Готовые к установке линейные модули используются во многих отраслях промышленности для перемещения материалов, изделий и производственного оборудования в самых разнообразных машинах.

При выборе линейных модулей конструкторы машин имеют множество вариантов, исходя из конкретных производственных и эксплуатационных требований. Однако существуют отрасли и системные приложения, где точность и аккуратность перемещения являются наиболее критичным требованием.

В частности, такие области применения, как производство полупроводников, лазерная резка, сборка электроники и системы автоматизации лабораторий, требуют прецизионных линейных модулей, которые должны работать с чрезвычайно высокой точностью в конечной точке и обеспечивать плавное перемещение с минимальной вибрацией на протяжении всего цикла движения.

Понимание ряда ключевых конструктивных и эксплуатационных характеристик, отличающих прецизионные линейные модули, может помочь конструкторам машин и систем выбрать наилучшие изделия, отвечающие требованиям создаваемых ими машин.

Необходимость точных движений
Для сверхточной и деликатной резки, автоматизированных систем отбора проб в медицинском испытательном оборудовании или перемещения полупроводниковых пластин через технологический инструмент требуется чрезвычайно стабильное, практически безвибрационное движение во время обработки. Первостепенной задачей является достижение целевой точки с максимальной точностью.

Стабильное движение часто имеет решающее значение для защиты чрезвычайно хрупких материалов от повреждений или деградации, вызванных линейным перемещением. Полупроводниковые пластины — прекрасный тому пример: они чрезвычайно хрупкие, и готовая пластина может содержать микросхемы, стоимость которых, в зависимости от размера, может исчисляться миллионами долларов.

Каждая пластина проходит сотни технологических этапов, и при каждом перемещении с одного этапа на другой вибрация в линейном модуле может повредить обрабатываемую пластину, снизив ее конечную ценность. Чем меньше вибрации, тем ниже риск.

Точность конечной точки имеет решающее значение для повышения производительности. Если лоток с электронными компонентами перемещается в процессе высокоскоростной автоматизированной сборки, максимальная производительность достигается тогда, когда линейный модуль подает лоток в сборочный инструмент с точностью до микрона.

Важно также отметить, что это стабильное движение и точность конечной точки должны быть воспроизводимы на протяжении тысяч циклов движения каждый день. Если на точную настройку положения деталей требуется несколько миллисекунд, эти миллисекунды в сумме составляют часы дополнительного производственного времени, снижая производительность, потенциально увеличивая затраты и влияя на сроки поставки.

Для достижения этих целей необходимо учитывать ключевые конструктивные особенности, материалы, конструкцию и функциональность высокопроизводительных прецизионных линейных модулей.

Строительные материалы
Конструкция корпуса модуля и используемые материалы являются важнейшими факторами, определяющими точность и воспроизводимость результатов в долгосрочной перспективе.

В мире линейных модулей для изготовления корпусов, или «профилей», чаще всего используется алюминий или сталь. Алюминиевые корпуса чаще используются в более стандартных линейных модулях, поскольку их можно экономично экструдировать, что позволяет удовлетворить потребности более широкого диапазона размеров и длин модулей.

Однако важно учитывать прецизионные линейные модули, изготовленные с использованием стальных корпусов, обработанных механическим способом. Такие корпуса, как правило, обладают гораздо меньшей модульной эластичностью и отклонением от желаемой траектории движения по сравнению с модулями на основе алюминия (которые также очень стабильны, но просто не на том уровне, который могут обеспечить стальные корпуса).

Модульная эластичность заставляет модуль принимать форму рамы машины, к которой он крепится. В случае с корпусом из экструдированного алюминия, если есть какое-либо отклонение — например, изгиб или деформация в месте крепления модуля — он может отражать это отклонение.

Благодаря корпусу из обработанной стали, прецизионные линейные модули предотвращают подобные отклонения, обеспечивая очень высокую плоскостность или прямолинейность перемещения. Это способствует снижению вибрации, точности конечной точки и повторяемости позиционирования. Кроме того, следует выбирать модули с обработанной опорной кромкой и встроенными направляющими на корпусе. Некоторые компании даже позволяют пользователю указать, с какой стороны находится обработанная опорная кромка, для более быстрого монтажа и упрощения выравнивания.

Правильный размер для конкретного применения
Когда требуется очень точная работа, обязательно выбирайте компоненты подходящего размера для выдерживания нагрузки. Например, осевая или крутильная нагрузка может потребовать более широких или более прочных компонентов, чем простая радиальная нагрузка. Кроме того, для многих сложных применений в станкостроении, производстве полупроводников и электроники производственные системы относительно малы, что требует компактных прецизионных модулей, которые легко помещаются в ограниченном пространстве станков. Многие поставщики предлагают различные размеры.

Кроме того, важно учитывать и другие основные критерии проектирования линейного перемещения, такие как условия эксплуатации системы, угол установки груза, требуемая скорость, пройденное расстояние и требуемый рабочий цикл. В отрасли это называется LOSTPED (нагрузка, ориентация, скорость, перемещение, точность, условия эксплуатации и рабочий цикл).

Компоненты движения
Точное и стабильное движение также является результатом работы приводных механизмов линейного модуля. Для прецизионных линейных модулей оптимальным решением являются шариковинтовые приводы.

Шариковинтовые приводы отличаются высокой эффективностью преобразования вращательного движения в линейное. Как механические приводные элементы, они могут быть установлены в положениях XYZ и выполнять перемещения с необходимой точностью и повторяемостью.

Шариковые винты с полным уплотнением обеспечивают уникальное сочетание высокой жесткости, высокой точности и приличной скорости, что делает их полезными в самых разных областях применения, требующих точного перемещения. В частности, их способность выдерживать значительные осевые нагрузки часто делает их лучшим выбором, чем линейные двигатели, особенно в процессах резки металла, дерева и камня.

Не менее важна конструкция линейных направляющих в прецизионных модулях. Точность линейных направляющих зависит от многих факторов: ровности направляющей, по которой перемещается литник или подшипник, дорожек качения внутри подшипника, по которым движутся шарики или ролики, и плоскостности поверхности крепления направляющей.

Одним из наиболее важных аспектов, требующих оценки, является плавность циркуляции шариков внутри направляющей по мере их движения вдоль рельса. Даже малейшее перемещение шариков в камере рециркуляции или даже незначительное вращение рельсовой системы вокруг своей оси могут негативно сказаться на работе оборудования с очень высокой точностью.

Любое отклонение или зазор снижают точность, а любая шероховатость в циркуляции шариков может привести к неточности. Для решения этой проблемы ведущие поставщики линейных модулей используют направляющие, которые оптимизируют циркуляцию в ключевых точках перехода, обеспечивая чрезвычайно плавное движение шариков по дорожкам качения подшипников.

Высокоточные линейные модули, сочетающие в себе шариковинтовые передачи и оптимизированные линейные направляющие со стальными корпусами, обладают многими ключевыми характеристиками, необходимыми для высокоточных и высокоскоростных автоматизированных систем.

Смазка и герметизация
Независимо от качества проектирования и изготовления, линейные модули нуждаются в надлежащей смазке на протяжении всего срока службы для поддержания точного и стабильного движения. Один из способов обеспечить эффективную интеграцию смазки в общую практику технического обслуживания системы — это выбор прецизионных модулей, которые упрощают и облегчают их постоянную смазку.

Большинство прецизионных модулей поставляются с обычной промышленной смазкой для первоначальной обработки. Для других модулей доступны более совершенные варианты смазки — например, для удовлетворения требований чистых помещений или электронной промышленности.

Недавно мы обновили линейку прецизионных модулей, включив в нее более совершенные смазочные материалы стандарта LSS и LSC для чистых помещений. Также появилась возможность подключения к централизованным системам смазки с использованием жидкой смазки. Автоматическая повторная смазка повышает надежность работы, исключая человеческие ошибки при ручной смазке.

Линейные модули нуждаются в смазке, поскольку имеют движущиеся части, но движущиеся части могут генерировать мельчайшие частицы, находящиеся в воздухе, если модуль не герметичен должным образом (сами смазочные материалы также могут рассеиваться в воздухе). Важно заранее оценить варианты герметизации, предлагаемые поставщиками прецизионных линейных модулей, особенно для чистых помещений или лабораторных автоматизированных систем, работающих с чувствительными биологическими образцами.

Обратите внимание на прецизионную гайку шариковинтовой передачи и узел линейной каретки, герметизированные с обеих сторон с помощью уплотнений для шариковинтовой передачи. Такая конструкция значительно снижает риск утечки смазки наружу.

Настройка и техническая поддержка
И наконец, еще один важный фактор, который следует учитывать при выборе прецизионных линейных модулей, — это уровень технической поддержки, предоставляемой поставщиком, которая поможет производителям оборудования выбрать, указать характеристики, сконфигурировать и заказать необходимые им модули.

Выбор поставщика линейных модулей с удобными пошаговыми онлайн-инструментами для расчета размеров и конфигурации может помочь конструкторам машин быстро настроить и заказать нужные модули по мере необходимости. Некоторые компании также позволяют выбирать и подбирать размеры комбинации механики, двигателя и привода с помощью одного инструмента.

Когда требуется прямая помощь, целесообразно сотрудничать с поставщиками линейных модулей, обладающими обширным опытом в области технологий линейного перемещения. Эти компании предоставляют техническую поддержку от экспертов в области линейного перемещения по телефону, электронной почте или в режиме реального времени через онлайн-чат. Во многих случаях, когда производители оборудования не уверены в конкретных требованиях к размерам и производительности своих приложений, эти эксперты уже решали подобные задачи в прошлом.

В современных системах автоматизации достижение высокой производительности не должно подразумевать жертвование качеством ради скорости. Особенно для отраслей и приложений, требующих сверхточной линейной навигации, транспортировки без вибраций и чрезвычайно высокой точности конечной точки, выбор правильного прецизионного линейного модуля может сыграть решающую роль в повышении производительности, эффективности и качества производства.