Um controle deslizante linear não controla sua própria desaceleração.O comando de desaceleração é gerado por um controlador de movimento ou PLC e executado por um servoacionamento, motor e mecanismo de transmissão. O controle deslizante fornece orientação e suporte de carga enquanto a mesa móvel desacelera.
O termocontrole deslizante linearpode se referir a um trilho de perfil com um bloco de guia correspondente ou a um eixo redondo com um bloco de rolamento linear, como uma unidade deslizante SCS, SBR ou TBR. Nenhuma das estruturas decide quando ou com que rapidez o eixo deve parar.
Na maioria dos equipamentos servo-acionados, a desaceleração normal é controlada com um perfil de movimento trapezoidal ou curva S. O perfil correto depende da velocidade de deslocamento, da massa em movimento, da distância de parada disponível, dos requisitos de posicionamento, da rigidez da máquina e da carga permitida no controle deslizante, na transmissão e no sistema de acionamento.
Os batentes mecânicos e os amortecedores podem fornecer proteção adicional no final do percurso, mas normalmente não devem substituir a desaceleração controlada durante cada ciclo de produção.
O que um controle deslizante linear faz durante a desaceleração?
Um controle deslizante linear é um componente de orientação passivo. Suas principais funções são restringir a mesa móvel a um caminho definido, suportar forças e momentos e manter o movimento linear estável.
Em um sistema de trilho perfilado, esferas ou rolos recirculantes se movem entre o bloco guia e as pistas retificadas com precisão. Em um sistema de eixo redondo, um rolamento linear ou bloco de rolamento se desloca ao longo de um eixo cilíndrico. Os sistemas SBR e TBR utilizam eixos redondos apoiados para melhorar a rigidez em comparação com um eixo completamente sem suporte.
Embora estas estruturas tenham diferentes capacidades de carga e rigidez, o princípio de controle é o mesmo: o cursor guia a mesa enquanto outras partes da máquina geram a força de desaceleração.
Qual componente realmente controla a desaceleração?
Um eixo de movimento linear completo normalmente contém vários componentes que trabalham juntos durante a desaceleração.
| Componente | Função durante a desaceleração |
|---|---|
| Controlador de movimento ou PLC | Gera o comando de velocidade, aceleração, desaceleração e jerk |
| Servo acionamento e motor | Produza o torque necessário para reduzir a velocidade do eixo |
| Parafuso de esfera, correia, cremalheira ou motor linear | Transmitir a força controlada para a mesa móvel |
| Trilho de perfil ou controle deslizante de eixo redondo | Guia a mesa e suporta forças e momentos gerados durante a desaceleração |
| Codificador ou sensor de posição | Fornece feedback de posição e velocidade para a malha de controle |
| Interruptor de limite e proteção final | Proteja o mecanismo quando o movimento comandado exceder a zona normal de deslocamento |
A alteração do bloco linear, da caixa do rolamento ou do suporte do eixo por si só não cria um perfil de parada controlado. O comando de movimento e a força de frenagem devem vir do sistema de acionamento.
O que é um perfil de desaceleração trapezoidal?
Um perfil de velocidade trapezoidal usa segmentos de aceleração aproximadamente constante, velocidade constante e desaceleração constante. Durante a desaceleração, a aceleração comandada muda de zero para um valor negativo, permanece aproximadamente constante e retorna a zero quando o eixo atinge sua posição alvo.
Este perfil é amplamente utilizado porque é simples e pode fornecer tempos de ciclo relativamente curtos. Ele pode funcionar bem quando a carga móvel é moderada, a estrutura da máquina é rígida e a transmissão tem folga ou elasticidade limitada.
A principal desvantagem é a rápida mudança na aceleração no início e no final da rampa. Como o jerk é a taxa na qual a aceleração muda, um perfil trapezoidal ideal produz um jerk alto nesses pontos de transição.
O solavanco alto pode provocar vibração na mesa móvel, na peça de trabalho, nos suportes do eixo, nos blocos guia, no acoplamento ou na estrutura da máquina. O eixo pode atingir a posição comandada, mas ainda requer tempo de estabilização adicional antes que a próxima operação possa começar.
Um perfil trapezoidal não é necessariamente severo se a desaceleração programada for moderada. Os problemas geralmente aparecem quando configurações agressivas são combinadas com uma mesa pesada, estrutura flexível, eixo longo, balanço grande ou espaçamento insuficiente dos controles deslizantes.
Como uma curva S reduz o choque mecânico?
Um perfil de curva S limita a rapidez com que a aceleração muda. Em vez de aplicar a desaceleração total quase imediatamente, aumenta progressivamente a desaceleração, mantém-na conforme necessário e depois volta progressivamente a zero.
Jerk é expresso como:
j = da/dt
Onde j é o jerk em m/s³, a é a aceleração ou desaceleração em m/s² e t é o tempo em segundos.
Limitar o jerk reduz mudanças abruptas na força inercial. Isto é útil para automação de alta velocidade, equipamentos de inspeção, peças frágeis, manuseio de líquidos, cargas altas e sistemas com estruturas flexíveis ou longos balanços.
Os sistemas de eixo redondo também podem se beneficiar de uma curva S quando mudanças rápidas de aceleração causam deflexão ou vibração do eixo. Isto é especialmente relevante quando o eixo tem um longo vão sem suporte ou quando a carga móvel está posicionada muito acima da linha central do eixo.
A desvantagem é que uma curva S pode exigir mais tempo ou distância do que um perfil trapezoidal quando ambos estão limitados ao mesmo pico de desaceleração. Portanto, deve ser calculado dentro do curso disponível, em vez de ser selecionado apenas porque produz um movimento mais suave.
Como você calcula o tempo de desaceleração e a distância de parada?
Para um cálculo inicial com desaceleração constante, o tempo de parada pode ser estimado com:
t = v / uma
A distância de desaceleração correspondente é:
s = v² / (2a)
Aqui, v é a velocidade inicial em m/s, a é a magnitude da desaceleração em m/s², t é o tempo de desaceleração em segundos e s é a distância em metros.
Considere um eixo viajando a 1 m/s com uma desaceleração programada de 2 m/s²:
t = 1/2 = 0,5s
s = 1² / (2 × 2) = 0,25 m
A distância teórica de desaceleração é, portanto, de 250 mm. Este cálculo não inclui atraso de resposta do controlador, atraso do sensor, resposta do inversor, erro de seguimento do servo, conformidade mecânica ou margem de projeto.
Se o atraso de resposta combinado antes do início da desaceleração controlada for de 30 ms, a mesa móvel percorre um adicional:
éatraso= v × tatraso= 1 × 0,03 = 0,03 m = 30 mm
O total preliminar já aumentou de 250 mm para 280 mm antes de adicionar uma margem de projeto. Um perfil de curva S pode exigir distância adicional porque o valor de desaceleração total não é aplicado imediatamente.
Como a desaceleração afeta a carga do controle deslizante?
A desaceleração gera uma força inercial proporcional à massa total em movimento:
F = m × uma
Se uma mesa de 100 kg desacelera a 2 m/s², a força inercial ideal é:
F = 100 × 2 = 200 N
Esses 200 N não são automaticamente divididos igualmente entre os controles deslizantes. A distribuição real da carga depende do número de trilhos ou eixos, espaçamento dos controles deslizantes, posição do centro de gravidade, posição da força motriz, rigidez da mesa e precisão de montagem.
Se o centro de gravidade estiver localizado a uma distância vertical h acima do plano guia, a força inercial cria um momento de inclinação:
M = F × h
Para a mesma força de 200 N e uma altura do centro de gravidade de 0,30 m, o momento de lançamento é:
M = 200 × 0,30 = 60 N·m
Este momento pode carregar os controles deslizantes dianteiro e traseiro de maneira muito diferente. Uma seleção baseada apenas no peso vertical da mesa perderia a carga adicional de desaceleração.
Sistemas deslizantes de trilho de perfil
Em um sistema de trilho perfilado, a força e o momento de inércia devem ser distribuídos entre os blocos-guia de acordo com o espaçamento dos trilhos, o espaçamento dos blocos e a posição do centro de gravidade. As cargas calculadas devem ser comparadas com a classificação de carga estática do bloco correspondente e os momentos estáticos permitidos.
Um bloco pode ter capacidade de carga radial suficiente, mas ainda assim ser inadequado para um grande momento de inclinação, guinada ou rolamento. Aumentar a distância entre os blocos muitas vezes pode reduzir a carga causada por um determinado momento.
Sistemas deslizantes de eixo redondo
Em um sistema de eixo redondo, a mesma força inercial atua nos rolamentos lineares, nas carcaças de alumínio, nos suportes do eixo e nos eixos. O sistema deve ser verificado quanto à carga do rolamento, rigidez da carcaça, flexão do eixo e carga do parafuso de suporte.
Um eixo redondo sem suporte pode desviar mais visivelmente durante uma desaceleração rápida, especialmente quando seu vão é longo ou a carga está desviada da linha central do eixo. Os trilhos SBR ou TBR suportados geralmente proporcionam maior rigidez à flexão porque o eixo é continuamente ou estreitamente apoiado ao longo de seu comprimento.
Para ambas as estruturas, o fornecedor precisa da massa real em movimento, velocidade, aceleração, espaçamento dos controles deslizantes e posição do centro de gravidade. O nome do produto por si só não é suficiente para verificar a adequação.
Por que a velocidade tem um grande efeito nos requisitos de parada?
A energia cinética aumenta com o quadrado da velocidade:
Ek= ½mv²
Dobrar a massa em movimento duplica a energia cinética de translação. Dobrar a velocidade aumenta-a por um fator de quatro. Um aumento relativamente pequeno na velocidade de operação pode, portanto, criar uma demanda muito maior no motor, no acionamento, na transmissão e na proteção de fim de curso.
Para um eixo acionado por fuso de esferas, a inércia de rotação do parafuso, do acoplamento e do motor também deve ser incluída. Um fuso de esfera longo ou de grande diâmetro pode armazenar energia rotacional substancial mesmo quando a mesa móvel é relativamente leve.
Qual é o papel da servofrenagem e regeneração?
Durante a desaceleração controlada, um servo motor pode atuar como gerador. A energia retornada do motor aumenta a tensão do barramento CC no servoconversor. Dependendo do projeto do inversor, esta energia pode ser dissipada através de um resistor de frenagem, compartilhada com outros eixos ou devolvida à alimentação elétrica por uma unidade regenerativa.
Este gerenciamento de energia elétrica é importante quando a massa em movimento é grande, a velocidade é alta, o eixo é vertical ou a desaceleração ocorre com frequência. É um problema do sistema de acionamento e não um recurso do bloco de guia linear ou do controle deslizante do rolamento do eixo redondo.
Um freio de retenção do motor não deve ser tratado automaticamente como um freio de serviço. Em muitos servossistemas, o freio é projetado para manter uma carga vertical estacionária após a parada do movimento. Se ele pode realizar parada dinâmica deve ser confirmado pelas especificações do motor e do freio.
E quanto aos sistemas deslizantes pneumáticos e hidráulicos?
Nem todo sistema deslizante linear é acionado por servo. Um controle deslizante pode ser movido por um cilindro pneumático ou atuador hidráulico. Nestes sistemas, a desaceleração pode ser influenciada pelo controle da válvula, restrição de fluxo, amortecimento do cilindro e amortecedores externos.
O controle deslizante ainda não gera o comando de desaceleração. Ele guia ou suporta a carga em movimento enquanto o cilindro e o sistema de controle de fluxo reduzem sua velocidade.
A compressibilidade pneumática pode tornar o comportamento de parada sensível à carga, pressão e velocidade. O amortecimento da extremidade do cilindro pode reduzir o impacto próximo ao final do curso, mas deve ser ajustado para a massa real em movimento e a pressão operacional. Os sistemas hidráulicos geralmente oferecem maior rigidez, mas ainda exigem controle adequado de fluxo e pressão.
Os amortecedores e os batentes mecânicos são controles de desaceleração?
Um amortecedor industrial pode converter energia cinética em calor durante um curso controlado. É frequentemente usado como proteção de fim de curso ou como parte de um mecanismo projetado especificamente para parada mecânica.
Um batente mecânico rígido fornece um limite final de deslocamento, mas dissipa a energia em uma distância muito curta. Colocar repetidamente uma mesa em uma parada rígida pode danificar as pistas do rolamento, aumentar a deflexão do eixo, afrouxar os parafusos de montagem e reduzir a precisão do posicionamento.
Para um eixo de posicionamento servo, as paradas normais de produção geralmente devem ser concluídas pelo perfil de movimento programado antes que o controle deslizante atinja a proteção final. Um amortecedor deve ser selecionado de acordo com a massa móvel efetiva, velocidade de impacto, energia por ciclo, frequência do ciclo e curso de absorção disponível.
A desaceleração normal não é o mesmo que uma parada de emergência
A desaceleração normal faz parte do movimento de produção comandado. O controlador conhece a posição alvo e planeja um perfil de velocidade repetível dentro dos limites mecânicos normais.
Uma parada de emergência responde a uma condição anormal ou perigosa. Seu comportamento depende da avaliação de risco da máquina, da arquitetura de controle, das funções de segurança do inversor, da disposição dos freios e da distância de parada disponível. Não deve ser projetado simplesmente inserindo o maior valor de desaceleração possível.
Para uma discussão detalhada sobre condições de parada anormais, leiaComo garantir o desempenho da parada de emergência em um sistema de guia linear?
Como um perfil de desaceleração deve ser selecionado?
Comece com a velocidade máxima de operação, massa móvel total e distância disponível entre o ponto de desaceleração normal e o limite de deslocamento. Calcule a distância de parada teórica e inclua a resposta do controlador, a resposta do inversor, a distância de transição da curva S, a conformidade mecânica e uma margem de engenharia apropriada.
A seguir, calcule a força inercial e o momento causado pelo deslocamento do centro de gravidade. Verifique as cargas do cursor, a força de transmissão, o torque do motor, a rigidez do eixo ou trilho, a estrutura de suporte, a carga do acoplamento e a capacidade de manipulação de energia do inversor.
As configurações finais deverão ser verificadas na máquina montada. Observe a corrente do motor, erro de seguimento, posição de parada, vibração e tempo de estabilização. Verifique também se os cursores produzem ruídos anormais ou se os eixos, trilhos, suportes ou mesa de montagem se movem durante a desaceleração.
Se o eixo parar dentro da distância necessária, mas oscilar após atingir o alvo, uma curva S com limitação de solavancos, desaceleração menor, rigidez estrutural melhorada, vão de eixo mais curto ou espaçamento deslizante mais amplo podem ser mais eficazes do que simplesmente aumentar o ganho do servo.
Quais informações são necessárias para selecionar o controle deslizante?
Um fornecedor de controles deslizantes não precisa programar o sistema de controle para avaliar os componentes mecânicos. Contudo, o fornecedor precisa dos parâmetros de movimento porque a desaceleração altera a carga aplicada à estrutura guia.
- Trilho perfilado, eixo redondo, eixo apoiado ou estrutura modular
- Velocidade máxima de viagem
- Aceleração e desaceleração
- Massa móvel total
- Posição do centro de gravidade
- Espaçamento do trilho ou eixo
- Distância entre controles deslizantes
- Curso e distância de parada disponível
- Tipo de unidade e orientação de montagem
- Precisão necessária e ambiente operacional
DLY fornece diferentescontrole deslizante linearestruturas, incluindo blocos-guia de trilhos perfilados, deslizadores de rolamentos lineares e unidades de rolamentos SBR, TBR e SCS. A direção correta do produto deve ser confirmada a partir da estrutura do trilho ou do eixo antes de calcular a capacidade de carga.
Resposta Final
O método usual de controle de desaceleração para um sistema deslizante linear servo-acionado é um perfil de movimento trapezoidal ou curva S programado. O controlador define a desaceleração e o solavanco, enquanto o motor e a transmissão geram a força necessária para desacelerar a mesa móvel.
Em sistemas pneumáticos ou hidráulicos, a desaceleração é controlada através do atuador, válvula, controle de fluxo, amortecimento ou dispositivo externo de absorção de energia. O controle deslizante em si não fornece o comando de frenagem.
Quer a máquina utilize um bloco de trilho perfilado ou um cursor de rolamento de eixo redondo, os componentes de guia devem suportar as forças de inércia, os momentos, a deflexão e a vibração produzida durante a parada. Portanto, um projeto confiável exige que o controle deslizante, o acionamento, a transmissão, a carga móvel e o perfil de controle sejam avaliados como um sistema.
Discuta seus requisitos de controle deslizante linear com DLY
fornece blocos de guia de trilho de perfil, controles deslizantes de rolamento linear, unidades de eixo redondo suportadas, parafusos de esfera e componentes de movimento linear relacionados. Para a seleção do componente, forneça o tipo de trilho ou eixo, massa móvel, velocidade máxima, aceleração e desaceleração, curso, espaçamento do controle deslizante, posição do centro de gravidade, precisão necessária e ambiente operacional. A programação de controle e as funções de segurança da máquina devem ser confirmadas com o sistema de controle e os projetistas da máquina.
