مراجعة خمسة روابط في سلسلة عناصر التصميم أمر بالغ الأهمية للتشغيل الدقيق.

يعد نظام الحركة الخطية قويًا مثل الروابط الأكثر خطورة في سلسلة العناصر الميكانيكية والكهروميكانيكية. إن فهم كل مكون وميزات (وتأثيره على إخراج التصميم) يحسن القرارات والاحتمالات التي يفي التصميم النهائي بالكامل بمتطلبات التطبيق. بعد كل شيء ، يمكن إرجاع رد فعل عنيف النظام والدقة وجوانب الأداء الأخرى إلى عناصر في تصميم وتصنيع الرصاص ، ومكافحة الظواهر ، والقران ، والمحرك ، واستراتيجية التحكم.

يعد العمل مع موردي الحركة الخطية الذين لديهم خبرة في جميع روابط التصميم هو أفضل طريقة للحصول على أفضل أداء للتصميم. في نهاية المطاف ، تشبه أنظمة التحكم في الحركة المحسّنة سيارة رياضية عالية الأداء جميع عناصرها متوازنة جيدًا ... والتي يحتلها الحجم المناسب + ناقل الحركة الصحيح + ميزات الإطارات المناسبة + ميزات التحكم الرائعة (مثل الفرامل المضادة للجر والتحكم في الجر) = أداء رائع.

النظر في بعض الأمثلة على التصميمات التي تتطلب أعلى الأداء. في بعض أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يتم دفع دقة الطبقة إلى 10 ميكرون لكل طبقة. في الأجهزة الطبية ، يجب على وحدات الاستغناء إخراج الأدوية المنقذة للحياة والتحكم في الجرعات إلى الميكروليتر. يمكن رؤية نفس النوع من الدقة الضيقة في المعدات البصرية والمسح الضوئي ، ومعدات معالجة الرقائق والرقاقة في صناعة أشباه الموصلات ، ومساحة التوت المختبر.

يمكن فقط لتصميمات الحركة الخطية المصممة مع نهج شامل لاختيار المكون والتكامل أن تفي بمتطلبات الأداء ذات الأداء العالي. غالبًا ما يكون الحل الأنسب لهذه البناء هو المسمار الذي يحركه المحرك والجوز مع بنية التحكم المناسبة. لذلك دعونا نفكر في الاعتبارات الرئيسية وخصائص الأداء لكل رابط في هذا النوع من التجميع الخطي.

الرابط الأول: جودة Leadscrew و Nut

كانت Leadscrews موجودة منذ عقود في أشكال مختلفة مع مجموعة من تصميمات ومواد الجوز. في معظم ذلك الوقت ، تم تعديل الآلات المستخدمة لتصنيع الرصاص يدويًا - مما يحد من الجودة في قدرة الماكينة ومستوى مهارة المشغل. لا يزال معظم الشركات المصنعة اليوم يستخدمون هذا النوع من المعدات ، ولكن العمليات الآلية الحديثة تنقل جودة الرصاص إلى المستوى التالي.

على سبيل المثال ، تستخدم مثل هذه العمليات Infeed التي تسيطر عليها CNC ، وتعديل الانحراف ، وعناصر التحكم في الضغط لعملية التقوية لفة لإنتاج أشكال خيط Leadscrew الأكثر اتساقًا. إن الانتهاء من السطح لهذه الرصاص ناعمة باستمرار وخالية من سحجات السطح التي يمكن أن تمزق في المكسرات البوليمر ... لدقة النظام غير المسبوقة والحياة.

في الوقت نفسه ، تُظهر تقنيات المقاييس والتفتيش المتقدمة التي تتبع شكل وشكل خيوط الرصاص التي تُظهر نتائج من نقطة إلى نقطة تصل إلى ثلاث مرات أفضل من تلك الموجودة في الأساليب اليدوية التقليدية. هذا يحمل باستمرار دقة الرصاص إلى 0.003 في./قدم على طول المسمار.

بالنسبة للتطبيقات من نوع النقل التي تحرك بعض الكائنات إلى النقطة على طول المحور ، فإن الطريقة التقليدية لفحص دقة الرصاص كل 300 مم أو ست بوصات كافية. ولكن بالنسبة لأعلى التطبيقات الدقيقة ، تكون دقة كل موضوع رمح ذا صلة. يُعرف الانحراف عن هندسة الخيط المناسبة باسم سكران الخيط.

تنتج معدات وعمليات التصنيع الآلية الآلية لل CNC وأساليب التفتيش التفصيلية تحكمًا وجودة أكثر تشددًا بحيث تُظهر النقطة العالية والمنخفضة داخل الخيط الفردي دقة الدوران الفرعي المحسّن بشكل كبير-بمعنى آخر ، أقل سكرًا. وهذا بدوره يساعد الرصاص على الاحتفاظ بتكرار تحديد المواقع على دوران واحد إلى 1 ميكرون. هذا هو مقياس الأداء الحاسم بشكل خاص في تطبيقات مثل معالجة الرقاقات والبطاطا باهظة الثمن لصناعة أشباه الموصلات وتوزيع الأدوية بدقة في مضخة المحقنة.

بعد متداول الخيط ، يقوم الموردون المتقدمون بتصويب مهاوي المسمار مع تلقائي لتقليل الأخطاء والهجوم الذي يمكن أن يسبب الاهتزاز والضوضاء والملابس المبكرة. يعتبر استقامة عمود المسمار أمرًا بالغ الأهمية لأن أي خطأ يبرز عندما يتم تجميعه بالمحرك. على النقيض من ذلك ، يمكن أن تنتج الطرق التقليدية (اليدوية) لاستقامة المسمار تأثيرًا مخروطًا للثلوج في هندسة عمود المسمار-في شكل قوس واحد أو أقواس متعددة تتدفق حول محور العمود الطويل. مرة أخرى ، القضاء الآلي والتفتيش على القضاء على هذه الأخطاء مما يؤدي إلى أداء مستقر المسمار.

الخطوة الأخيرة في إنتاج LeadScrews هي تطبيق طلاء PTFE. فقط الانتهاء السلس المتسق يوفر حياة طويلة ونظام أداء. يمكن للتطبيق غير المتناسق لـ PTFE (الناتج عن بيئة أو معدات طلاء دون المستوى الأمثل) تحفيز الحفر أو الشقوق أو الفقاعات أو التقشير أو خشونة السطح التي تسبب التآكل المبكرة في الجوز وتخفيض عمر التجميع.

الرابط الثاني: تفاعل الجوز والمسمار

تستخدم المكسرات التقليدية المضادة للركود تصميمًا متعدد القطع يتطلب زنبرك لفائف لتحريك كوليت خطيًا على طول الجوز لإغلاق الأصابع والتحكم في الملاءمة بين المسمار والجوز.

المشكلات التي تسهم في الفشل في هذه التصميمات هي القوة المتغيرة والمتغيرة في الربيع ، وانزلاق العصا من الكوليت على الجوز ، والضغط المتقلبة كما ترتدي مادة الجوز. على النقيض من ذلك ، يتضمن أحد الجوز البديل المصمم لتقديم قوة ثابتة تصميمًا مبسطًا من قطعتين يطبق الضغط على أصابع الجوز بطريقة شعاعية وهو الاتجاه اللازم للتحكم في الخلوص أو اللعب بين الجوز والمسمار.

النظر في ربيع لفائف التقليدية وتصميم كوليت لجوز مضاد للبكتيريا. هنا ، يولد زنبرك لفائف القوة المتغيرة قوة محورية يتم تحويلها إلى قوة شعاعية من خلال التداخل الميكانيكي. يعتمد التصميم على مكونات مصبوب الحقن لتطبيق القوة بالتساوي على الأصابع. يؤكد الاختبار القياسي أن التحميل المسبق يتغير بشكل كبير في أول 1000 دورة.

على النقيض من ذلك ، توفر بعض المكسرات المضادة لمكافحة Backlash ثابتة أداءً أفضل من مرتين إلى أربع مرات من التصميمات التقليدية كما تم التحقق من صحة من خلال اختبار FDA لعميل Lab Automation. يضمن تصميم ربيع قوة ثابتة التحميل المسبق على مدى عمر المحور. مواد الجوز المشتاجية ذاتيا مع PTFE للزيوت والكفاءة المعززة.

واحدة من أكبر المزايا لمكسرات Leadscrew المضادة للبكتيريا الثابتة هي قدرتها على ضبطها على تطبيق مع تعديلات على الربيع وغيرها من المعلمات. يتيح هذا التوليف تحسين التحميل المسبق ، والرد الفكري ، وقوة السحب والتخليص الجري لتلبية المواصفات المطلوبة. يمكن اختبار كل مجموعة المسمار والجوز ، جنبًا إلى جنب مع كل مجموعة محرك ومجموعة كاملة ، لكل من خصائص الأداء هذه أثناء التحقق من الصحة والتفتيش النهائي.

الرابط الثالث: اتصال مقترن أو مباشر لقيادة

الرابط التالي في السلسلة هو كيفية ارتباط المسمار بالمحرك. هناك ثلاث طرق أساسية يمكن إنجازها.

الأول هو الطريقة الأكثر تقليدية حيث يتم إدخال مقرنة في التجميع كمكون بين المسمار والمحرك الذي تم تصميمه مع عمود مسمار تمديد هذا التصميم يتطلب مساحة أكبر لطول المقرنة وأي سكن مرفق مرتبط ، ويمكنه أيضًا إنشاء مشكلات محاذاة. نظرًا لزيادة عدد المكونات ، من الصعب الحفاظ على كل شيء على خط الوسط. إذا كان واحد أو أكثر من المكونات خارج المستدير أو المحاذاة ، يمكن أن تكون النتيجة تأثير نوع الكاميرا التي تؤثر بشكل كبير على الأداء وحياة النظام.

تقوم الطريقة الثانية بإدراج المسمار في تجويف مدبب لتأمينه ميكانيكياً في مكانه (من الخلف) مع الترباس. مثل هذا التجميع شائع في المحركات التي تتطلب صيانة متكررة - وطريقة سريعة للتفكيك وإعادة التجميع. العيب هو أن المحاذاة يصعب الاحتفاظ بها ويمكن أن يحفز تأثير مخروط الثلج الذي يضخّم عدم الدقة على طول المسمار. بالإضافة إلى ذلك ، يخلق هذا التذبذب في المسمار نقاط التآكل التي يمكن أن تحفز الحاجة إلى الصيانة وفشل النظام المبكر.

الطريقة الثالثة هي نوبة مباشرة للمسمار إلى عمود جوفاء داخل المحرك وتلبيس المسمار مع لحام الليزر على الجزء الخلفي من المحرك. تضمن هذه الطريقة أقصى مشاركة في ملاءمة المسمار مع المحرك مما يؤدي إلى أعلى محاذاة دقة ممكنة. في بعض الحالات ، قد يتم استبدال اللحام بمواد لاصقة صناعية تخلق رابطة دائمة بين المسمار والمحرك. توفر طريقة التجميع هذه أيضًا أعلى مستوى من الدقة من خلال توفير أقل كمية من الجريان في المسمار مما يؤدي إلى الحياة الممتدة وتقليل الحاجة إلى الصيانة.

تحسن محاذاة Leadscrew ، الجوز ، والاقتران يوسع عمر النظام بأكمله. كخط أساس للمقارنة مع العناصر الأخرى في النظام ، والاختبار في مجموعة متنوعة من التوجهات مع العديد من العملاء المتوقعين ، ومع مجموعة من الأحمال والسرعات. أظهرت النتائج حياة السفر التي تتجاوز عمر L10 المعياري بمقدار 40 مرة.

بمعنى آخر ، تشمل إعدادات المحرك والرصاص التقليدية مكونات متعددة تتطلب التجميع ويصعب محاذاة. أنها تقدم مجموعة اللعب والتسامح التي تحطمت الدقة وتزيد من احتمال الفشل. عدد المكونات العالية أيضًا يجعل تكلفة التجميع الإجمالية أعلى. لكن إعدادات المشغل الخطي الهجين المتكامل تشمل محاذاة قيادة محاذاة وتثبيت مباشرة مع المحرك - لفرط مكونات أقل. وهذا يجعل المزيد من الصلابة والدقة والموثوقية ... وكذلك قيمة التصميم الكلية.

الرابط الرابع: اختيار نوع المحرك والتصميم

تأتي المشغلات الخطية مع مجموعة من خيارات المحرك مع اختيارات المحرك الأكثر شيوعًا كونها ساكب حلقة مفتوحة ، أو إصدار حلقة مغلقة باستخدام تحكم مثبت على اللوحة أو السائر الذكي المغطى صناعياً ، وأخيراً محرك DC (BLDC) بدون فرش. لكل منها اقتراح الأداء الخاص به أو سرعاته وقدرات التحميل ، ويأتي كل منها أيضًا مع مجموعة إيجابيات وسلبيات حول التكلفة والتكامل والتحكم وأكثر من ذلك التي نغطيها لاحقًا.

يتطلب التأثير الأكبر على أداء الحركة الخطية للمحرك إلقاء نظرة تحت غطاء محرك السيارة على التصميم الداخلي للمحرك. تستخدم المحركات ذات الأغراض العامة النموذجية غسالة متموجة لعقد المحامل والتجميع في مكانها. عادة ما يكون هذا كافيًا للتطبيقات الدوارة وغالبًا ما يمكن تطبيقه على الخطية أيضًا. ومع ذلك ، توفر غسالات متموجة كمية من الامتثال داخل المحرك الذي يمكن أن يحفز كميات صغيرة من اللعب المحوري أو الخطي الذي يترجم إلى عدم دقة الموضع الخطي.

للتخفيف من ذلك ، يمكن تعديل عنصر أو كلا من عنصرين في التصميم. يمكن إدراج المحامل الأكبر لزيادة قدرة حمل الدفع للتجميع ، ويمكن إضافة جوز مقر وضبطه على مواصفات عزم الدوران المحددة مسبقًا لإخراج المسرحية من النظام.

الرابط الخامس: اختيار خيارات التحكم

الرابط النهائي الذي يجذب جميع العناصر معًا هو كيف يتم توجيه الحركة الخطية المادية والتحكم فيها. تقليديًا ، سيحتاج هذا إلى قطع منفصلة متعددة بما في ذلك مكبر الصوت ووحدة التحكم. سيحتاج كل منها إلى خزانة والأجهزة المرتبطة والأسلاك والتشفير وأجهزة الاستشعار للتعليقات. يمكن أن تصبح هذه الإعدادات معقدة ومرهقة لتثبيت واستكشاف الأخطاء وإصلاحها وتشغيلها.

لقد عمل ظهور حلول المحركات الذكية على الجرف على تبسيط الأسلاك وتقليل عدد الموصلات والمستشعرات المرتبطة باكتساب أداء نوع Servo والتحكم فيه. يوفر هذا وفورات في التكاليف بفضل عدد مكونات أقل بالإضافة إلى وقت أقل والعمل المرتبط بالتثبيت. تأتي هذه المحركات أيضًا في الحزم الصناعية المبللة التي تغلق اللوحة والتحكم فيها من الإساءة أو التلوث بالتقييمات إلى IP65 أو IP67.

عندما يتطلب التطبيق ما ميزات مخصصة محددة ، فإنه يقلل من اعتبارات المساحة والحجم ، أو أن التكلفة المنخفضة هي برنامج تشغيل حرجة ، فإن التحكم في لوحة IP20 المحمولة على المحرك غير المخصصة هو خيار مفيد. وينطبق هذا بشكل خاص على التطبيقات ذات الحجم الكبير الموضوعة في العلب أو المعدات. ينقل هذه المشغلات مزايا المحركات الذكية (عادةً في توفير كبير في التكاليف) والتحكم في المحرك مباشرة من أجل التواصل الأسهل والأسرع مع Master أو PLC.