Selección de componentes

Husillos de avance

Propósito del componente: Proporcionar el movimiento lineal y la precisión para el eje que se está analizando, a partir de un movimiento rotacional.

Principales factores que influyen en la selección del componente:

Longitud. Diámetro de la sección transversal definido Facilidad de adquisición (tiempo de adquisición) Muy buena precisión (paso definido) Capaz de soportar la carga que moverá. Estandarizado en husillos ACME Tener un precio accesible.

Respecto a los valores definidos, se presenta la siguiente tabla:

Característica Valor requerido Rango ComercialDiámetro 16, 10 ó 25 mm 16, 10, 25 mmPaso 10 ó 25 mm 10, 25 mmLongitud 450 mm 315, 640 mm

Proveedores.

Se investigó los tipos de husillo que se utilizan para generar un movimiento lineal con una gran precisión. Se encontró que los métodos más utilizados son los husillos de rosca y los de bolas. Cada Se recaudó información de proveedores de husillos, obteniendo los siguientes:

HIWIN : Fabrica y distribuye husillos de bolas y de rosca. Thomson : Proporciona husillos de bolas.

De los productos que ofrece cada proveedor, se muestran a continuación las características de interés de los principales motores que venden.

Modelo del producto Características FiguraThomsonHusillo de bolas Paso: 5, 6, 10, 20 mm

Diametro: 10mmLongitud: 315, 640 mm

Husillo de bolas Paso: 4, 5, 8, 16, 25 mmDiametro: 16mmLongitud: 315, 640 mm

HIWINHusillo de rosca Paso: 5, 5.8, 10, 16 mm

Diametro: 16mmLongitud: 460 mm

Husillo de rosca Paso: 2.5, 4 mmDiametro: 10mmLongitud: 460 mm

Husillo de rosca Paso: 10, 25 mmDiametro: 25mmLongitud: 460 mm

De los datos mostrados anteriormente y teniendo en cuenta los factores que influyen en el componente, se selecciona el husillo que mejor convenga para el sistema. Se obtiene lo siguiente.

A partir del diagrama de rutas anterior, se seleccionó el husillo de rosca de la marca HIWIN. A pesar que los tipos de usillos cumplen con la mayoría de las especificaciones, el seleccionado es el que mas se acerca a la longitud deseada. Además la adquisición de este componente es rápida y sencilla, ya que el proveedor cuenta con un distribuidor en el D.F.

¿La longitud es restringida? HIWIN

¿El paso es de 10 mm?¿Estandarizado

ACME?

Si

¿El diametro es de 10, 16 o 25 mm?

Thomson

SINO

HIWIN o Thomson

NO

NO

SI

Si

Seleccionar otro proveedor

¿El paso es de 25 mm?

¿El diametro es de 10, 16 o 25 mm?

SI

Si

HIWIN o Thomson

Rediseñar para otro paso y diametroNO

Rediseñar para otro paso y diametro

NO

Motor a pasos

Propósito del componente: Proporcionar el giro, precisión, par y la velocidad necesaria al husillo para generar el movimiento lineal del eje.

Principales factores que influyen en la selección del componente:

Facilidad de implementación. Debe ocupar el mínimo espacio posible Facilidad de adquisición (tiempo de adquisición) Proporcionar el par requerido Muy buena precisión Velocidad requerida sin afectar demasiado la precisión y el par. Tener un precio no muy elevado

Respecto a los valores del par, precisión y velocidad, se presentan en la siguiente tabla:

Característica Valor requerido Rango ComercialPar 0.2 N m 0.13 - 0.5 N-mPrecisión Mínimo 200 pasos 12, 24, 72, 144, 180, 200, 500Velocidad Max. 1800000 ppm 0-10000 pps

Proveedores.

Así mismo se investigó y se recaudó información de algunos proveedores de motores a pasos, obteniendo los siguientes:

Autonics : Ofrece motores a pasos especiales conocidos como “Motores a pasos de eje hueco”, que nos permitirán de manera sencilla la unión entre el motor y el correspondiente husillo.

LAM Technologies : Los motores paso a paso de esta empresa se caracterizan por un alto par, tamaño compacto e inercia del rotor baja.

De los productos que ofrece cada proveedor, se muestran a continuación las características de interés de los principales motores que venden.

Modelo del producto Características FiguraLAM TechnologiesNEMA 17 Torque: 0.28-0.50 N-m

Pasos: 200Longitud: 34-48 mmCorriente: 1.3-1.7 A

NEMA 23 Torque: 0.55 - 3.40 N-m Pasos: 200Longitud: 41-112 mmCorriente: 0.62 – 6.0 A

NEMA 34 Torque: 3.1 – 12.1 N-m Pasos: 200Longitud: 63 - 112 mmCorriente: 5.6 - 12 A

NEMA 42 Torque: 14 - 21 N-m Pasos: 200Longitud: 115 - 150 mmCorriente: 12 A

AutonicsAK Series

Torque: 0 .018 – 0.028 N-m Pasos: 500Longitud: 33 - 128 mmCorriente: 0.75 A

AHK SeriesTorque: 0 .13 – 0.24 N-m Pasos: 500Longitud: 48 , 128 mmCorriente: 0.75 – 2.8 A

AK-B Series Torque: 0.42, 0.83, 1.6 N-m Pasos: 500Longitud: 600 mmCorriente: 0.75 – 2.8 A

De los datos mostrados anteriormente y teniendo en cuenta los factores que influyen en el componente, se selecciona el motor a pasos que reúne las mejores características. Se obtiene lo siguiente.

¿Debe ser facil unirlo con el

husillo?AHK series

¿El torque del motor es mayor a

1 N-m?

¿La longitud esta

restringida?

¿Los pasos estan restringidos?

¿El torque del motor es mayor a

0.5 N-m?

Si

No

NO

SI

¿La velocidad es mayor a 10000 pps?

SI

SIConsiderar

motores NEMA 23, 34, 42

NOAK Series,AK-B Series, NEMA 17, 23, 34, 42

Considerar motores NEMA 17

Si

Cualquier motor investigado pueden

ser usadosNO

AK-B seriesSI

NO

Motores AHK series y AK Series

Motores AHK series, AK Series,

AK-B seriesNO

A partir del diagrama de rutas anterior, se seleccionó el motor AH3K-S545 de la AHK Series de Autonics, ya que reúne las mejores características para ser usado en el eje de movimiento. Como se puede observar, es fácil unirlo al husillo, puede manejar una precisión de 500 pasos y proporciona el torque necesario para mover al husillo con la velocidad máxima requerida. Además su longitud es pequeña, lo cual hace más sencillo su montaje. Así mismo la adquisición de este componente es rápida y sencilla, ya que el proveedor cuenta con un distribuidor en el D.F.

Para poder contactar con el proveedor se toman como referencia los siguientes datos:

Dirección: Torre índigo Reforma, 373 piso 11, Col. Cuauhtémoc 06500 México, D.F.Tel. 525552070019E-mail: ventas@autonics.com

Recomendaciones del fabricante

El fabricante recomienda que, para la correcta operación de este motor, se puede trabajar bajo las siguientes condiciones:

Una temperatura ambiente entre -10 °C y 50 °C Una altitud máxima de 1,000 m Una humedad de 85% o menos

Así mismo, menciona que el motor puede ser montado en cualquier sentido, boca arriba o boca abajo (ver Figura). También hay que tener en cuenta las cargas radiales y axiales en el eje. Y estar seguros que el cable de alimentación esté libre para que no se desconecte o rompa.

Es recomendable montar el motor en una superficie de metal con buena conductividad térmica como se muestra en la figura.

Driver para el control de los motores a pasos

Propósito del componente: Controlar el sentido y la secuencia Half-Step de giro para el motor a pasos seleccionado, además de regular su velocidad.

Principales factores que influyen en la selección del componente:

Facilidad de implementación. Facilidad de adquisición (tiempo corto de adquisición) Mínimo hardware adicional. Poco tiempo de implementación Velocidad de trabajo rápida Operar bajo las tensiones y corrientes que necesita el motor Precio bajo. Bajo consumo de energía.

Los valores de tensión y corriente que son necesarios para que el motor opere, se muestran a continuación:

Valor requeridoTensión Max. 24 VCorriente 0.75 A por fase.

Proveedores.

Así mismo se investigó las diferentes formas de control para un motor a pasos y los circuitos integrados que generan la secuencia de giro. Se recaudó información de algunos proveedores de controladores de motores a paso, obteniendo los siguientes:

Allegro : Proporciona un CI capaz de soportar salidas de alta corriente y alto voltaje. El circuito es un driver el cual solo necesita dos señales de entrada, una para la dirección y la otra para generar las secuencias.

Texas Instruments : al igual que el proveedor anterior, proporciona dos CI capaz de realizar el control de los motores a pasos unipolares.

ST Microelectronics : el circuito integrado que proporciona este proveedor es un puente H, por lo tanto es necesario hardware adicional y más señales de control.

De los productos que ofrece cada proveedor, se muestran a continuación las características de interés de los principales circuitos integrados que venden.

Modelo del producto Características FiguraAllegroUCN5804

V salida: máx. 35 VI salida: máx. 1.25 AControl Half-Step: SiVelocidad de trabajo: máx. 3 µs

Texas InstrumentsDRV 8811

V salida: 8V- 36 VI salida: máx. 2.5 AControl Half-Step: SiVelocidad de trabajo: máx. 2 µs

ST MicroelectronicsULN2003

V salida: 50 VI salida: máx. 500 mAControl Half-Step: SiVelocidad de trabajo: máx. 2 µs

A partir de los datos recaudados en la tabla anterior por cada proveedor y teniendo en chenta los factores que influyen en la selección del componente, se presenta el siguiente diagrama de ruta para elegir el driver a usar.

A partir del diagrama anterior, se seleccionó el driver UCN 5804 de Allegro. Este componente reúne todas las características necesarias para ser usado en el control del motor. Su implementación es sencilla, ya que no necesita hardware adicional y por lo tanto se ahorra más en la compra de material. Este driver trabaja a las tensiones y corrientes necesarias para mover el motor. Así mismo la adquisición de este componente es rápida y sencilla, ya que existen proveedores autorizados dentro del D.F., como STEREN y AG Electrónica.

Recomendaciones del fabricante

¿Necesita mucho

hardware adicional?

ULN2003¿Su

implementacion es rapida?

¿El tiempo de adquisicion

debe ser poco?

¿Realiza secuencias Half-

Step?

¿La Tension que soporta es mayor

a 24 V?

Si

NO

No

SI

¿La corriente que soporta es mayor a 0.5 A?

SIDRV8811, UCN5804

ULN2003

Si

ULN2003 NO

SI

SI

UCN5804, ULN2003

UCN5804, DRV8811 y ULN2003

NO

Rediseñar control de motor

NO

SI

SI

UCN5804, DRV8811 NOBuscar otro componente

DRV8811

¿La velocidad de trabajo es la

suficiente?

SI

NO

El fabricante recomienda que, para la correcta operación de este componente, se puede trabajar a una temperatura ambiente que está entre -20 °C y 85 °C. No sobrepasar los voltajes y corrientes de salida que soporta el driver. Además, se propone el uso de diodos externos en las salidas del circuito integrados (se recomienda el uso de diodos Schottky para una mejor eficiencia) para prevenir corrientes de retorno que dañen el circuito.

Sensor de fin de carrera

Propósito del componente: Sensar el momento en que la mesa de trabajo del eje llegue al inicio del husillo, donde se encuentra la posición de home y así mandar una señal al control del motor para detener el movimiento.

Principales factores que influyen en la selección del componente:

Rango de operación corto. Implementación y montaje sencillo. Debe ocupar el mínimo espacio posible Facilidad de adquisición (tiempo de adquisición) Buena resistencia a impactos Gasto mínimo de energía Tener un precio no muy elevado

Proveedores.

Se realizó una investigación de los diferentes tipos de sensores que se pueden utilizar para la detección de posición en un movimiento lineal. Se recaudó información de algunos proveedores de sensores capacitivos, magnéticos, ópticos y mecánicos, obteniendo los siguientes:

Autonics : Ofrece sensores de proximidad, capacitivos, de presión y ópticos. AECO : Proporciona sensores magnéticos, ópticos y capacitivos. Zenso Technology: Proporciona sensores de proximidad inductivos, capacitivos,

fotoeléctricos y mecánicos (micro interruptores). Hartmann: Proporciona sensores de posición, micro interruptor.

De los productos que ofrece cada proveedor, se muestran a continuación las características de interés de los principales sensores que venden.

Modelo del producto Características FiguraAutonics

Fotoeléctrico

SERIE BJN

Distancia de detección: 50, 100 mmTiempo de respuesta: 1 msAlimentación: 12-24 VObjetivo de sensado: Transparente, Translúcido y Opaco.Consumo de corriente: 30 mATamaño: 20 x 32 x 10.6 mm

Capacitivo

SERIE CR

Distancia de detección: 15 mmTiempo de respuesta: 0.02 sAlimentación: 12-24 VObjetivo de sensado: Hierro, Metal, etc.Consumo de corriente: 2.2 mATamaño: 71 mm de largo

AECOCapacitivo

SC series

Distancia de detección: 18 mmTiempo de respuesta: 100 msAlimentación: 18-50VConsumo de corriente: 200 mATamaño: 60 mm de largo

Magnético

SM series

Distancia de detección: 15 mmTiempo de respuesta: 0.02 sAlimentación: 12-24 VObjetivo de sensado: Hierro, Metal, etc.Consumo de corriente: 300 mATamaño: 15 x 8 x 32 mm

Fotoeléctrico

SERIES FT18

Distancia de detección: 200 mmTiempo de respuesta: 1m sAlimentación: 10-30 VObjetivo de sensado: Hierro, Metal, etc.Consumo de corriente: 300 mATamaño: 82 mm de largo

Zenso Technology:Micro interruptor Distancia de detección: Al contacto con el

switchTiempo de respuesta: 1m sAlimentación: 250VacObjetivo de sensado: Objetos sólidos Consumo de corriente: 15A

Harttman

Serie 107 Distancia de detección: Al contacto con el switchAlimentación: 10-125V. Objetivo de sensado: Objetos sólidos Consumo de corriente: 0.5 AFza. Accionadora: 340 gr

De los datos mostrados anteriormente y teniendo en cuenta los factores que influyen en el componente, se presenta el siguiente diagrama de ruta para elegir el sensor a usar.

¿La distancia de sensado es

mayor a 40 mm?

Serie BJN, serie FT18

¿Sus dimensiones son restringidas?

¿Debe ser resitente a los

impactos?

¿El tiempo de respuesta es restringido?

¿El consumo de energia debe ser

menor a 1 A?

Si

¿Debe tener un gasto minimo de energia?

SERIE CR, SC series, SM series, Micro

interruptor

Serie CR, FT18, SC,

SM.

Serie 107

Series BJN, FT18, NOSI

Serie CR, FT18, SC, SM, BJN, CR, serie 107

Zenso, capacitivos, magneticos,

opticos

NO

¿La tension de alimentacion

debe ser menor a 12V?

¿El montaje sobre la estructura debe

ser sencillo?

Si

Si

NO

Si

NO

NOZenso, Serie CR, FT18, SC, SM, BJN, CR

Si

Si

NO

Serie 107, ZENSO,

Serie FT18SiNO

Serie CR, FT18, SC, SM, BJN, CR

Serie CR, FT18, SC, SM, BJN, CR

Serie 107, Zenso

A partir del diagrama anterior, se seleccionó el componente serie 107 de la marca Hartmann. Este componente puede sensar la posición de home en una distancia pequeña, además que no es necesario tener un rango muy amplio de sensado. Al tener unas dimensiones muy pequeñas, lo hace ideal para el montaje en el eje ya que no estorba mucho. Tampoco consume energía, a excepción cuando su interruptor es accionado. Así mismo la adquisición de este componente es rápida y sencilla, ya que el proveedor cuenta con un distribuidor en el D.F.

Para poder contactar al distribuidor se toma como referencia los siguientes datos:

Dirección: Luis Moya 76 Col. Centro Del. Cuauhtémoc, C.P. 06070, México D.F.Tel. (55) 55-10-40-24E-mail: ventas@smelectricos.com