تشرح هذه المقالة أساسيات تصميم نظام خطي، بما في ذلك نظام الدعم الهيكلي، وتقنية التوجيه، وتقنية الدفع، والعزل، والتزييت، والملحقات. ستناقش أولاً إيجابيات وسلبيات التقنيات المختلفة، مثل محركات براغي الرصاص، ومحركات براغي الكرة، ومحركات الأحزمة، وموجهات الكرة، وموجهات الانزلاق، وموجهات العجلات. ثم ستتناول المقالة مزايا وعيوب تصميم وبناء نظام خطي بنفسك مقارنةً بتكوين نظام من وحدات بناء قياسية. وأخيرًا، ستصف المقالة عمليةً إلكترونيةً خطوةً بخطوة لتحديد حجم النظام الخطي واختياره بناءً على مكونات قياسية اقتصادية.

تتكون مكونات النظام الخطي من نظام الدعم الهيكلي، ونظام القيادة، ونظام التوجيه، ونظام الختم، ونظام التزييت، والملحقات. المكون الرئيسي لنظام الدعم الهيكلي هو عادةً قالب من الألومنيوم المبثوق، ويتوفر بأطوال تصل إلى 12 مترًا. يمكن تشكيل سطح تثبيت القاعدة آليًا للتطبيقات التي تتطلب دقة تحديد المواقع. أما قوالب القاعدة المبثوقة لتطبيقات النقل ذات الدقة المنخفضة، فلا تُشكل آليًا عادةً. القواعد المستخدمة في تطبيقات النقل مُحسّنة لمقاومة الانحناء تحت الحمل والتشوه أثناء عملية التشكيل، مما يسمح بدعم النظام من الأطراف فقط.

الأنواع الرئيسية من الأدلة هي أدلة الكرة وأدلة العجلات وأدلة الشريحة أو المنشور. تدعم أدلة الكرة حمولات عالية تصل إلى 38000 نيوتن (N) وأحمال عزم عالية تصل إلى 27.60 نيوتن متر (N.m). تشمل المزايا الأخرى لأدلة الكرة الاحتكاك المنخفض والصلابة العالية. تتوفر أدلة الكرة إما في تكوينات سكة واحدة أو مزدوجة. تشمل نقاط ضعف أدلة الكرة التكلفة العالية نسبيًا ومستويات الضوضاء العالية. تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لأدلة العجلة في قدرتها على العمل بسرعات عالية بشكل استثنائي، تصل إلى 10 أمتار في الثانية (م / ث). كما توفر أدلة العجلة احتكاكًا منخفضًا وصلابة عالية جدًا. من ناحية أخرى، تتمتع أدلة العجلة بمقاومة منخفضة نسبيًا لأحمال الصدمات. تستخدم أدلة الانزلاق البطانات البوليمرية على شكل منشور والتي تعمل مباشرة على سطح الملف الشخصي لتوفير تشغيل هادئ للغاية وتحمل أحمال الصدمات العالية. تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لأدلة الانزلاق في قدرتها على العمل في البيئات الملوثة. تتميز أدلة الانزلاق بسرعة وقدرة تحميل أقل من أدلة الكرة أو العجلة.

أكثر تقنيات الدفع شيوعًا هي محركات الكرة اللولبية ومحركات الكرة اللولبية الرئيسية ومحركات الحزام. يتكون محرك الكرة اللولبية من كرة لولبية وصامولة كروية مع محامل كروية معادة التدوير. توفر الكرة اللولبية الأرضية والمحملة مسبقًا دقة وضع عالية بشكل استثنائي. يتم توزيع الحمل على الكرة اللولبية على عدد كبير من الكرات اللولبية بحيث تتعرض كل كرة لحمل منخفض نسبيًا. والنتيجة هي دقة مطلقة عالية تصل إلى 0.005 مم وقدرة دفع عالية تصل إلى 40 كيلو نيوتن وصلابة عالية. تُعرف الدقة المطلقة بأنها أقصى خطأ بين الموضع المتوقع والفعلي. توفر محركات الكرة اللولبية عادةً كفاءة ميكانيكية تبلغ 90٪، لذا غالبًا ما يتم تعويض تكلفتها العالية من خلال انخفاض متطلبات الطاقة. يتم تحديد السرعة الحرجة للكرة اللولبية من خلال قطر جذر المسمار والطول غير المدعوم وتكوين الدعامة النهائية. تتيح دعامات الكرة اللولبية استخدام وحدات تعمل بالبراغي حتى 12 مترًا من الشوط وسرعة إدخال 3000 دورة في الدقيقة. لا يمكن لمحركات براغي الرصاص أن تضاهي دقة تحديد المواقع المطلقة لمحركات براغي الكرة، ولكنها توفر تكرارًا ممتازًا يبلغ 0.005 مم. تُعرف التكرارية بأنها قدرة نظام تحديد المواقع على العودة إلى موقع أثناء التشغيل عند الاقتراب من نفس الاتجاه بنفس السرعة ومعدل التباطؤ. تُستخدم محركات براغي الرصاص في تطبيقات تحديد المواقع ذات دورة العمل المنخفضة إلى المتوسطة وتعمل بمستويات ضوضاء منخفضة. تُستخدم محركات السيور في تطبيقات النقل عالية السرعة وعالية الإنتاجية بسرعات تصل إلى 10 م/ث وتسارع يصل إلى 40 م/ث². يتطلب كل من نظام التوجيه ونظام القيادة عادةً التزييت. يسهل الوصول إلى تركيبات التزييت الصيانة الوقائية. أحد الأساليب الفعالة هو استخدام تركيبات Zerk على العربة التي تغذي شبكة يتم من خلالها تشحيم كل من برغي الكرة ونظام المحمل الخطي أثناء التركيب وعلى فترات الصيانة الدورية. نظام توجيه المنشور لا يحتاج إلى صيانة. بالإضافة إلى التزييت المتأصل في البوليمر، توجد مساحات لباد مشحمة تعمل على تجديد مادة التشحيم في كل شوط. تُعد تقنية الختم مهمة في العديد من التطبيقات. يتكون ختم الشريط المغناطيسي من شريط مغناطيسي من الفولاذ المقاوم للصدأ مُحمّل بنابض للحفاظ على الشد. يُثبّت طرفاه على الصفائح الطرفية للنظام، ويُمرّر شريط الغطاء أو شريط الختم عبر تجويف في العربة. أثناء مرور العربات على طول النظام، يُرفع الشريط عن المغناطيسات للسماح بمرور العربة.

تقنية إحكام بديلة، تستخدم أشرطة الغطاء البلاستيكية شريطًا مطاطيًا مرنًا يتشابك مع قاعدة البثق، ليعمل كأكياس بلاستيكية محكمة الغلق. تُشكّل مقاطع "اللسان والأخدود" المتوافقة ختمًا متاهة فعالًا للغاية في منع دخول الجسيمات. تُبسّط حوامل المحرك المرنة دمج الأنظمة الخطية في التجميعات الآلية. يمكن للمستخدمين ببساطة طلب حامل محرك NEMA قياسي أو تقديم معلومات التركيب الخاصة بمحركهم أو تقديم اسم الشركة المصنعة للمحرك ورقم القطعة. يُصنع الغلاف والوصلة من مواد خام شائعة ليتوافقا مع الخصائص الرئيسية لمحرك العميل: حجم البرغي وقطر دائرة البرغي على شفة المحرك؛ وقطر دليل المحرك؛ وقطر عمود المحرك وطوله. يتيح هذا تركيب الشرائح بسهولة، أفقيًا أو رأسيًا، مائلًا أو معكوسًا، على أي محرك تقريبًا، مع ضمان المحاذاة.

ليس كل مزيج من أنواع المحركات والدلائل منطقيًا. تشمل مجموعات التقنيات السبع المستخدمة في التطبيقات العملية: محرك لولبي مع دليل كروي، محرك لولبي مع دليل انزلاق، محرك لولبي مع دليل كروي، محرك لولبي مع دليل كروي، محرك لولبي مع دليل انزلاق، محرك لولبي مع دليل انزلاق، محرك سير مع دليل كروي، محرك سير مع دليل انزلاق، محرك سير مع دليل عجلة. توضح المخططات العنكبوتية نقاط القوة والضعف النسبية لكل من هذه التقنيات. توفر تقنية محرك لولبي مع دليل كروي قابلية تكرار عالية، وصلابة عالية، وقدرة على تحمل قوى وعزوم عالية. تُستخدم في تطبيقات تحديد المواقع بدقة مع أحمال عالية ودورات عمل عالية، مثل النظام الخطي المستخدم لتحميل وتفريغ قطع التروس على آلة التشغيل. صُممت الوحدات التي تعمل بالسير والموجهة بالكرة لتطبيقات السرعة والتسارع العالية مع حمولات ثقيلة وأحمال عزم عالية. هذه المجموعة التقنية مناسبة للتطبيقات التي تمتد على فجوة، ويتم دعمها إما في الأطراف أو بشكل متقطع. يتضمن أحد التطبيقات النموذجية تكديس العلب على المنصات. توفر الأنظمة الخطية التي تعمل بالسير والموجهة بالانزلاق سرعة وتسارعًا متوسطتين. تستطيع أدلة الانزلاق تحمل أحمال التصادم، إلا أن سرعاتها الخطية محدودة نوعًا ما. يوفر هذا المزيج حلاً اقتصاديًا ومنخفض الضوضاء، ويتطلب صيانة منخفضة. إضافة شريط غطاء مغناطيسي يجعل هذا الحل مثاليًا للبيئات ذات المحتوى الجسيمي العالي ومتطلبات الغسيل، مثل تطبيقات معالجة الصفائح المعدنية بالرش. توفر الوحدات المُدارة بالسير والمُوجهة بعجلات سرعة خطية عالية وقدرات تسارع عالية، بالإضافة إلى تكلفة معتدلة وضوضاء منخفضة ومتطلبات صيانة منخفضة نسبيًا. ومن التطبيقات الشائعة استخدامها في آلات التعبئة والتغليف.

هل تصنع أم تشتري؟ عند التفكير في تصنيع أو شراء نظام خطي، من المهم مراعاة الوقت والخبرة الهندسية اللازمين لتصميمه. يشمل تصميم النظام حسابات هندسية مثل عمر المحمل الخطي والشعاعي، وعمر اللولب الكروي، والسرعة الحرجة للبرغي الكروي، وانحراف دعامة الدعم، واختيار مادة التشحيم، وتصميم الغطاء، إلخ. ينطوي نهج تكبير حجم النظام الخطي لتقليل وقت التصميم على عيب يتمثل في زيادة التكلفة والنطاق، مع استمرار الحاجة إلى هندسة أساسية لضمان عدم إغفال أي شيء أساسي. عند شراء أنظمة خطية، قد لا تلبي منتجات الكتالوج القياسية متطلبات التطبيق. في هذه الحالة، تُعد التعديلات الكبيرة على المنتجات القياسية أو التصميمات الجاهزة بدائل عملية. يمكن لشريك يتمتع بمجموعة واسعة من المنتجات والقدرات الهندسية العمل معك لحل مشكلتك مع توفير الوقت والمال وتسريع دورة التطوير.