Назначение
Координатный стол - промышленная установка, комплекс оборудования, предназначенный для перемещения по заданной траектории рабочего механизма станка или обрабатываемой детали.
Современный координатный стол - сложная мехатронная система, объединяющая несущую конструкцию опоры с электромеханическим приводом и многоосной системой подачи, и исполнительный механизм произвольного назначения. Использование цифрового ЧПУ позволяет полностью автоматизировать процесс производства. Точность обработки одной или нескольких деталей на прецизионном столе может составлять до единиц микрон по каждой оси даже на достаточно высоких скоростях.
Устройство
Несущей основой, обеспечивающей жесткость координатного стола, может служить станина или рама. Станина представляет собой сварную или литую стальную, реже чугунную конструкцию. Литая станина дороже, она более металлоемкая, зато лучше гасит вибрацию. Ее применение оправдано в тяжелых металлообрабатывающих станках, особенно работающих на больших скоростях. Для легких и средних станков целесообразнее использовать сварную конструкцию.
Опорная рама собирается из тянутых алюминиевых профилей, которые крепятся с помощью резьбовых соединений. В зависимости от назначения стола и эксплуатационных требований может применяться сварная рама. Использование алюминиевого профиля позволяет получить легкую и в то же время достаточно жесткую конструкцию, простую в сборке и надежную в эксплуатации.
На несущей раме монтируются приводы подачи для перемещения исполнительного механизма и рабочая плита (решетка), на которой крепится обрабатываемая деталь. Фиксация детали обеспечивается механическим или вакуумным прижимом, реже - под действием собственного веса. Перемещение рабочего механизма по двум или трем координатным осям позволяет изготавливать плоские или объемные детали различной формы.
В качестве исполнительного устройства может быть использована фрезерная головка, лазерный или плазменный резак, сверлильная или шлифовальная насадка, манипулятор, аппарат точечной сварки, маркер, ультразвуковой или рентгеновский сканер, метчик, магнитострикционный преобразователь, покрасочная головка, пробник и т. д.
Оснащение
Существует несколько вариантов конструкции координатного стола, самые распространенные из них - портальная и крестовая. Выбор конструкции обуславливается его назначением и заданными техническими характеристиками.
Крестовая конструкция обеспечивает большую гибкость системы и применяется обычно для обработки деталей со сложной пространственной геометрией, когда необходим доступ к детали с трех сторон. Крестовые системы используются в станках многоосного фрезерования, шлифовки или для трехмерного сканирования объектов, а также для работы в условиях непрерывной подачи заготовки (конвейер).
Координатные столы портального типа применяются в устройствах обработки плоских поверхностей, например, в станках лазерного раскроя, резки или сверления, а также в системах с большой нагрузкой по горизонтальным осям.
Координатный стол может быть оборудован несколькими рабочими органами для одновременной обработки нескольких деталей. Для быстрой комплексной обработки детали установка комплектуется магазином, поворотной или шпиндельной головкой с ручной и автоматической сменой инструмента. Использование поворотного стола для фиксации обрабатываемого элемента значительно расширяет технологические возможности системы.
Координатные столы так же могут оснащаться автоматическими системами смазки, охлаждения, отсоса вредных газов, пыли и стружки, другим необходимым оборудованием.
Привод
В приводе координатного стола используются традиционные передачи, такие, как зубчатый ремень, пара шестерня-рейка и винт-гайка, шарико-винтовая пара, либо система линейного привода с двигателем непосредственного преобразования электромагнитной энергии в линейное перемещение.
Передача подбирается исходя из требований к системе по нагрузке, точности и скорости перемещения. Шарико-винтовая пара обеспечивает высокую точность позиционирования (6-12 микрон), плавность хода, низкий люфт, однако имеет скоростные ограничения, особенно при длине винта от 1500 мм и более.
Пара шестерня-рейка имеет высокую точность перемещения (до 10 микрон) и высокие скоростные характеристики. Дает возможность создания крупногабаритной системы за счет стыковки (наращивания) реек. Недостатком системы является необходимость компенсации люфта в редукторе привода.
Ременная передача самая недорогая и простая в обслуживании, она обеспечивает достаточно высокие скорости перемещения. Ее недостатки - ограничения по ускорению, относительно быстрый износ, невысокая точность.
В качестве приводов подачи в таких системах обычно применяются шаговые двигатели постоянного тока и синхронные двигатели. Шаговые двигатели по сравнению с синхронными имеют более низкие скоростные и динамические характеристики и меньшую мощность, зато и цена их значительно ниже. В системах, не испытывающих высоких динамических нагрузок, допускается применение асинхронных двигателей с обратной связью.
Самым совершенным техническим решением для координатных столов на сегодняшний день является прямой (линейный) привод. Его принцип действия заключается в непосредственном преобразовании электромагнитной энергии в механическую энергию линейного или поворотного движения.
Такой привод обеспечивает лучшие показатели практически по всем параметрам - точности, динамике разгона и торможения, скорости работы, повторяемости. В линейных двигателях нет вращающихся частей, подверженных износу и трению, поэтому с течением времени характеристики привода практически не изменяются. У линейного привода только один недостаток - высокая цена, поэтому его применение экономически оправдано только в высокоточных скоростных координатных системах.
Система управления
Управление приводом и механизмами координатного стола осуществляется системами ЧПУ. По принципу формирования управляющего сигнала они делятся на аналоговые, импульсные и цифровые. Аналоговые схемы ЧПУ сегодня самые распространенные и широко используются в машиностроении. Тем не менее из-за ограниченного быстродействия их применение не всегда возможно в системах, работающих на высоких скоростях.
Импульсные системы используются для управления шаговыми двигателями или синхронными двигателями, имеющими импульсный вход. По характеристикам они уступают цифровым, но поскольку стоимость таких устройств почти на порядок ниже, их часто используют в бюджетных системах, не требующих особой точности позиционирования и обратной связи.
Современные цифровые системы получают сегодня все большее распространение благодаря широким возможностям обработки сигнала, удобству интерфейса, помехоустойчивости. Они реализуются с использованием стандартных протоколов - Profibus, CAN, Sercos и других. Управляющая программа для систем ЧПУ генерируется вручную либо конвертируется из файлов, подготовленных в специальных программах, таких, как AutoCAD, SolidWork, Компас.
Производство и исполнение координатных столов
ЗАО "Сервотехника" производит серийно, а также проектирует и собирает нестандартные координатные столы в соответствии с техническими требованиями заказчика. Компания поставляет со склада в Москве и на заказ комплектующие для систем точного координатного перемещения - направляющие, рейки, ШВП, зубчатые ремни со шкивами, серводвигатели, шаговые двигатели, системы ЧПУ, гибкие кабель-каналы, кабели, металлический профиль по отдельности и в комплекте.
