Revise cinco links na cadeia de elementos de design tão críticos para a operação de precisão.

Um sistema de movimento linear é tão forte quanto os links mais comprometidos em sua cadeia de elementos mecânicos e eletromecânicos. Compreender cada componente e recurso (e seu impacto na saída do projeto) melhora as decisões e as chances de o design final atende totalmente às demandas de aplicativos. Afinal, a reação do sistema, a precisão e outros aspectos de desempenho podem ser rastreados de volta aos elementos no design e fabricação do parafuso de chumbo, porca anti-backlash, acoplamentos, motor e estratégia de controle.

Trabalhar com fornecedores de movimento linear com experiência em todos os links de um design é a melhor maneira de obter o melhor desempenho do design. Por fim, os sistemas de controle de movimento otimizados são como um carro esportivo de alto desempenho, todos os seus elementos bem equilibrados ... para os quais o motor de tamanho certo + a transmissão direita + os pneus certos + ótimos recursos de controle (como freios de antilock e controle de tração) = ótimo desempenho.

Considere alguns exemplos de projetos que exigem desempenho superior. Em alguns tipos de impressão 3D, as resoluções de camada estão sendo empurradas tão baixas quanto 10 µm por camada. Em dispositivos médicos, as unidades de distribuição devem gerar medicamentos que salvam vida e doses de controle até os microlitros. O mesmo tipo de precisão apertada pode ser vista em equipamentos ópticos e de varredura, equipamentos de processamento de chip e bolas na indústria de semicondutores e no espaço de automação de laboratório.

Somente projetos de movimento linear criados com uma abordagem holística para a seleção e integração de componentes podem atender a esses requisitos de desempenho cada vez mais altos. Freqüentemente, a solução mais adequada para essas construções é um parafuso e porca acionados por motor, com arquitetura de controle apropriada. Então, vamos considerar as principais considerações e características de desempenho para cada link nesse tipo de montagem linear.

Link um: Qualidade do parafuso de chumbo e noz

Os parafusos de chumbo existem há décadas de várias formas com uma variedade de projetos e materiais de nozes. Durante grande parte desse tempo, as máquinas usadas para fabricar parafusos foram ajustadas manualmente - limitando a qualidade à capacidade da máquina e ao nível de habilidade do operador. Hoje, a maioria dos fabricantes ainda usa esse tipo de equipamento, mas os processos automatizados modernos estão levando a qualidade do parafusos de chumbo para o próximo nível.

Por exemplo, essas operações usam uma infecção controlada por CNC, ajuste de distorção e controles de pressão para o processo de pista de rolagem para produzir os formulários de rosca do correio de chumbo mais consistentes. O acabamento da superfície desses parafusos de chumbo é consistentemente liso e livre de abrasões de superfície que podem rasgar as nozes de polímero ... para precisão e vida sem precedentes do sistema.

Ao mesmo tempo, as técnicas avançadas de metrologia e inspeção que rastreiam a forma e a forma dos roscas do parafusos de chumbo mostram resultados em precisões de chumbo ponto a ponto, até três vezes melhores do que as dos métodos manuais tradicionais. Isso consistentemente mantém as precisões de chumbo baixas para 0,003 pol ./ft sobre o comprimento de um parafuso.

Para aplicações do tipo de transporte que movem algum ponto de objeto para apontar ao longo de um eixo, o método tradicional de verificar a precisão do chumbo a cada 300 mm ou seis polegadas é adequado. Porém, para as aplicações de precisão mais altas, a precisão de cada encadeamento do eixo é relevante. O desvio da geometria da linha adequada é conhecida como embriaguez do fio.

Novos equipamentos automatizados de fabricação de CNC, processos e métodos de inspeção detalhados produzem controle e qualidade mais rígidos, para que o ponto alto e baixo dentro de um tópico individual mostre uma precisão de sub-rotação muito melhorada-em outras palavras, menos embriaguez. Isso, por sua vez, ajuda os parafusos de chumbo a manter a repetibilidade de posicionamento em uma única rotação para 1 µm. Essa é uma métrica de desempenho especialmente crítica em aplicações, como processar bolachas caras e chips para a indústria de semicondutores e distribuir com precisão medicamentos em uma bomba de seringa.

Após o rolamento da rosca, os fornecedores avançados de parafusos endireitam os eixos de parafusos com um automatizado para minimizar erros e desvios que podem causar vibração, ruído e desgaste prematuro. A retenção do eixo do parafuso é crítica porque qualquer erro é acentuado quando é montado com o motor. Por outro lado, os métodos tradicionais (manuais) de endireitamento do parafuso podem produzir um efeito de cone de neve na geometria do eixo do parafusos-na forma de um único arco ou vários arcos que saca-se ao redor do eixo do eixo longo. Novamente, o alisamento e a inspeção automatizados eliminam esses erros, resultando em desempenho estável do parafuso.

A etapa final na produção de parafusos de leads é a aplicação de um revestimento de PTFE. Somente um acabamento suave consistente oferece desempenho de vida e sistema longo. A aplicação inconsistente do PTFE (resultante de um ambiente ou equipamento de revestimento abaixo do ideal) pode estimular picadas, fissuras, bolhas, descamação ou rugosidade da superfície que causam desgaste prematuro na porca e a vida útil da montagem.

Link dois: interação da porca e parafuso

As porcas anti-backlash tradicionais usam um design de várias peças que requer uma mola de bobina para mover um pingão linearmente ao longo da porca para fechar os dedos e controlar o ajuste entre o parafuso e a porca.

Os problemas que contribuem para a falha nesses projetos são a força esporádica e variável da mola, o deslizamento da pinça na porca e a pressão flutuante à medida que o material da porca desgasta. Por outro lado, uma porca alternativa projetada para fornecer força constante inclui um design simplificado de duas peças que aplica pressão nos dedos da porca de maneira radial, que é a direção necessária para controlar a folga ou o jogo entre a porca e o parafuso.

Considere o design convencional de mola e coletor de bobina para uma porca do parafuso de chumbo anti-backlash. Aqui, uma mola de bobina de força variável gera força axial que é convertida em força radial através da interferência mecânica. O design baseia -se em componentes moldados por injeção para aplicar força igualmente aos dedos. Os testes de referência confirmam que a pré -carga muda drasticamente nos primeiros 1.000 ciclos.

Por outro lado, certos nozes do parafusos de chumbo anti-backlash de força constante oferecem desempenho de reação que é duas a quatro vezes melhores que os projetos convencionais, conforme validados pelos testes da FDA do cliente de automação de laboratório. Um design constante da mola de força garante pré-carga consistente ao longo da vida do eixo. Material de porca auto-lubrificante com PTFE para lubrificação e maior eficiência.

Uma das maiores vantagens das nozes do parafusos de chumbo anti-backlash de força constante é sua capacidade de ser ajustado a uma aplicação com ajustes na mola e outros parâmetros. Esse ajuste permite a otimização da pré -carga, reação, força de arrasto e liberação de execução para atender às especificações necessárias. Cada combinação de parafuso e porca, juntamente com cada motor de parafuso e parafuso completa, pode ser testado para cada uma dessas características de desempenho durante a validação e a inspeção final.

Link três: conexão acoplada ou direta à unidade

O próximo link na corrente é como o parafuso se liga ao motor. Existem três maneiras básicas de isso que isso pode ser realizado.

O primeiro é o método mais tradicional em que um acoplador é introduzido na montagem como o componente entre o parafuso e um motor construído com um eixo de prisioneiro estendendo que esse projeto requer mais espaço para o comprimento do acoplador e qualquer alojamento de anexo associado, e também pode criar problemas de alinhamento. Devido ao aumento do número de componentes, é mais difícil manter tudo na linha central. Se um ou mais dos componentes estiverem fora de redonda ou alinhamento, o resultado pode ser um efeito do tipo came que afeta bastante o desempenho e a vida útil do sistema.

O segundo método insere o parafuso em um furo cônico para prendê -lo mecanicamente no lugar (na parte traseira) com um parafuso. Essa montagem é comum em motores que exigirão manutenção frequente - e um método rápido para desmontagem e remontagem. A desvantagem é que o alinhamento é difícil de manter e pode estimular um efeito de cone de neve que amplifica as imprecisões ao longo do comprimento do parafuso. Além disso, esse oscilações de neve no parafuso cria pontos de desgaste que podem estimular a necessidade de manutenção e falha prematura do sistema.

O terceiro método é um ajuste direto do parafuso para um eixo oco dentro do motor e afixando o parafuso com uma solda a laser na parte traseira do motor. Este método garante o envolvimento máximo no ajuste do parafuso com o motor, resultando no maior alinhamento de precisão possível. Em alguns casos, a solda pode ser substituída por um adesivo industrial que cria uma ligação permanente entre o parafuso e o motor. Esse método de montagem também fornece o nível mais alto de precisão, fornecendo a menor quantidade de desconto no parafuso, resultando em vida útil prolongada e minimizando a necessidade de manutenção.

Otimizando o parafuso de chumbo, o alinhamento de porca e o acoplamento prolonga a vida útil de todo o sistema. Como linha de base para comparação com outros elementos do sistema, testando em uma variedade de orientações com vários leads e com uma variedade de cargas e velocidades. Os resultados mostraram a vida útil da viagem excedendo a vida útil do rolamento L10 padrão em 40 vezes.

Em outras palavras, as configurações tradicionais de seleção de motor e líder incluem vários componentes que requerem montagem e são difíceis de alinhar. Eles introduzem a pilha de brincar e tolerância que degradam a precisão e aumentam o potencial de falha. A alta contagem de componentes também contribui para um custo geral de montagem geral. Mas as configurações integradas do atuador linear híbrido incluem um parafuso de chumbo alinhado e fixado diretamente com o motor - para menos componentes. Isso contribui para uma maior rigidez, precisão e confiabilidade ... bem como valor geral do projeto.

Link quatro: seleção do tipo e design do motor

Os atuadores lineares vêm com uma escolha de opções de motor, com as opções de motor mais comuns sendo um passo de malha aberta, uma versão de circuito fechado usando um controle montado na placa ou um stepper inteligente envolto industrialmente e, finalmente, um motor DC sem escova (BLDC). Cada um tem sua própria proposta de desempenho ou velocidade e recursos de carga, e cada um também vem com seu próprio conjunto de prós e contras em torno de custos, integração, controle e muito mais que abordamos mais tarde.

O maior impacto no desempenho do movimento linear de um motor requer uma aparência sob o capô no design interno do motor. Os motores de uso geral típicos usam uma arruela ondulada para manter rolamentos e a montagem no lugar. Isso geralmente é adequado para aplicações rotativas e geralmente também pode ser aplicado a linear. No entanto, as lavadoras onduladas prevêem uma quantidade de conformidade dentro do motor que pode estimular pequenas quantidades de jogo axial ou linear que se traduzem em imprecisões da posição linear.

Para aliviar isso, um ou ambos os dois elementos podem ser modificados no design. Os rolamentos maiores podem ser inseridos para aumentar a capacidade de carga de empuxo da montagem, e uma porca de chave de chave pode ser adicionada e ajustada a uma especificação de torque predeterminada para retirar a peça do sistema.

Link cinco: opções de escolha de controle

O link final que une todos os elementos é como o movimento linear físico deve ser direcionado e controlado. Tradicionalmente, isso precisaria de várias peças separadas, incluindo um amplificador e controlador. Cada um precisaria de um gabinete e o hardware, fiação, codificador e sensores associados para feedback. Essas configurações podem se tornar complicadas e pesadas para instalar, solucionar e operar.

O surgimento de soluções de motor inteligente pronta para uso serviu para simplificar a fiação e reduzir o número de conectores e sensores associados à obtenção de desempenho e controle do tipo de servo. Isso proporciona economia de custos graças a uma contagem mais baixa de componentes, além de menos tempo e trabalho associados à instalação. Esses motores também vêm em pacotes industrializados pré -montados que selaram e protegem a placa e controlam o abuso ou a contaminação com classificações para IP65 ou IP67.

Quando um aplicativo requer recursos personalizados específicos, minimizou as considerações de espaço e tamanho, ou o baixo custo é um driver crítico, um controle de placa de placa montado no IP20 não encapsulado personalizado é uma opção útil. Isso é especialmente verdadeiro para aplicações de grande volume colocadas em caixas ou equipamentos estilizados. Tais atuadores transmitem as vantagens dos motores inteligentes (normalmente em economia substancial de custos) e o controle está no motor para uma comunicação mais fácil e rápida com o mestre ou o PLC.