Tarkastele viittä lenkkiä suunnitteluelementtien ketjussa, jotka ovat niin tärkeitä tarkkuustoiminnalle.

Lineaarinen liikejärjestelmä on vain niin vahva kuin sen mekaanisten ja sähkömekaanisten elementtien ketjun kaikkein vaarallisimmat lenkit. Kunkin komponentin ja ominaisuuden ymmärtäminen (ja niiden vaikutus suunnittelutulokseen) parantaa päätöksiä ja todennäköisyyttä, että lopullinen suunnittelu täyttää täysin sovelluksen vaatimukset. Loppujen lopuksi järjestelmän välys, tarkkuus ja muut suorituskykynäkökohdat voidaan jäljittää johtoruuvin, välyksenestomutterin, kytkimien, moottorin ja ohjausstrategian suunnittelussa ja valmistuksessa oleviin elementteihin.

Työskentely lineaariliiketoimittajien kanssa, joilla on asiantuntemusta kaikista suunnittelun linkeistä, on paras tapa saavuttaa huippusuorituskyky. Loppujen lopuksi optimoidut liikkeenohjausjärjestelmät ovat kuin suorituskykyinen urheiluauto, jonka kaikki elementit ovat hyvin tasapainossa … jolle oikean kokoinen moottori + oikea voimansiirto + oikeat renkaat + erinomaiset ohjausominaisuudet (kuten lukkiutumattomat jarrut ja luistonesto) = loistava suorituskykyä.

Harkitse esimerkkejä malleista, jotka vaativat huipputehoa. Joissakin 3D-tulostustyypeissä kerrosresoluutio lasketaan jopa 10 µm kerrosta kohti. Lääkinnällisissä laitteissa annosteluyksiköiden on luovutettava hengenpelastuslääkkeitä ja kontrolliannoksia mikrolitroihin asti. Samantyyppiset tiukat tarkkuudet ovat nähtävissä optisissa ja skannauslaitteissa, puolijohdeteollisuuden siru- ja kiekkojen käsittelylaitteissa sekä laboratorioautomaatiotilassa.

Vain lineaariset liikkeet, jotka on rakennettu kokonaisvaltaisella lähestymistavalla komponenttien valintaan ja integrointiin, voivat täyttää nämä yhä korkeammat suorituskykyvaatimukset. Usein sopivin ratkaisu näihin rakenteisiin on moottorikäyttöinen ruuvi ja mutteri sopivalla ohjausarkkitehtuurilla. Harkitsemme siis tämän tyyppisen lineaarisen kokoonpanon jokaisen linkin tärkeimpiä näkökohtia ja suorituskykyominaisuuksia.

Linkki yksi: johtoruuvin ja mutterin laatu

Johtoruuvit ovat olleet olemassa vuosikymmeniä eri muodoissa erilaisilla mutterimalleilla ja materiaaleilla. Suurimman osan siitä ajasta johtoruuvien valmistukseen käytettäviä koneita säädettiin manuaalisesti, mikä rajoittaa laatua koneen kykyyn ja käyttäjän taitotasoon. Useimmat valmistajat käyttävät edelleen tämän tyyppisiä laitteita, mutta nykyaikaiset automatisoidut prosessit nostavat johtoruuvien laadun uudelle tasolle.

Esimerkiksi tällaisissa toiminnoissa käytetään CNC-ohjattua sisäänsyöttöä, vinon säätöä ja paineensäätöä rullakierteitysprosessissa, jotta saadaan johdonmukaisimmat johtoruuvin kierteet. Näiden johtoruuvien pintakäsittely on tasaisen sileä eikä siinä ole pinnan hankausta, joka voi repeytyä polymeerimuttereista… järjestelmän ennennäkemättömän tarkkuuden ja käyttöiän vuoksi.

Samaan aikaan edistyneet metrologian ja tarkastustekniikat, jotka jäljittävät johtoruuvin kierteiden muotoa ja muotoa, osoittavat tuloksia pisteestä pisteeseen lyijyn tarkkuudella, joka on jopa kolme kertaa parempi kuin perinteisillä manuaalisilla menetelmillä. Tämä pitää johdon tarkkuuden jatkuvasti 0,003 tuumaa/ft asti ruuvin pituudella.

Kuljetustyyppisissä sovelluksissa, jotka siirtävät jotakin kohdetta pisteestä pisteeseen akselia pitkin, perinteinen menetelmä tarkistaa lyijyn tarkkuus 300 mm tai kuuden tuuman välein on riittävä. Mutta kaikkein tarkimmissa sovelluksissa jokaisen akselin kierteen tarkkuus on tärkeä. Poikkeama sopivasta langan geometriasta tunnetaan langan juopumisena.

Uudet automatisoidut CNC-valmistuslaitteet, -prosessit ja yksityiskohtaiset tarkastusmenetelmät tuottavat tiukempaa hallintaa ja laatua, joten yksittäisen kierteen ylä- ja alakohta osoittavat huomattavasti parempaa alikiertotarkkuutta – toisin sanoen vähemmän juopumista. Tämä puolestaan ​​auttaa johtoruuveja pitämään paikannustoistettavuuden yhden kierroksen aikana 1 µm:iin. Tämä on erityisen kriittinen suorituskykymittari sovelluksissa, kuten kalliiden kiekkojen ja sirujen käsittelyssä puolijohdeteollisuudelle ja lääkkeiden tarkkaan annostelemiseen ruiskupumpussa.

Kierrerullan jälkeen edistyneet ruuvitoimittajat suoristavat ruuvin akselit automaattisesti minimoimaan virheet ja juoksun, jotka voivat aiheuttaa tärinää, melua ja ennenaikaista kulumista. Ruuvin akselin suoruus on kriittinen, koska kaikki virheet korostuvat, kun se asennetaan moottoriin. Sitä vastoin perinteiset (manuaaliset) ruuvin oikaisumenetelmät voivat tuottaa lumikartiovaikutelman ruuvin akselin geometriassa – yksittäisen kaaren tai useiden kaarien muodossa, jotka kiertävät korkkiruuvin pitkän akselin ympäri. Jälleen automaattinen oikaisu ja tarkastus eliminoivat nämä virheet, mikä johtaa vakaaseen ruuvin suorituskykyyn.

Viimeinen vaihe johtoruuvien valmistuksessa on PTFE-pinnoitteen levitys. Vain tasainen sileä viimeistely takaa pitkän käyttöiän ja järjestelmän suorituskyvyn. PTFE:n epäjohdonmukainen käyttö (johtuen epäoptimaalisesta pinnoitusympäristöstä tai -laitteistosta) voi aiheuttaa pistesyöpymistä, halkeamia, kuplia, hilseilyä tai pinnan karheutta, mikä aiheuttaa mutterin ennenaikaista kulumista ja lyhentää kokoonpanon käyttöikää.

Linkki kaksi: mutterin ja ruuvin vuorovaikutus

Perinteisissä välyksenestomuttereissa on moniosainen rakenne, joka vaatii kierrejousen liikuttamaan holkkia lineaarisesti mutteria pitkin sormien sulkemiseksi ja ruuvin ja mutterin välisen sovituksen ohjaamiseksi.

Ongelmia, jotka myötävaikuttavat näiden mallien epäonnistumiseen, ovat jousen satunnainen ja muuttuva voima, mutterin holkin luistaminen ja vaihteleva paine mutterin materiaalin kuluessa. Sitä vastoin yksi vaihtoehtoinen mutteri, joka on suunniteltu antamaan jatkuvaa voimaa, sisältää yksinkertaistetun kaksiosaisen rakenteen, joka kohdistaa painetta mutterin sormiin säteittäisesti, mikä on suunta, jota tarvitaan mutterin ja ruuvin välisen välyksen tai välyksen ohjaamiseen.

Harkitse tavanomaista kierrejousen ja holkin mallia välyksen estävän johtoruuvimutterin osalta. Tässä muuttuvavoimainen kierrejousi tuottaa aksiaalivoiman, joka muunnetaan säteittäisvoimaksi mekaanisen häiriön avulla. Suunnittelu perustuu ruiskuvalettuihin komponentteihin, jotka kohdistavat voiman tasaisesti sormiin. Benchmark-testaus vahvistaa, että esikuormitus muuttuu dramaattisesti ensimmäisen 1000 jakson aikana.

Sitä vastoin tietyt vakiovoimaiset välyksen estävät johtoruuvimutterit tarjoavat välyksen suorituskyvyn, joka on 2–4 kertaa parempi kuin perinteiset mallit, kuten laboratorioautomaatioasiakkaan FDA-testaukset ovat vahvistaneet. Vakiovoimainen jousirakenne varmistaa tasaisen esikuormituksen akselin käyttöiän ajan. Itsevoiteleva mutterimateriaali PTFE:llä voitelevuuden ja tehokkuuden parantamiseksi.

Yksi vakiovoimaisten välyksenestoisten johtoruuvimutterien suurimmista eduista on niiden kyky virittää sovellukseen säätämällä jousia ja muita parametreja. Tämä viritys mahdollistaa esijännityksen, välyksen, vastusvoiman ja ajovälyksen optimoinnin vaadittujen teknisten vaatimusten mukaisesti. Jokainen ruuvi- ja mutteriyhdistelmä sekä jokainen täysi moottori ja ruuvikokoonpano voidaan testata kunkin näiden suorituskykyominaisuuksien osalta validoinnin ja lopputarkastuksen aikana.

Linkki kolme: Kytketty tai suora yhteys asemaan

Seuraava lenkki ketjussa on kuinka ruuvi kiinnittyy moottoriin. On olemassa kolme perustapaa, joilla tämä voidaan saavuttaa.

Ensimmäinen on perinteisin menetelmä, jossa liitin viedään kokoonpanoon ruuvin ja moottorin välisenä komponenttina, joka on rakennettu jatkettavalla tappiakselilla. Tämä rakenne vaatii enemmän tilaa kytkimen ja siihen liittyvän kiinnityskotelon pituudelle, ja se myös voi aiheuttaa kohdistusongelmia. Komponenttien lisääntyneen määrän vuoksi kaiken pitäminen keskilinjalla on vaikeampaa. Jos yksi tai useampi komponenteista ei ole pyöreä tai kohdistettu, seurauksena voi olla nokkatyyppinen vaikutus, joka vaikuttaa suuresti suorituskykyyn ja järjestelmän käyttöikään.

Toisessa menetelmässä ruuvi työnnetään kartiomaiseen reikään kiinnittääkseen sen mekaanisesti paikalleen (takapuolelta) pultilla. Tällainen kokoonpano on yleinen moottoreissa, jotka vaativat usein huoltoa – ja nopeaa purkamista ja kokoamista. Haittapuolena on, että kohdistusta on vaikea pitää ja se voi saada aikaan lumikartioilmiön, joka vahvistaa ruuvin pituuden epätarkkuuksia. Lisäksi tämä lumikartion huojunta ruuvissa luo kulumispisteitä, jotka voivat lisätä huoltotarvetta ja ennenaikaisia ​​järjestelmävikoja.

Kolmas menetelmä on ruuvin suora sovittaminen onttoon akseliin moottorin sisällä ja ruuvin kiinnittäminen laserhitsauksella moottorin takaosaan. Tämä menetelmä varmistaa parhaan mahdollisen kiinnittymisen ruuvin sovitukseen moottorin kanssa, mikä johtaa korkeimpaan mahdolliseen kohdistustarkkuuteen. Joissakin tapauksissa hitsi voidaan korvata teollisella liimalla, joka luo pysyvän liitoksen ruuvin ja moottorin välille. Tämä kokoamismenetelmä tarjoaa myös korkeimman tarkkuuden, koska se mahdollistaa ruuvin vähiten vääntymisen, mikä pidentää käyttöikää ja minimoi huoltotarpeen.

Johtoruuvin, mutterin ja kytkimen kohdistuksen optimointi pidentää koko järjestelmän käyttöikää. Vertailun lähtökohtana järjestelmän muihin elementteihin, testaus erilaisissa asennoissa erilaisilla johtoilla ja erilaisilla kuormituksilla ja nopeuksilla. Tulokset ovat osoittaneet, että matka-ikä ylittää standardin L10-laakerien käyttöiän 40 kertaa.

Toisin sanoen perinteiset moottori- ja johtoruuvikokoonpanot sisältävät useita komponentteja, jotka vaativat kokoonpanon ja joita on vaikea kohdistaa. Ne esittelevät leikin ja toleranssin yhdistämisen, mikä heikentää tarkkuutta ja lisää epäonnistumisen mahdollisuutta. Suuri komponenttimäärä nostaa myös kokoamiskustannuksia. Mutta integroidut lineaariset hybriditoimilaitteet sisältävät johtoruuvin, joka on kohdistettu ja kiinnitetty suoraan moottoriin – vähemmän komponentteja varten. Tämä lisää jäykkyyttä, tarkkuutta ja luotettavuutta… sekä yleistä suunnitteluarvoa.

Linkki neljä: Moottorityypin ja rakenteen valinta

Lineaarisissa toimilaitteissa on valikoima moottorivaihtoehtoja, joista yleisimmät moottorivaihtoehdot ovat avoimen silmukan askelia, suljetun silmukan versio, jossa käytetään joko levylle asennettua ohjausta tai teollisesti koteloitua älykästä askellaitetta, ja lopuksi harjaton dc (bldc) -moottori. Jokaisella on oma suorituskykyehdotuksensa tai nopeudet ja kuormitusominaisuudet, ja jokaisella on myös omat edut ja haitat, jotka liittyvät kustannuksiin, integraatioon, ohjaukseen ja muihin, joita käsittelemme myöhemmin.

Suurin vaikutus moottorin lineaarisen liikkeen suorituskykyyn edellyttää moottorin sisäisen suunnittelun tarkastelua konepellin alla. Tyypillisissä yleiskäyttöisissä moottoreissa käytetään aaltoilevaa aluslevyä, joka pitää laakerit ja kokoonpanon paikoillaan. Tämä on yleensä riittävä pyöriviin sovelluksiin, ja sitä voidaan usein soveltaa myös lineaarisiin sovelluksiin. Kuitenkin aaltoilevat aluslevyt varmistavat moottorin sisällä jonkin verran yhteensopivuutta, mikä voi aiheuttaa pieniä määriä aksiaalista tai lineaarista välystä, mikä johtaa lineaarisen sijainnin epätarkkuuksiin.

Tämän helpottamiseksi suunnittelussa voidaan muokata toista tai molempia kahdesta elementistä. Suuremmat laakerit voidaan lisätä kokoonpanon työntövoiman lisäämiseksi, ja avaimen mutteri voidaan lisätä ja säätää ennalta määrättyyn vääntömomenttimääritykseen järjestelmän välyksen poistamiseksi.

Linkki viisi: Ohjausvaihtoehtojen valinta

Viimeinen linkki, joka yhdistää kaikki elementit yhteen, on se, kuinka fyysistä lineaarista liikettä ohjataan ja ohjataan. Perinteisesti tämä vaatisi useita erillisiä kappaleita, mukaan lukien vahvistimen ja ohjaimen. Jokainen tarvitsee kaapin ja siihen liittyvät laitteistot, johdotukset, kooderin ja anturit palautetta varten. Näistä asetuksista voi tulla monimutkaisia ​​ja hankalia asentaa, suorittaa vianmääritys ja käyttää.

Valmiiden älykkäiden moottoriratkaisujen ilmaantuminen on yksinkertaistanut johdotusta ja vähentänyt porrasservotyyppisen suorituskyvyn ja ohjauksen saavuttamiseen liittyvien liittimien ja antureiden määrää. Tämä säästää kustannuksia, koska komponenttien määrä on pienempi ja asennukseen liittyy vähemmän aikaa ja työvoimaa. Nämä moottorit toimitetaan myös esiasennetuissa teollisissa pakkauksissa, jotka tiivistävät ja suojaavat korttia ja ohjausta väärinkäytöltä tai saastumiselta IP65- tai IP67-luokilla.

Kun sovellus vaatii erityisiä räätälöityjä ominaisuuksia, tilaa ja kokoa koskevat huomiot ovat minimoituja tai alhaiset kustannukset ovat kriittinen ohjain, räätälöity kapseloimaton IP20-moottoriin asennettu korttiohjain on hyödyllinen vaihtoehto. Tämä pätee erityisesti suuriin sovelluksiin, jotka on sijoitettu tyyliteltyihin koteloihin tai laitteisiin. Tällaiset toimilaitteet tuovat älykkäiden moottoreiden edut (yleensä huomattavilla kustannussäästöillä) ja ohjaus on aivan moottorissa helpompaa ja nopeampaa tiedonsiirtoa isäntälaitteen tai PLC:n kanssa.