Témata
Reklama

Elektronické vačkové systémy a bruska radiálních vaček

VÚTS, a. s., se více než 30 let zabývá výpočty, konstrukcí a výrobou klasických vačkových mechanismů. Výroba radiálních a axiálních vaček technologiemi frézování, broušení a elektroerozivního obrábění se za tuto dobu stala standardem pro domácí i zahraniční odběratele. V současnosti se VÚTS zabývá také možnostmi aplikací elektronických vaček, jejichž hlavní předností je pružná změna pohybových funkcí.

Systémy elektronických vaček představují moderní prostředky pružné průmyslové automatizace, které slouží k realizaci pohybových funkcí pracovních členů výrobních a manipulačních mechanismů. VÚTS, a. s., používá pro výzkum dynamiky elektronických vaček špičkový systém japonské firmy Yaskawa. Mluvíme zde o systému elektronické vačky, neboť aplikace je sjednocením řízení servomotoru (kontrolér, servoměnič, regulace, zdvihová závislost), vstupů, výstupů, komunikace a softwaru řídicího systému.

Reklama
Reklama

Aplikace vačkových systémů

Princip aplikací klasických a elektronických vaček je ve své podstatě stejný. Tím je pohon pracovních členů mechanismů výrobních a manipulačních stojů, přičemž obě skupiny vačkových systémů (klasických a elektronických) vynikají svými specifickými vlastnostmi. Požadavky na pracovní pohyby mechanismů bývají značně odlišné, proto je v takových případech nutná analýza problému aplikace, která v sobě zahrnuje v co největší míře výčet možných variant včetně kalkulace nákladů. Důležité je, že žádný z obou systémů není upřednostňován, ale je nabízeno komplexní řešení, kde konečná volba systému je na zákazníkovi. Komplexní dodávku obou vačkových systémů je pak VÚTS schopen zajistit.

Katalogová řada krokových převodovek VÚTS

Článek se dále zabývá typickými aplikacemi obou vačkových systémů, které jsou ve VÚTS realizovány a dále rozvíjeny.

Klasické vačkové mechanismy

VÚTS zajišťuje standardně výrobu radiálních a axiálních vaček. K vyrobeným vačkám je dodáván měřicí protokol rozměrových odchylek činných ploch vaček. Pro pevnou automatizaci výrobních systémů jsou k dispozici specifické krokové převodovky s radiálními vačkami ve čtyřech výkonových velikostech, které jsou zpracovány do katalogové řady. Zdvihová závislost je optimalizována v rámci standardní služby podle požadavků zákazníka. Vačky jsou vyrobeny na základě softwaru vyvinutého ve VÚTS tak, že karusel se stýká s profily vaček stále pouze prostřednictvím dvou rolen. Tím je zaručena statická určitost a převodovky, které jsou součástí vačkových mechanismů, je možné použít pro dynamicky náročné aplikace s vysokou životností činných ploch vaček a rolen.

Mechatronický diferenciální pohon

Elektronické vačkové systémy

Výzkum dynamických vlastností a metodiky aplikací elektronických vaček je založen na zvoleném hardwaru Yaskawa. Program řídicího systému je pak kompletně původním vývojem oddělení Mechatronika VÚTS.

Pro poznání vlastností realizovaných pohybových funkcí elektronických vaček a stanovení kritérií použitelnosti podle zadaných požadavků na pracovní pohyby jsou pro výzkum využívány dynamické standy. Na těchto standech jsou sledovány takové parametry a vlastnosti, jako je například polohová přesnost, charakteristické vlastnosti různých systémů řízení (Position/Phase Control) a míra přesnosti kinetostatického řešení mechanismů s elektronickou vačkou na základě pohybové funkce, resp. zdvihové závislosti.

Pohon prohozního mechanismu stavu CamElSystém elektronické vačky je cenově nákladný, a proto musí být pro danou aplikaci vybrán pohon přesně splňující katalogová kritéria výrobce, především maximální okamžitý krouticí moment, efektivní krouticí moment (proudová zátěž) a maximální otáčky. Pro tyto účely VÚTS vyvinul vlastní software kinetostatického dimenzování servopohonu. Standy rovněž slouží k testování nezbytných elementů kinematického řetězce elektronického mechanismu, jako jsou planetové převodovky (vlivy zubových vůlí), reduktory typu Spinea (vliv účinnosti), řemenové převody a ostatní mechanické a elektromagnetické poddajnosti vazeb.

Mechatronické pohony

Další aplikační potenciál elektronických vaček s novými synergickými vlastnostmi je ve vzájemné kombinaci s klasickými mechanismy. Mechanismy je možné vzájemně řadit paralelně nebo sériově. Příkladem paralelní kombinace klasického mechanismu (čtyřkloubového nebo vačkového) s elektronickou vačkou je mechatronický diferenciální pohon, který rozšiřuje možnosti použitelnosti elektronických vaček například v oblasti silových krokových pohybů. Princip tohoto pohonu byl na MSV 2008 v Brně oceněn prestižní Zlatou medailí a evropský patent na tento unikátní pohon byl udělen v minulém roce (EP2078882). Sériové řazení je pak použito například na tkacím stroji CamEl, kde elektronická vačka generuje pohybovou funkci vačkového hřídele klasického dvouvačkového mechanismu prohozního čerpadla.

Bruska radiálních vaček BRV-300 CNC

Jednoúčelové stroje

Aplikace elektronických vaček postavené na hardwarové (pohon) a softwarové (vývojové prostředí) platformě Yaskawa byly studovány s ohledem na co nejvyšší realizovanou dynamiku pohybových funkcí s důrazem na polohovou přesnost. Teprve konkrétní aplikace s definovanými technologickými podmínkami však dává představu o použitelnosti systémů elektronických vaček.

Kontroler MP2310 (řídicí systém)

Unikátní řídicí systém

V rámci projektu TIP řeší VÚTS aplikační možnosti elektronických vaček v jednoúčelových strojích. S ohledem na tradici výroby klasických vaček byl vyvinut obecný tříosý řídicí systém použitelný pro jednoúčelový obráběcí stroj (koncepčně pro technologie frézování, broušení a povrchového kalení), kterým je i bruska radiálních vaček. Záměrem VÚTS je nezávislost na firmách vyrábějících podobné brousicí stroje a příprava generálních oprav (výměna řídicích systémů) stávajících brousicích strojů na výrobu vaček ve VÚTS. Základem se stal, jak již bylo řečeno, obecný tříosý řídicí systém, který je použitelný v různých aplikacích. Tento systém umožňuje klasické řízení v ručním (JOG, STEP, POSI, HW apod.) a automatickém režimu (CNC). Režimem CNC je myšleno automatické řízení pracovního pohybu podle výrobních dat ve třech interpolačních osách. Implementace tohoto systému pro výrobu radiálních vaček představuje dvě interpolační osy (rotační C a posuvnou V) a jednu polohovací osu (posuvná Z). Realizace interpolačního pohybu je programována v klasické oblasti Motion, ve které je pohyb mezi dvěma polohami definován souřadnicemi s daným posuvem. Unikátnost systému brusky radiálních vaček nové koncepce VÚTS je však založena na tom, že druhým způsobem řízení pohybů výrobních os je použití funkce dvou elektronických vaček vzájemně svázaných. Výrobní data vačky jsou spočtena na libovolnou ekvidistantu a v podobě polárních souřadnic (úhel a průvodič) s hodnotami úhlu normály jsou uložena v paměti řídicího kontroléru. Tyto parametry pak s hodnotou nástrojové korekce řídí pohyby výrobních os stroje. Hodnoty řídicích výstupních registrů pohonů jsou generovány v uživatelské funkci PLC. Uživatelská funkce elektronické vačky umožňuje řízení s množstvím korekčních parametrů, dopředných rychlostních a momentových vazeb a funkcí realizujících různé podmínky broušení. Jednou z testovaných podmínek je takový posuv při broušení kontury vačky, kdy krouticí moment zatěžující rotační osu bude teoreticky konstantní. Tento pohyb je odvozen z dat úhlu normály a poloměru křivosti broušené kontury. Důležitost této podmínky vyplývá z použitého přímého pohonu rotační osy (Direct Drive), kdy je principiálně přítomna elektromagnetická poddajnost ovlivnitelná PI regulací a která je tedy zdrojem polohové chyby v závislosti na momentovém zatížení. Rovněž je využito měření excentricity uložení vačky na přípravku (dotykové a bezdotykové laserové) s dotykovým měřením kontury vačky bez nutnosti sejmutí obrobku vačky a využití naměřených dat k přímé korekci výrobních dat generovaných uživatelskou funkcí.

Bruska radiálních vaček

Prototyp brusky radiálních vaček je postaven na špičkových komponentech renomovaných firem (kontrolér Yaskawa MP2310, rotační a přímé pohony Yaskawa, lineární osa Schneeberger UTC15, rám stroje Schneeberger Mineralguss, vřeteno GMN HVP-30000 HSK40). Brousicí nástroj CBN je upnut v hydraulickém upínači, který zabezpečuje vysokou tuhost uložení nástroje.

Výzkumná a rovněž komerčně koncipovaná bruska bude ve VÚTS sloužit k vysoce přesné výrobě radiálních vaček, především v programu výzkumu konstrukce a výrobní technologie rychloběžných klasických vačkových mechanismů s radiálními vačkami. Vačky budou vyráběny z nástrojových ocelí řady X a broušeny nástroji s CBN/DIA. Bruska radiálních vaček byla představena potenciálním zákazníkům na MSV 2012. V kategorii za nejlepší inovační exponát vzniklý prokazatelně ve smluvní spolupráci firem s tuzemskou výzkumnou organizací (výzkumnými organizacemi v ČR) a v rámci vývojových projektů dotovaných státem byla bruska BRV-300 CNC oceněna čestným uznáním.

Ing. Petr Jirásko, Ph.D.

VÚTS
petr.jirasko@vuts.cz
www.vuts.cz

Reklama
Vydání #12
Kód článku: 121217
Datum: 12. 12. 2012
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

V minulém vydání jsme uvedli 1. díl pohledu do minulosti i současnosti řemeslné výroby obráběcích strojů. Nyní vám přinášíme pokračování tohoto článku o unikátní metodě – technologii zaškrabávání.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Související články
Ready made lineární osy s ozubeným řemenem

Pomocí lineární osy je realizován pohyb v přímém směru a jedná se tak o výborný výchozí konstrukční prvek pro stavbu strojů, automatizačních linek a polohovacích zařízení s potřebou přesného lineárního pohybu ve více osách (typicky například CNC stroje). V posledních letech došlo navíc k výraznému snížení cen a lineární osy se tak stávají dostupné i pro dosud zapovězené oblasti. V neposlední řadě je podstatnou výhodou u tzv. ready made produktů dodávka již smontovaného dílu připraveného k okamžitému použití v zákaznické aplikaci.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Velmi rychlá dvojčata

SolidCAM a InventorCAM jsou jeden a tentýž CAM program integrovaný v různých CADech (SolidWorks a Autodesk Inventor), proto má smysl mluvit o obou najednou. Neliší se funkčně totiž opravdu vůbec, pouze je uživatel ovládá ve svém oblíbeném CADu.

Obrábět stejně za méně - Energetická efektivita obráběcích strojů

Energetická efektivita výrobních strojů - ekodesign, má čím dál větší význam. Na světových výstavách v čele s EMO Hannover 2013 byla patrná snaha výrobců nabídnout zákazníkovi nejen stroj s potřebnými užitnými vlastnostmi, ale i stroj pracující energeticky úsporně. Je také patrná vyšší informovanost zákazníků a do obecného povědomí se dostává čím dál více informací o řešeních, která zajišťují stejné užitné vlastnosti při snížené spotřebě energie.

Pomocník pro plánování výroby

Většina lidí dnes ví, že žádná firma, která chce být konkurenceschopná, neobejde bez kvalitního ERP. Díky němu lze především řídit procesy, a to doslova všechny. Ne každý si však uvědomuje, jak velké mohou být rozdíly mezi systémy pro jednotlivé oblasti podnikání. Asi nejsofistikovanější ERP najdeme bezesporu ve výrobních firmách.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu automatizace obslužných procesů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.

Tlak na zvyšování produktivity a další faktory související s cenou práce či nedostatkem pracovní síly přiměly mnoho výrobců automatizovat své výrobní procesy. Většina obslužných procesů, jako je upínání, paletizace, kontrola kvality a další úkony (třídění, odvoz, balení), probíhá ve vedlejších časech.


I tyto procesy lze optimalizovat, zefektivnit anebo částečně automatizovat. Jaké produkty, systémy či služby zvyšující efektivitu obslužných výrobních procesů nabízí vaše společnost?

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Trendy ve světě přesné měřicí techniky

Požadavky kladené na kontrolu kvality se rok od roku stále zvyšují. S tímto trendem se musejí vypořádat všichni výrobci měřicí techniky. Shodně je tomu i u firmy Mitutoyo, která se snaží šíří svého sortimentu maximálně vyhovět požadavkům pro dílenskou kontrolu, měrové laboratoře i procesní kontrolu, ale zároveň neopomíjí současný trend - Průmysl 4.0 a IoT - požadavek na inteligentní komunikativní měřidla a přístroje.

Opřít se o silného partnera

V dnešní době hospodářského růstu mnoho firem přemýšlí o rozšíření výroby. To se však neobejde bez úvah o tom, kde získat prostředky na nové stroje a zařízení. Řešení má jméno SGEF.

Veletržní válka světů

Redakce MM Průmyslového spektra věnovala šanghajskému veletrhu obráběcích strojů CCMT 2018 nemalou pozornost ve zpravodajství, které bylo uveřejňováno na webových stránkách v rubrice Očima redakce. V tomto článku a na přiložených obrázcích jsou zaznamenány veletržní postřehy, čínský kolorit, veletržní statistiky i holá fakta z oblasti čínského průmyslu. Něco málo o čínské výrobní technice a technologiích, které byly prezentovány na CCMT 2018, i pár dalších postřehů, jsme připravili do tohoto vydání.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit