Ротационни маси

• Ротационните маси се използват широко в модерното производство, включително в металообработката, асемблирането, заваряването, инспекцията и т. н.
  
  
• От избора на подходящо за дадено приложение въртящо се приспособление за фиксиране на детайлите често зависи цялостната прецизност, производителност и надеждност на обработката
  
  
• Ротационните маси могат да бъдат монтирани в хоризонтално или вертикално направление, както и да бъдат с обърнат монтаж, при който лицевата част сочи надолу

Ротационните маси се използват широко в модерното производство, включително в металообработката, асемблирането, заваряването, инспекцията и т. н. Това са специализирани устройства, които се използват за фиксиране на заготовки и детайли в ъглови позиции с цел тяхното обработване или сглобяване. На пазара се предлагат както широка гама от по-универсални системи в сегмента, така и множество специализирани за конкретно приложение въртящи се маси с различни диаметри, работни принципи и параметри.

Типична характеристика на тези устройства е солидната основа, която може да бъде здраво захваната директно или към друго приспособление върху съответната машина. Работната повърхност е диск, който се върти свободно или чрез червячен или друг механизъм.
Ротационните маси са ключови елементи от работния процес, а от избора на оптимално решение за дадено приложение често зависи неговата цялостна прецизност, производителност и надеждност. Конструкциите, проектирани с фокус върху здравината и дълговечността, обикновено изискват по-голяма инвестиция, която в дългосрочен план обаче се доказва като рентабилна.

Специфики и приложения

Ротационни маси с различни размери и функционални характеристики се използват в широк кръг от специализирани приложения – от позиционирането на фини компоненти за медицински и други технически изделия за сглобяване, през фиксирането на контейнери за потребителски стоки с цел апликация на етикети, до захващането на тежки и едрогабаритни детайли за заваряване в авиокосмическата индустрия.

Голяма част от използваните в практиката въртящи се маси се задвижват чрез гърбичен механизъм. При по-малките диаметри често срещани са моторите с червячни или конусно-цилиндрични предавки. Последните се използват широко и при по-големи ротационни приспособления.
Въртящите се маси обикновено са позиционирани във вертикално направление, но могат да бъдат монтирани и хоризонтално. Във втория случай може да се използва задно седло за поддържане на теглото на по-дълги детайли между центровете.

Ключови характеристики, от които зависи изборът на подходящо за дадени приложение решение, са: диаметър и площ на работния диск, диаметър на централния отвор, максимално осево и радиално натоварване (максимално тегло на товар, поставен върху работния диск във вертикално или хоризонтално направление), скорост на въртене, както и минимална ъглова стъпка на завъртане на детайла.

Освен върху хоризонтална или вертикална ос, ротационните маси могат да бъдат и с обърнат монтаж. При стандартното хоризонтално позициониране работната площ на масата е напълно водоравна и с лице нагоре. При обърнат монтаж лицето е насочено надолу. В зависимост от дизайна, конструкцията и монтажните изисквания задвижващият механизъм на системата може да е разположен зад, под, върху или отстрани на работния диск. Самото задвижване може да бъде ръчно, електрическо, пневматично, хидравлично, като такова може и изобщо да липсва, ако приложението не го изисква.

Предлагат се и ротационни маси със специализирани характеристики, включително 4- или 5-осно движение, спирачен механизъм, цангови шпиндели, позиционни енкодери, ЦПУ, функции за накланяне, Т-образни слотове в лицевата плоча или повече на брой шпиндели.

Съображения при избора

При избора на подходящо устройство за дадена машина или задача е важно да се обърне внимание и на някои конструктивни и технически характеристики. Препоръчително е да се заложи на система с ниско триене на вътрешните компоненти, тъй като такава би изисквала много по малка (до около една трета) от стандартно необходимата сила и енергия за задвижване, дори при генерирането на по-висок въртящ момент.

Ключово съображение при избора е определянето на масовия инерционен момент на системата. Важно е да се проучи детайли с какви размери и тегло ще се закрепват. За да работи масата ефективно и да се намали рискът от повреда, устройството трябва и да ускорява и забавя движението си с подходящата скорост.

Съществени фактори са още прецизността и повторяемостта на позициониране (отговарящи на максималните допуски при ъгловите позиции), особено ключови при необходимост от висока точност за обработка или заваряване на прецизни детайли.

Ето защо специалистите препоръчват преди да се подходи към избор на ротационна маса, първо да се определи система с каква прецизност, масов инерционен момент, скорост, ускорение и допустими толеранси се изисква, както и да се изясни при какви условия ще работи тя. В случаите, когато условията са тежки и/или агресивни, е необходимо да се избере модел в специално изпълнение – с висока корозионна и механична устойчивост.

Типове ротационни маси

Редица приложения изискват висока гъвкавост на ротационните маси, която може да бъде постигната чрез изцяло програмируеми устройства. Привидно лесен начин за постигане на такава система е чрез използване на редукторна глава, свързана към сервомотор или променливотоков двигател с енкодер. В действителност обаче, въпреки че подобен дизайн изглежда относително прост и рентабилен, високата инерция може да предизвика несъответствие по отношение на изискванията за висока точност на системата.

Въртящите се маси с гърбичен механизъм и сервоуправление позволяват изпълнение в различни диаметри, включително в прецизни конструкции с клонящи към нулевите допуски и изключителна точност. Сервозадвижването прави възможно гладкото и контролирано въртене дори на високоинерционни товари.

Тези системи осигуряват множество предимства в сравнение с други типове конструкции в сегмента, например системите със зъбни предавки. Липсата на мъртъв ход (хлабина) гарантира висока прецизност на позиционирането. В тази група системи се срещат няколко отделни подвида конструкции, използвани в различни индустриални приложения – барабанни, плоски (дискови), глобоидни и фиксирани.

Барабанните ротационни маси са разработени с фокус върху максималното съотношение между издръжливост (здравина и сила на конструкцията) и размер. Предимство на плоските или дискови гърбични механизми са възможностите за икономия на пространство, работа с висока скорост и безпроблемно използване с дълги периоди на престой.

Глобоидните системи са подобни по форма на барабанните, като обикновено се изработват и от същите типове стомана, но се различават по профилите си. Специалните конусни стени на жлебовете са проектирани да поместят гърбичните елементи, фиксирани към изходящия вал в конфигурация тип “звезда”.

При т. нар. фиксирани ротационни маси гърбичният механизъм получава непрекъснато захранване от мотора, който го завърта, а той от своя страна задвижва работната повърхност. В зависимост от дизайна на задвижването са допустими различни ускорения, темпове на забавяне, пикови скорости и периоди на престой.

Макар ротационните приспособления с гърбично задвижване на пръв поглед да са широкоспектърно във функционален аспект и почти универсално решение, което осигурява множество предимства, те все пак не могат да покрият изискванията на всички практически приложения.

В някои приложни сценарии се използват и т. нар. “гъвкави” (като противоположност на “фиксираните”) работни маси. Конструкцията им е базирана на гърбичен механизъм с постоянен водач, което позволява постоянна изходна скорост на работния диск при постоянна скорост на задвижването. Този дизайн гарантира прецизен механичен пренос на задвижващата сила към работния елемент, а управлението на ускорението и забавянето се извършва с помощта на мотор с логически контролер.

Компоненти и възможности за надграждане

Ротационните маси са базови устройства за фиксиране и позициониране в металообработката, които позволяват почти безгранично функционално надграждане с помощта на спомагателни компоненти и аксесоари с цел по-висока ефективност в специфични приложения.

Сред популярните възможности за подобно разширяване на приложимостта на ротационните маси са: елементи за монтаж към машинни основи, плъзгащи пръстени и ротационни съединения, допълнителни ъглови/кръгови скали и апарати за прецизно позициониране, инструментални рамки и приспособления, контролери, специални двигатели и редуктори, опори, механични предпазни блокировки и др.

За системите, предназначени за работа в агресивни и потенциално експлозивни среди, се избират специфични материали, дизайни и конструкции, гарантиращи максимална безопасност на устройството, детайлите, оборудването и персонала.

Популярен вариант за функционално надграждане на ротационните маси е интеграцията им в роботизирани приложения за основна или довършителна обработка на метални детайли, асемблиране, заваряване, инспекция и т. н. Тук ползите са двупосочни, като подходящото съчетаване на робот и въртяща се маса осигурява значително по-висока гъвкавост, ефективност и производителност на системата. Редица производители и интегратори предлагат възможност за проектиране на специални ротационни маси по поръчка, прецизно оптимизирани според нуждите на приложението. Самият робот може да бъде монтиран в центъра на въртяща се маса с голям диаметър, изпълняваща функцията на работна станция, а детайлите за обработка да бъдат разполагани върху площта около робота. Налице са и възможности за гъвкаво централизирано програмиране и управление на робота и масата от единна платформа, което улеснява, ускорява и синхронизира процесите.

Монтажът и въвеждането в експлоатация на ротационните маси – независимо дали ще се използват с металообработваща машина, робот или друга система, е препоръчително да се извършва от квалифицирани в областта специалисти, за да се гарантира, че са спазени всички изисквания за безопасност и ефективност. Популярна опция са панелите за управление на инсталацията, свързани с предварително програмирани честотни задвижвания, които значително редуцират рисковете при първоначално пускане в действие.

Макар различните типове ротационни маси да изискват и различни стратегии при поддръжката във връзка със специфичния им дизайн, е препоръчително тези ключови за механичната обработка системи да бъдат подлагани на регулярно обслужване и инспекция на състоянието, за да се гарантира безпроблемната им и безопасна работа за дълги периоди от време.