סקור חמישה חוליות בשרשרת מרכיבי העיצוב הקריטיים כל כך לתפעול מדויק.

מערכת תנועה ליניארית חזקה רק כמו החוליות המתפשרות ביותר בשרשרת האלמנטים המכניים והאלקטרו-מכאניים שלה. הבנת כל רכיב ותכונה (והשפעתו על תפוקת העיצוב) משפרת את ההחלטות ואת הסיכויים שהעיצוב הסופי יעמוד במלואו בדרישות היישום. אחרי הכל, ניתן לעקוב אחר היבטי ביצועים של מערכת, דיוק והיבטי ביצועים לאלמנטים בתכנון וייצור של בורג ההובלה, אום נגד החזרה, צימודים, מנוע ואסטרטגיית בקרה.

עבודה עם ספקי תנועה ליניארית בעלי מומחיות בכל הקישורים של עיצוב היא הדרך הטובה ביותר להשיג ביצועי עיצוב מעולים. בסופו של דבר, מערכות בקרת תנועה אופטימליות הן כמו מכונית ספורט בעלת ביצועים גבוהים שכל המרכיבים שלה יהיו מאוזנים היטב... שעבורה המנוע בגודל הנכון + תיבת ההילוכים הנכונה + הצמיגים הנכונים + תכונות בקרה מעולות (כגון בלמים נגד נעילה ובקרת אחיזה) = נהדר ביצועים.

שקול כמה דוגמאות לעיצובים הדורשים ביצועים מעולים. בסוגים מסוימים של הדפסת תלת מימד, רזולוציות שכבות נדחפות עד ל-10 מיקרומטר לשכבה. במכשירים רפואיים, יחידות המחלקות חייבות להפיק תרופות מצילות חיים ולשלוט במינונים עד למיקרוליטר. אותו סוג של דיוקים הדוקים ניתן לראות בציוד אופטי וסריקה, בציוד לעיבוד שבבים ופלים בתעשיית המוליכים למחצה, ובמרחב המעבדה לאוטומציה.

רק עיצובי תנועה ליניארית שנבנו בגישה הוליסטית לבחירת רכיבים ואינטגרציה יכולים לעמוד בדרישות הביצועים הגבוהות יותר. לעתים קרובות הפתרון המתאים ביותר עבור מבנים אלה הוא בורג ואום מונעים על ידי מנוע עם ארכיטקטורת בקרה מתאימה. אז בואו נשקול שיקולים מרכזיים ומאפייני ביצועים עבור כל קישור בסוג זה של הרכבה ליניארית.

קישור ראשון: איכות בורג ואום

ברגים קיימים כבר עשרות שנים בצורות שונות עם מגוון עיצובים וחומרים של אגוזים. במשך רוב אותו זמן, המכונות המשמשות לייצור ברגים הותאמו באופן ידני - תוך הגבלת האיכות ליכולת המכונה ולרמת המיומנות של המפעיל. רוב היצרנים כיום עדיין משתמשים בסוג זה של ציוד, אך תהליכים אוטומטיים מודרניים מביאים את איכות הברגים לשלב הבא.

לדוגמה, פעולות כאלה משתמשות בבקרת הזנה, התאמת הטיה ולחץ מבוקרת CNC לתהליך הברגה בגלגול כדי להניב את צורות ההברגה העקבית ביותר. גימור פני השטח של ברגים אלה חלק באופן עקבי וללא שפשופים של פני השטח העלולים להיקרע באגוזי פולימר... לדיוק וחיים חסרי תקדים של המערכת.

יחד עם זאת, טכניקות מטרולוגיה ובדיקה מתקדמות העוקבות אחר הצורה והצורה של חוטי בורג מובילים מציגות תוצאות בדיוק מוביל מנקודה לנקודה עד פי שלושה מאלה של שיטות ידניות מסורתיות. זה מחזיק באופן עקבי את דיוק ההובלה עד 0.003 אינץ'/ רגל לאורך בורג.

עבור יישומים מסוג הובלה הזזת אובייקט כלשהו מנקודה לנקודה לאורך ציר, השיטה המסורתית של בדיקת דיוק העופרת כל 300 מ"מ או שישה אינץ' היא נאותה. אבל עבור יישומי הדיוק הגבוהים ביותר, הדיוק של כל חוט פיר רלוונטי. סטייה מגיאומטריית החוט המתאימה ידועה כשכרות החוט.

ציוד חדש לייצור CNC אוטומטי, תהליכים ושיטות בדיקה מפורטות מייצרים בקרה ואיכות הדוקים יותר, כך שהנקודה הגבוהה והנמוכה בתוך חוט בודד מציגות דיוק משופר מאוד של סיבוב משנה - במילים אחרות, פחות שכרות. זה בתורו עוזר לברגים להחזיק את יכולת החזרה על מיקום על פני סיבוב בודד ל-1 מיקרומטר. זהו מדד ביצועים קריטי במיוחד ביישומים כמו עיבוד פרוסות ושבבים יקרים לתעשיית המוליכים למחצה ופיזור מדויק של תרופות במשאבת מזרק.

לאחר גלגול הברגה, ספקי ברגים מתקדמים מיישרים פירי ברגים עם מנגנון אוטומטי כדי למזער שגיאות וחסר שיכולים לגרום לרטט, רעש ובלאי מוקדם. ישרות גל בורג היא קריטית מכיוון שכל שגיאה מודגשת כאשר היא מורכבת עם המנוע. לעומת זאת, שיטות מסורתיות (ידניות) של יישור בורג יכולות לייצר אפקט של חרוט שלג בגיאומטריית פיר-הבורג - בצורה של קשת בודדת או קשתות מרובות שחולצות פקקים סביב ציר הציר הארוך. שוב, יישור ובדיקה אוטומטיים מבטלים שגיאות אלו וכתוצאה מכך ביצועי בורג יציבים.

השלב האחרון בייצור של ברגים הוא יישום של ציפוי PTFE. רק גימור חלק עקבי מספק חיים ארוכים וביצועי מערכת. יישום לא עקבי של ה-PTFE (הנובע מסביבת ציפוי או ציוד לא אופטימליים) עלול לעורר חריצים, סדקים, בועות, התקלפות או חספוס פני השטח שגורמים לבלאי מוקדם של האום ולקיצור חיי ההרכבה.

קישור שני: אינטראקציה של האום והבורג

אגוזים מסורתיים נגד חזרות משתמשים בעיצוב מרובה חלקים הדורש קפיץ סליל כדי להזיז קולט ליניארי לאורך האום כדי לסגור את האצבעות ולשלוט בהתאמה בין הבורג לאום.

בעיות שתורמות לכישלון בעיצובים אלה הן הכוח הספורדי והמשתנה של הקפיץ, החלקה של הקולט על האום ולחץ משתנה עם שחיקה של חומר האום. לעומת זאת, אום חלופי אחד שנועד לספק כוח קבוע כולל עיצוב פשוט של שני חלקים המפעיל לחץ על אצבעות האום בצורה רדיאלית, שהוא הכיוון הדרוש לשליטה במרווח או משחק בין האום לבורג.

שקול את העיצוב הקונבנציונלי של קפיץ הסליל והקולט עבור אום של בורג מוביל נגד חזרה. כאן, קפיץ סליל בכוח משתנה יוצר כוח צירי המומר לכוח רדיאלי באמצעות הפרעות מכניות. העיצוב מסתמך על רכיבים יצוקים בהזרקה כדי להפעיל כוח שווה בשווה על האצבעות. בדיקות בנצ'מרק מאשרות שהטעינה המוקדמת משתנה באופן דרמטי ב-1,000 המחזורים הראשונים.

לעומת זאת, אגוזים מסוימים של בורג מוביל נגד חזרת התנגדות בכוח קבוע מספקים ביצועי התנגדות טובים פי שניים עד ארבע מתכנונים קונבנציונליים, כפי שאושרו על ידי בדיקות ה-FDA של לקוחות המעבדה לאוטומציה. עיצוב קפיץ בכוח קבוע מבטיח עומס מוקדם עקבי לאורך חיי הציר. חומר סיכה עצמי של אגוז עם PTFE לשימון ויעילות משופרת.

אחד היתרונות הגדולים ביותר של אגוזים עם בורג מוביל בכוח קבוע הוא היכולת שלהם להיות מכוונים ליישום עם התאמות לקפיץ ופרמטרים אחרים. כוונון זה מאפשר אופטימיזציה של טעינה מוקדמת, התנגדות, כוח גרירה ומרווח ריצה כדי לעמוד במפרט הנדרש. כל שילוב של בורג ואום, יחד עם כל מכלול מנוע ובורג מלא, ניתן לבדוק עבור כל אחד ממאפייני הביצועים הללו במהלך אימות ובדיקה סופית.

קישור שלישי: חיבור משולב או ישיר לכונן

החוליה הבאה בשרשרת היא איך הבורג מתחבר למנוע. ישנן שלוש דרכים בסיסיות שניתן להשיג זאת.

השיטה הראשונה היא השיטה המסורתית ביותר שבה מצמד מוכנס למכלול כרכיב בין הבורג למנוע הבנוי עם פיר עז מתרחב עיצוב זה דורש יותר מקום לאורך המצמד וכל בית חיבור משויך, והוא גם יכול ליצור בעיות יישור. בגלל המספר המוגדל של הרכיבים, קשה יותר לשמור הכל על קו האמצע. אם אחד או יותר מהרכיבים אינם עגולים או מיושרים, התוצאה יכולה להיות אפקט מסוג פקה שמשפיע מאוד על הביצועים ועל חיי המערכת.

השיטה השנייה מכניסה את הבורג לקדח מחודד כדי לאבטח אותו באופן מכני למקומו (מאחור) באמצעות בורג. הרכבה כזו נפוצה במנועים שיצריכו תחזוקה תכופה - ושיטה מהירה לפירוק והרכבה מחדש. החיסרון הוא שקשה להחזיק את היישור ויכול לעורר אפקט של חרוט שלג שמגביר אי דיוקים לאורך הבורג. בנוסף, תנודת חרוט השלג הזו בבורג יוצרת נקודות בלאי שיכולות לדרבן את הצורך בתחזוקה וכשל במערכת בטרם עת.

השיטה השלישית היא התאמה ישירה של הבורג לציר חלול בתוך המנוע והצמדת הבורג באמצעות ריתוך לייזר בגב המנוע. שיטה זו מבטיחה את החיבור המקסימלי בהתאמת הבורג עם המנוע וכתוצאה מכך יישור הדיוק הגבוה ביותר האפשרי. במקרים מסוימים, הריתוך עשוי להיות מוחלף בדבק תעשייתי היוצר קשר קבוע בין הבורג למנוע. שיטת הרכבה זו מספקת גם את רמת הדיוק הגבוהה ביותר על ידי מתן הכמות הקטנה ביותר של נזילות בבורג וכתוצאה מכך להארכת חיים ומזעור הצורך בתחזוקה.

אופטימיזציה של יישור הברגים, האום והצימוד מאריכים את חיי המערכת כולה. כבסיס להשוואה עם אלמנטים אחרים במערכת, בדיקה במגוון כיוונים עם לידים שונים, ועם מגוון עומסים ומהירויות. התוצאות הראו כי חיי נסיעה חורגים פי 40 מהחיים הסטנדרטיים של מיסב L10.

במילים אחרות, ההגדרות המסורתיות של מנוע והברגה כוללות מספר רכיבים הדורשים הרכבה וקשה ליישר אותם. הם מציגים משחק וסובלנות שפוגעים ברמת הדיוק ומגדילים את הפוטנציאל לכישלון. ספירת רכיבים גבוהה גורמת גם לעלות ההרכבה הכוללת גבוהה יותר. אבל הגדרות משולבות של מפעילים לינאריים היברידיים כוללים בורג מוביל מיושר ומקובע ישירות עם המנוע - עבור פחות רכיבים. זה גורם לקשיחות, דיוק ואמינות גדולים יותר... כמו גם ערך עיצוב כללי.

קישור רביעי: בחירת סוג ועיצוב מנוע

מפעילים ליניאריים מגיעים עם מבחר של אפשרויות מנוע כאשר אפשרויות המנוע הנפוצות ביותר הן לולאה פתוחה, גרסת לולאה סגורה באמצעות שליטה מותקנת על לוח או צעד חכם עטוף תעשייתי, ולבסוף מנוע DC (bldc) ללא מברשות. לכל אחד יש הצעת ביצועים משלו או מהירויות ויכולות עומס, וכל אחד גם מגיע עם סט יתרונות וחסרונות משלו סביב עלות, אינטגרציה, בקרה ועוד שנעסוק בהמשך.

ההשפעה הגדולה ביותר על ביצועי התנועה הליניארית של מנוע דורשת מבט מתחת למכסה המנוע בעיצוב הפנימי של המנוע. מנועים טיפוסיים לשימוש כללי משתמשים במכונת כביסה גלית כדי להחזיק את המיסבים ואת המכלול במקום. זה בדרך כלל מתאים ליישומים סיבוביים ולעתים קרובות ניתן ליישם אותו גם על ליניארי. עם זאת, מכונות כביסה גליות מספקות מידת התאמה בתוך המנוע שיכולה לעורר כמויות קטנות של משחק צירי או ליניארי המתורגם לאי דיוקים במיקום ליניארי.

כדי להקל על כך, ניתן לשנות את אחד או את שני האלמנטים בעיצוב. ניתן להכניס מיסבים גדולים יותר כדי להגביר את יכולת עומס הדחף של המכלול, וניתן להוסיף אום מפתח ולהתאים למפרט מומנט קבוע מראש כדי להוציא את המשחק מהמערכת.

קישור חמישי: מבחר אפשרויות שליטה

החוליה הסופית שמושכת את כל האלמנטים יחד היא כיצד יש לכוון ולשלוט בתנועה הליניארית הפיזית. באופן מסורתי זה יצטרך מספר חלקים נפרדים כולל מגבר ובקר. כל אחד מהם יצטרך ארון והחומרה, החיווט, המקודד והחיישנים הקשורים למשוב. הגדרות אלו עלולות להיות מסובכות ומסורבלות להתקנה, פתרון בעיות ותפעול.

הופעתם של פתרונות מנועים חכמים מהמדף שימשה לפשט את החיווט ולהפחית את מספר המחברים והחיישנים הקשורים להשגת ביצועים ושליטה מסוג צעד-סרוו. זה מספק חיסכון בעלויות הודות לספירת רכיבים נמוכה יותר וכן פחות זמן ועבודה הקשורים להתקנה. מנועים אלו מגיעים גם באריזות מתועשות שהורכבו מראש האוטמות ומגינות על הלוח ובקרה מפני שימוש לרעה או זיהום עם דירוגים של IP65 או IP67.

כאשר אפליקציה דורשת מאפיינים מותאמים אישית ספציפיים, יש לה שיקולי שטח וגודל מזעריים, או עלות נמוכה היא מניע קריטי, בקרת לוח מותאמת אישית לא מכוסה על מנוע IP20 היא אפשרות שימושית. זה נכון במיוחד עבור יישומים בנפח גדול הממוקם במארזים או ציוד מסוגננים. מפעילים כאלה מקנים את היתרונות של מנועים חכמים (בדרך כלל בחיסכון משמעותי בעלויות) והשליטה נמצאת ממש במנוע לתקשורת קלה ומהירה יותר עם המאסטר או ה-PLC.