精密操作に非常に重要な設計要素のチェーンにある5つのリンクを確認します。

線形動作システムは、機械的および電気機械的要素のチェーンで最も妥協するリンクと同じくらい強力です。各コンポーネントと機能（および設計出力への影響）を理解すると、決定が向上し、最終設計がアプリケーションの需要を完全に満たします。結局のところ、システムのバックラッシュ、精度、およびその他のパフォーマンスの側面は、リードスクリュー、アンチバックラッシュナット、カップリング、モーター、および制御戦略の設計と製造の要素にまでさかのぼることができます。

すべてのデザインのリンクで専門知識を持つ線形モーションサプライヤーと協力することは、トップデザインのパフォーマンスを得るための最良の方法です。最終的に、最適化されたモーションコントロールシステムは、高性能スポーツカーのすべての要素のバランスが取れているようなものです。適切なサイズのモーター +適切なトランスミッション +適切なタイヤ +優れた制御機能（アンチロックブレーキやトラクションコントロールなど）=優れたパフォーマンス。

トップパフォーマンスを必要とするデザインの例をいくつか考えてください。一部のタイプの3D印刷では、レイヤー解像度は1層あたり10 µmの低いプッシュです。医療機器では、分配ユニットは救命薬を出力し、マイクロリットルにコントロールする必要があります。同じタイプの緊密な精度は、光学およびスキャン機器、半導体業界のチップおよびウェーハ処理装置、および実験室自動分野で見ることができます。

コンポーネントの選択と統合に対する全体的なアプローチで構築された線形モーションデザインのみが、これらのより高いパフォーマンス要件を満たすことができます。多くの場合、これらのビルドに最も適したソリューションは、適切な制御アーキテクチャを備えたモーター駆動のネジとナットです。このタイプの線形アセンブリの各リンクの重要な考慮事項とパフォーマンス特性を考えてみましょう。

リンク1：LeadScrewとNutの品質

LeadScrewsは、さまざまな形で何十年もの間、ナッツのデザインと材料の配列を備えています。その間、リードスクリューの製造に使用されるマシンは手動で調整されました。これは、マシンの能力とオペレーターのスキルレベルに品質を制限しています。今日のほとんどのメーカーは依然としてこのタイプの機器を使用していますが、最新の自動化されたプロセスでは、リードスクリューの品質を次のレベルに引き上げています。

たとえば、このような操作は、ロールスレッドプロセスのCNC制御の排除、スキュー調整、および圧力制御を使用して、最も一貫したリードスクリュースレッドフォームを生成します。これらのリードスクリューの表面仕上げは、一貫して滑らかで、ポリマーナッツを引き裂く可能性のある表面擦り傷がありません。

同時に、リードスクリュースレッドの形と形状を追跡する高度な計測および検査手法は、従来の手動方法のそれよりも最大3倍優れているポイントツーポイントのリード精度を示します。これにより、ネジの長さで鉛の精度が0.003インチ/ftまで一貫して保持されます。

軸に沿ってポイントを移動する輸送型アプリケーションの場合、300 mmまたは6インチごとにリードの精度をチェックする従来の方法が適切です。しかし、最高の精度アプリケーションの場合、各シャフトスレッドの精度が関連しています。適切なスレッドジオメトリからの逸脱は、スレッドの酔っぱらいとして知られています。

新しい自動化されたCNC製造装置、プロセス、および詳細な検査方法は、より緊密な制御と品質を生成するため、個々のスレッド内の高ポイントと低い点がサブ回転の精度を大幅に改善し、言い換えれば酔っぱらいを示します。これにより、LeadScrewsは1 µmに1回の回転でポジショニングの再現性を保持するのに役立ちます。これは、半導体業界向けの高価なウェーハやチップの処理や、シリンジポンプでの薬物を正確に分配するなどのアプリケーションでは特に重要なパフォーマンスメトリックです。

スレッドローリング後、高度なネジサプライヤーは、振動、騒音、早期摩耗を引き起こす可能性のあるエラーとランアウトを最小限に抑えるために自動化されたネジシャフトをまっすぐにします。ネジシャフトのストレートは、モーターとともに組み立てられたときにエラーが強調されるため、重要です。対照的に、従来の（マニュアル）ネジの矯正方法は、長いシャフト軸の周りにコルクスクルーをする単一のアーチまたは複数のアーチの形で、ネジシャフトのジオメトリに雪コーン効果を生成する可能性があります。繰り返しますが、自動化された矯正と検査により、これらのエラーが排除され、安定したネジの性能が発生します。

LeadScrewsの生産における最後のステップは、PTFEコーティングの適用です。一貫した滑らかな仕上げのみが、長寿命とシステムのパフォーマンスを提供します。 PTFEの一貫性のない適用（最適ではないコーティング環境または機器の結果）は、ナッツに早期の摩耗を引き起こし、アセンブリ寿命を短くする、孔食、裂け目、泡、剥離、または表面粗さを促進する可能性があります。

リンク2：ナットとネジの相互作用

従来のアンチバックラッシュナッツは、コイルスプリングを必要とするマルチピースデザインを使用して、コレットをナットに沿って直線的に移動して指を閉じ、ネジとナットの間のフィットを制御します。

これらのデザインの故障に寄与する問題は、スプリングの散発的で可変的な力、ナットのコレットのスティックスリップ、およびナット材料が着用するときの変動圧力です。対照的に、一定の力を供給するように設計された1つの代替ナットには、ナットとネジの間でクリアランスまたは遊びに必要な方向であるラジアルファッションでナット指に圧力をかける単純化された2ピースデザインが含まれます。

アンチバックラッシュリードスクリューナットの従来のコイルスプリングとコレットデザインを考えてください。ここで、可変力コイルスプリングは、機械的干渉を介して放射状の力に変換される軸力を生成します。設計は、指に等しく力をかけるために、射出成形成分に依存しています。ベンチマークテストは、最初の1,000サイクルでプリロードが劇的に変化することを確認します。

対照的に、特定の一定のフォースアンチバックラッシュリードスクリューナットは、Lab Automation CustomerのFDAテストで検証されているように、従来のデザインの2〜4倍優れたバックラッシュパフォーマンスを提供します。一定の力のスプリング設計により、軸の寿命にわたって一貫したプリロードが保証されます。潤滑性と効率の向上のためのPTFEを備えた自己潤滑ナット材料。

一定の力の反バックラッシュリードスクリューナットの最大の利点の1つは、スプリングやその他のパラメーターを調整したアプリケーションに調整する能力です。このチューニングにより、必要な仕様を満たすために、プリロード、バックラッシュ、ドラッグフォース、および実行クリアランスの最適化が可能になります。各ネジとナットの組み合わせは、各フルアップモーターとネジアセンブリとともに、検証と最終検査中にこれらの各パフォーマンス特性についてテストできます。

リンク3：ドライブへの結合または直接接続

チェーン内の次のリンクは、ネジがモーターに付着する方法です。これを達成できる3つの基本的な方法があります。

1つ目は、ネジと拡張スタッドシャフトで構築されたモーターとの間のコンポーネントとしてカプラーがアセンブリに導入される最も伝統的な方法です。コンポーネントの数が増えているため、すべてをセンターラインに保つことはより困難です。 1つ以上のコンポーネントがラウンドまたはアラインメントが外れている場合、結果はパフォーマンスとシステムの寿命に大きく影響するCAMタイプ効果になります。

2番目の方法では、ネジをテーパーボアに挿入して、ボルトで（背面から）機械的に固定します。このようなアセンブリは、頻繁にメンテナンスを必要とするモーターで一般的です。また、分解と再組み立てのための迅速な方法です。欠点は、アライメントを保持するのが難しく、ネジの長さにわたって不正確さを増幅する雪コーン効果を促進できることです。さらに、ネジのこの雪コーンのぐらつきは、メンテナンスと早期システムの故障の必要性を促進できる摩耗ポイントを作成します。

3番目の方法は、モーター内の中空シャフトにネジを直接フィットし、モーターの背面にレーザー溶接でネジを貼り付けます。この方法により、ネジとモーターのフィットに最大の関与が確実に関与し、可能な限り最高の精度アライメントが得られます。場合によっては、溶接は、ネジとモーターの間に永続的な結合を作成する工業用接着剤に置き換えることがあります。また、このアセンブリ方法は、ネジ内のランアウトの量が最小の量を提供し、寿命が長くなり、メンテナンスの必要性を最小限に抑えることにより、最高レベルの精度を提供します。

リードスクリュー、ナット、およびカップリングアライメントを最適化し、システム全体の寿命を延ばします。システム内の他の要素と比較するためのベースラインとして、さまざまなリードとさまざまな負荷と速度を使用して、さまざまな方向でテストします。結果は、標準のL10ベアリングライフを40回超える旅行寿命を示しています。

言い換えれば、従来のモーターアンドリードスクリューのセットアップには、アセンブリを必要とする複数のコンポーネントが含まれており、整列が困難です。彼らは、精度を低下させ、故障の可能性を高めるプレイと寛容のスタックアップを導入します。コンポーネントカウントが高いと、全体的なアセンブリコストが高くなります。しかし、統合されたハイブリッド線形アクチュエータのセットアップには、モーターに直接整列して固定されたリードスクリューが含まれます。これにより、剛性、精度、信頼性が向上し、全体的な設計価値が得られます。

リンク4：モータータイプと設計の選択

線形アクチュエーターには、最も一般的なモーターの選択肢がオープンループステッパー、ボードマウントコントロールまたは産業的に覆われたスマートステッパー、最後にブラシレスDC（BLDC）モーターを使用した閉ループバージョンであるモーターオプションの選択が付属しています。それぞれに独自のパフォーマンス提案または速度と負荷機能があり、それぞれには、後でカバーするコスト、統合、制御などに関する独自の長所と短所も備わっています。

モーターの線形運動性能に最大の影響を与えるには、モーターの内部設計のフードの下に見える必要があります。典型的な汎用モーターは、ベアリングとアセンブリを所定の位置に保持するために波状の洗濯機を使用します。これは通常、ロータリーアプリケーションに適しており、多くの場合、線形にも適用できます。ただし、波状のワッシャーは、モーター内のコンプライアンスを提供し、線形位置の不正確さに変換される少量の軸または線形プレイを拍車にかける可能性があります。

これを軽減するために、2つの要素の1つまたは両方を設計で変更できます。アセンブリの推力負荷能力を高めるために大きなベアリングを挿入することができ、スパナナットを追加して、システムからプレイを取り出すために所定のトルク仕様に合わせて調整できます。

リンク5：コントロールオプションの選択

すべての要素をまとめる最後のリンクは、物理的な線形運動をどのように指示および制御するかです。従来、これにはアンプとコントローラーを含む複数の個別のピースが必要でした。それぞれがキャビネットと、フィードバックのために関連するハードウェア、配線、エンコーダー、センサーが必要です。これらのセットアップは、インストール、トラブルシューティング、操作が複雑で面倒になる可能性があります。

既製のスマートモーターソリューションの出現により、配線を簡素化し、ステップサーボタイプのパフォーマンスとコントロールの獲得に関連するコネクタとセンサーの数を減らすことができました。これにより、コンポーネントのカウントが低く、インストールに関連する時間と労力が少なくなるため、コスト削減が提供されます。また、これらのモーターは、IP65またはIP67に対する評価を伴う乱用または汚染からボードを密閉および保護する前提条件の工業化されたパッケージでもあります。

アプリケーションが特定のカスタマイズされた機能を必要とする場合、スペースとサイズの考慮事項が最小限に抑えられている場合、または低コストが重要なドライバーである場合、カスタムカプセル化されていないIP20モーターに取り付けられたボード制御が便利なオプションです。これは、様式化されたハウジングや機器に配置された大量のアプリケーションに特に当てはまります。このようなアクチュエーターは、スマートモーターの利点（通常は大幅なコスト削減）を与え、マスターまたはPLCとのより簡単で高速な通信のためにモーターにコントロールが右にあります。