Die Auswahl der Komponenten und das Maschinendesign wirken sich auf die Genauigkeit und Wiederholbarkeit des Systems aus.

Bevor wir diese Frage beantworten, definieren wir Genauigkeit und Wiederholbarkeit für lineare Systeme.

【Genauigkeit】

Bei linearen Bewegungen gibt es grundsätzlich zwei Genauigkeitskategorien: Positioniergenauigkeit und Verfahrgenauigkeit. Die Positioniergenauigkeit gibt die Differenz zwischen der Zielposition des Systems und der tatsächlich erreichten Position an. Die Verfahrgenauigkeit gibt Fehler an, die während der Bewegung auftreten – mit anderen Worten: Bewegt sich das System geradlinig, auf und ab oder seitwärts?

Die Genauigkeit wird in Bezug auf einen „wahren“ oder akzeptierten Wert bzw. Referenzwert angegeben. Bei der Positioniergenauigkeit ist der Referenzwert die Zielposition. Bei der Fahrgenauigkeit ist der Referenzwert eine definierte Bewegungsebene sowohl in vertikaler Richtung (auch als Ebenheit der Fahrt bezeichnet) als auch in horizontaler Richtung (auch als Geradlinigkeit der Fahrt bezeichnet). Beachten Sie, dass sich die Genauigkeit darauf bezieht, wie nahe die Zielposition bei Annäherung aus beiden Richtungen erreicht wird.

【Wiederholbarkeit】

Die Wiederholgenauigkeit definiert, wie genau ein System bei mehreren Versuchen zur gleichen Position zurückkehrt. Die Wiederholgenauigkeit kann entweder unidirektional angegeben werden, d. h. die Spezifikation ist gültig, wenn die Position aus derselben Richtung angefahren wird, oder bidirektional, d. h. die Spezifikation ist gültig, wenn die Position aus beiden Richtungen angefahren wird.

Frage: „Ich entwerfe ein neues Linearbewegungssystem. Soll ich es auf hohe Genauigkeit oder Wiederholgenauigkeit auslegen? Oder auf beides?“

Linearsysteme bestehen aus vier Grundkomponenten – der Basis- oder Montagestruktur, der Linearführung (oder den Linearführungen), dem Antriebsmechanismus und dem Motor. Jede dieser Komponenten trägt zur Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit des Systems bei. Sekundärkomponenten wie Kupplungen, Steckverbinder, Montageplatten, Sensoren und Rückmeldegeräte beeinflussen die Systemleistung ebenfalls. Selbst schwer kontrollierbare Faktoren wie Temperaturschwankungen und Maschinenvibrationen wirken sich auf die Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit eines Systems aus.

Bei der Optimierung der Positioniergenauigkeit sollte der Antriebsmechanismus im Mittelpunkt stehen. Kugelumlaufspindeln gelten allgemein als beste Wahl für hohe Positioniergenauigkeit, die durch ihre Steigungsfehler- bzw. Toleranzklasse definiert wird. Aber auch Leitspindeln mit vorgespannten Muttern und hochpräzisen Zahnstangen-Ritzel-Systemen ermöglichen hohe Positioniergenauigkeiten. Durchbiegungen und Vibrationen des Systems können die Positioniergenauigkeit beeinträchtigen. Daher ist die Steifigkeit der Montagestruktur, der Linearführung und der Verbindungen zwischen den Komponenten auch bei Systemen mit hoher Positioniergenauigkeit wichtig.

Im Gegensatz dazu hängt die Verfahrgenauigkeit eines Systems fast ausschließlich von der Montagestruktur und dem Linearführungssystem ab. Die meisten Linearumlaufführungen werden nach Genauigkeitsklassen spezifiziert, die die maximalen Abweichungen in Höhe, Parallelität und Geradheit während der Verfahrbewegung definieren. Eine Linearführung ist jedoch nur so präzise wie die Oberfläche, auf der sie montiert ist. Daher ist die Montagestruktur ein wichtiger Faktor. Die Montage einer Präzisionslinearführung auf einer unbearbeiteten Basis oder einem Aluminiumprofil beeinträchtigt die Verfahrgenauigkeit der Führung.

Die Wiederholgenauigkeit eines Linearsystems wird in erster Linie durch den Antriebsmechanismus bestimmt – d. h. durch die Steigungsgenauigkeit einer Spindel, die Zahnteilungsabweichung und maximale Dehnung eines Riemens oder das Spiel in einem Zahnstangen-Ritzel-System. Die beste Möglichkeit zur Verbesserung der Wiederholgenauigkeit besteht darin, das Spiel im Antriebsmechanismus zu beseitigen. Kugelumlaufspindeln werden häufig mit Vorspannung spezifiziert, um Spiel zu vermeiden, und viele Leitspindelkonstruktionen bieten auch spielfreies Spiel. Zahnstangen-Ritzel-Systeme weisen von Natur aus Spiel zwischen der Zahnstange und den Ritzelzähnen auf, doch Doppelritzel- und geteilte Ritzelkonstruktionen beseitigen dieses Spiel.

Bei starken Temperaturschwankungen im System kann die thermische Ausdehnung und Kontraktion von Komponenten die Wiederholgenauigkeit ebenfalls verringern. Im Gegensatz zur Positionier- oder Verfahrgenauigkeit lässt sich die Wiederholgenauigkeit eines Systems nicht durch Feedback und Regelung verbessern. Die einzige Möglichkeit, die Wiederholgenauigkeit eines Linearsystems zu verbessern, ist der Einsatz eines Antriebs mit höherer Wiederholgenauigkeit.

Ob sich ein Konstrukteur oder Ingenieur mehr auf Genauigkeit oder Wiederholbarkeit konzentrieren sollte, hängt von der Art der Anwendung ab. Bei Positionierungsanwendungen wie Pick-and-Place oder Montage sind Positionsgenauigkeit und Wiederholbarkeit oft die entscheidendsten Faktoren. Bei Anwendungen wie Dosieren, Schneiden oder Schweißen hingegen, bei denen die Gleichmäßigkeit und Genauigkeit des Prozesses während der Bewegung entscheidend ist, sollte die Bewegungsgenauigkeit im Vordergrund stehen.