lineární jsou v řadě průmyslových aplikací využívány na hranici dynamiky dané setrvačnými hmotami a na mezi přesnosti dané mechanickými vůlemi a postupným opotřebením. A právě zde nabízí lineární řešení oproti tradičnímu systému s elektromotory četné výhody.
Zatímco klasický pohon vykazuje v místech převodu (rotační motor - kuličkový šroub - lineární vedení) značné tření, pružnost a vůli, u lineárního motoru tyto nevýhody odpadají. Výsledná přesnost polohování závisí na použitém typu odměřovacího systému. Pro kompletní vlastní polohovací systémy nabízí Hiwin dva základní typy lineárních odměřovacích systémů. Pro méně přesné aplikace nevyžadující extrémně precizní parametry (opakovatelnost polohování 0,01 mm) je ve většině případů dostačujícím řešením magnetické lineární odměřování s výstupním signálem analog son/cos 1Vpp nebo digital TTL 5V. Pro náročnější aplikace pak Hiwin využívá úzké spolupráce s renomovaným výrobcem odměřovacích systémů firmou Renishaw, kde opakovatelnost polohy činí cca 0,002 mm. U nejnáročnějších aplikací je možné využít v polohovacích jednotkách i absolutní odměřování.
Trio pro všechny případy
Lineární motory Hiwin jsou konstrukčně 3fázové synchronní motory s permanentními magnety. Jsou vyráběny a dodávány ve třech základních řadách LMC, LMS a LMF, které svým řešením a parametry odpovídají různým požadavkům.
Varianta s označením LMC je určena pro lehčí aplikace se zatížením do Fpmax = 342 N (špičková síla), zrychlení 5 G a rychlosti 5 m/s. Motor tvoří nekovová primární část (jezdec) s trojfázovým vinutím a sekundární část (magnetická dráha) tvořená permanentními magnety. Díky nekovové primární části je motor velice lehký a vhodný pro dynamické aplikace.
Řada LMS pro střední zatížení se silou do Fpmax = 3000 N (špičková síla), zrychlení 4 G a rychlosti 4 m/s. Motor se skládá z kovové primární částí, která je tvořena elektrotechnickými plechy s cívkami a sekundární části. Trojfázové synchronní motory LMS vynikají velkou hustotou sil a jsou plně vyhovující pro většinu aplikací.
Lineární motory v provedení řady LMF jsou určeny pro velmi náročné aplikace z hlediska zatížení - jsou koncipovány hlavně pro obráběcí stroje s velkými přestavnými hmotami a přídavnými axiálními silami. Základní konstrukce je shodná s motory typu LMS, ale je doplněna o externí chladicí okruh primární části motoru, čímž dojde k výraznému zvýšení účinnost motoru, jehož dosažitelná špičková síla je udávána hodnotou 20 000 N.
440
