ستشرح هذه المقالة أساسيات تصميم نظام خطي، بما في ذلك نظام الدعم الهيكلي، وتقنية التوجيه، وتقنية التشغيل، بالإضافة إلى أنظمة منع التسرب والتشحيم والملحقات. ستناقش المقالة أولًا مزايا وعيوب التقنيات المختلفة، مثل محركات اللولب الرصاصي، ومحركات اللولب الكروي، ومحركات السيور، والموجهات الكروية، والموجهات المنزلقة، والموجهات ذات العجلات. ثم ستتناول المقالة مزايا وعيوب تصميم وبناء نظام خطي خاص بك، مقارنةً بتكوين نظام من مكونات قياسية. وأخيرًا، ستصف المقالة عمليةً إلكترونيةً خطوةً بخطوة لتحديد حجم واختيار نظام خطي بالاعتماد على مكونات قياسية اقتصادية.

تتكون الأنظمة الخطية من نظام الدعم الهيكلي، ونظام القيادة، ونظام التوجيه، ونظام منع التسرب، ونظام التشحيم، والملحقات. عادةً ما يكون المكون الرئيسي لنظام الدعم الهيكلي عبارة عن مقطع ألومنيوم مبثوق، متوفر بأطوال تصل إلى 12 مترًا. يمكن تشكيل سطح قاعدة التثبيت للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية في تحديد المواقع. أما قواعد التثبيت المستخدمة في تطبيقات النقل ذات الدقة المنخفضة، فلا تخضع عادةً للتشكيل. تُصمم القواعد المستخدمة في تطبيقات النقل خصيصًا لمقاومة الانحناء تحت الحمل والتشوه أثناء عملية البثق، مما يسمح بدعم النظام من الأطراف فقط.

تشمل الأنواع الرئيسية للموجهات: الموجهات الكروية، والموجهات ذات العجلات، والموجهات المنزلقة أو الموشورية. تدعم الموجهات الكروية أحمالًا عالية تصل إلى 38,000 نيوتن (N) وعزومًا عالية تصل إلى 27.60 نيوتن متر (Nm). من مزاياها الأخرى انخفاض الاحتكاك والصلابة العالية. تتوفر الموجهات الكروية بتكوينات أحادية أو ثنائية السكة. من عيوبها ارتفاع تكلفتها نسبيًا ومستويات الضوضاء المرتفعة. تتميز الموجهات ذات العجلات بقدرتها على العمل بسرعات عالية جدًا، تصل إلى 10 أمتار في الثانية (م/ث). كما تتميز بانخفاض الاحتكاك والصلابة العالية جدًا. مع ذلك، تتميز الموجهات ذات العجلات بمقاومة منخفضة نسبيًا لأحمال الصدمات. تستخدم الموجهات المنزلقة جلبات بوليمرية موشورية الشكل تعمل مباشرة على سطح المقطع الجانبي لتوفير تشغيل هادئ للغاية وتحمل أحمال الصدمات العالية. من مزاياها الرئيسية قدرتها على العمل في البيئات الملوثة. تتميز الموجهات المنزلقة بسرعة وقدرة تحميل أقل من الموجهات الكروية أو ذات العجلات.

تُعدّ أنظمة الدفع بالبراغي الكروية، وأنظمة الدفع بالبراغي الرصاصية، وأنظمة الدفع بالسيور من أكثر تقنيات الدفع شيوعًا. يتكون نظام الدفع بالبراغي الكروية من برغي كروي وصامولة كروية مع محامل كروية دوارة. توفر البراغي الكروية المصقولة والمحمّلة مسبقًا دقة تحديد مواقع عالية للغاية. يتم توزيع الحمل على البرغي الكروي على عدد كبير من المحامل الكروية، 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. تُعرَّف الدقة المطلقة بأنها أقصى خطأ بين الموضع المتوقع والموضع الفعلي. توفر أنظمة الدفع بالبراغي الكروية عادةً كفاءة ميكانيكية تبلغ 90%، لذا غالبًا ما يتم تعويض تكلفتها المرتفعة بانخفاض متطلبات الطاقة. تُحدد السرعة الحرجة للبرغي الكروي بقطر جذر البرغي، وطوله غير المدعوم، وتكوين دعامة النهاية. تُمكّن دعامات البرغي الكروي من استخدام وحدات الدفع بالبراغي حتى 12 مترًا من الشوط وسرعة إدخال تصل إلى 3000 دورة في الدقيقة. لا تُضاهي محركات اللولب الرصاصي دقة تحديد المواقع المطلقة لمحركات اللولب الكروي، لكنها توفر تكرارية ممتازة تصل إلى 0.005 مم. تُعرَّف التكرارية بأنها قدرة نظام تحديد المواقع على العودة إلى موقعه أثناء التشغيل عند الاقتراب منه من نفس الاتجاه وبنفس السرعة ومعدل التباطؤ. تُستخدم محركات اللولب الرصاصي في تطبيقات تحديد المواقع ذات دورة التشغيل المنخفضة إلى المتوسطة، وتعمل بمستويات ضوضاء منخفضة. أما محركات السيور فتُستخدم في تطبيقات النقل عالية السرعة والإنتاجية، بسرعات تصل إلى 10 م/ث وتسارع يصل إلى 40 م/ث². يتطلب كل من نظام التوجيه ونظام القيادة عادةً التشحيم. يُسهِّل الوصول السهل إلى وصلات التشحيم الصيانة الوقائية. يتمثل أحد الأساليب الفعالة في استخدام وصلات زيرك على العربة، والتي تُغذي شبكةً يتم من خلالها تشحيم كل من اللولب الكروي ونظام المحامل الخطية أثناء التركيب وفي فترات الصيانة الدورية. نظام التوجيه المنشوري لا يحتاج إلى صيانة. بالإضافة إلى خاصية التشحيم الذاتية للبوليمر، توجد ماسحات من اللباد المُشحَّم تُجدِّد المُشحِّم مع كل شوط. تُعدّ تقنية منع التسرب مهمة في العديد من التطبيقات. يتكون مانع التسرب ذو الشريط المغناطيسي من شريط مغناطيسي من الفولاذ المقاوم للصدأ، مُزوّد ​​بنابض للحفاظ على شدّه. تُثبّت نهايتا الشريط على الصفائح الطرفية للنظام، ويُمرّر شريط الغطاء أو شريط منع التسرب عبر تجويف في العربة. أثناء مرور العربات على طول النظام، يرتفع الشريط عن المغناطيسات للسماح بمرور العربة.

تُعدّ أشرطة التغطية البلاستيكية تقنية إحكام بديلة، حيث تستخدم شريطًا مطاطيًا مرنًا يتشابك مع قاعدة البثق، تمامًا مثل أكياس زيبلوك. وتُشكّل هذه الأشرطة، بفضل تصميمها المتداخل، إحكامًا محكمًا يمنع دخول الجزيئات الدقيقة. كما تُسهّل حوامل المحركات المرنة دمج الأنظمة الخطية في التجميعات الآلية. ويمكن للمستخدمين طلب حامل محرك NEMA قياسي، أو تقديم معلومات تركيب خاصة بمحركهم، أو ذكر اسم الشركة المصنّعة للمحرك ورقم القطعة. ويتم تصنيع الغلاف والوصلة من قطع خام شائعة لتتوافق مع الخصائص الرئيسية لمحرك العميل: حجم البرغي وقطر دائرة البرغي على شفة المحرك، وقطر دليل المحرك، وقطر عمود المحرك وطوله. وهذا يسمح بتركيب الشرائح بسهولة، أفقيًا أو رأسيًا أو مائلًا أو مقلوبًا، على أي محرك تقريبًا، مع ضمان المحاذاة.

لا يُعدّ كل مزيج من أنواع المحركات وأنواع الموجهات مناسبًا. تشمل مجموعات التقنيات السبع المستخدمة في التطبيقات العملية ما يلي: محرك لولبي رئيسي مع موجه كروي، محرك لولبي رئيسي مع موجه انزلاقي، محرك لولبي كروي مع موجه كروي، محرك لولبي كروي مع موجه انزلاقي، محرك سير مع موجه كروي، محرك سير مع موجه انزلاقي، ومحرك سير مع موجه عجلي. توضح المخططات العنكبوتية نقاط القوة والضعف النسبية لكل من هذه التقنيات. توفر تقنية المحرك اللولبي الكروي مع الموجه الكروي دقة عالية في التكرار، وصلابة عالية، وقدرة على تحمل قوى وعزوم عالية. تُستخدم هذه التقنية في تطبيقات تحديد المواقع الدقيقة ذات الأحمال العالية ودورات التشغيل الطويلة، مثل النظام الخطي المستخدم لتحميل وتفريغ قطع التروس على آلة التشغيل. صُممت الوحدات التي تعمل بالسير والموجهة بالكرات لتطبيقات السرعة والتسارع العالية مع الأحمال الثقيلة وعزوم الدوران العالية. تُناسب هذه المجموعة التقنية التطبيقات التي تمتد عبر فجوة وتُدعم إما من الأطراف أو بشكل متقطع. ومن التطبيقات النموذجية في هذا المجال رصّ العلب على منصات نقالة. توفر الأنظمة الخطية التي تعمل بالسير والموجهة بالانزلاق سرعة وقدرة تسارع متوسطة. تستطيع أدلة الانزلاق تحمل أحمال الصدمات، لكن سرعاتها الخطية محدودة نوعًا ما. يوفر هذا المزيج حلاً فعالاً من حيث التكلفة، ومنخفض الضوضاء، ويتطلب صيانة قليلة. إضافة غطاء مغناطيسي يجعل هذا الحل مثاليًا للبيئات ذات المحتوى العالي من الجسيمات والتي تتطلب غسلًا، مثل تطبيقات معالجة الصفائح المعدنية بالرش. توفر الوحدات التي تعمل بالسيور والموجهة بالعجلات سرعات خطية عالية وقدرات تسارع كبيرة، إلى جانب تكلفة معقولة، وضوضاء منخفضة، ومتطلبات صيانة قليلة نسبيًا. ومن التطبيقات الشائعة لها آلات التعبئة والتغليف.

التصنيع أم الشراء؟ عند التفكير في تصنيع أو شراء نظام خطي، من المهم مراعاة الوقت والخبرة الهندسية اللازمة لتصميمه. يشمل تصميم النظام حسابات هندسية مثل عمر المحامل الخطية والشعاعية، وعمر لولب الكرات، والسرعة الحرجة للولب، وانحراف دعامة التثبيت، واختيار مواد التشحيم، وتصميم الغطاء، وغيرها. يُعاب على نهج تكبير حجم النظام الخطي لتقليل وقت التصميم زيادة التكلفة والحجم، مع ضرورة إجراء هندسة أساسية للتأكد من عدم إغفال أي تفاصيل جوهرية. عند شراء أنظمة خطية، قد لا تلبي المنتجات القياسية في الكتالوج متطلبات التطبيق. في هذه الحالة، تُعد التعديلات الكبيرة على المنتجات القياسية أو التصاميم الأولية بدائل مجدية. يمكن لشريك يمتلك مجموعة واسعة من المنتجات والقدرات الهندسية العمل معك لحل مشكلتك مع توفير الوقت والمال وتسريع دورة التطوير.