Die Komponentenauswahl 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 im Allgemeinen zwei Kategorien von Genauigkeit: Positioniergenauigkeit und Verfahrgenauigkeit. Die Positionierungsgenauigkeit gibt den Unterschied zwischen der Zielposition des Systems und der tatsächlich erreichten Position an. Die Fahrgenauigkeit gibt Fehler an, die während der Bewegung auftreten – mit anderen Worten: Verfährt das System geradlinig oder bewegt es sich während der Bewegung auf und ab oder seitwärts?

Genauigkeit wird in Bezug auf einen „wahren“ oder akzeptierten Wert oder eine Referenz angegeben. Für die Positionierungsgenauigkeit ist der Referenzwert die Zielposition. Für die Fahrgenauigkeit ist der Referenzwert eine definierte Bewegungsebene sowohl in vertikaler Richtung (auch Ebenheit der Bewegung genannt) als auch in horizontaler Richtung (auch Geradheit der Bewegung genannt). Beachten Sie, dass die Genauigkeit davon abhängt, wie genau die Zielposition erreicht wird, wenn Sie sich aus einer der beiden Richtungen nähern.

【Wiederholbarkeit】

Die Wiederholbarkeit definiert, wie genau ein System über mehrere Versuche hinweg zur gleichen Position zurückkehrt. Die Wiederholbarkeit kann entweder als unidirektional angegeben werden, was bedeutet, dass die Spezifikation gültig ist, wenn die Position aus derselben Richtung angefahren wird, oder als bidirektional, was bedeutet, dass die Spezifikation gültig ist, wenn die Position aus einer der beiden Richtungen angefahren wird.

Frage: „Ich entwerfe ein neues lineares Bewegungssystem. Sollte ich es für hohe Genauigkeit oder Wiederholbarkeit entwerfen? Oder beides?“

Linearsysteme bestehen aus vier Grundkomponenten – der Basis oder Montagestruktur, der Linearführung (oder den Linearführungen), dem Antriebsmechanismus und dem Motor – und jede dieser Komponenten spielt eine gewisse Rolle für die Genauigkeit oder Wiederholbarkeit des Systems. Auch sekundäre Komponenten wie Kupplungen, Steckverbinder, Montageplatten, Sensoren und Rückmeldegeräte beeinflussen die Leistung des Systems. Und selbst Faktoren, die nicht leicht zu kontrollieren sind, wie z. B. Temperaturschwankungen und Maschinenvibrationen, beeinflussen die Genauigkeits- und Wiederholbarkeitsspezifikationen eines Systems.

Bei der Maximierung der Positionierungsgenauigkeit sollte in der Regel der Antriebsmechanismus im Mittelpunkt stehen. Kugelgewindetriebe gelten im Allgemeinen als die beste Wahl für eine hohe Positionierungsgenauigkeit, die durch ihre Steigungsfehler- oder Toleranzklasse-Klassifizierung angegeben wird. Aber auch Gewindespindeln mit vorgespannten Muttern und hochpräzise Zahnstangen-Ritzel-Systeme ermöglichen hohe Positioniergenauigkeiten. Durch Biegen und Vibrieren des Systems kann die Positionierungsgenauigkeit beeinträchtigt werden. Daher ist die Steifigkeit der Montagestruktur, der Linearführung und der Verbindungen zwischen Komponenten auch für Systeme wichtig, die eine hohe Positionierungsgenauigkeit erfordern.

Im Gegensatz dazu hängt die Verfahrgenauigkeit eines Systems fast ausschließlich von der Montagestruktur und dem Linearführungssystem ab. Die meisten linearen Umlaufführungen werden nach einer Genauigkeitsklasse spezifiziert, die die maximalen Abweichungen in Höhe, Parallelität und Geradheit während des Verfahrvorgangs definiert. Da eine Linearführung jedoch nur so „genau“ ist wie die Oberfläche, auf der sie montiert wird, ist die Montagestruktur ein wichtiger Faktor. Durch die Montage einer „Präzisions“-Linearführung auf einer unbearbeiteten Basis oder einem Aluminiumstrangpressteil wird die Laufgenauigkeit der Führung beeinträchtigt.

Die Wiederholgenauigkeit eines Linearsystems wird in erster Linie durch den Antriebsmechanismus bestimmt – also durch die Steigungsgenauigkeit einer Spindel, die Zahnteilungsabweichung und maximale Dehnung eines Riemens oder das Spiel in einem Zahnstangen-Ritzel-System. Die beste Möglichkeit, die Wiederholgenauigkeit zu verbessern, besteht darin, Spiel oder Spiel im Antriebsmechanismus zu beseitigen. Kugelumlaufspindeln werden oft mit Vorspannung spezifiziert, um Spiel zu vermeiden, und viele Leitspindelkonstruktionen bieten auch kein Spiel. Zahnstangen-Ritzel-Systeme haben von Natur aus ein Spiel zwischen der Zahnstange und den Ritzelzähnen, aber Doppelritzel- und geteilte Ritzel-Konstruktionen beseitigen dieses Spiel.

Wenn das System erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, kann die Ausdehnung und Kontraktion von Komponenten aufgrund thermischer Effekte auch die Wiederholbarkeit eines Systems verringern. Im Gegensatz zur Positionierungs- oder Verfahrgenauigkeit kann die Wiederholgenauigkeit eines Systems nicht durch Feedback und Steuerung verbessert werden. Die einzige Möglichkeit, die Wiederholgenauigkeit eines Linearsystems zu verbessern, besteht darin, einen Antrieb mit höherer Wiederholgenauigkeit zu verwenden.

Ob ein Konstrukteur oder Ingenieur mehr Wert auf Genauigkeit oder Wiederholbarkeit legen sollte, hängt von der Art der Anwendung ab. Bei Positionierungsanwendungen wie Pick-and-Place oder Montage sind Positionsgenauigkeit und Wiederholbarkeit oft die kritischsten Faktoren. Aber bei Anwendungen wie Dosieren, Schneiden oder Schweißen, bei denen die Gleichmäßigkeit und Genauigkeit des Prozesses während des Transports von entscheidender Bedeutung ist, sollte die Genauigkeit des Transports im Vordergrund stehen.