Rivedi cinque collegamenti nella catena di elementi di progettazione così fondamentali per il funzionamento di precisione.

Un sistema di movimento lineare è forte solo come i collegamenti più compromettenti nella sua catena di elementi meccanici ed elettromeccanici. Comprendere ogni componente e funzionalità (e il suo impatto sull'output di progettazione) migliora le decisioni e le probabilità che il design finale soddisfa pienamente le richieste delle applicazioni. Dopotutto, il contraccolpo del sistema, la precisione e altri aspetti delle prestazioni possono essere ricondotti a elementi nella progettazione e produzione della vite, del dado anti-backlash, dei giunti, del motore e della strategia di controllo.

Lavorare con i fornitori di moto lineare che hanno esperienza in tutti i collegamenti di un design è il modo migliore per ottenere le migliori prestazioni del design. In definitiva, i sistemi di controllo del movimento ottimizzati sono come un'auto sportiva ad alte prestazioni sarà ben bilanciata ... per i quali il motore a dimensioni giuste + la trasmissione giusta + i pneumatici giusti + grandi caratteristiche di controllo (come freni antibloccaggio e controllo della trazione) = ottimo prestazione.

Prendi in considerazione alcuni esempi di progetti che richiedono le migliori prestazioni. In alcuni tipi di stampa 3D, le risoluzioni di strato vengono spinte a partire da 10 µm per strato. Nei dispositivi medici, le unità di erogazione devono produrre farmaci salvavita e controllare dosi fino ai microlitri. Lo stesso tipo di accuratezza stretta può essere visto nelle apparecchiature ottiche e di scansione, apparecchiature di elaborazione dei chip e wafer nel settore dei semiconduttori e nello spazio della automazione di laboratorio.

Solo i progetti di movimento lineari costruiti con un approccio olistico alla selezione e all'integrazione dei componenti possono soddisfare questi requisiti di prestazione sempre più elevati. Spesso la soluzione più adatta per queste build è una vite e un dado a motore con adeguata architettura di controllo. Quindi consideriamo considerazioni chiave e caratteristiche delle prestazioni per ciascun collegamento in questo tipo di assieme lineare.

Link One: qualità della vite e del dado

Le viti da piombo sono in circolazione da decenni in varie forme con una serie di disegni e materiali da dadi. Per gran parte di quel tempo, le macchine utilizzate per produrre vitoli da piombo sono state regolate manualmente, limitando la qualità alla capacità della macchina e al livello di abilità dell'operatore. La maggior parte dei produttori oggi utilizza ancora questo tipo di attrezzatura, ma i moderni processi automatizzati stanno portando la qualità della vite al livello successivo.

Ad esempio, tali operazioni utilizzano un infedo controllato da CNC, la regolazione dell'inclinazione e i controlli di pressione per il processo di roll-threading per produrre le forme di filo di vite più coerenti. La finitura superficiale di questi comvisti è costantemente liscio e privo di abrasioni superficiali che possono strappare i noci polimerici ... per precisione e vita senza precedenti.

Allo stesso tempo, la metrologia avanzata e le tecniche di ispezione che tracciano la forma e la forma dei fili di vite di piombo mostrano risultati in accuratezze di piombo punto a punto che sono fino a tre volte migliori di quelle dei metodi manuali tradizionali. Ciò mantiene costantemente accuratezze di piombo fino a 0,003 in./ft per la lunghezza di una vite.

Per le applicazioni di tipo di trasporto che spostano un punto oggetto da un punto lungo un asse, è adeguato il metodo tradizionale per controllare l'accuratezza del piombo ogni 300 mm o sei pollici. Ma per le più elevate applicazioni di precisione, l'accuratezza di ciascun filetto dell'albero è rilevante. La deviazione dalla geometria del filo adatto è nota come ubriachezza del filo.

Nuove apparecchiature di produzione CNC automatizzate, processi e metodi di ispezione dettagliati producono un controllo e una qualità più stretti in modo che il punto alto e basso all'interno di un filo individuale mostri una precisione di sotto-rotazione notevolmente migliorata-in altre parole, meno ubriachezza. Questo a sua volta aiuta le viti da piombo a contenere la ripetibilità del posizionamento su una singola rotazione a 1 µm. Questa è una metrica per le prestazioni particolarmente critiche in applicazioni come l'elaborazione di wafer e chip costosi per l'industria dei semiconduttori e di distribuire accuratamente farmaci in una pompa a siringa.

Dopo il rotolamento del filo, i fornitori di viti avanzati raddrizzano alberi a vite con un automatizzato per ridurre al minimo gli errori e il runout che possono causare vibrazioni, rumore e usura prematura. La rettizza dell'albero a vite è fondamentale perché qualsiasi errore viene accentuato quando viene assemblato con il motore. Al contrario, i metodi tradizionali (manuali) di raddrizzamento della vite possono produrre un effetto con conep di neve nella geometria dell'albero a vite, sotto forma di un singolo arco o più archi che cavalli attorno all'asse lungo dell'albero. Ancora una volta, il raddrizzamento e l'ispezione automatizzati eliminano questi errori con conseguenti prestazioni della vite stabili.

L'ultimo passo nella produzione di viti da piombo è l'applicazione di un rivestimento PTFE. Solo una finitura regolare coerente offre una lunga vita e prestazioni del sistema. L'applicazione incoerente del PTFE (risultante da un ambiente o attrezzatura di rivestimento non ottimale) può stimolare la vaiolatura, le fessure, le bolle, lo sfaldamento o la rugosità superficiale che causano usura prematura nel dado e la durata dell'assemblaggio abbreviato.

Collegamento due: interazione del dado e della vite

I dadi anti-backlash tradizionali utilizzano un design a più pezzi che richiede una molla bobina per muovere una colletta in modo lineare lungo il dado per chiudere le dita e controllare l'adattamento tra vite e dado.

I problemi che contribuiscono al fallimento in questi progetti sono la forza sporadica e variabile della molla, il slip della colletta sul dado e la pressione fluttuante mentre il materiale del dado si indossa. Al contrario, un dado alternativo progettato per fornire una forza costante include un design a due pezzi semplificato che applica la pressione alle dita di dado in modo radiale che è la direzione necessaria per controllare lo spazio o il gioco tra il dado e la vite.

Prendi in considerazione la molla della bobina convenzionale e il design di colletto per un dado anti-backlash di vite. Qui, una molla a bobina di forza variabile genera una forza assiale che viene convertita in forza radiale attraverso interferenze meccaniche. Il design si basa su componenti modellati a iniezione per applicare la forza ugualmente alle dita. Il test di riferimento conferma che il precarico cambia drasticamente nei primi 1.000 cicli.

Al contrario, alcuni dadi di vite anti-backlash a forza costante forniscono prestazioni di contraccolpo da due a quattro volte migliori rispetto ai progetti convenzionali, come convalidato dai test FDA del cliente dell'automazione di Lab. Un design a molla di forza costante garantisce un pre-caricamento costante per la vita dell'asse. Materiale da dado auto-lubrificante con PTFE per lubrificità e maggiore efficienza.

Uno dei maggiori vantaggi dei dadi di vite anti-backlash a forza costante è la loro capacità di essere sintonizzato su un'applicazione con regolazioni alla molla e ad altri parametri. Questa messa a punto consente l'ottimizzazione di precarico, contraccolpo, forza di trascinamento e spazio di esecuzione per soddisfare le specifiche richieste. Ogni combinazione a vite e dadi, insieme a ciascun gruppo motorino e vite a pieno ritmo, può essere testata per ciascuna di queste caratteristiche delle prestazioni durante la convalida e l'ispezione finale.

Link tre: connessione accoppiata o diretta all'unità

Il collegamento successivo nella catena è come la vite si collega al motore. Esistono tre modi fondamentali.

Il primo è il metodo più tradizionale in cui un accoppiatore viene introdotto nel gruppo come componente tra la vite e un motore costruito con un pozzo di perno estendente Questo design richiede più spazio per la lunghezza dell'accoppiatore e qualsiasi alloggiamento di attacco associato, e anche può creare problemi di allineamento. A causa dell'aumento del numero di componenti, è più difficile mantenere tutto sulla linea centrale. Se uno o più componenti sono fuori round o allineamento, il risultato può essere un effetto di tipo CAM che influisce notevolmente sulle prestazioni e sulla vita del sistema.

Il secondo metodo inserisce la vite in un foro affusolato per fissarla meccanicamente in posizione (dalla parte posteriore) con un bullone. Tale assemblaggio è comune sui motori che richiederanno una manutenzione frequente e un metodo rapido per lo smontaggio e il rimontaggio. Lo svantaggio è che l'allineamento è difficile da trattenere e può stimolare un effetto con conep che amplifica le inesattezze sulla lunghezza della vite. Inoltre, questa oscillazione in neve nella vite crea punti di usura che possono stimolare la necessità di manutenzione e guasto del sistema prematuro.

Il terzo metodo è un adattamento diretto della vite su un albero cavo all'interno del motore e appendo la vite con una saldatura laser sul retro del motore. Questo metodo garantisce il massimo impegno nell'adattamento della vite con il motore con conseguente allineamento di precisione più elevato possibile. In alcuni casi, la saldatura può essere sostituita con un adesivo industriale che crea un legame permanente tra la vite e il motore. Questo metodo di assemblaggio fornisce anche il massimo livello di precisione fornendo la minima quantità di runout nella vite con conseguente prolungata e minimizzando la necessità di manutenzione.

L'ottimizzazione dell'allineamento di vite, noci e accoppiamento prolunga la vita dell'intero sistema. Come linea di base per il confronto con altri elementi nel sistema, test in una varietà di orientamenti con vari cavi e con una gamma di carichi e velocità. I risultati hanno mostrato una durata di viaggio che supera la durata standard L10 di 40 volte.

In altre parole, le configurazioni tradizionali di vite motorie e leader includono più componenti che richiedono assemblaggio e sono difficili da allineare. Introducono un accumulo di gioco e tolleranza che degradano l'accuratezza e aumentano il potenziale di fallimento. L'elevato conteggio dei componenti conferisce anche un costo complessivo di assemblaggio più elevato. Ma le configurazioni di attuatori lineari ibridi integrati includono una vite da piombo allineata e fissata direttamente con il motore, per un minor numero di componenti. Ciò rende una maggiore rigidità, precisione e affidabilità ... nonché valore di progettazione complessivo.

Link quattro: selezione del tipo di motore e del design

Gli attuatori lineari sono dotati di una scelta di opzioni motorie con le scelte motorie più comuni che sono un passo a loop aperto, una versione a ciclo chiuso che utilizza un controllo montato su una scheda o uno stepper intelligente racchiuso industrialmente e infine un motore DC DC (BLDC) (BLDC). Ognuno ha la propria proposta di prestazioni o velocità e capacità di carico, e ognuno viene anche fornito con il proprio set di pro e contro in termini di costo, integrazione, controllo e altro ancora che copriamo in seguito.

Il maggiore impatto sulle prestazioni di movimento lineare di un motore richiede uno sguardo sotto il cofano al design interno del motore. I motori tipici per scopi generici usano una rondella ondulata per contenere cuscinetti e l'assemblaggio in posizione. Questo è di solito adeguato per le applicazioni rotanti e spesso può essere applicato anche a lineare. Tuttavia, le rondelle ondulate prevedono una quantità di conformità all'interno del motore che può stimolare piccole quantità di gioco assiale o lineare che si traducono in inesattezze di posizione lineare.

Per alleviare questo, uno o entrambi due elementi possono essere modificati nel design. È possibile inserire cuscinetti più grandi per aumentare la capacità di carico di spinta del gruppo e è possibile aggiungere un dado per la chiavetta e regolare su una specifica di coppia predeterminata per eliminare il gioco dal sistema.

Link Five: Scelta delle opzioni di controllo

Il collegamento finale che unisce tutti gli elementi è come il movimento lineare fisico deve essere diretto e controllato. Tradizionalmente ciò avrebbe bisogno di più pezzi separati tra cui un amplificatore e un controller. Ognuno avrebbe bisogno di un gabinetto e dell'hardware, del cablaggio, dell'encoder e dei sensori associati per il feedback. Queste configurazioni possono diventare complicate e ingombranti da installare, risolvere i problemi e operare.

L'emergere di soluzioni motorie intelligenti standard è servita a semplificare il cablaggio e ridurre il numero di connettori e sensori associati all'aumento delle prestazioni e del controllo del tipo di servizio a gradino. Ciò fornisce risparmi sui costi grazie a un numero di componenti più basso, nonché meno tempo e lavoro associato all'installazione. Questi motori sono anche disponibili in pacchetti industrializzati preassemblati che sigillano e proteggono la scheda e il controllo da abusi o contaminazione con le valutazioni a IP65 o IP67.

Quando un'applicazione richiede funzionalità personalizzate specifiche, ha minimizzato le considerazioni sullo spazio e le dimensioni o il basso costo è un driver critico, un controllo della scheda montato sul motore IP20 non incapsulato personalizzato è un'opzione utile. Ciò è particolarmente vero per le applicazioni di grande volume posizionate in alloggiamenti o attrezzature stilizzate. Tali attuatori impartiscono i vantaggi dei motori intelligenti (in genere a notevoli risparmi sui costi) e il controllo è proprio al motore per una comunicazione più semplice e più veloce con il master o il PLC.