정밀 작동에 중요한 설계 요소 체인의 5 가지 링크를 검토하십시오.

선형 운동 시스템은 기계 및 전자 기계적 요소 체인에서 가장 타협하는 링크만큼 강력합니다. 각 구성 요소와 기능 (및 설계 출력에 미치는 영향)을 이해하면 결정이 향상되고 최종 설계가 응용 프로그램 요구를 완전히 충족시킬 가능성이 향상됩니다. 결국, 시스템 백래시, 정확도 및 기타 성능 측면은 리드 스크류, 반 백시 너트, 커플 링, 모터 및 제어 전략의 설계 및 제조의 요소로 거슬러 올라갈 수 있습니다.

모든 디자인의 링크에서 전문 지식을 갖는 선형 모션 공급 업체와 협력하는 것이 최고의 디자인 성능을 얻는 가장 좋은 방법입니다. 궁극적으로 최적화 된 모션 제어 시스템은 고성능 스포츠카와 같습니다. 모든 요소가 잘 균형을 이룰 것입니다. 올바른 크기의 모터 + 올바른 타이어 + 오른쪽 타이어 + 훌륭한 제어 기능 (예 : 안티 록 브레이크 및 트랙션 제어) = 컸습니다. 성능.

최고의 성능이 필요한 디자인의 몇 가지 예를 고려하십시오. 일부 유형의 3D 프린팅에서는 레이어 해상도가 층당 10 µm로 낮아지고 있습니다. 의료 기기에서 분배 장치는 생명을 구하는 약물을 생산하고 마이크로 리터까지 복용량을 조절해야합니다. 반도체 산업의 광학 및 스캐닝 장비, 칩 및 웨이퍼 처리 장비 및 실험실 공간에서 동일한 유형의 단단한 정확도를 볼 수 있습니다.

구성 요소 선택 및 통합에 대한 전체적인 접근 방식으로 구축 된 선형 모션 설계 만 이러한 최대 성능 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. 이러한 빌드에 가장 적합한 솔루션은 종종 적절한 제어 아키텍처가있는 모터 구동 나사와 너트입니다. 따라서이 유형의 선형 어셈블리의 각 링크에 대한 주요 고려 사항 및 성능 특성을 고려해 봅시다.

링크 1 : 리드 스크류 및 너트의 품질

리드 스크류스는 다양한 형태의 너트 디자인과 재료로 다양한 형태로 수십 년 동안 주변에있었습니다. 그 당시에는 리드 스크류를 제조하는 데 사용되는 기계가 수동으로 조정되어 기계의 기능과 작업자의 기술 수준을 제한했습니다. 오늘날 대부분의 제조업체는 여전히 이러한 유형의 장비를 사용하지만 최신 자동화 된 공정은 다음 단계로 납 스크류 품질을 높이고 있습니다.

예를 들어, 이러한 작업은 롤 스레딩 프로세스를위한 CNC 제어 인프드, 비틀기 조정 및 압력 제어를 사용하여 가장 일관된 리드 스크류 스레드 형태를 생성합니다. 이 납 스크류의 표면 마감은 지속적으로 매끄럽고 매끄럽고 표면적이지 않고 전례없는 시스템 정확도와 수명을 위해 폴리머 너트에서 찢을 수 있습니다.

동시에 리드 스크류 스레드의 형태와 모양을 추적하는 고급 메트로 및 검사 기술은 전통적인 수동 방법보다 최대 3 배 더 우수한 포인트 간 리드 정확도를 보여줍니다. 이는 나사 길이에 걸쳐 0.003 인치/ft까지 리드 정확도를 지속적으로 유지합니다.

일부 객체가 축을 따라 가리키는 일부 객체를 이동하는 전송 형 응용 프로그램의 경우, 300mm 또는 6 인치마다 리드 정확도를 점검하는 전통적인 방법이 적절합니다. 그러나 최고 정밀 응용 프로그램의 경우 각 샤프트 스레드의 정확도가 관련이 있습니다. 적합한 스레드 형상과의 편차는 스레드의 술 취함으로 알려져 있습니다.

새로운 자동화 된 CNC 제조 장비, 프로세스 및 세부 검사 방법은 더 엄격한 제어 및 품질을 생성하여 개별 스레드 내의 높고 낮은 지점이 하위 회전 정확도, 즉 술 취함을 크게 향상 시켰습니다. 이로 인해 리드 스크류는 단일 회전에서 1 µm로 반복성을 포지셔닝하는 데 도움이됩니다. 이것은 반도체 산업을위한 고가의 웨이퍼 및 칩을 처리하고 주사기 펌프에서 약물을 정확하게 분배하는 것과 같은 응용 분야에서 특히 중요한 성능 메트릭입니다.

스레드 롤링 후 고급 나사 공급 업체는 자동으로 오류 및 런아웃을 최소화하여 진동, 소음 및 조기 마모를 유발할 수있는 오류 및 런아웃을 최소화하여 나사 샤프트를 곧게 똑바로 세우십시오. 모터와 조립 될 때 오류가 강조되기 때문에 나사 샤프트 직선은 중요합니다. 대조적으로, 전통적인 (수동) 나사 교정 방법은 스크류 샤프트 형상에서 눈 제 스톤 효과를 생성 할 수 있습니다. 단일 아치 또는 여러 아치의 형태로 긴 샤프트 축을 주위로 돌출했습니다. 다시, 자동화 및 검사는 이러한 오류를 제거하여 안정적인 스크류 성능을 제공합니다.

Leadscrews 생산의 마지막 단계는 PTFE 코팅의 적용입니다. 일관된 부드러운 마감만이 긴 수명과 시스템 성능을 제공합니다. PTFE의 일관되지 않은 적용 (차선 적 코팅 환경 또는 장비로 인한)은 견과류의 조기 마모 및 단축 조립 생활을 유발하는 피트 팅, 균열, 거품, 플래킹 또는 표면 거칠기를 박차 할 수 있습니다.

링크 2 : 너트와 나사의 상호 작용

전통적인 반 바래시 너트는 코일 스프링이 너트를 따라 선형으로 콜렛을 움직여 손가락을 닫고 나사와 너트 사이의 착용감을 제어 해야하는 멀티 피스 디자인을 사용합니다.

이 설계에서 실패에 기여하는 문제는 스프링의 산발적이고 가변적 인 힘, 너트의 콜렛의 스틱 슬립 및 너트 재료가 마모 될 때 압력을 변동시키는 것입니다. 대조적으로, 일정한 힘을 전달하도록 설계된 하나의 대체 너트에는 간단한 2 피스 디자인이 포함되어있는 2 피스 디자인이 포함되어있는 방사형 방식으로 너트 핑거에 압력을 가해야합니다.

반 백시 리드 스크류 너트를위한 기존 코일 스프링 및 콜렛 디자인을 고려하십시오. 여기서, 가변 힘 코일 스프링은 기계적 간섭을 통해 방사형 힘으로 전환되는 축력을 생성합니다. 디자인은 손가락에 힘을 적용하기 위해 사출 성형 구성 요소에 의존합니다. 벤치 마크 테스트는 처음 1,000주기에 예압이 크게 변한다는 것을 확인합니다.

대조적으로, 특정 Constant-Force Anti-Backlash Leadscrew Nuts는 Lab Automation 고객의 FDA 테스트에서 검증 된 기존 설계보다 2 ~ 4 배 더 좋은 백래시 성능을 제공합니다. 일정한 힘 스프링 디자인은 축의 수명에 걸쳐 일관된 사전 부하를 보장합니다. Lubricity 및 향상된 효율을위한 PTFE를 갖는 자체 윤활 너트 재료.

Constant-Force Anti-Backlash Leadscrew Nuts의 가장 큰 장점 중 하나는 스프링 및 기타 매개 변수를 조정하여 응용 프로그램으로 조정하는 기능입니다. 이 튜닝을 사용하면 예압, 백래시, 드래그 힘 및 실행 클리어런스를 최적화하여 필요한 사양을 충족시킬 수 있습니다. 각 스크류 및 너트 조합은 각각의 풀업 모터 및 스크류 어셈블리와 함께 검증 및 최종 검사 중에 이러한 성능 특성 각각에 대해 테스트 할 수 있습니다.

링크 3 : 구동에 연결 또는 직접 연결

체인의 다음 링크는 나사가 모터에 어떻게 부착되는지입니다. 이것이 달성 할 수있는 세 가지 기본 방법이 있습니다.

첫 번째는 커플러가 스크류와 확장 스터드 샤프트로 제작 된 모터 사이의 구성 요소로서 어셈블리에 도입되는 가장 전통적인 방법입니다. 정렬 문제를 만들 수 있습니다. 구성 요소의 수가 증가함에 따라 모든 것을 중심선에 유지하는 것이 더 어렵습니다. 하나 이상의 구성 요소가 둥글거나 정렬되지 않은 경우 결과는 성능과 시스템 수명에 큰 영향을 미치는 CAM 유형 효과가 될 수 있습니다.

두 번째 방법은 스크류를 테이퍼 보어에 삽입하여 볼트로 뒷면에서 기계적으로 고정합니다. 이러한 어셈블리는 빈번한 유지 보수가 필요한 모터와 분해 및 재 조립을위한 빠른 방법에서 일반적입니다. 단점은 정렬을 유지하기가 어렵고 나사의 길이에 걸쳐 부정확성을 증폭시키는 스노우 컨트 효과를 촉진 할 수 있다는 것입니다. 또한,이 스노우 콘이 나사에 흔들리는 것은 마모 포인트를 생성하여 유지 보수 및 조기 시스템 고장의 필요성을 촉진 할 수 있습니다.

세 번째 방법은 나사를 모터 내의 중공 샤프트에 직접 맞추고 모터 뒷면에 레이저 용접과 나사를 부착하는 것입니다. 이 방법을 사용하면 모터와의 나사의 맞춤에 최대의 참여가 가능하여 가장 높은 정확도 정렬이 가능합니다. 경우에 따라 용접은 나사와 모터 사이에 영구적 인 결합을 생성하는 산업 접착제로 대체 될 수 있습니다. 이 어셈블리 방법은 또한 나사에서 최소한의 런아웃을 제공하여 수명이 연장되고 유지 보수가 필요하다는 것을 최소화함으로써 최고 수준의 정확도를 제공합니다.

리드 스크류, 너트 및 커플 링 정렬 최적화는 전체 시스템의 수명을 연장합니다. 시스템의 다른 요소와 비교하기위한 기준으로, 다양한 리드와 다양한 하중 및 속도로 다양한 방향으로 테스트합니다. 결과는 여행 수명이 표준 L10 베어링 수명을 40 번 초과하는 것을 보여주었습니다.

다시 말해, 전통적인 모터 앤 리드 스크류 설정에는 어셈블리가 필요하고 정렬하기 어려운 여러 구성 요소가 포함됩니다. 그들은 정확도를 저하시키고 실패 가능성을 높이는 놀이 및 공차 스택 업을 도입합니다. 높은 구성 요소 수는 또한 전체 어셈블리 비용이 더 높아집니다. 그러나 통합 하이브리드 선형 액추에이터 설정에는 구성 요소가 적을 수 있도록 모터와 직접 고정 된 리드 스크류가 포함됩니다. 이로 인해 전체 설계 값뿐만 아니라 강성, 정확성 및 신뢰성이 높아집니다.

링크 4 : 모터 유형 및 설계 선택

선형 액추에이터에는 가장 일반적인 모터 선택이 오픈 루프 스테퍼, 보드 장착 제어 또는 산업적으로 싸인 스마트 스테퍼를 사용하는 폐쇄 루프 버전, 마지막으로 브러시리스 DC (BLDC) 모터를 사용하는 모터 옵션을 선택할 수 있습니다. 각각 고유 한 성능 제안 또는 속도 및로드 기능이 있으며, 각각은 비용, 통합, 제어 등에 대한 자체 장단점이 나중에 제공됩니다.

모터의 선형 모션 성능에 가장 큰 영향을 미치려면 모터의 내부 설계에서 후드 아래의 모습이 필요합니다. 전형적인 일반 목적 모터는 물결성 세탁기를 사용하여 베어링과 어셈블리를 제자리에 고정시킵니다. 이것은 일반적으로 로터리 응용 분야에 적합하며 종종 선형에도 적용 할 수 있습니다. 그러나, 물결 세척기는 모터 내에서 양의 양의 준수를 제공하여 선형 위치의 부정확성으로 해석되는 소량의 축 또는 선형 재생을 촉진 할 수 있습니다.

이를 완화하기 위해 두 가지 요소 중 하나 또는 둘 다를 설계에서 수정할 수 있습니다. 어셈블리의 스러스트 하중 기능을 증가시키기 위해 더 큰 베어링을 삽입 할 수 있으며, 스패너 너트를 추가하여 미리 결정된 토크 사양에 조정하여 시스템에서 재생을 제거 할 수 있습니다.

링크 5 : 제어 옵션 선택

모든 요소를 ​​하나로 묶는 마지막 링크는 물리적 선형 운동을 어떻게 지시하고 제어 하는가입니다. 전통적으로 이것은 앰프와 컨트롤러를 포함하여 여러 개의 별도 조각이 필요합니다. 각각은 캐비닛과 관련 하드웨어, 배선, 인코더 및 센서가 필요합니다. 이러한 설정은 복잡하고 번거롭게 설치, 문제 해결 및 작동 할 수 있습니다.

상용 스마트 모터 솔루션의 출현은 배선을 단순화하고 스텝 서비스 유형 성능 및 제어를 얻는 것과 관련된 커넥터 및 센서의 수를 줄이는 데 도움이되었습니다. 이는 더 낮은 구성 요소 수와 설치와 관련된 시간과 노동력 덕분에 비용 절감을 제공합니다. 이 모터는 또한 사전 조립 된 산업화 된 패키지로 제공되어 보드를 밀봉하고 보호하며 IP65 또는 IP67에 대한 등급으로 남용 또는 오염으로부터 통제합니다.

애플리케이션에 특정 맞춤형 기능이 필요하거나 공간 및 크기 고려 사항이 최소화되거나 저렴한 비용이 중요한 드라이버 인 경우 사용자 정의되지 않은 IP20 모터 마운트 보드 제어가 유용한 옵션입니다. 이는 양식화 된 하우징이나 장비에 배치 된 대규모 응용 분야에서 특히 그렇습니다. 이러한 액추에이터는 스마트 모터 (일반적으로 상당한 비용 절감에 따라)의 장점을 부여하며 마스터 또는 PLC와 더 쉽고 빠른 커뮤니케이션을 위해 모터에 제어됩니다.