Hassas operasyon için çok kritik olan tasarım öğeleri zincirindeki beş bağlantıyı inceleyin.

Doğrusal bir hareket sistemi, yalnızca mekanik ve elektromekanik elemanlar zincirindeki en uyumlu bağlantılar kadar güçlüdür. Her bileşenin ve özelliğin (ve tasarım çıktısı üzerindeki etkisinin) anlaşılması, kararları iyileştirir ve nihai tasarımın uygulama taleplerini tam olarak karşılama olasılığını artırır. Sonuçta sistem boşluğu, doğruluk ve diğer performans hususları, kurşun vidanın, boşluksuz somunun, kaplinlerin, motorun ve kontrol stratejisinin tasarım ve imalatındaki unsurlara kadar takip edilebilir.

Bir tasarımın tüm bağlantılarında uzmanlığa sahip doğrusal hareket tedarikçileriyle çalışmak, en üst düzeyde tasarım performansı elde etmenin en iyi yoludur. Sonuç olarak, optimize edilmiş hareket kontrol sistemleri, tüm unsurları iyi dengelenmiş yüksek performanslı bir spor araba gibidir… bunun için doğru boyutta motor + doğru şanzıman + doğru lastikler + mükemmel kontrol özellikleri (kilitlenmeyen frenler ve çekiş kontrolü gibi) = harika performans.

En üst düzeyde performans gerektiren tasarımlardan bazı örnekleri düşünün. Bazı 3D baskı türlerinde katman çözünürlükleri katman başına 10 µm'ye kadar düşürülüyor. Tıbbi cihazlarda dağıtım üniteleri hayat kurtaran ilaçları vermeli ve dozları mikrolitrelere kadar kontrol etmelidir. Aynı tür sıkı doğruluklar, optik ve tarama ekipmanlarında, yarı iletken endüstrisindeki çip ve levha işleme ekipmanlarında ve laboratuvar otomasyon alanında da görülebilir.

Yalnızca bileşen seçimi ve entegrasyonuna bütünsel bir yaklaşımla oluşturulan doğrusal hareket tasarımları, bu giderek artan performans gereksinimlerini karşılayabilir. Genellikle bu yapılar için en uygun çözüm, uygun kontrol mimarisine sahip, motorla çalıştırılan bir vida ve somundur. Bu nedenle, bu tür doğrusal montajdaki her bir bağlantı için temel hususları ve performans özelliklerini ele alalım.

Birinci bağlantı: Kılavuz vida ve somunun kalitesi

Kurşun vidalar onlarca yıldır çeşitli somun tasarımları ve malzemeleriyle çeşitli biçimlerde kullanılmaktadır. Bu sürenin büyük bölümünde, kurşun vida üretmek için kullanılan makineler manuel olarak ayarlandı; bu da kaliteyi makinenin kapasitesi ve operatörün beceri düzeyiyle sınırlandırıyordu. Günümüzde çoğu üretici hala bu tür ekipmanları kullanıyor ancak modern otomatik süreçler, kurşun vida kalitesini bir sonraki seviyeye taşıyor.

Örneğin, bu tür işlemlerde, en tutarlı kılavuz vida diş formlarını elde etmek amacıyla, rulo-diş açma işlemi için CNC kontrollü bir besleme, eğrilik ayarı ve basınç kontrolleri kullanılır. Bu kılavuz vidaların yüzey kaplaması sürekli olarak pürüzsüzdür ve benzeri görülmemiş bir sistem doğruluğu ve ömrü için polimer somunları yırtabilecek yüzey aşınmalarından arındırılmıştır.

Aynı zamanda, kılavuz vida dişlerinin biçimini ve şeklini izleyen gelişmiş metroloji ve denetim teknikleri, geleneksel manuel yöntemlere göre üç kata kadar daha iyi noktadan noktaya kurşun doğruluklarıyla sonuçlar göstermektedir. Bu, vida uzunluğu boyunca sürekli olarak kurşun doğruluğunu 0,003 inç/ft'e kadar düşürür.

Bir eksen boyunca bazı nesneleri noktadan noktaya hareket ettiren taşıma tipi uygulamalar için, kurşun doğruluğunun her 300 mm veya altı inçte bir kontrol edilmesine yönelik geleneksel yöntem yeterlidir. Ancak en yüksek hassasiyetli uygulamalar için her bir mil dişinin doğruluğu önemlidir. Uygun iplik geometrisinden sapma, ipliğin sarhoşluğu olarak bilinir.

Yeni otomatik CNC üretim ekipmanı, süreçleri ve ayrıntılı denetim yöntemleri, daha sıkı kontrol ve kalite sağlar, böylece tek bir diş içindeki yüksek ve alçak noktalar, büyük ölçüde geliştirilmiş alt dönüş doğruluğu, diğer bir deyişle daha az sarhoşluk gösterir. Bu da kurşun vidaların tek bir dönüşte konumlandırma tekrarlanabilirliğini 1 µm'ye kadar tutmasına yardımcı olur. Bu, yarı iletken endüstrisi için pahalı plakaların ve çiplerin işlenmesi ve ilaçların bir şırınga pompasında doğru şekilde dağıtılması gibi uygulamalarda özellikle kritik bir performans ölçüsüdür.

Gelişmiş vida tedarikçileri, diş açma işleminden sonra titreşime, gürültüye ve erken aşınmaya neden olabilecek hataları ve salgıyı en aza indirmek için vida millerini otomatikleştirilmiş bir yöntemle düzeltir. Vida milinin düzlüğü kritiktir çünkü herhangi bir hata, motora monte edildiğinde daha da belirginleşir. Buna karşılık, geleneksel (manuel) vida düzeltme yöntemleri, vida şaftı geometrisinde, uzun şaft ekseni etrafında tirbuşon yapan tek bir kemer veya çoklu kemerler şeklinde bir kar konisi etkisi yaratabilir. Yine otomatik düzeltme ve inceleme, bu hataları ortadan kaldırarak istikrarlı vida performansı sağlar.

Kılavuz vidaların üretiminde son adım PTFE kaplamanın uygulanmasıdır. Yalnızca tutarlı ve pürüzsüz bir yüzey, uzun ömür ve sistem performansı sağlar. PTFE'nin tutarsız uygulanması (optimal olmayan kaplama ortamı veya ekipmanından kaynaklanan), somunda erken aşınmaya ve montaj ömrünün kısalmasına neden olan çukurlaşma, çatlak, kabarcık, pullanma veya yüzey pürüzlülüğüne neden olabilir.

İkinci bağlantı: Somun ve vidanın etkileşimi

Geleneksel boşluk önleyici somunlar, parmakları kapatmak ve vida ile somun arasındaki uyumu kontrol etmek amacıyla pensi somun boyunca doğrusal olarak hareket ettirmek için bir helezon yay gerektiren çok parçalı bir tasarım kullanır.

Bu tasarımlarda başarısızlığa katkıda bulunan sorunlar yayın düzensiz ve değişken kuvveti, pensin somun üzerindeki yapışması ve somun malzemesi aşındıkça basıncın dalgalanmasıdır. Buna karşılık, sabit kuvvet sağlamak üzere tasarlanan alternatif bir somun, somun ile vida arasındaki açıklığı veya boşluğu kontrol etmek için gereken yön olan, somun parmaklarına radyal biçimde basınç uygulayan basitleştirilmiş iki parçalı bir tasarım içerir.

Boşluksuz vidalı somun için geleneksel helezon yay ve pens tasarımını düşünün. Burada, değişken kuvvetli bir sarmal yay, mekanik müdahale yoluyla radyal kuvvete dönüştürülen eksenel kuvvet üretir. Tasarım, gücün parmaklara eşit şekilde uygulanması için enjeksiyonla kalıplanmış bileşenlere dayanmaktadır. Karşılaştırma testi, ön yükün ilk 1000 döngüde önemli ölçüde değiştiğini doğrulamaktadır.

Buna karşılık, belirli sabit kuvvetli, boşluksuz kurşun vida somunları, laboratuvar otomasyonu müşterisinin FDA testiyle doğrulandığı gibi, geleneksel tasarımlardan iki ila dört kat daha iyi boşluk performansı sağlar. Sabit kuvvetli yay tasarımı, eksenin ömrü boyunca tutarlı ön yük sağlar. Kayganlık ve gelişmiş verimlilik için PTFE'li kendinden yağlamalı somun malzemesi.

Sabit kuvvetli, boşluksuz vidalı somunların en büyük avantajlarından biri, yay ve diğer parametrelerde ayarlamalar yapılarak uygulamaya göre ayarlanabilmesidir. Bu ayar, gerekli özellikleri karşılamak için ön yükleme, boşluk, sürükleme kuvveti ve çalışma açıklığının optimizasyonuna olanak tanır. Her bir vida ve somun kombinasyonu, her bir tam motor ve vida düzeneği ile birlikte doğrulama ve son muayene sırasında bu performans özelliklerinin her biri için test edilebilir.

Üçüncü bağlantı: Sürücüye bağlı veya doğrudan bağlantı

Zincirdeki bir sonraki bağlantı vidanın motora nasıl bağlandığıdır. Bunu başarmanın üç temel yolu vardır.

Birincisi, bir kuplörün vida ile uzayan bir saplama şaftı ile oluşturulmuş bir motor arasındaki bileşen olarak düzeneğe dahil edildiği en geleneksel yöntemdir. Bu tasarım, kuplörün ve ilgili herhangi bir ataşman muhafazasının uzunluğu için daha fazla alan gerektirir ve ayrıca hizalama sorunları yaratabilir. Artan bileşen sayısı nedeniyle her şeyi merkez hattında tutmak daha zordur. Bir veya daha fazla bileşenin yuvarlaklığı veya hizası bozuksa sonuç, sistemin performansını ve ömrünü büyük ölçüde etkileyen kam tipi bir etki olabilir.

İkinci yöntem, vidayı bir cıvatayla mekanik olarak (arkadan) yerine sabitlemek için konik bir deliğe sokar. Bu tür montaj, sık bakım gerektiren motorlarda yaygındır ve sökme ve takma için hızlı bir yöntemdir. Dezavantajı ise hizalamayı sürdürmenin zor olması ve vidanın uzunluğu boyunca hataları artıran bir kar konisi etkisi yaratabilmesidir. Ayrıca vidadaki bu kar konisi yalpalaması, bakım ihtiyacını ve erken sistem arızasını artırabilecek aşınma noktaları oluşturur.

Üçüncü yöntem ise vidanın motor içindeki içi boş mile doğrudan takılması ve vidanın lazer kaynakla motorun arkasına tutturulmasıdır. Bu yöntem, vidanın motora maksimum düzeyde oturmasını sağlayarak mümkün olan en yüksek doğrulukta hizalamayı sağlar. Bazı durumlarda kaynak, vida ile motor arasında kalıcı bir bağ oluşturan endüstriyel bir yapıştırıcıyla değiştirilebilir. Bu montaj yöntemi aynı zamanda vidada en az miktarda salgı sağlayarak ömrünü uzatır ve bakım ihtiyacını en aza indirerek en yüksek düzeyde doğruluk sağlar.

Kılavuz vida, somun ve kaplin hizalamasının optimize edilmesi tüm sistemin ömrünü uzatır. Sistemdeki diğer öğelerle karşılaştırma için bir temel olarak, çeşitli yönlerde, çeşitli uçlarla ve çeşitli yük ve hızlarla testler yapın. Sonuçlar, hareket ömrünün standart L10 rulman ömrünü 40 kat aştığını gösterdi.

Başka bir deyişle, geleneksel motor ve kılavuz vida kurulumları, montaj gerektiren ve hizalanması zor olan birden fazla bileşen içerir. Doğruluğu azaltan ve başarısızlık potansiyelini artıran oynama ve tolerans yığılmasını sağlarlar. Yüksek bileşen sayısı aynı zamanda genel montaj maliyetinin de artmasına neden olur. Ancak entegre hibrit doğrusal aktüatör kurulumları, daha az bileşen için doğrudan motorla hizalanmış ve sabitlenmiş bir kılavuz vida içerir. Bu, genel tasarım değerinin yanı sıra daha fazla sağlamlık, doğruluk ve güvenilirlik sağlar.

Dördüncü bağlantı: Motor tipi ve tasarımının seçimi

Doğrusal aktüatörler, en yaygın motor seçenekleri arasında açık döngü step motor, karta monte kontrol veya endüstriyel muhafazalı akıllı step motor kullanan kapalı döngü versiyonu ve son olarak fırçasız dc (bldc) motor olmak üzere çeşitli motor seçenekleriyle birlikte gelir. Her birinin kendi performans teklifi veya hızları ve yükleme yetenekleri vardır ve her biri ayrıca maliyet, entegrasyon, kontrol ve daha sonra ele alacağımız daha fazlası konusunda kendi artı ve eksileriyle birlikte gelir.

Bir motorun doğrusal hareket performansı üzerindeki en büyük etki, motorun iç tasarımına yakından bakmayı gerektirir. Tipik genel amaçlı motorlar, yatakları ve aksamı yerinde tutmak için dalgalı bir rondela kullanır. Bu genellikle döner uygulamalar için yeterlidir ve sıklıkla doğrusal uygulamalara da uygulanabilir. Ancak dalgalı rondelalar, motor içinde, doğrusal konum hatalarına dönüşen küçük miktarlarda eksenel veya doğrusal oynamalara yol açabilecek bir miktar uyum sağlar.

Bunu hafifletmek için tasarımda iki öğeden biri veya her ikisi de değiştirilebilir. Düzeneğin itme yükü kapasitesini arttırmak için daha büyük rulmanlar yerleştirilebilir ve sistemdeki boşluğu ortadan kaldırmak için bir somun anahtarı eklenebilir ve önceden belirlenmiş bir tork spesifikasyonuna ayarlanabilir.

Beşinci bağlantı: Kontrol seçeneklerinin seçimi

Tüm unsurları bir araya getiren son bağlantı, fiziksel doğrusal hareketin nasıl yönlendirileceği ve kontrol edileceğidir. Geleneksel olarak bu, bir amplifikatör ve kontrolör dahil olmak üzere birden fazla ayrı parçaya ihtiyaç duyar. Her birinin geri bildirim için bir kabine ve ilgili donanıma, kablolara, kodlayıcıya ve sensörlere ihtiyacı olacaktır. Bu kurulumların kurulumu, sorunlarının giderilmesi ve çalıştırılması karmaşık ve hantal hale gelebilir.

Kullanıma hazır akıllı motor çözümlerinin ortaya çıkışı, kablolamayı basitleştirmeye ve step-servo tipi performans ve kontrol kazanmayla ilişkili konnektör ve sensör sayısını azaltmaya hizmet etti. Bu, daha az bileşen sayımı ve kurulumla ilgili daha az zaman ve işçilik sayesinde maliyet tasarrufu sağlar. Bu motorlar aynı zamanda IP65 veya IP67 dereceleriyle panoyu ve kontrolü suiistimal veya kirlenmeye karşı yalıtan ve koruyan, önceden monte edilmiş endüstriyel paketler halinde gelir.

Bir uygulama belirli özelleştirilmiş özellikler gerektirdiğinde, minimum alan ve boyut hususlarına sahip olduğunda veya düşük maliyet kritik bir faktör olduğunda, özel kapsüllenmemiş IP20 motora monte kart kontrolü yararlı bir seçenektir. Bu özellikle stilize edilmiş muhafazalara veya ekipmanlara yerleştirilen büyük hacimli uygulamalar için geçerlidir. Bu tür aktüatörler, akıllı motorların avantajlarını sağlar (tipik olarak önemli miktarda maliyet tasarrufu sağlar) ve ana makine veya PLC ile daha kolay ve daha hızlı iletişim için kontrol doğrudan motordadır.