डिजाइन तत्वों की श्रृंखला में पांच लिंक की समीक्षा करें जो परिशुद्ध संचालन के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण हैं।

एक रैखिक गति प्रणाली केवल यांत्रिक और विद्युत यांत्रिक तत्वों की अपनी श्रृंखला में सबसे समझौता करने वाली कड़ियों जितनी ही मजबूत होती है। प्रत्येक घटक और विशेषता (और डिजाइन आउटपुट पर इसके प्रभाव) को समझना निर्णयों और संभावनाओं को बेहतर बनाता है कि अंतिम डिजाइन पूरी तरह से आवेदन की मांगों को पूरा करता है। आखिरकार, सिस्टम बैकलैश, सटीकता और अन्य प्रदर्शन पहलुओं को लीडस्क्रू, एंटी-बैकलैश नट, कपलिंग, मोटर और नियंत्रण रणनीति के डिजाइन और निर्माण में तत्वों का पता लगाया जा सकता है।

डिजाइन के सभी लिंक में विशेषज्ञता रखने वाले रैखिक-गति आपूर्तिकर्ताओं के साथ काम करना शीर्ष डिजाइन प्रदर्शन प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका है। अंततः, अनुकूलित गति नियंत्रण प्रणाली एक उच्च प्रदर्शन वाली स्पोर्ट्स कार की तरह होती है जिसके सभी तत्व अच्छी तरह से संतुलित होंगे ... जिसके लिए सही आकार की मोटर + सही ट्रांसमिशन + सही टायर + बेहतरीन नियंत्रण सुविधाएँ (जैसे एंटीलॉक ब्रेक और ट्रैक्शन कंट्रोल) = बेहतरीन प्रदर्शन।

शीर्ष प्रदर्शन की आवश्यकता वाले डिज़ाइन के कुछ उदाहरणों पर विचार करें। 3D प्रिंटिंग के कुछ प्रकारों में, परत रिज़ॉल्यूशन को 10 µm प्रति परत तक कम किया जा रहा है। चिकित्सा उपकरणों में, डिस्पेंसिंग इकाइयों को जीवन रक्षक दवाओं का उत्पादन करना चाहिए और खुराक को माइक्रोलीटर तक नियंत्रित करना चाहिए। इसी प्रकार की सटीक सटीकता ऑप्टिकल और स्कैनिंग उपकरण, सेमीकंडक्टर उद्योग में चिप और वेफर प्रसंस्करण उपकरण और लैब-ऑटोमेशन स्पेस में देखी जा सकती है।

घटक चयन और एकीकरण के लिए समग्र दृष्टिकोण के साथ निर्मित केवल रैखिक गति डिज़ाइन ही इन लगातार उच्च प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। अक्सर इन बिल्ड के लिए सबसे उपयुक्त समाधान उचित नियंत्रण वास्तुकला के साथ एक मोटर-चालित पेंच और नट होता है। तो आइए इस प्रकार की रैखिक असेंबली में प्रत्येक लिंक के लिए प्रमुख विचारों और प्रदर्शन विशेषताओं पर विचार करें।

लिंक एक: लीडस्क्रू और नट की गुणवत्ता

लीडस्क्रू कई दशकों से विभिन्न रूपों में विभिन्न नट डिज़ाइन और सामग्रियों के साथ मौजूद हैं। उस समय के अधिकांश समय में, लीडस्क्रू बनाने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली मशीनों को मैन्युअल रूप से समायोजित किया जाता था - गुणवत्ता को मशीन की क्षमता और ऑपरेटर के कौशल स्तर तक सीमित रखा जाता था। अधिकांश निर्माता आज भी इस प्रकार के उपकरण का उपयोग करते हैं, लेकिन आधुनिक स्वचालित प्रक्रियाएँ लीडस्क्रू की गुणवत्ता को अगले स्तर तक ले जा रही हैं।

उदाहरण के लिए, इस तरह के ऑपरेशन रोल-थ्रेडिंग प्रक्रिया के लिए सीएनसी-नियंत्रित इनफीड, तिरछा समायोजन और दबाव नियंत्रण का उपयोग करते हैं ताकि सबसे सुसंगत लीडस्क्रू थ्रेड फॉर्म प्राप्त हो सकें। इन लीडस्क्रू की सतह की फिनिश लगातार चिकनी और सतह के घर्षण से मुक्त होती है जो पॉलिमर नट को फाड़ सकती है ... अभूतपूर्व सिस्टम सटीकता और जीवन के लिए।

साथ ही, लीडस्क्रू थ्रेड के आकार और रूप का पता लगाने वाली उन्नत माप-पद्धति और निरीक्षण तकनीकें बिंदु-से-बिंदु लीड सटीकता में परिणाम दिखाती हैं जो पारंपरिक मैनुअल तरीकों की तुलना में तीन गुना बेहतर हैं। यह लगातार एक स्क्रू की लंबाई पर 0.003 इंच/फीट तक लीड सटीकता को बनाए रखता है।

परिवहन-प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए किसी वस्तु को अक्ष के साथ बिंदु से बिंदु तक ले जाने के लिए, हर 300 मिमी या छह इंच पर लीड सटीकता की जाँच करने की पारंपरिक विधि पर्याप्त है। लेकिन उच्चतम परिशुद्धता अनुप्रयोगों के लिए, प्रत्येक शाफ्ट थ्रेड की सटीकता प्रासंगिक है। उपयुक्त थ्रेड ज्यामिति से विचलन को थ्रेड की ड्रंकनेस के रूप में जाना जाता है।

नए स्वचालित सीएनसी विनिर्माण उपकरण, प्रक्रियाएं, और विस्तृत निरीक्षण विधियां सख्त नियंत्रण और गुणवत्ता का उत्पादन करती हैं ताकि एक व्यक्तिगत धागे के भीतर उच्च और निम्न बिंदु बहुत बेहतर उप-रोटेशन सटीकता दिखा सकें - दूसरे शब्दों में, कम नशे की लत। यह बदले में लीडस्क्रू को 1 µm तक एकल रोटेशन पर स्थिति दोहराव को बनाए रखने में मदद करता है। यह सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए महंगे वेफर्स और चिप्स को संसाधित करने और सिरिंज पंप में दवाओं को सटीक रूप से वितरित करने जैसे अनुप्रयोगों में एक विशेष रूप से महत्वपूर्ण प्रदर्शन मीट्रिक है।

थ्रेड रोलिंग के बाद, उन्नत स्क्रू आपूर्तिकर्ता स्वचालित तरीके से स्क्रू शाफ्ट को सीधा करते हैं ताकि त्रुटियों और रनआउट को कम किया जा सके जो कंपन, शोर और समय से पहले घिसाव का कारण बन सकते हैं। स्क्रू-शाफ्ट सीधा होना महत्वपूर्ण है क्योंकि मोटर के साथ इसे जोड़ने पर कोई भी त्रुटि बढ़ जाती है। इसके विपरीत, स्क्रू को सीधा करने के पारंपरिक (मैनुअल) तरीके स्क्रू-शाफ्ट ज्यामिति में एक बर्फ-शंकु प्रभाव पैदा कर सकते हैं - एक एकल आर्च या कई आर्च के रूप में जो लंबे शाफ्ट अक्ष के चारों ओर कॉर्कस्क्रू करते हैं। फिर से, स्वचालित सीधा करने और निरीक्षण इन त्रुटियों को समाप्त करता है जिसके परिणामस्वरूप स्थिर स्क्रू प्रदर्शन होता है।

लीडस्क्रू के उत्पादन में अंतिम चरण PTFE कोटिंग का अनुप्रयोग है। केवल एक सुसंगत चिकनी फिनिश ही लंबी आयु और सिस्टम प्रदर्शन प्रदान करती है। PTFE का असंगत अनुप्रयोग (उप-इष्टतम कोटिंग वातावरण या उपकरण के परिणामस्वरूप) गड्ढे, दरारें, बुलबुले, परत या सतह खुरदरापन पैदा कर सकता है जो नट में समय से पहले घिसाव और असेंबली जीवन को छोटा कर देता है।

लिंक दो: नट और स्क्रू की परस्पर क्रिया

पारंपरिक एंटी-बैकलैश नट एक बहु-टुकड़ा डिजाइन का उपयोग करते हैं, जिसमें फिंगर्स को बंद करने और स्क्रू और नट के बीच फिट को नियंत्रित करने के लिए नट के साथ रैखिक रूप से एक कोलेट को स्थानांतरित करने के लिए एक कुंडल स्प्रिंग की आवश्यकता होती है।

इन डिज़ाइनों में विफलता में योगदान देने वाली समस्याएँ हैं स्प्रिंग का छिटपुट और परिवर्तनशील बल, नट पर कोलेट का चिपकना-फिसलना, और नट सामग्री के घिसने पर दबाव में उतार-चढ़ाव। इसके विपरीत, निरंतर बल प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किए गए एक वैकल्पिक नट में एक सरलीकृत दो-टुकड़ा डिज़ाइन शामिल है जो नट फिंगर्स पर रेडियल फ़ैशन में दबाव डालता है जो नट और स्क्रू के बीच क्लीयरेंस या प्ले को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक दिशा है।

एंटी-बैकलैश लीडस्क्रू नट के लिए पारंपरिक कॉइल स्प्रिंग और कोलेट डिज़ाइन पर विचार करें। यहाँ, एक परिवर्तनीय बल कॉइल स्प्रिंग अक्षीय बल उत्पन्न करता है जिसे यांत्रिक हस्तक्षेप के माध्यम से रेडियल बल में परिवर्तित किया जाता है। डिज़ाइन उंगलियों पर समान रूप से बल लगाने के लिए इंजेक्शन मोल्डेड घटकों पर निर्भर करता है। बेंचमार्क परीक्षण पुष्टि करता है कि पहले 1,000 चक्रों में प्रीलोड नाटकीय रूप से बदल जाता है।

इसके विपरीत, कुछ निरंतर-बल वाले एंटी-बैकलैश लीडस्क्रू नट बैकलैश प्रदर्शन प्रदान करते हैं जो पारंपरिक डिज़ाइनों की तुलना में दो से चार गुना बेहतर है जैसा कि लैब ऑटोमेशन ग्राहक के FDA परीक्षण द्वारा मान्य है। एक निरंतर बल स्प्रिंग डिज़ाइन अक्ष के जीवनकाल में लगातार प्री-लोड सुनिश्चित करता है। चिकनाई और बढ़ी हुई दक्षता के लिए PTFE के साथ स्व-स्नेहन नट सामग्री।

निरंतर-बल विरोधी बैकलैश लीडस्क्रू नट के सबसे बड़े लाभों में से एक यह है कि उन्हें स्प्रिंग और अन्य मापदंडों में समायोजन के साथ किसी अनुप्रयोग के लिए ट्यून किया जा सकता है। यह ट्यूनिंग आवश्यक विनिर्देशों को पूरा करने के लिए प्रीलोड, बैकलैश, ड्रैग फोर्स और रनिंग क्लीयरेंस के अनुकूलन की अनुमति देता है। प्रत्येक स्क्रू और नट संयोजन, प्रत्येक फुल अप मोटर और स्क्रू असेंबली के साथ, सत्यापन और अंतिम निरीक्षण के दौरान इनमें से प्रत्येक प्रदर्शन विशेषताओं के लिए परीक्षण किया जा सकता है।

लिंक तीन: ड्राइव से युग्मित या सीधा कनेक्शन

श्रृंखला की अगली कड़ी यह है कि स्क्रू को मोटर से कैसे जोड़ा जाता है। इसे पूरा करने के तीन बुनियादी तरीके हैं।

पहला तरीका सबसे पारंपरिक तरीका है, जिसमें एक कपलर को स्क्रू और मोटर के बीच घटक के रूप में असेंबली में पेश किया जाता है, जिसे एक विस्तारित स्टड शाफ्ट के साथ बनाया जाता है। इस डिज़ाइन के लिए कपलर की लंबाई और किसी भी संबंधित अटैचमेंट हाउसिंग के लिए अधिक स्थान की आवश्यकता होती है, और यह संरेखण संबंधी समस्याएं भी पैदा कर सकता है। घटकों की बढ़ी हुई संख्या के कारण, सब कुछ केंद्र रेखा पर रखना अधिक कठिन है। यदि एक या अधिक घटक गोल या संरेखण से बाहर हैं, तो परिणाम एक कैम प्रकार का प्रभाव हो सकता है जो प्रदर्शन और सिस्टम के जीवन को बहुत प्रभावित करता है।

दूसरी विधि में पेंच को एक पतले छेद में डाला जाता है ताकि इसे बोल्ट के साथ यांत्रिक रूप से सुरक्षित किया जा सके (पीछे से)। ऐसी असेंबली उन मोटरों पर आम है जिन्हें बार-बार रखरखाव की आवश्यकता होगी - और अलग करने और फिर से जोड़ने के लिए एक त्वरित विधि। इसका नुकसान यह है कि संरेखण को बनाए रखना मुश्किल है और एक बर्फ-शंकु प्रभाव को बढ़ावा दे सकता है जो पेंच की लंबाई पर अशुद्धियों को बढ़ाता है। इसके अलावा, पेंच में यह बर्फ-शंकु कंपन घिसाव बिंदु बनाता है जो रखरखाव की आवश्यकता और समय से पहले सिस्टम विफलता को बढ़ा सकता है।

तीसरी विधि मोटर के भीतर एक खोखले शाफ्ट पर स्क्रू को सीधे फिट करना और मोटर के पीछे एक लेजर वेल्ड के साथ स्क्रू को चिपकाना है। यह विधि मोटर के साथ स्क्रू के फिट में अधिकतम जुड़ाव सुनिश्चित करती है जिसके परिणामस्वरूप उच्चतम सटीकता संरेखण संभव है। कुछ मामलों में, वेल्ड को एक औद्योगिक चिपकने वाले पदार्थ से बदला जा सकता है जो स्क्रू और मोटर के बीच एक स्थायी बंधन बनाता है। यह असेंबली विधि स्क्रू में कम से कम रनआउट प्रदान करके उच्चतम स्तर की सटीकता भी प्रदान करती है जिसके परिणामस्वरूप विस्तारित जीवन होता है और रखरखाव की आवश्यकता कम होती है।

लीडस्क्रू, नट और कपलिंग संरेखण को अनुकूलित करने से पूरे सिस्टम का जीवन बढ़ जाता है। सिस्टम में अन्य तत्वों के साथ तुलना के लिए आधार रेखा के रूप में, विभिन्न लीड के साथ विभिन्न अभिविन्यासों में और लोड और गति की एक सीमा के साथ परीक्षण किया गया। परिणामों ने यात्रा जीवन को मानक L10 असर जीवन से 40 गुना अधिक दिखाया है।

दूसरे शब्दों में, पारंपरिक मोटर-और-लीडस्क्रू सेटअप में कई घटक शामिल होते हैं जिन्हें असेंबली की आवश्यकता होती है और उन्हें संरेखित करना मुश्किल होता है। वे प्ले और टॉलरेंस स्टैक-अप पेश करते हैं जो सटीकता को कम करते हैं और विफलता की संभावना को बढ़ाते हैं। उच्च घटक गणना भी समग्र असेंबली लागत को बढ़ाती है। लेकिन एकीकृत हाइब्रिड लीनियर एक्ट्यूएटर सेटअप में मोटर के साथ सीधे संरेखित और तय किया गया लीडस्क्रू शामिल होता है - कम घटकों के लिए। यह अधिक कठोरता, सटीकता और विश्वसनीयता के साथ-साथ समग्र डिज़ाइन मूल्य के लिए बनाता है।

लिंक चार: मोटर प्रकार और डिजाइन का चयन

लीनियर एक्ट्यूएटर मोटर विकल्पों के साथ आते हैं, जिनमें सबसे आम मोटर विकल्प ओपन लूप स्टेपर, बोर्ड माउंटेड कंट्रोल या औद्योगिक रूप से संलग्न स्मार्ट स्टेपर का उपयोग करने वाला क्लोज्ड लूप संस्करण और अंत में ब्रशलेस डीसी (बीएलडीसी) मोटर है। प्रत्येक का अपना प्रदर्शन प्रस्ताव या गति और लोड क्षमताएं होती हैं, और प्रत्येक में लागत, एकीकरण, नियंत्रण और अन्य चीजों के बारे में अपने फायदे और नुकसान भी होते हैं, जिनके बारे में हम बाद में बात करेंगे।

मोटर के रैखिक गति प्रदर्शन पर सबसे बड़ा प्रभाव मोटर के आंतरिक डिजाइन पर हुड के नीचे देखने की आवश्यकता है। आम तौर पर सामान्य प्रयोजन वाली मोटरें बीयरिंग और असेंबली को जगह पर रखने के लिए एक लहरदार वॉशर का उपयोग करती हैं। यह आमतौर पर रोटरी अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त है और अक्सर रैखिक पर भी लागू किया जा सकता है। हालाँकि, लहरदार वॉशर मोटर के भीतर अनुपालन की एक मात्रा प्रदान करते हैं जो अक्षीय या रैखिक खेल की छोटी मात्रा को प्रेरित कर सकते हैं जो रैखिक स्थिति की अशुद्धियों में बदल जाते हैं।

इसे कम करने के लिए, डिज़ाइन में दो तत्वों में से एक या दोनों को संशोधित किया जा सकता है। असेंबली की थ्रस्ट लोड क्षमता को बढ़ाने के लिए बड़े बियरिंग डाले जा सकते हैं, और सिस्टम से प्ले को हटाने के लिए एक स्पैनर नट जोड़ा जा सकता है और उसे पूर्व निर्धारित टॉर्क विनिर्देश के अनुसार समायोजित किया जा सकता है।

लिंक पांच: नियंत्रण विकल्पों का चयन

अंतिम कड़ी जो सभी तत्वों को एक साथ खींचती है वह यह है कि भौतिक रैखिक गति को कैसे निर्देशित और नियंत्रित किया जाए। परंपरागत रूप से इसके लिए एक एम्पलीफायर और नियंत्रक सहित कई अलग-अलग टुकड़ों की आवश्यकता होगी। प्रत्येक को एक कैबिनेट और संबंधित हार्डवेयर, वायरिंग, एनकोडर और फीडबैक के लिए सेंसर की आवश्यकता होगी। इन सेटअप को स्थापित करना, समस्या निवारण करना और संचालित करना जटिल और बोझिल हो सकता है।

ऑफ-द-शेल्फ स्मार्ट मोटर समाधानों के उद्भव ने वायरिंग को सरल बनाने और स्टेप-सर्वो प्रकार के प्रदर्शन और नियंत्रण प्राप्त करने से जुड़े कनेक्टर और सेंसर की संख्या को कम करने का काम किया है। यह कम घटक संख्या के साथ-साथ स्थापना से जुड़े कम समय और श्रम के कारण लागत बचत प्रदान करता है। ये मोटरें पहले से ही इकट्ठे औद्योगिक पैकेज में भी आती हैं जो बोर्ड और नियंत्रण को IP65 या IP67 रेटिंग के साथ दुरुपयोग या संदूषण से सील और सुरक्षित करती हैं।

जब किसी एप्लिकेशन को विशिष्ट अनुकूलित सुविधाओं की आवश्यकता होती है, जिसमें स्थान और आकार संबंधी विचार कम से कम होते हैं, या कम लागत एक महत्वपूर्ण चालक है, तो कस्टम अनकैप्सुलेटेड IP20 मोटर-माउंटेड बोर्ड नियंत्रण एक उपयोगी विकल्प है। यह विशेष रूप से स्टाइलिज्ड हाउसिंग या उपकरण में रखे गए बड़े-वॉल्यूम अनुप्रयोगों के लिए सच है। ऐसे एक्ट्यूएटर स्मार्ट मोटर्स के फायदे प्रदान करते हैं (आमतौर पर पर्याप्त लागत बचत पर) और मास्टर या पीएलसी के साथ आसान और तेज़ संचार के लिए नियंत्रण मोटर पर ही होता है।