Электронная, оптическая, компьютерная, проверка, автоматизация и лазерная промышленность требуют различных спецификаций по позиционированию.Ни одна система не подходит для всех.

Чтобы гарантировать, что система позиционирования с высокой точностью работает оптимально, компоненты, которые составляют систему-подшипники, систему измерения положения, систему двигателя и привода и контроллер,-должны работать вместе, чтобы соответствовать критериям приложения.

База и подшипник

Чтобы определить оптимальную конфигурацию системы, сначала рассмотрите механическую часть системы. Для линейных этапов это четыре общих вариантов дизайна базовых и носителей:
• Алюминиевая основа и скользит с помощью болтонских шариковых способов.
• Алюминиевый или стальный основание и алюминиевая или стальная сторона с четырьмя рециркулирующими роликовыми блоками на стальных рельсах.
• Мейханитовое чугунное основание и скользите с помощью интегральных роликовых способов.
• Гранитные гиды с гранитным или чугунным скольжением и воздушными подшипниками.

Алюминий легче, чем миханит или сталь, но менее жесткий, менее стабильный, менее способный взять биение и менее устойчиво к стрессу. Кроме того, алюминий гораздо более чувствителен к изменениям температуры. Чугун на 150% жестче, чем алюминий и на 300% лучше в демпфировании вибрации. Сталь долговечен и прочнее железа. Тем не менее, он страдает длительным звонком, что наносит ущерб быстрому движению и срокам оседания.

Гранитные гиды с воздушными подшипниками обеспечивают самую жесткую, наиболее долговечную комбинацию. Гранит может быть отполирован для плоскостности и прямолинейности в субмикронном диапазоне. Недостаток гранитного стола заключается в том, что из-за массы гранита он имеет большую космическую конверт и весит больше, чем система позиционирования на основе стали или железа. Однако, поскольку нет контакта между подшипниками и гранитными направляющими поверхностями, нет износа, а воздушные подшипники в значительной степени самостоятельно чистки. Кроме того, гранит обладает отличными характеристиками демпфирования вибрации и тепловой стабильностью.

Кроме того, дизайн самой таблицы важен в общей производительности таблицы. Таблицы бывают различными конфигурациями от болтовых единиц с множеством частей до простых литых оснований и слайдов. Использование одного материала по всей таблице обычно обеспечивает более равномерный отклик на изменения температуры, что приводит к более точной системе. Такие особенности, как ребристый, обеспечивают демпфирование, которое позволяет быстро оседать.

Интегральные способы имеют преимущество перед тем, что даже через долгое время не требуется никакой корректировки способов для предварительной нагрузки.

Скрещенные роликовые подшипники имеют линейный контакт между роликом и гоночной трассой, тогда как шариковые подшипники имеют точечный контакт между мячом и гоночной дорожкой. Как правило, это приводит к более плавному движению для роликовых подшипников. На поверхности прокатывания наблюдается меньшая поверхностная деформация (и износ), и нагрузка распределяется более равномерно. Нагрузки до 4,5 до 14 кг/роликов являются стандартными, наряду с высокой механической жесткостью от 150 до 300 ньютонов/микрон. Недостатки включают в себя неотъемлемое трение от контакта линии.

Однако небольшая область контакта, которая ограничивает трение подшипника шарика, также ограничивает его грузоподъемность. Роликовые подшипники обычно имеют более длительную жизнь, чем шариковые подшипники. Тем не менее, роликовые подшипники стоят дороже.

Стандартные размеры таблиц одного производителя включают длину от 25 до 1800 мм и ширину слайда от 100 до 600 мм.

Конфигурация воздушного подшипника состоит из подшипников и направляющих подшипников, предварительно загруженных противоположными воздушными подшипниками или высокопоставленными редкоземельными магнитами, встроенными в руководящие члены. Этот бесконтактный дизайн позволяет избежать трения других конструкций подшипника. Кроме того, воздушные подшипники не страдают от механического износа. Кроме того, воздушные подшипники могут быть широко распределены. Таким образом, полученные геометрические ошибки усредняются, что вызывает угловые отклонения менее чем на 1 секунду дуги и прямолинейность, превышающую 0,25 микрона, более 200 мм.

Численные значения трудно обеспечить - они зависят от многих факторов. Например, точность позиционирования зависит не только от подшипников или гидов, но и от системы измерения положения и контроллера. Трение в системе позиционирования зависит не только от того, какую систему привода вы выбрали, но и от регулировки подшипника, герметизации таблицы, смазки и так далее. Следовательно, точные значения, которые могут быть достигнуты, очень сильно зависят от комбинации всех компонентов, что, в свою очередь, зависит от приложения.

Система привода

Из многих типов систем привода-ремня, стойка и пино-пино, свинцовый винт, точный шар и линейный двигатель-только два последних рассматриваются для большинства систем позиционирования с высокой точностью.

Шаровые винтовые приводы имеют различные характеристики разрешения, точности и жесткости, и могут обеспечить высокие скорости (выше 250 мм/с). Однако, поскольку шаровой винт ограничен критической скоростью вращения винта, более высокая скорость требует более низкого шага, с меньшим механическим преимуществом и двигателем более высокой мощности. Обычно это означает переход на двигатель с более высоким мощным приводом с более высоким напряжением шины. Шаровые винтовые приводы, хотя и широко используются, также могут испытывать механическую обратную реакцию, задержки, циклические ошибки и трение. Также не замечает жесткость механической связи, которая соединяет двигатель и привод.

С линейным серводомотором электромагнитная сила непосредственно задействует движущуюся массу без механического соединения. Не существует механического гистерезиса или циклической ошибки высоты. Точность полностью зависит от системы подшипника и системы управления обратной связью.

Динамическая жесткость указывает, насколько хорошо сервопривода поддерживает положение в ответ на импульсную нагрузку. В целом, большая полоса и более высокий усиление обеспечивают большую динамическую жесткость. Это может быть количественно определено путем деления измеренной импульсной нагрузки на расстояние отклонения:

Динамическая жесткость = Δf/Δx

Высокая жесткость и высокая естественная частота приводят к превосходному сервоприводу с коротким временем оседания. Слайд реагирует быстро, чтобы изменить команды положения, потому что между двигателем и слайдом нет механической связи. Кроме того, потому что нет никакого шарового винта «звон», быстрое движение и время оседания может быть достигнуто.

Бесщеточный линейный двигатель состоит из узел постоянного магнита, прикрепленной к основанию машины, и узел катушки, прикрепленной к слайду. Зазор около 0,5 мм поддерживается между узел катушки и магнитами. Там нет физического контакта между двумя сборками.

В ядре движущейся катушки содержится серия перекрывающихся и изолированных медных катушек. Это точная рана и разбитая для трехфазной работы. Серия датчиков эффекта зала используется для электронной коммутации. Дизайн электроники коммутации обеспечивает движение с незначительной силой. Поскольку коммутация электронная, а не механическая, устранена коммутация.

Эти свойства делают линейный сервис полезным в приложениях, требующих высокого ускорения (скажем, 2,5 м/с2 или более), высокой скорости (скажем, 2 м/с или более) или точного контроля скорости, даже с очень низкой скоростью (скажем, всего несколько мм/с). Более того, такой двигатель не нуждается в смазке или другом обслуживании и не имеет износа. Как и в случае любого другого двигателя, из -за рассеяния тепла среднеквадратичное значение непрерывной силы или тока не должно превышать допустимые значения в течение длительных периодов.

Вы можете получить линейные сервомоторы в непрерывных силах привода от 25 до более чем 5000 N. Большинство крупных двигателей имеют воздух или водяной охлаждение. Несколько линейных двигателей могут быть подключены параллельными или серийными расположением, чтобы получить более высокие силы привода.

Поскольку между двигателем и слайдом нет механической связи, нет механического восстановления, например, с шариковым винтом. Нагрузка переносится в соотношении 1: 1 к двигателю. С помощью шарикового винтового привода инерция нагрузки на слайд к двигателю уменьшается на квадрат коэффициента восстановления. Это делает линейный привод двигателя менее подходящим для приложений с частыми изменениями нагрузки, если вы не выберете контроллер, который вы можете программировать с различными наборами параметров управления двигателем, соответствующих различным нагрузкам, чтобы получить эффективную компенсацию сервопривода.

Для многих вертикальных применений шаровой винт легче и более рентабельно-линейный двигатель должен постоянно подходить для смещения гравитации. Кроме того, электромеханический тормоз может блокировать положение стола, когда питание выключено. Однако вы можете использовать линейный двигатель, если вы смещаете двигатель и вес нагрузки с помощью пружины, противовеса или воздушного цилиндра.

При начальной стоимости существует небольшая разница между линейным приводом двигателя и шариковым винтом, который включает в себя двигатель, муфты, подшипники, блоки подшипников и шариковой винт. В целом, линейный двигатель типа кисти немного дешевле, чем шариковой винтовой привод, а бесщеточные версии обычно несколько дороже.

Есть нечто большее, чем первоначальная стоимость. Более реалистичное сравнение включает в себя обслуживание, надежность, долговечность и затраты на замену, включая труд. Здесь линейные двигатели хорошо показывают.

Часть 2 будет охватывать системы измерения положения.