Оглавление статьи
- Введение в технологии YASKAWA MOTOMAN
- Основы высокоскоростных ШВП до 2 м/с
- Требования к ШВП для динамичных применений
- Системы охлаждения высокоскоростных ШВП
- Выбор шага для оптимального соотношения скорость/точность
- Установка и техническое обслуживание
- Технические стандарты и требования качества
- Практические примеры применения
- Часто задаваемые вопросы
Введение в технологии YASKAWA MOTOMAN для сварочных роботов
Компания YASKAWA MOTOMAN занимает лидирующие позиции в области промышленной робототехники, специализируясь на производстве высокоточных сварочных роботов. Роботизированная сварка составляет около 50% мирового использования промышленных роботов, при этом около 30% сварочных роботов используются для точечной сварки, а чуть менее 20% - для дуговой сварки. В этом контексте шарико-винтовые передачи (ШВП) играют критически важную роль в обеспечении точности позиционирования и высокой скорости движения.
Современные сварочные роботы YASKAWA MOTOMAN, включая серии AR, MA, EA и VA, предъявляют особые требования к системам линейного перемещения. Роботы серии VA1400 представляют собой первые в мире 7-осевые сварочные роботы, обеспечивающие повышенную свободу движений и исключающие необходимость в позиционерах деталей. Для достижения таких характеристик требуются ШВП, способные работать на скоростях до 2 м/с при сохранении высокой точности позиционирования.
Основы высокоскоростных ШВП до 2 м/с
Работа ШВП на скоростях до 2 м/с представляет серьезные технические вызовы. Для высокоскоростных ШВП применяется характеристическое значение скорости dn x n (номинальный диаметр x скорость) < 220,000 в качестве эталонного значения для высокоскоростных ШВП с приводными гайками. Это означает, что для достижения линейной скорости 2 м/с необходимо тщательно рассчитывать соотношение между диаметром винта, шагом резьбы и частотой вращения.
Расчет параметров для скорости 2 м/с
Формула расчета линейной скорости:
V = (n × L) / 60
где V - линейная скорость (м/с), n - частота вращения (об/мин), L - шаг винта (мм)
Пример расчета:
Для достижения скорости 2 м/с при шаге 20 мм:
n = (2000 × 60) / 20 = 6000 об/мин
| Диаметр ШВП (мм) | Шаг (мм) | Макс. частота (об/мин) | Макс. скорость (м/с) | Значение dn |
|---|---|---|---|---|
| 25 | 10 | 8800 | 1.47 | 220,000 |
| 32 | 20 | 6875 | 2.29 | 220,000 |
| 40 | 25 | 5500 | 2.29 | 220,000 |
| 50 | 32 | 4400 | 2.35 | 220,000 |
Максимальная частота вращения ШВП ограничена механизмом возврата шариков и обычно составляет 4000 об/мин или менее согласно техническим характеристикам. Для специальных применений, таких как ракеты одноразового использования, достигались скорости до 7500 об/мин, но для промышленных роботов рекомендуется придерживаться консервативных значений.
Требования к ШВП для динамичных применений
Сварочные роботы YASKAWA MOTOMAN работают в условиях высокой динамической нагрузки с частыми ускорениями и торможениями. Высокоскоростные ШВП предназначены для экстремально динамичных требований и способны без усилий справляться с высокоскоростными ускорениями и замедлениями, пиковыми нагрузками, а также значительными рывками.
Динамическая нагрузочная способность
Динамическая нагрузочная способность включает как статические, так и динамические нагрузки. Необходимо убедиться, что выбранный ШВП имеет номинальную нагрузочную способность, которая комфортно соответствует требованиям применения. Для роботизированных применений особенно важно учитывать инерционные нагрузки при резких изменениях направления движения.
| Параметр | Обычные применения | Высокодинамичные роботы | Единицы измерения |
|---|---|---|---|
| Ускорение | 1-3 | 5-15 | м/с² |
| Частота циклов | 10-30 | 60-120 | циклов/мин |
| Точность позиционирования | ±0.1 | ±0.05 | мм |
| Повторяемость | ±0.05 | ±0.02 | мм |
Предварительный натяг и жесткость
Чем выше уровень предварительного натяга, тем плотнее посадка гайки и винта; наоборот, чем ниже уровень, тем слабее посадка. Это очень важно в индустрии роботов SCARA, поскольку нагрузка влияет на предварительный натяг, тем самым влияя на точность. Принципы выбора предварительного натяга включают большой диаметр, двойные гайки, высокую точность и большой приводной момент.
Пример расчета предварительного натяга
Для ШВП диаметром 32 мм с двойной гайкой в сварочном роботе:
- Рабочая нагрузка: 1500 Н
- Рекомендуемый предварительный натяг: 30% от динамической нагрузки
- Требуемый предварительный натяг: 450 Н
- Класс предварительного натяга: C7 (средний)
Системы охлаждения высокоскоростных ШВП
При работе на высоких скоростях ШВП генерируют значительное количество тепла, что может негативно влиять на точность и срок службы. Использование системы охлаждения позволяет поддерживать рабочую температуру ШВП убедительно стабильной: количество охлаждающей воды и температура на входе могут регулироваться для достижения точного температурного контроля.
Типы систем охлаждения
В зависимости от фактической работы существует три варианта охлаждения: охлаждение шпинделя, охлаждение гайки или оба варианта. Отвод тепла достигается центральным каналом охлаждающей жидкости, который проходит по всей длине шпинделя.
| Тип охлаждения | Применение | Эффективность | Сложность установки |
|---|---|---|---|
| Охлаждение шпинделя | Длинные ШВП, высокие скорости | Высокая | Средняя |
| Охлаждение гайки | Компактные системы | Средняя | Низкая |
| Комбинированное | Критические применения | Максимальная | Высокая |
| Воздушное | Низкие нагрузки | Низкая | Минимальная |
Смазка и температурный режим
Смазочное масло должно поддерживаться при достаточно низкой рабочей температуре с помощью масляного охладителя. Температура охлаждения масляного охладителя (температура масла на входе около 40°C) не должна выбираться слишком низкой, чтобы избежать нежелательного образования конденсата.
Тепловое расширение ШВП
Формула теплового расширения:
ΔL = L₀ × α × ΔT
где ΔL - изменение длины, L₀ - первоначальная длина, α = 12 мкм/м/°C для стали, ΔT - изменение температуры
Пример:
При длине ШВП 1000 мм и повышении температуры на 20°C:
ΔL = 1000 × 12 × 20 = 240 мкм
Выбор шага для оптимального соотношения скорость/точность
Выбор шага ШВП представляет собой компромисс между скоростью перемещения и точностью позиционирования. Шаг определяет расстояние, которое проходит гайка за один оборот. Чем больше шаг, тем быстрее может перемещаться гайка. Однако больший шаг также означает меньшую точность при том же угловом разрешении привода.
Критерии выбора шага
При использовании шаговых двигателей существует компромисс между скоростью и разрешением из-за фиксированного разрешения (2000 шагов/оборот). Чем быстрее движение, тем меньше разрешение. Хорошим компромиссом считается 10-20 мм хода на один оборот шагового двигателя.
| Шаг (мм) | Разрешение (мкм/шаг) | Макс. скорость при 3000 об/мин (м/мин) | Применение |
|---|---|---|---|
| 5 | 2.5 | 15 | Высокоточное позиционирование |
| 10 | 5.0 | 30 | Универсальные применения |
| 20 | 10.0 | 60 | Быстрые перемещения |
| 25 | 12.5 | 75 | Высокоскоростные оси |
Классы точности и их влияние
Система градации используется для классификации точности шага ШВП и регулируется стандартом ISO-3408. ШВП обычно доступны в 5 классах точности. Для сварочных роботов YASKAWA MOTOMAN обычно используются классы C5-C7.
| Класс точности | Погрешность на 300 мм (мкм) | Способ изготовления | Применение в роботах |
|---|---|---|---|
| C3 | ±8 | Шлифование | Прецизионные оси |
| C5 | ±23 | Шлифование | Основные оси движения |
| C7 | ±52 | Накатка | Вспомогательные оси |
| C10 | ±210 | Накатка | Позиционирование |
Установка и техническое обслуживание
Правильная установка и регулярное техническое обслуживание ШВП критически важны для обеспечения надежной работы сварочных роботов. Профилактическое обслуживание ШВП может обеспечить надежную, безотказную работу. Винт должен быть протерт для удаления мусора и остатков старой смазки, а затем пополнен новой смазкой.
Типичные проблемы и их решения
Наиболее частые проблемы ШВП включают чрезмерный люфт, необычный шум или вибрацию, часто вызванные загрязнением, неправильной центровкой или изношенными компонентами.
| Проблема | Причина | Решение | Профилактика |
|---|---|---|---|
| Повышенный люфт | Износ предварительного натяга | Регулировка или замена | Регулярный контроль |
| Шум и вибрация | Загрязнение, несоосность | Очистка, выравнивание | Защитные кожухи |
| Неточность хода | Износ резьбы | Замена ШВП | Контроль нагрузок |
| Перегрев | Недостаток смазки | Улучшение смазки | Регулярное обслуживание |
График технического обслуживания
При нормальных рабочих условиях циклы повторной смазки 200-300 часов (соответствующие пробегу около 150 км) вполне достаточны. Для высокоскоростных применений интервалы могут быть сокращены.
Рекомендуемый график обслуживания
- Ежедневно: Визуальный осмотр на предмет утечек смазки и необычных звуков
- Еженедельно: Проверка точности позиционирования
- Ежемесячно: Контроль температуры и вибрации
- Каждые 200 часов: Повторная смазка и очистка
- Каждые 2000 часов: Полная диагностика и регулировка
Технические стандарты и требования качества
Высокоскоростные ШВП для роботов YASKAWA MOTOMAN должны соответствовать строгим международным стандартам. Точность шага ШВП является основой точности позиционирования, определяя, насколько последовательно движется гайка за оборот.
Международные стандарты
| Стандарт | Актуальная версия | Область применения | Класс точности |
|---|---|---|---|
| ISO 3408-2:2021 | 2021 | Номинальные диаметры и шаги | P/T 0-10 |
| DIN ISO 3408 | Гармонизированный | Объединенный ISO/DIN стандарт | P0-P5, T7-T10 |
| JIS B1192-1997 | 1997 (действующий) | Японский стандарт (C/Ct классы) | C0-C5, Ct7-Ct10 |
| ОСР 2 Р31-4-88 (РФ) | 1988 (справочный) | Российская классификация | П1-П7, Т1-Т7 |
Контроль качества
ШВП шлифуются с использованием высококлассного оборудования и техники на строго контролируемом по температуре заводе. Точность обеспечивается под тщательной системой контроля качества, которая охватывает весь процесс от сборки до проверки.
Практические примеры применения
Выбор компонентов ШВП для роботизированных систем
При проектировании и модернизации роботизированных сварочных систем критически важен правильный подбор компонентов шарико-винтовых передач. Для высокоскоростных применений, рассмотренных в данной статье, наиболее востребованы шарико-винтовые передачи (ШВП) серий SFU-R и DFU различных типоразмеров. Компания Иннер Инжиниринг предлагает полный ассортимент компонентов для создания высокоточных систем линейного перемещения.
Для роботов малой и средней грузоподъемности оптимальным выбором являются винты ШВП SFU-R1605 и SFU-R2005 с соответствующими гайками ШВП 16 мм и 20 мм. Для тяжелых роботов серии AR2010 рекомендуются винты ШВП SFU-R3210 и SFU-R4010 с соответствующими гайками ШВП 32 мм и 40 мм. Правильная установка требует использования прецизионных опор ШВП BK и BF серий, а также специализированных держателей для гаек ШВП, обеспечивающих надежное крепление и точное позиционирование в роботизированных системах.
Актуальная линейка роботов AR серии (2025)
| Модель | Грузоподъемность (кг) | Радиус действия (мм) | Повторяемость (мм) | Особенности |
|---|---|---|---|---|
| AR700 | 7 | 700 | ±0.08 | Компактный дизайн для малых деталей |
| AR900 | 8 | 900 | ±0.08 | Высокоскоростная обработка |
| AR1440 | 6 | 1440 | ±0.08 | Универсальное применение |
| AR1730 | 8 | 1730 | ±0.08 | Расширенная зона досягаемости |
| AR2010 | 25 | 2010 | ±0.1 | Тяжелые конструкции, автомобильные рамы |
Обновленные характеристики MA1440 (2025)
- Увеличенная грузоподъемность: с 3 кг до 6 кг
- Улучшенная скорость оси: с 2070°/с до 2150°/с
- Ускоренная воздушная резка: сокращение времени цикла на 15-20%
- Совместимость с контроллером DX200: улучшенные функции сварки
- Поддержка серво-факелов: расширенные возможности оснащения
Робот VA1400 с 7-осевой конфигурацией
7-осевая конфигурация VA1400 обеспечивает широкий диапазон движений, предотвращая помехи заготовок и позволяя оптимальное позиционирование горелки.
| Ось | Тип ШВП | Диаметр (мм) | Шаг (мм) | Макс. скорость (м/с) |
|---|---|---|---|---|
| S (основание) | Прецизионный | 40 | 25 | 1.8 |
| L (плечо) | Высокоскоростной | 32 | 20 | 2.0 |
| U (локоть) | Компактный | 25 | 15 | 1.5 |
| R/B/T (запястье) | Миниатюрный | 16 | 5 | 0.8 |
Часто задаваемые вопросы
Основными действующими стандартами являются: ISO 3408-2:2021 (самая свежая версия для номинальных диаметров и шагов), гармонизированный DIN ISO 3408, JIS B1192-1997 для японского рынка. В России с 2003 года отраслевые стандарты ОСТ утратили обязательность, производители ориентируются на международные стандарты ISO.
Актуальная линейка включает AR серию (AR700, AR900, AR1440, AR1730, AR2010), обновленную MA1440 с грузоподъемностью 6 кг и улучшенной скоростью оси до 2150°/с, коллаборативные роботы HC10, и серию SP для точечной сварки. VA1400 остается флагманской 7-осевой моделью.
Высокоскоростные ШВП обеспечивают повышенную производительность за счет сокращения времени цикла, высокую точность позиционирования (до ±0.05 мм), низкое трение и высокий КПД (до 95%), а также длительный срок службы при правильном обслуживании. Это особенно важно для сварочных роботов, где точность и скорость напрямую влияют на качество сварного соединения.
Выбор шага зависит от требований к скорости и точности. Для высокой точности выбирайте малый шаг (5-10 мм), для высокой скорости - больший шаг (20-25 мм). Учитывайте максимальную частоту вращения привода и требуемое разрешение системы. Оптимальным считается компромисс 10-20 мм хода на оборот двигателя.
При работе на высоких скоростях ШВП генерируют тепло от трения, что приводит к тепловому расширению (12 мкм/м/°C), снижению точности позиционирования, изменению вязкости смазки и преждевременному износу. Системы охлаждения поддерживают стабильную температуру, обеспечивая постоянную точность и продлевая срок службы.
Основные проблемы включают: увеличение люфта из-за износа предварительного натяга, шум и вибрацию от загрязнения или несоосности, потерю точности из-за износа резьбы, перегрев при недостаточной смазке. Большинство проблем предотвращается регулярным обслуживанием и правильной установкой защитных кожухов.
Рекомендуемые интервалы: визуальный осмотр ежедневно, проверка точности еженедельно, контроль температуры ежемесячно, повторная смазка каждые 200-300 часов работы (около 150 км пробега), полная диагностика каждые 2000 часов. В высокоскоростных применениях интервалы могут быть сокращены на 30-50%.
Для основных осей движения сварочных роботов рекомендуется класс C5 (погрешность ±23 мкм на 300 мм), для прецизионных операций - C3 (±8 мкм), для вспомогательных осей достаточно C7 (±52 мкм). Выбор зависит от требований к точности сварки и бюджета проекта.
Модернизация возможна, но требует комплексного подхода: проверки совместимости размеров и креплений, анализа мощности приводов, обновления системы управления, установки дополнительного охлаждения при необходимости. Рекомендуется консультация с производителем робота для обеспечения совместимости.
Винты изготавливают из высокоуглеродистой стали (например, SUJ2, 100Cr6) с твердостью 58-62 HRC после термообработки. Шарики - из подшипниковой стали или керамики для специальных применений. Гайки - из легированной стали с бронзовыми или пластиковыми направляющими элементами. Все поверхности подвергаются прецизионной обработке и контролю качества.
