Standardní řešení lineárních a otočných os obráběcích strojů, výrobních strojů a manipulátorů je založeno na koncepci kuličkového šroubu, hřebenu a pastorku, šnekového převodu či převodovky. Tato řešení vyhovují pro velkou část strojní produkce. V poslední době se nicméně i v našem prostředí začínají objevovat aplikace, které se vyhýbají známým nectnostem uvedených řešení, jako je vůle, přídavný moment setrvačnosti, tření a účinnost převodu. Jedná se o aplikace přímých pohonů. A to jak lineárních, tak rotačních.
Tyto motory nyní již představují osvědčený druh pohonu a s rozvojem nových technologických postupů v mnoha oblastech můžeme očekávat růst jejich aplikací v různých pohybových, manipulačních a polohovacích zařízeních. Ale také v oboru obráběcích strojů, a to do velmi dynamických a přesných posuvových systémů. Společnost Siemens nabízí řadu lineárních i rotačních motorů navržených speciálně pro potřeby řízení pohybu aplikací. Lineární motory jsou ideálním řešením, je-li požadován lineární pohyb s vysokým dynamickým výkonem a přesností. Vynikající dynamické vlastnosti, kompaktní design a vysoká životnost, jakož i snadná manipulace jsou hlavními rysy této řady motorů. Tím, že jsou odstraněny mechanické přenosové prvky, lineární motory zjednodušují mechanickou konstrukci stroje a zvyšují jeho dostupnost. Rotační motory jsou ideální jako přímé pohony s vysoce dynamickým výkonem u všech rotačních os. Síla není přenášena přes převodovku, ale přímo na stroji. V důsledku zjednodušení údržby a kompaktním designem představují cenově efektivní alternativu ke kombinaci motoru a převodového prvku.
Motory řady Simotics L (1FN)
Lineární motory společnosti Siemens prošly v krátké době velmi zajímavým vývojem. Stávající řada motorů 1FN3 se sekundární částí s permanentními magnety byla jako reakce na požadavky na stále delší pojezdy lineárních os doplněna řadou motorů 1FN6. Tyto motory se vyznačují tím, že sekundár neobsahuje žádné magnety a tudíž v podstatě platí, že čím delší pojezd, tím výhodnější cena pohonu. Další výhodou je snazší montáž, neboť neexistují žádné přitažlivé síly mezi ložem stroje a sekundární částí pohonu. Při použití lineárního pohonu 1FN6 na obráběcích strojích také odpadá riziko, že se v mezeře mezi primární a sekundární částí usadí kovové piliny. Sekundární část také není nutné chladit. Primární díl má dvě varianty chlazení, a to přirozené nebo vodní. Typickými oblastmi aplikace lineárních motorů jsou: » Manipulátory s dlouhým pojezdem » Obráběcí stroje s velkými pojezdovými vzdálenostmi » Laserové stroje » Stroje pro řezání vodním paprskem » Aplikace, kde je nežádoucí přítomnost magnetického pole Motory 1FW6 jsou určeny k provozu s frekvenčními měniči řady Sinamics S120 po připojení silového kabelu a odměřování k převodníku na rozhraní DriveCLiQ.
Rotační přímé (momentové ) motory řady Simotics T (1FW)
Pro pohon otočných stolů obráběcích strojů či naklápěcích os lze s výhodou použít momentové (torque) motory. Jak již bylo zmíněno, při použití přímých pohonů odpadá nutnost instalovat převodovku, stator i rotor se montují přímo na příslušnou část stroje. Momentové motory 1FW jsou koncipovány jako vestavné motory s vysokým momentem při nízkých otáčkách. Jsou to mnohapólové synchronní stroje s permanentními magnety a chlazené kapalinou. Motory se dodávají v 9 průměrových řadách, každá pak obsahuje minimálně čtyři různé délky motoru. Výhodou momentových motorů 1FW je vysoký moment při zachování kompaktních rozměrů a také nízký moment setrvačnosti. Díky vodnímu chlazení ve dvou variantách (plášťové a integrované chlazení) se tyto motory vyznačují vysokým výkonem a minimálním tepelným vlivem na ostatní součásti stroje. Oblasti použití momentových motorů: » Rotační indexovací stroje, otočné stoly, naklápěcí osy » Rotační osy (A, B a C na 5osých obráběcích centrech) » Dynamické výměny nástrojů » Rotační vřetena u frézek » Pomocné a manipulační osy Motory 1FW se dodávají ve dvou kusech (stator a rotor) včetně transportních dílů (rozpěrky, upevňovací šrouby). Na konstrukci stroje pak jednotlivé díly montuje výrobce stroje. Samozřejmě je potřeba doplnit sestavu o odměřování, aby byl pohon kompletní.
Projektování v programu Sizer
Nástrojem pro optimální řešení motoru pohodlným a uživatelsky příjemným způsobem je softwarové řešení Sizer. Program umožňuje spočítat požadavky dané aplikace a následně navrhnout vhodný pohon. Základním materiálem pro výběr a specifikaci pohonu je katalog NC62 nebo PM21. Velmi výhodně lze ale použít nástroj pro projektování pohonů Siemens Sizer. Aktuální verze tohoto programu je 3.10 a ve svých databázích obsahuje lineární motory 1FN3, 1FN6 a z momentových 1FW3, 4 i 6. Při procesu výběru motoru definuje konstruktér druh motoru, koncept chlazení a odměřování, volí délku pojezdu a způsob připojení silového kabelu. Všechny důležité varianty jsou v programu Sizer relativně snadno konfigurovatelné. Je samozřejmé, že při výběru vhodného motoru musí konstruktér vědět, co dělá. Lze ale říci, že Sizer je silným pomocníkem a usnadňuje práci při návrhu pohonu, a to jak prostým výběrem ze seznamu objednacích čísel motorů, tak i pomocí definice pracovního cyklu a charakteru zátěže. Sizer slouží ke kompletnímu sestavení kusovníku napájecí jednotky, motorových modulů, kabelů a motorů. Podle konkrétní aplikace následně konstruktér vybírá, jaký řídicí systém (Sinumerik, Simatic nebo Simotion) bude pohonu nadřazen a konfiguruje sestavu včetně softwaru a volitelných rozšíření (Options). Program Sizer lze buď objednat na DVD pod objednacím číslem 6SL3070-0AA00- -0AG0, nebo stáhnout na internetových stránkách společnosti Siemens. Pokud uživatel zvolí alternativu, že si program stáhne, má dvě možnosti: Sizer včetně nebo bez rozměrových náčrtků. Varianta bez výkresové dokumentace je menší, co do objemu dat, varianta s náčrtky zase umožňuje připravit si výkresy komponentů pro další konstrukční práci.
Shrnutí
Minimalizace ztrát a vlivů na konstrukci stroje, vysoká dynamika a přesnost. To jsou vlastnosti přímých pohonů. I když se četnost jejich použití v konstrukci strojů zvyšuje jen pomalu, je jisté, že nároky koncových zákazníků na produktivitu strojů budou vyžadovat nasazování lineárních a momentových motorů časem ve stále větší míře. Společnost Siemens navíc v oblasti přímých pohonů chystá novinky, které otevřou další oblasti jejich využití a o kterých se zmíníme v některém dalším článku na téma techniky pohonů.
Ing. Vít Hadáček www.siemens.cz