Le tecniche di compensazione del disallineamento economico impediscono il sovraccarico e il fallimento prematuro di cavalli

Strumenti di allineamento a cavalletto

Quando i produttori di sistemi di posizionamento costruiscono un sistema di cavalletto, in genere usano strumenti di allineamento speciali durante il processo di assemblaggio per garantire che soddisfino la forza, la precisione e le specifiche della vita.

Gli interferometri laser vengono spesso utilizzati per l'allineamento delle macchine per precisione sull'ordine dei secondi di micron e ARC. Ad esempio, un interferometro laser di Renishaw aiuta ad allineare la piattaforma, la rettilineità e la quadratura di Gantry Rails.

Altri strumenti, come i laser di allineamento di Hamar, usano travi laser rotanti come piani di riferimento di precisione nello spazio con sensori posizionati sulla diapositiva mobile. La regolazione delle viti di livello del binario o lo shinging sotto i binari, porta la binario o la fase sull'orientamento desiderato. Il livellamento delle rotaie ad alta precisione può richiedere giorni o settimane a seconda del livello di precisione, delle dimensioni e della configurazione di una macchina.

Per i requisiti di allineamento a bassa accuratezza, vengono utilizzati vari componenti meccanici, inclusi livelli elettronici, indicatori di composizione, bordi dritti e travi parallele. Con questi, i tecnici allineano la guida principale con un indicatore di quadrante contro una superficie di montaggio di precisione o un bordo dritto. Dopo che un binario è stato serrato alla precisione richiesta, una diapositiva viene guidata mentre i bulloni della seconda binario galleggiante vengono serrati, usando un indicatore di quadrante o uno scivolo guida.

Indipendentemente dal metodo di allineamento, deve garantire che il disallineamento residuo non eserciti forze sui binari del palcoscenico, il che può provocare una breve vita o un fallimento catastrofico.

I sistemi a cavalletto, a volte indicati come robot cartesiani, sono sistemi di posizionamento ideali per le linee di trasferimento automatizzate. In questo tipo di processo di produzione, un trasferimento continuo o indicizzante trasferisce le parti da una stazione di cavalletto all'altra. Ogni stazione di cavalletto lungo il trasportatore manipola uno strumento rispetto a una parte per eseguire operazioni di produzione come lavorazione, incollaggio, assemblaggio, ispezione, stampa o imballaggio.

Chiaramente, l'affidabilità di ciascuna macchina in un'operazione di trasferimento deve essere estremamente elevata per ridurre al minimo i tempi di inattività, poiché i tempi di inattività in una macchina possono portare l'intera linea di trasferimento a una fermata costosa. Inoltre, i martili includono molti elementi critici, come un controller, amplificatore, motore, accoppiamento, attuatore (come una vite a sfera, cinghia o motore lineare), binari, slittamento, base, arresto, encoder e cavi. L'affidabilità dell'intero sistema di cavalletto è la somma statistica dell'affidabilità di tutte le componenti.

Per un'elevata affidabilità del sistema, ogni componente deve essere dimensionato per garantire che il suo caricamento durante il funzionamento non superi i suoi valori nominali. Mentre il dimensionamento di ciascun componente può essere un compito di ingegneria semplice, come raccomandato dal produttore dei componenti, le modalità di guasto a binari lineari sono leggermente più complesse. Dipendono, oltre alla capacità di trasporto del carico, alle dimensioni e alla precisione, dal loro preciso orientamento nello spazio.

Problemi di disallineamento

Quasi tutti i produttori di binari lineari concordano sul fatto che il disallineamento porta a problemi. Di tutti i fattori che contribuiscono al fallimento prematuro dei cuscinetti lineari, il disallineamento si colloca vicino alla cima dell'elenco.

Si tratta di errori di disallineamento ferroviario classificato che includono:fcreazione: rimozione del materiale dalla superficie della rotaia;Indossare: risultati di attrito eccessivo;rientro: le palle deformano i binari; Eparti danneggiate: binari deformati a causa di palline che cadono dalle scanalature del binario.

Le cause di radice comuni del disallineamento ferroviario comprendono la mancanza di planarità, rettilineità, parallelismo e coslanarità delle binari lineari. Queste cause potrebbero essere ridotte al minimo o eliminate da tecniche di montaggio e allineamento adeguate, che, a loro volta, minimizzano il sovraccarico della ferrovia. Altre cause alla radice di fallimento della metropolitana lineare includono lubrificazione insufficiente e ingressione di particelle estranee, che possono essere mitigate sebbene la sigillatura e la lubrificazione periodica adeguate. Sebbene importanti, sono oltre lo scopo di questo articolo.

Nozioni di base sull'allineamento

Le rotaie a cavalletto includono in genere cuscinetti a sfera a ricircolo che sono precaricati nelle loro scanalature in corsa per fornire un'elevata rigidità. L'elevata rigidità e la massa a basso movimento sono caratteristiche critiche del cavalletto, perché definiscono la frequenza naturale del sistema più bassa. L'elevata frequenza naturale, nell'ordine di 150 Hz, è necessaria per la larghezza di banda ad alta posizione. La larghezza di banda ad alta posizione, nell'ordine di 40 Hz, è necessaria per un'elevata precisione dinamica. L'elevata precisione dinamica, come la velocità costante con un errore di posizione di pochi micron, o un basso tempo di assestamento, nell'ordine di pochi millisecondi a una finestra di assestamento del sottomicrone, sono necessarie rispettivamente per la qualità della parte elevata e la produzione elevata. Queste caratteristiche delle prestazioni sono in genere richieste sotto gli effetti contrastanti dell'elevata accelerazione e del movimento regolare nei processi come l'ispezione PCB, la stampa a getto d'inchiostro e lo scribing laser.

Per garantire un'elevata rigidità del cavalletto, in ordine di 100 n/µm, le barche sono precaricate. Tuttavia, qualsiasi disallineamento tra i due lati di cavalletto in ordine di 10 secondi di micron, in orientamento verticale (piattalità) o orizzontale (rettilineo), può aumentare drasticamente il carico del cuscinetto. Ciò, a sua volta, può portare a un fallimento catastrofico a causa delle palline che cadono dalle scanalature cuscinetti o dalle profonde rientranze nelle rotaie. Le deformazioni dei cuscinetti più piccole possono ancora ridurre sostanzialmente la vita del cuscinetto.

Per allineare le rotaie lineari con 10 secondi di precisione micron a lunghezze di viaggio lunghe (in ordine da 1 a 3 metri) richiede strumenti costosi come un interferometro laser e apparecchi speciali. Questi strumenti potrebbero non essere prontamente disponibili per l'utente finale o l'integratore di sistema tipico. Senza questi strumenti, il disallineamento ferroviario può essere la causa principale della bassa affidabilità del sistema, dei costi di manutenzione elevati, dei tempi di inattività e della breve durata del sistema.

Fortunatamente, ci sono vari opzioni di compensazione disallineamento provenienti sul campo che potrebbero non richiedere ampi strumenti di allineamento, ma forniscono un valore elevato riducendo gli effetti potenzialmente duri del disallineamento ferroviario. Questi dispositivi di compensazione del disallineamento diventano parti integrali del telaio del cavalletto e forniscono i gradi di libertà necessari per prevenire i sovraccarichi dei cuscinetti in vari montaggi della rotaia di cavalli e configurazioni di trazione dell'asse.

Cinematica del disallineamento

Per capire come funziona un compensatore disallineamento, è necessario comprendere le caratteristiche cinematiche del compensatore come parte del suo sistema di cavalletto. Ad esempio, il diagramma di gaintry 3D di accompagnamento mostra quattro supporti. Le basi delle fasi x₁(collegamento collegato 10) e x₂(Link 1) sono mostrati esageratamente disallineati in campo, imbardata e rotolando l'uno rispetto all'altro, nonché in planarità e parallelismo. Supponiamo che la sinistra x₁Il carrello (9) è il maestro motorizzato e ha un'articolazione sferica (J) che supporta lo stadio Y (4). Il opposto motorizzato a destra x₂La fase (3) ha un giunto sferico (B) e un giunto di scorrimento lineare (C) che supporta lo stadio Y. Le altre carrozze X (7 e 6) sono medie e supportano anche lo stadio Y da un giunto sferico e una vetrina lineare.

Quindi contando il numero totale di gradi di libertà e sottraendo il numero totale di vincoli, il risultato è 1 grado di libertà. Ciò significa che solo l'asse X Master può spostarsi in modo indipendente e seguiranno tutti gli altri collegamenti. In questo caso, se un altro motore indipendente guida l'altro X, può derivare un carico eccessivo sui binari. Questa è una configurazione indesiderata per lunghe fasi Y e, pertanto, gli ingegneri devono apportare modifiche correttive per consentire al secondo fase X di muoversi indipendentemente dal primo stadio X.

L'aggiunta di un altro grado di libertà al sistema, come per lo schiavo X, significa aggiungere un altro grado di libertà a una delle articolazioni. Una soluzione comune in tali configurazioni consente a una diapositiva inattiva che abbia un grado di libertà nella direzione Z, ad esempio tra giunti sferici D e giuntura a scorrimento e.

Il risultato sarà un supporto cinematico per lo stadio Y alle articolazioni B, J e I, che ospita l'orientamento 3D del piano dello stadio 4 senza alcun vincolo. Tuttavia, per prevenire il supporto della fase 4 a soli tre punti d'angolo, la pratica comune è quella di aggiungere un po 'di conformità nella direzione Z tra giunzione D e scivolo E per prendere un po' di carico. In alcuni casi la flessibilità del collegamento 4 può essere sufficiente; In altri casi, può essere utilizzata una rondella di Belleville conforme.

Design del compensatore

I compensati di disallineamento integrati sono destinati a configurazioni di cavalli 2D. Il design include due piastre che circondano una flessione che fornisce un grado lineare di libertà in direzione Y.

Esaminiamo due progetti di calcolo disallineamento. Uno è un giunto revoluto composto con un giunto di scorrimento lineare, per una configurazione di cavalli 3D. Il secondo è un giunto revoluto integrato con un giunto di flessione lineare per una configurazione di cavalli 2D. Nella versione 2D, supponiamo che i Gantry Rails x₁e x₂sono coplanari.

Design di giunti composti.Prendi in considerazione un'applicazione di cavalletto in un processo di produzione di canna. Il cavalletto utilizza due fasi basate sulla cintura che supportano un solido telaio di saldatura su quattro diapositive. Un servomotore guida ogni fase del cavalletto in una configurazione di maestro-schiavo. Una cintura guida una diapositiva di ogni fase e l'altra diapositiva è un odler.

Le fasi, assemblate dall'utente finale, hanno avuto un guasto prematuro nel cuscinetto della fase. Il problema è stato corretto aggiungendo quattro giunti sferici standard prontamente disponibili montati su quattro vetrini lineari ai quattro vetrini delle due fasi lineari di Gantry. Per abbinare la configurazione al cavalletto precedentemente discusso, una diapositiva era "messa a terra" con una piastra di bloccaggio. La riprogettazione ha risolto completamente il problema.

Lo svantaggio dell'utilizzo di tale compensatore, tuttavia, è un sostanziale aumento di altezza, che può richiedere cambiamenti nella fase Z.

Design integrati-giunti.Un compensatore di disallineamento integrato può essere utilizzato in configurazioni di cavalli 2D. Il design include due piastre. Una piastra ha fori di montaggio per lo scivolo di Gantry X e l'altra piastra ha fori di montaggio alla base dello stadio di asse incrociato. Un cuscinetto al centro collega le due piastre.

Inoltre, una piastra include una flessione che fornisce un grado lineare di libertà in direzione Y. Per utilizzare lo stesso componente per tutte le articolazioni, due bulloni possono essere usati per "macinare" il grado lineare di libertà di flessione e conservare solo la libertà di movimento rotazionale tra le due piastre. La flessione è progettata per funzionare alla massima deflessione al di sotto del limite di fatica.

Infine, per evitare, nel caso di configurazioni di cavalli 2D, dal caricare la flessione in un momento di flessione attorno all'asse Y, quattro bulloni di ritenuta assumono il momento in cui i carichi.

I vantaggi di questo design includono componenti integrati, basso profilo, dimensioni compatte e facilità di assemblaggio alle fasi di cavalletto esistenti in meno di 15 minuti.