Следование нескольким простым рекомендациям по проектированию систем линейного перемещения может улучшить производительность системы и продлить срок службы привода.

Многие автоматизированные машины используют компоненты линейной направляющей, такие как профилированный рельс, круглый рельс или другие конструкции подшипников качения или скольжения, для направления и поддержки движущихся элементов оборудования. Кроме того, во многих случаях эти движущиеся элементы приводятся в движение каким-либо типом линейного исполнительного устройства.

Одной из наиболее распространенных проблем в линейных системах любого типа является несоосность. Несоосность может привести к множеству проблем, таких как непостоянные результаты линейного движения, сокращение срока службы системы линейных подшипников, преждевременный износ или выход из строя системы привода, а также неустойчивое движение, такое как изменение скорости или колебание.

Однако есть несколько распространенных способов повысить общую производительность системы за счет оптимизации выравнивания линейной направляющей и привода.

Приводы и направляющие

Хотя существует несколько способов придания движения управляемому элементу машины, некоторые из наиболее распространенных делятся на две категории. Первый – это приводы стержневого типа. Приводы стержневого типа могут быть либо с жидкостным приводом, например, гидравлическим или пневматическим, либо электрическим, например, с ходовыми или шариковыми винтами.

Второе – бесштоковые приводы. Они также могут иметь гидравлический или электрический привод через ходовой винт, шариковый винт, ремень или линейный двигатель. Оба типа приводов находят применение в управляемых системах. Однако каждый из них имеет тонкие различия в том, как его лучше всего использовать для максимизации производительности и срока службы системы.

Сами направляющие элементы, будь то профилированный рельс, круглый рельс или другие роликовые или скользящие системы, должны быть правильно подобраны по размерам и выбраны на этапе проектирования и установлены в соответствии с рекомендациями производителя, уделяя особое внимание процессу центровки. Это гарантирует, что производительность выбранной системы наведения будет максимальной для конкретного применения.

Важность участников, отвечающих за соблюдение требований

Приводы стержневого типа, характеризующиеся тем, что шток поршня или шток привода выдвигаются и втягиваются при каждом цикле, обычно предлагают несколько вариантов монтажа. Варианты монтажа, такие как просверленные и резьбовые отверстия в устройстве, монтажные ножки, сферические стержневые соединения, выравнивающие муфты, вилки или цапфы, обычно предлагаются большинством поставщиков стержневых приводов. При использовании управляемого механизма убедитесь, что каждая подсистема, привод и направляющий узел способны беспрепятственно и плавно перемещаться. Системы, которые пытаются жестко соединить приводной элемент с ведомым элементом, могут демонстрировать нестабильную производительность, поскольку эти два элемента пытаются двигаться в разных плоскостях, при этом одна или обе подсистемы загружены сверх своих возможностей.

Привод стержневого типа в такой системе лучше всего использовать с некоторым податливым элементом между приводным элементом (приводом) и ведомым элементом (направляющей системой). Например, сферический конец стержня, прикрепленный к стержню привода, позволяет точке крепления поворачиваться вокруг сферического соединения. Этот тип соединения на направляющей лучше всего использовать в сочетании с цапфой или скобой на противоположном конце привода, где он крепится к элементу рамы машины. Такая схема крепления позволяет обеспечить соблюдение требований в соединении, не создавая чрезмерных напряжений ни на ведущем (исполнительном механизме), ни на ведомом (направляющей системе).

Приводы бесштокового типа, ход которых находится в пределах общей длины, также могут содержать направляющую систему, встроенную в привод. Бесштоковые приводы при использовании в сочетании с отдельной направляющей системой также должны включать соответствующий элемент в соединении между приводными и ведомыми элементами. Большинство поставщиков приводов предлагают различные крепления, предназначенные для такого типа установки, например плавающие кронштейны.

Бесштоковые приводы, включающие систему направляющих, могут выполнять задачу направления и поддержки оборудования, заменяя при этом отдельную систему направляющих. Эта функция может быть особенно полезной и во много раз экономит время и деньги изготовителя оборудования. Бесштоковые приводы со встроенными направляющими могут быть встроены в оборудование в различных комбинациях для удовлетворения самых разнообразных потребностей в перемещении. Многоосные конфигурации, такие как xy или xyz, а также портальные конфигурации возможны при правильном выборе размеров. При установке бесштоковых приводов со встроенными направляющими не менее важна центровка.

Параллельность и перпендикулярность соединяемых элементов

Бесштоковый привод со встроенной направляющей, используемый в одноосной конфигурации, должен соответствовать только ожиданиям по позиционированию. Процесс выравнивания прост, поскольку привод работает самостоятельно, устанавливая груз в нужное положение без какого-либо внешнего руководства. Примеры такого типа настройки включают установку «рабочая точка к рабочей точке» или выравнивание по креплению на оборудовании.

Выравнивание бесштоковых приводов в многоосных конфигурациях становится более сложной задачей, поскольку нескольким приводам приходится работать вместе. Поэтому при установке этих приводов необходимо учитывать параллельность и перпендикулярность всех соединяемых устройств для обеспечения оптимальной производительности и максимального срока службы.

Параллельность соединяемых элементов

Есть три переменных, которые могут повлиять на параллельность при установке линейных приводов. Задавая эти вопросы и отвечая на них, вы максимизируете параллелизм и производительность системы.

1. Установлены ли приводы на каретках на одной высоте? Несоосность в этой плоскости создаст неблагоприятный изгибающий момент по оси Mx на подшипниковой системе одного или обоих узлов.

2. Установлены ли приводы на одинаковом расстоянии друг от друга от одного конца до другого? Несоосность в этой плоскости приведет к возникновению неблагоприятной боковой нагрузки по оси F на систему подшипников и, если она серьезная, может привести к заклиниванию узлов.

3. Установлены ли приводы на одном уровне друг с другом? Угловое смещение приведет к возникновению неблагоприятного изгибающего момента по оси My на системе подшипников обоих узлов.

Перпендикулярность соединяемых элементов

Есть две переменные, влияющие на перпендикулярность при установке линейных приводов.

1. В системе XYZ ось Z установлена ​​перпендикулярно оси Y? Несоосность в этой плоскости приведет к возникновению неблагоприятного изгибающего момента на системе подшипников привода оси Y по любой или всем возможным осям.

2. В портальной системе, где два привода должны одновременно перемещаться по осям X или Y, движутся ли они одновременно? Несоосность или неадекватная работа сервопривода приведут к возникновению нежелательного изгибающего момента по оси Mz к системе подшипников.

Фактические допуски, связанные с рекомендациями по выравниванию и монтажу, зависят от конкретного производителя привода, а также от типа подшипника. Однако общее практическое правило — учитывать тип системы подшипников. Высокопроизводительные типы подшипников, такие как системы профильных рельсов, как правило, довольно жесткие, и центровка более важна. Системы средней производительности, использующие ролики или колеса, часто имеют зазоры, обеспечивающие некоторую степень выравнивания. Системы с подшипниками скольжения или скользящие системы часто имеют больший зазор и могут быть еще более щадящими.

При установке систем крепления линейных приводов имеется ряд измерительных инструментов, которые помогут обеспечить правильное выравнивание: от манометров до лазерных систем. Какие бы инструменты ни использовались, всегда создавайте одну ось в качестве опорной для плоскостей XY и Z и устанавливайте другие устройства относительно базовой оси. Это поможет добиться максимальной производительности и максимально длительного срока службы вашей системы привода.