قم بمراجعة خمس روابط في سلسلة عناصر التصميم بالغة الأهمية للتشغيل الدقيق.

إن نظام الحركة الخطية يكون قويًا بقدر قوة الروابط الأكثر خطورة في سلسلته من العناصر الميكانيكية والكهروميكانيكية. يؤدي فهم كل مكون وميزة (وتأثيرها على مخرجات التصميم) إلى تحسين القرارات واحتمالات تلبية التصميم النهائي لمتطلبات التطبيق بالكامل. بعد كل شيء، يمكن إرجاع رد الفعل العكسي للنظام، والدقة، وجوانب الأداء الأخرى إلى عناصر في تصميم وتصنيع المسمار الرئيسي، والجوز المضاد لرد الفعل العكسي، والوصلات، والمحرك، واستراتيجية التحكم.

يعد العمل مع موردي الحركة الخطية الذين يتمتعون بالخبرة في جميع روابط التصميم هو أفضل طريقة للحصول على أعلى أداء للتصميم. في نهاية المطاف، تشبه أنظمة التحكم في الحركة المحسنة سيارة رياضية عالية الأداء حيث تكون جميع عناصرها متوازنة بشكل جيد ... والتي يكون فيها المحرك ذو الحجم المناسب + ناقل الحركة المناسب + الإطارات المناسبة + ميزات التحكم الرائعة (مثل الفرامل المانعة للانغلاق والتحكم في الجر) = رائعة أداء.

فكر في بعض الأمثلة للتصميمات التي تتطلب أداءً عاليًا. في بعض أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتم دفع دقة الطبقة إلى مستوى منخفض يصل إلى 10 ميكرومتر لكل طبقة. في الأجهزة الطبية، يجب على وحدات التوزيع إنتاج الأدوية المنقذة للحياة والتحكم في الجرعات وصولاً إلى ميكرولتر. ويمكن رؤية نفس النوع من الدقة الصارمة في المعدات البصرية وأجهزة المسح الضوئي، ومعدات معالجة الرقائق والرقاقات في صناعة أشباه الموصلات، وفي مجال التشغيل الآلي للمختبرات.

إن تصميمات الحركة الخطية التي تم إنشاؤها باستخدام نهج شامل لاختيار المكونات وتكاملها هي وحدها القادرة على تلبية متطلبات الأداء المتزايدة باستمرار. غالبًا ما يكون الحل الأنسب لهذه التصميمات هو المسمار والجوز الذي يعمل بمحرك مع بنية التحكم المناسبة. لذلك دعونا نفكر في الاعتبارات الأساسية وخصائص الأداء لكل رابط في هذا النوع من التجميع الخطي.

الرابط الأول: جودة الرصاص والجوز

لقد كانت مسامير الرصاص موجودة منذ عقود بأشكال مختلفة مع مجموعة من تصميمات ومواد الصواميل. وفي معظم ذلك الوقت، تم تعديل الآلات المستخدمة لتصنيع المسامير اللولبية يدويًا، مما أدى إلى قصر الجودة على قدرة الماكينة ومستوى مهارة المشغل. لا تزال معظم الشركات المصنعة اليوم تستخدم هذا النوع من المعدات، ولكن العمليات الآلية الحديثة تنقل جودة المسمار اللولبي إلى المستوى التالي.

على سبيل المثال، تستخدم مثل هذه العمليات تغذية يتم التحكم فيها بواسطة CNC، وضبط الانحراف، وعناصر تحكم في الضغط لعملية اللولب الملتف للحصول على أشكال خيط اللولب الأكثر اتساقًا. تتميز اللمسة النهائية السطحية لهذه البراغي بأنها ناعمة باستمرار وخالية من سحجات السطح التي يمكن أن تمزق صواميل البوليمر ... للحصول على دقة وعمر غير مسبوقين للنظام.

وفي الوقت نفسه، تُظهر تقنيات القياس والفحص المتقدمة التي تتتبع شكل وشكل خيوط المسمار الرصاص نتائج دقة من نقطة إلى نقطة أفضل بما يصل إلى ثلاث مرات من الطرق اليدوية التقليدية. وهذا يحافظ باستمرار على دقة الرصاص حتى 0.003 بوصة/قدم على طول المسمار.

بالنسبة لتطبيقات النقل التي تحرك بعض الأشياء من نقطة إلى نقطة على طول المحور، فإن الطريقة التقليدية للتحقق من دقة الرصاص كل 300 مم أو ست بوصات كافية. ولكن بالنسبة للتطبيقات ذات أعلى دقة، تكون دقة كل خيط عمود ذات صلة. يُعرف الانحراف عن هندسة الخيط المناسبة بسكر الخيط.

تنتج معدات التصنيع الآلي CNC الجديدة والعمليات وطرق الفحص التفصيلية تحكمًا وجودة أكثر إحكامًا بحيث تظهر النقطة العالية والمنخفضة داخل الخيط الفردي دقة دوران فرعية محسنة بشكل كبير - وبعبارة أخرى، أقل سكرًا. وهذا بدوره يساعد في الحفاظ على إمكانية تكرار تحديد المواقع خلال دورة واحدة تصل إلى 1 ميكرومتر. يعد هذا مقياس أداء بالغ الأهمية بشكل خاص في تطبيقات مثل معالجة الرقائق والرقائق باهظة الثمن لصناعة أشباه الموصلات وتوزيع الأدوية بدقة في مضخة الحقنة.

بعد لف الخيط، يقوم موردو اللوالب المتقدمون بتسوية أعمدة اللولب باستخدام آلية لتقليل الأخطاء والنفاذ الذي يمكن أن يسبب الاهتزاز والضوضاء والتآكل المبكر. تعد استقامة العمود اللولبي أمرًا بالغ الأهمية لأن أي خطأ يبرز عند تجميعه مع المحرك. في المقابل، يمكن للطرق التقليدية (اليدوية) لتقويم المسمار أن تنتج تأثير مخروط الثلج في هندسة العمود اللولبي - في شكل قوس واحد أو أقواس متعددة تدور حول محور العمود الطويل. مرة أخرى، يؤدي التقويم والفحص الآلي إلى القضاء على هذه الأخطاء مما يؤدي إلى أداء مستقر للبرغي.

الخطوة الأخيرة في إنتاج براغي الرصاص هي تطبيق طلاء PTFE. فقط اللمسة النهائية الناعمة المتسقة توفر عمرًا طويلًا وأداءً للنظام. يمكن أن يؤدي التطبيق غير المتسق لـ PTFE (الناتج عن بيئة أو معدات طلاء دون المستوى الأمثل) إلى تحفيز التنقر أو الشقوق أو الفقاعات أو التقشر أو خشونة السطح التي تسبب تآكلًا مبكرًا في الجوز وتقصير عمر التجميع.

الرابط الثاني: تفاعل الجوز والمسمار

تستخدم الصواميل التقليدية المضادة للارتداد تصميمًا متعدد القطع يتطلب زنبركًا لولبيًا لتحريك كوليه خطيًا على طول الصمولة لإغلاق الأصابع والتحكم في الملاءمة بين المسمار والجوز.

المشاكل التي تساهم في فشل هذه التصميمات هي القوة المتفرقة والمتغيرة للزنبرك، وانزلاق الكوليت على الصمولة، والضغط المتقلب مع تآكل مادة الصمولة. في المقابل، يتضمن أحد الصمولات البديلة المصممة لتوفير قوة ثابتة تصميمًا مبسطًا من قطعتين يطبق الضغط على أصابع الصمولة بطريقة شعاعية وهو الاتجاه المطلوب للتحكم في الخلوص أو اللعب بين الصمولة والمسمار.

ضع في اعتبارك تصميم الزنبرك الملفوف والكوليت التقليدي لصمولة لولبية مقاومة لرد الفعل العكسي. هنا، يولد الزنبرك اللولبي ذو القوة المتغيرة قوة محورية يتم تحويلها إلى قوة شعاعية من خلال التداخل الميكانيكي. يعتمد التصميم على مكونات مصبوبة بالحقن لتطبيق القوة بالتساوي على الأصابع. يؤكد الاختبار المعياري أن التحميل المسبق يتغير بشكل كبير في أول 1000 دورة.

في المقابل، توفر بعض الصواميل اللولبية المقاومة للارتداد العكسي ذات القوة الثابتة أداء رد فعل عكسي أفضل مرتين إلى أربع مرات من التصميمات التقليدية كما تم التحقق من صحتها من خلال اختبار إدارة الغذاء والدواء (FDA) الخاص بالعميل الآلي في المختبر. يضمن تصميم الزنبرك ذو القوة الثابتة التحميل المسبق المتسق طوال عمر المحور. مادة الجوز ذاتية التشحيم مع PTFE للتشحيم وتعزيز الكفاءة.

واحدة من أكبر مزايا الصواميل اللولبية ذات القوة الثابتة المضادة لرد الفعل العكسي هي قدرتها على ضبطها على تطبيق مع تعديلات على الزنبرك والمعلمات الأخرى. يسمح هذا الضبط بتحسين التحميل المسبق ورد الفعل العكسي وقوة السحب وخلوص التشغيل لتلبية المواصفات المطلوبة. يمكن اختبار كل مجموعة من البراغي والصواميل، جنبًا إلى جنب مع كل مجموعة كاملة من المحركات والمسامير، لكل من خصائص الأداء هذه أثناء التحقق من الصحة والفحص النهائي.

الرابط الثالث: اتصال مقترن أو مباشر بالقيادة

الرابط التالي في السلسلة هو كيفية ربط المسمار بالمحرك. هناك ثلاث طرق أساسية يمكن تحقيق ذلك.

الطريقة الأولى هي الطريقة الأكثر تقليدية حيث يتم إدخال قارنة التوصيل في التجميع كمكون بين المسمار والمحرك المدمج بعمود مسمار ممتد. يتطلب هذا التصميم مساحة أكبر لطول قارنة التوصيل وأي مبيت ملحق مرتبط بها، كما أنه أيضًا يمكن أن تخلق مشاكل المحاذاة. نظرًا للعدد المتزايد من المكونات، أصبح من الصعب إبقاء كل شيء في المنتصف. إذا كان واحد أو أكثر من المكونات خارج الدائرة أو المحاذاة، فقد تكون النتيجة تأثيرًا من نوع الكامة يؤثر بشكل كبير على أداء النظام وعمره.

تقوم الطريقة الثانية بإدخال المسمار في تجويف مدبب لتثبيته ميكانيكيًا في مكانه (من الخلف) باستخدام مسمار. يعد هذا التجميع أمرًا شائعًا في المحركات التي تتطلب صيانة متكررة - وطريقة سريعة للتفكيك وإعادة التجميع. العيب هو أنه من الصعب إجراء المحاذاة ويمكن أن يؤدي إلى تأثير مخروط الثلج الذي يؤدي إلى تضخيم عدم الدقة على طول المسمار. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي هذا التذبذب المخروطي الثلجي في المسمار إلى إنشاء نقاط تآكل يمكن أن تحفز الحاجة إلى الصيانة وفشل النظام مبكرًا.

الطريقة الثالثة هي تركيب المسمار مباشرة على عمود مجوف داخل المحرك وتثبيت المسمار بلحام ليزر على الجزء الخلفي من المحرك. تضمن هذه الطريقة أقصى قدر من المشاركة في ملاءمة المسمار مع المحرك مما يؤدي إلى أعلى دقة ممكنة في المحاذاة. في بعض الحالات، يمكن استبدال اللحام بمادة لاصقة صناعية تخلق رابطة دائمة بين المسمار والمحرك. توفر طريقة التجميع هذه أيضًا أعلى مستوى من الدقة من خلال توفير أقل قدر من الجريان في المسمار مما يؤدي إلى إطالة العمر وتقليل الحاجة إلى الصيانة.

يؤدي تحسين محاذاة المسمار الرئيسي والجوز والاقتران إلى إطالة عمر النظام بأكمله. كخط أساس للمقارنة مع العناصر الأخرى في النظام، يتم الاختبار في مجموعة متنوعة من التوجهات مع خيوط مختلفة، ومع نطاق من الأحمال والسرعات. أظهرت النتائج أن عمر السفر يتجاوز عمر المحمل القياسي L10 بمقدار 40 مرة.

بمعنى آخر، تشتمل إعدادات المحرك والمسمار التقليدي على مكونات متعددة تتطلب التجميع ويصعب مواءمتها. إنها تقدم اللعب والتسامح الذي يقلل من الدقة ويزيد من احتمالية الفشل. يؤدي ارتفاع عدد المكونات أيضًا إلى ارتفاع تكلفة التجميع الإجمالية. لكن إعدادات المشغل الخطي الهجين المتكاملة تشتمل على لولب رئيسي محاذٍ ومثبت مباشرة مع المحرك - لعدد أقل من المكونات. وهذا يزيد من الصلابة والدقة والموثوقية … بالإضافة إلى قيمة التصميم الإجمالية.

الرابط الرابع: اختيار نوع المحرك وتصميمه

تأتي المحركات الخطية مع مجموعة مختارة من خيارات المحرك، حيث تكون خيارات المحرك الأكثر شيوعًا هي محرك متدرج ذو حلقة مفتوحة، وإصدار حلقة مغلقة باستخدام إما وحدة تحكم مثبتة على اللوحة أو محرك متدرج ذكي مغلف صناعيًا، وأخيرًا محرك تيار مستمر بدون فرش (bldc). ولكل منها عرض الأداء أو السرعات وإمكانيات التحميل الخاصة بها، ويأتي كل منها أيضًا مع مجموعته الخاصة من الإيجابيات والسلبيات حول التكلفة والتكامل والتحكم والمزيد الذي سنغطيه لاحقًا.

يتطلب التأثير الأكبر على أداء الحركة الخطية للمحرك إلقاء نظرة أسفل الغطاء على التصميم الداخلي للمحرك. تستخدم المحركات ذات الأغراض العامة النموذجية غسالة متموجة لتثبيت المحامل والتجميع في مكانه. عادةً ما يكون هذا مناسبًا للتطبيقات الدوارة وغالبًا ما يمكن تطبيقه على التطبيقات الخطية أيضًا. ومع ذلك، توفر الحلقات المتموجة قدرًا 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 أحد العنصرين أو كليهما في التصميم. يمكن إدراج محامل أكبر لزيادة قدرة التحميل الدفعي للتجميع، ويمكن إضافة صامولة مفتاح ربط وتعديلها وفقًا لمواصفات عزم الدوران المحددة مسبقًا لإخراج اللعب من النظام.

الرابط الخامس: اختيار خيارات التحكم

الرابط الأخير الذي يجمع كل العناصر معًا هو كيفية توجيه الحركة الخطية الفيزيائية والتحكم فيها. تقليديًا، سيحتاج هذا إلى عدة قطع منفصلة بما في ذلك مكبر الصوت ووحدة التحكم. سيحتاج كل منها إلى خزانة وما يرتبط بها من أجهزة وأسلاك وجهاز تشفير وأجهزة استشعار للحصول على ردود الفعل. يمكن أن تصبح هذه الإعدادات معقدة ومرهقة في التثبيت واستكشاف الأخطاء وإصلاحها والتشغيل.

لقد أدى ظهور حلول المحركات الذكية الجاهزة إلى تبسيط الأسلاك وتقليل عدد الموصلات وأجهزة الاستشعار المرتبطة بالحصول على أداء وتحكم من النوع المؤازر. يوفر هذا توفيرًا في التكاليف بفضل انخفاض عدد المكونات بالإضافة إلى تقليل الوقت والعمالة المرتبطة بالتثبيت. تأتي هذه المحركات أيضًا في عبوات صناعية مجمعة مسبقًا تعمل على إغلاق وحماية اللوحة والتحكم من سوء الاستخدام أو التلوث مع تصنيفات IP65 أو IP67.

عندما يتطلب أحد التطبيقات ميزات مخصصة محددة، أو يقلل من اعتبارات المساحة والحجم، أو تكون التكلفة المنخفضة محركًا بالغ الأهمية، فإن التحكم المخصص في اللوحة المثبتة بمحرك IP20 يعد خيارًا مفيدًا. وينطبق هذا بشكل خاص على التطبيقات ذات الحجم الكبير الموضوعة في أغلفة أو معدات منمقة. تنقل هذه المحركات مزايا المحركات الذكية (عادةً مع توفير كبير في التكلفة) ويتم التحكم مباشرة في المحرك لتسهيل الاتصال بشكل أسهل وأسرع مع الجهاز الرئيسي أو PLC.