Elektronische, optische, Computer-, Inspektions-, Automatisierungs- und Laserindustrien erfordern unterschiedliche Spezifikationen für Positionierungssysteme.Kein System ist für alle geeignet.

Um sicherzustellen, dass ein Positionierungssystem mit hoher Genauigkeit optimal funktioniert, müssen die Komponenten, aus denen das System besteht-Lager, Positionsmesssystem, Motor- und Antriebssystem und Controller-alle zusammenarbeiten, um die Anwendungskriterien zu erfüllen.

Basis & Lager

Betrachten Sie zuerst den mechanischen Teil des Systems, um sich über die optimale Systemkonfiguration zu entscheiden. Für lineare Phasen sind dies die vier gängigen Basis- und Basis-Design-Auswahlmöglichkeiten:
• Aluminiumbasis und mit Bolton-Ball-Tragetaste rutschen.
• Aluminium- oder Stahlbasis und Aluminium- oder Stahlseite mit vier regellangen Halbenblöcken auf Stahlschienen.
• Meehanite Gusseisenbasis und gleiten mit integraler Walzenrollen.
• Granitführer mit Granit- oder Gusseisen -Folien und Luftlagern.

Aluminium ist leichter als Meehanite oder Stahl, aber weniger steif, weniger stabil, weniger in der Lage, eine Schlähne zu nehmen und weniger stressresistent. Darüber hinaus ist Aluminium viel empfindlicher gegenüber Temperaturänderungen. Gusseisen ist 150% steifer als Aluminium und 300% besser bei Vibrationsdämpfung. Stahl ist langlebig und stärker als Eisen. Es leidet jedoch längeres Klingeln, was sich nachteilig ist, sich schnell zu bewegen und Zeiten zu besiedeln.

Granitführer mit Luftlagern bieten die steifste und langlebigste Kombination. Granit kann zur Flachheit und Geradheit im Submikronbereich poliert werden. Der Nachteil an einem Granittisch ist, dass er aufgrund der Granitmasse einen größeren Raumumschlag hat und mehr als ein Stahl- oder Eisenbasis-Positionierungssystem wiegt. Da es jedoch keinen Kontakt zwischen Lager und Granitführeroberflächen gibt, gibt es keinen Verschleiß und Luftlager sind weitgehend selbstreinig. Außerdem hat Granit hervorragende Vibrationsdämpfungseigenschaften und thermische Stabilität.

Darüber hinaus ist das Design der Tabelle selbst für die Gesamtleistung der Tabelle wichtig. Die Tabellen sind in verschiedenen Konfigurationen erhältlich, von Schraubeneinheiten mit vielen Teilen bis hin zu einfachen Gussbasen und Folien. Die Verwendung eines Materials in der gesamten Tabelle bietet im Allgemeinen eine gleichmäßigere Reaktion auf Temperaturschwankungen, was zu einem genaueren System führt. Merkmale wie Rippen sorgen für eine Dämpfung, die ein schnelles Absetzen ermöglicht.

Integrale Möglichkeiten haben einen Vorteil gegenüber den Wegen, auch nach langer Zeit ist keine Anpassung der Möglichkeiten für die Vorspannung erforderlich.

Überkreuzte Rollenlager haben einen Linienkontakt zwischen Roller und Raceway, während Kugellager einen Punktkontakt zwischen Ball und Raceway haben. Dies führt im Allgemeinen zu einer reibungsloseren Bewegung für Rollenlager. Es gibt weniger Oberflächenverformung (und Verschleiß) über der Rollfläche und es gibt eine größere Kontaktfläche, sodass die Last gleichmäßiger verteilt ist. Die Belastungen von bis zu 4,5 bis 14 kg/Walzen sind Standard sowie eine hohe mechanische Steifheit von etwa 150 bis 300 Newtons/Micron. Zu den Nachteilen zählen inhärente Reibung aus dem Linienkontakt.

Die kleine Kontaktfläche, die die Reibung des Kugellageres begrenzt, begrenzt jedoch ebenfalls die Belastungskapazität. Rollenlager haben im Allgemeinen länger als Kugellager. Die Rollenlager kosten jedoch mehr.

Die Standardtischgrößen eines Herstellers umfassen 25 bis 1.800 mm Länge und 100 bis 600 mm Schieberbreite.

Eine Luftlagerkonfiguration besteht aus Auftriebs- und Leitlagern, die durch gegnerische Luftlager oder durch hohe Magneten mit hoher Kraft, die in den Führungsmitgliedern eingebettet sind, vorinstalliert werden. Dieses nicht -kontakte Design vermeidet die Reibung anderer Lagerdesigns. Auch Luftlager erleiden keinen mechanischen Verschleiß. Darüber hinaus können Luftlager weit auseinander geraten. Daher werden resultierende geometrische Fehler gemittelt, wodurch Winkelabweichungen von weniger als 1 Sekunden lang Bogen und Geradheit von besser als 0,25 Mikron über 200 mm erzeugt werden.

Numerische Werte sind schwer zu liefern - sie hängen von vielen Faktoren ab. Beispielsweise hängt die Positionierungsgenauigkeit nicht nur von den Lagern oder Leitfäden, sondern auch vom Positionsmesssystem und dem Controller ab. Die Reibung in einem Positionierungssystem hängt nicht nur davon ab, welches Antriebssystem Sie ausgewählt haben, sondern auch von der Lagereinstellung, der Tischversiegelung, der Schmierung und so weiter. Daher hängen die genauen Werte, die erreicht werden können, sehr von der Kombination aller Komponenten ab, was wiederum von der Anwendung abhängt.

Antriebssystem

Von den vielen Arten von Antriebssystemen-Gürtel, Rack-and-Pinion, Bleischraube, Präzisions-Bodenkugel und linearen Motor-werden nur die letzten beiden für die meisten Positionierungssysteme mit hoher Genauigkeit berücksichtigt.

Kugelschraubenfahrten sind in einer Reihe von Auflösungs-, Präzisions- und Steifheitseigenschaften und können hohe Geschwindigkeiten (über 250 mm/s) liefern. Da der Kugelschraubenantrieb jedoch durch die kritische Drehzahl der Schraube begrenzt ist, erfordert eine höhere Geschwindigkeit eine niedrigere Tonhöhe mit weniger mechanischer Vorteil und einem höheren Motor. Dies bedeutet normalerweise, dass Sie mit höherer Busspannung in einen Motorantrieb mit höherem Stromverbrauch wechseln. Kugelschraubenfahrten, obwohl weit verbreitet, können auch mechanische Gegenreaktionen, Aufwickeln, zyklische Pitchfehler und Reibung erleiden. Ebenfalls übersehen ist die Steifheit der mechanischen Kopplung, die Motor und Antrieb verbindet.

Mit dem linearen Servomotor setzt die elektromagnetische Kraft die sich bewegende Masse ohne mechanische Verbindung direkt ein. Es gibt keine mechanische Hysterese- oder Pitch -zyklische Fehler. Die Genauigkeit hängt vollständig vom Lagersystem und dem Rückkopplungssteuerungssystem ab.

Die dynamische Steifheit gibt an, wie gut ein Servosystem als Reaktion auf eine Impulslast aufrechterhalten wird. Im Allgemeinen bieten eine größere Bandbreite und eine höhere Verstärkung eine größere dynamische Steifheit. Dies kann quantifiziert werden, indem die gemessene Impulsbelastung durch den Ablenkabstand geteilt wird:

Dynamische Steifheit = ΔF/Δx

Die hohe Steifheit und hohe Eigenfrequenz führen zu einem hervorragenden Servoverhalten mit kurzen Absetzzeiten. Der Objektträger reagiert schnell, um die Positionsbefehle zu ändern, da keine mechanische Verknüpfung zwischen Motor und Objektträger besteht. Auch, da es keine Kugelschraube „Klingeln“ gibt, können schnelle Bewegungen und Abschlusszeiten erreicht werden.

Ein bürstenloser linearer Motor besteht aus einer permanenten Magnetenbaugruppe, die an der Maschinenbasis befestigt ist, und eine Spulenbaugruppe, die am Rutschen befestigt ist. Eine Lücke von etwa 0,5 mm wird zwischen der Spulenbaugruppe und den Magneten gehalten. Es gibt keinen physischen Kontakt zwischen den beiden Baugruppen.

Der Kern der sich bewegenden Spulenversammlung beherbergt eine Reihe überlappter und isolierter Kupferspulen. Dies sind Präzisionswunde und für den Drei-Phasen-Betrieb aufgestellt. Für die elektronische Kommutierung wird eine Reihe von Hall -Effect -Sensoren verwendet. Die Gestaltung der Kommutierungselektronik bietet Bewegung mit vernachlässigbarer Kraft Ripple. Da die Kommutierung eher elektronisch als mechanisch ist, wird das Kommutierungsbogenbogenbogen beseitigt.

Diese Eigenschaften machen einen linearen Servomotor für Anwendungen nützlich, die eine hohe Beschleunigung (z. B. 2,5 m/s2 oder mehr), hohe Geschwindigkeit (z. B. 2 m/s oder mehr) oder eine präzise Geschwindigkeitskontrolle, selbst bei sehr niedriger Geschwindigkeit (z. B. nur wenige mm/s) erfordern. Darüber hinaus braucht ein solcher Motor keine Schmierung oder andere Wartung und hat keinen Verschleiß. Wie bei jedem anderen Motor darf der RMS -Wert der kontinuierlichen Kraft oder des Stroms aufgrund der Wärmeableitung die zulässigen Werte für lange Zeiträume nicht überschreiten.

Sie können lineare Servomotoren in kontinuierlichen Antriebskräften von 25 bis mehr als 5.000 N erhalten. Die meisten größeren Motoren haben Luft- oder Wasserkühlung. Mehrere lineare Motoren können parallel oder Serienanordnung angeschlossen werden, um höhere Antriebskräfte zu erhalten.

Da es keine mechanische Verknüpfung zwischen Motor und Objektträger gibt, gibt es keine mechanische Reduktion, z. B. mit einer Kugelschraube. Die Last überträgt ein Verhältnis von 1: 1 zum Motor. Bei einem Kugelschraubenantrieb wird die Trägheit des Lasts am Rutsch zum Motor durch das Quadrat des Reduktionsverhältnisses reduziert. Dies macht den linearen Motorantrieb für Anwendungen mit häufigen Laständerungen weniger geeignet, es sei denn, Sie wählen einen Controller, den Sie mit verschiedenen Sätzen von Motorsteuerungsparametern programmieren können, die unterschiedlichen Lasten entsprechen, um eine effektive Servoausgleich zu erhalten.

Für viele vertikale Anwendungen ist eine Kugelschraube einfacher und kostengünstiger-der lineare Motor muss kontinuierlich mit Energie versorgt werden, um die Schwerkraft auszugleichen. Außerdem kann eine elektromechanische Bremse die Tischposition sperren, wenn die Stromversorgung ausgeschaltet ist. Sie können jedoch einen linearen Motor verwenden, wenn Sie den Motor ausgleichen und mit einer Feder-, Gegengewichts- oder Luftzylinder laden.

Bei anfänglichen Kosten gibt es kaum einen Unterschied zwischen einem linearen Motorantrieb und einem Kugelschraubenantrieb, der Motor, Kupplungen, Lager, Lagerblöcke und Kugelschrauben umfasst. Im Allgemeinen ist ein linearer Pinselmotor etwas billiger als ein Kugelschraubenantrieb, und bürstenlose Versionen sind normalerweise etwas teurer.

Es gibt mehr zu berücksichtigen als anfängliche Kosten. Ein realistischerer Vergleich umfasst Wartung, Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Ersatzkosten, einschließlich Arbeitskräfte. Hier zeigt der lineare Motor gut.

Teil 2 decken Positionsmesssysteme ab.