Hassas operasyonlar için çok önemli olan tasarım öğeleri zincirindeki beş halkayı inceleyin.

Doğrusal bir hareket sistemi, mekanik ve elektromekanik elemanlar zincirindeki en tehlikeli halkalar kadar güçlüdür. Her bir bileşeni ve özelliği (ve tasarım çıktısı üzerindeki etkisini) anlamak, kararları ve nihai tasarımın uygulama taleplerini tam olarak karşılama olasılığını iyileştirir. Sonuçta, sistem boşluğu, doğruluk ve diğer performans yönleri, vidalı mil, boşluk önleyici somun, kaplinler, motor ve kontrol stratejisinin tasarımı ve üretimindeki unsurlara kadar izlenebilir.

Tasarımın tüm bağlantılarında uzmanlığa sahip doğrusal hareket tedarikçileriyle çalışmak, en iyi tasarım performansını 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 + harika kontrol özellikleri (kilitlenme önleyici frenler ve çekiş kontrolü gibi) = harika performans.

En üst düzey performansı gerektiren tasarımlara dair bazı örnekleri ele alalım. Bazı 3D baskı türlerinde, katman çözünürlükleri katman başına 10 µm'ye kadar düşürülüyor. Tıbbi cihazlarda, dağıtım üniteleri hayat kurtarıcı ilaçlar üretmeli ve dozları mikrolitrelere kadar kontrol etmelidir. Aynı tür sıkı doğruluklar optik ve tarama ekipmanlarında, yarı iletken endüstrisindeki çip ve gofret işleme ekipmanlarında ve laboratuvar otomasyon alanında görülebilir.

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

Bağlantı bir: Vidalı mil ve somunun kalitesi

Vidalı miller, çeşitli somun tasarımları ve malzemeleriyle onlarca yıldır çeşitli biçimlerde mevcuttur. Bu zamanın çoğunda, vidalı milleri üretmek için kullanılan makineler elle ayarlanıyordu; bu da kaliteyi makinenin kapasitesi ve operatörün beceri seviyesiyle sınırlıyordu. Günümüzde çoğu üretici hala bu tür ekipmanları kullanıyor, ancak modern otomatik süreçler vidalı mil kalitesini bir üst seviyeye taşıyor.

Örneğin, bu tür işlemler, en tutarlı vida dişi formlarını elde etmek için CNC kontrollü bir besleme, eğiklik ayarı ve rulo diş açma işlemi için basınç kontrolleri kullanır. Bu vida dişlerinin yüzey kaplaması, polimer somunlarda yırtılmaya neden olabilecek yüzey aşınmalarından sürekli olarak arındırılmış ve pürüzsüzdür... benzersiz sistem doğruluğu ve ömrü için.

Aynı zamanda, vida dişlerinin biçimini ve şeklini izleyen gelişmiş ölçüm ve inceleme teknikleri, geleneksel manuel yöntemlere göre üç kata kadar daha iyi noktadan noktaya vida doğruluğu sonuçları göstermektedir. Bu, vidanın uzunluğu boyunca vida doğruluğunu sürekli olarak 0,003 inç/ft'ye kadar düşürür.

Bir eksen boyunca bir noktadan diğerine bir nesneyi hareket ettiren taşıma tipi uygulamalar için, her 300 mm veya altı inçte bir uç doğruluğunu kontrol etme geleneksel yöntemi yeterlidir. Ancak en yüksek hassasiyet uygulamaları için, her şaft dişinin doğruluğu önemlidir. Uygun diş geometrisinden sapma, dişin sarhoşluğu olarak bilinir.

Yeni otomatik CNC üretim ekipmanları, süreçleri ve detaylı inceleme yöntemleri daha sıkı kontrol ve kalite üretir, böylece tek bir diş içindeki yüksek ve alçak nokta büyük ölçüde iyileştirilmiş alt dönüş doğruluğu gösterir — başka bir deyişle, daha az sarhoşluk. Bu da vidalı millerin tek bir dönüşte konumlandırma tekrarlanabilirliğini 1 µm'ye kadar tutmasına yardımcı olur. Bu, yarı iletken endüstrisi için pahalı gofretleri ve çipleri işleme ve bir şırınga pompasında ilaçları doğru şekilde dağıtma gibi uygulamalarda özellikle kritik bir performans ölçütüdür.

Diş açma işleminden sonra, gelişmiş vida tedarikçileri, titreşime, gürültüye ve erken aşınmaya neden olabilecek hataları ve kaçıklığı en aza indirmek için vida millerini otomatik olarak düzeltir. Vida-mil düzlüğü kritiktir çünkü motorla birleştirildiğinde herhangi bir hata vurgulanır. Buna karşılık, geleneksel (manuel) vida düzeltme yöntemleri, vida-mil geometrisinde kar konisi etkisi yaratabilir — uzun mil ekseni etrafında kıvrılan tek bir kemer veya çoklu kemerler şeklinde. Yine, otomatik düzeltme ve inceleme bu hataları ortadan kaldırarak istikrarlı vida performansı sağlar.

Vidalı millerin üretimindeki son adım PTFE kaplamanın uygulanmasıdır. Yalnızca tutarlı ve pürüzsüz bir yüzey uzun ömür ve sistem performansı sağlar. PTFE'nin tutarsız uygulanması (optimum olmayan bir kaplama ortamı veya ekipmanından kaynaklanan) somunda erken aşınmaya ve montaj ömrünün kısalmasına neden olan çukurlaşma, çatlaklar, kabarcıklar, pul pul dökülme veya yüzey pürüzlülüğüne yol açabilir.

Bağlantı iki: Somun ve vidanın etkileşimi

Geleneksel anti-geri tepme somunları, parmakları kapatmak ve vida ile somun arasındaki uyumu kontrol etmek için bir sıkıştırma pensini somun boyunca doğrusal olarak hareket ettiren bir helezon yay gerektiren çok parçalı bir tasarıma sahiptir.

Bu tasarımlarda arızaya katkıda bulunan sorunlar, yayın düzensiz ve değişken kuvveti, somun üzerindeki pensin yapışması-kayması ve somun malzemesi aşındıkça dalgalanan basınçtır. Buna karşılık, sabit kuvvet sağlamak üzere tasarlanmış alternatif bir somun, somun parmaklarına radyal bir şekilde basınç uygulayan basitleştirilmiş iki parçalı bir tasarım içerir; bu, somun ve vida arasındaki boşluğu veya boşluğu kontrol etmek için gereken yöndür.

Geri tepme önleyici bir vidalı somun için geleneksel bobin yayı ve pens tasarımını düşünün. Burada, değişken kuvvetli bir bobin yayı, mekanik müdahale yoluyla radyal kuvvete dönüştürülen eksenel kuvvet üretir. Tasarım, parmaklara eşit şekilde kuvvet uygulamak için enjeksiyonla kalıplanmış bileşenlere dayanır. Karşılaştırmalı test, ön yükün ilk 1.000 döngüde önemli ölçüde değiştiğini doğrular.

Buna karşılık, belirli sabit kuvvetli anti-geri tepmeli vidalı somunlar, laboratuvar otomasyon müşterilerinin FDA testleriyle doğrulandığı üzere, geleneksel tasarımlardan iki ila dört kat daha iyi geri tepme performansı sağlar. Sabit kuvvetli yay tasarımı, eksenin ömrü boyunca tutarlı ön yükleme sağlar. Kayganlık ve gelişmiş verimlilik için PTFE içeren kendi kendini yağlayan somun malzemesi.

Sabit kuvvetli anti-geri tepmeli vidalı somunların en büyük avantajlarından biri, yay ve diğer parametrelerde ayarlamalar yapılarak bir uygulamaya göre ayarlanabilmeleridir. Bu ayarlama, ön yükleme, geri tepme, sürtünme kuvveti ve çalışma boşluğunun gerekli özellikleri karşılayacak şekilde optimize edilmesini sağlar. Her vida ve somun kombinasyonu, her tam motor ve vida tertibatı ile birlikte, doğrulama ve son muayene sırasında bu performans özelliklerinin her biri için test edilebilir.

Bağlantı üç: Sürücüye bağlı veya doğrudan bağlantı

Zincirdeki bir sonraki halka vidanın motora nasıl bağlandığıdır. Bunun gerçekleştirilebileceği üç temel yol vardır.

Birincisi, bir bağlantı elemanının, vida ile uzayan saplama şaftı ile inşa edilmiş bir motor arasındaki bileşen olarak montaja sokulduğu en geleneksel yöntemdir. Bu tasarım, bağlantı elemanının uzunluğu ve ilişkili herhangi bir bağlantı yuvası için daha fazla alan gerektirir ve ayrıca hizalama sorunları yaratabilir. Bileşen sayısının artması nedeniyle, her şeyi merkez çizgisinde tutmak daha zordur. Bileşenlerden bir veya daha fazlası yuvarlak veya hizasızsa, sonuç, performansı ve sistemin ömrünü büyük ölçüde etkileyen bir kam tipi etki olabilir.

İkinci yöntem, vidayı konik bir deliğe yerleştirerek mekanik olarak (arkadan) bir cıvata ile yerine sabitler. Bu tür bir montaj, sık bakım gerektiren motorlarda yaygındır ve sökme ve yeniden montaj için hızlı bir yöntemdir. Dezavantajı, hizalamanın tutulmasının zor olması ve vidanın uzunluğu boyunca yanlışlıkları artıran bir kar konisi etkisi yaratabilmesidir. Ayrıca, vidadaki bu kar konisi oynaması, bakım ihtiyacını ve erken sistem arızasını teşvik edebilecek aşınma noktaları oluşturur.

Üçüncü yöntem, vidanın motor içindeki içi boş bir şafta doğrudan takılması ve vidanın motorun arkasına lazer kaynakla sabitlenmesidir. Bu yöntem, vidanın motora uyumunda maksimum etkileşimi sağlayarak mümkün olan en yüksek doğrulukta hizalama sağlar. Bazı durumlarda, kaynak, vida ile motor arasında kalıcı bir bağ oluşturan endüstriyel bir yapıştırıcı ile değiştirilebilir. Bu montaj yöntemi ayrıca vidada en az kaçıklık sağlayarak en yüksek doğruluk seviyesini sağlar ve bu da kullanım ömrünü uzatır ve bakım ihtiyacını en aza indirir.

Vidalı mil, somun ve kaplin hizalamasının optimize edilmesi tüm sistemin ömrünü uzatır. Sistemdeki diğer elemanlarla karşılaştırma için bir temel olarak, çeşitli yönlendirmelerde, çeşitli yük ve hız aralıklarında testler yapmak. Sonuçlar, seyahat ömrünün standart L10 rulman ömrünü 40 kat aştığını göstermiştir.

Başka bir deyişle, geleneksel motor ve vidalı mil kurulumları, montaj gerektiren ve hizalanması zor olan birden fazla bileşen içerir. Doğruluğu düşüren ve arıza olasılığını artıran boşluk ve tolerans yığılmasına neden olurlar. Yüksek bileşen sayısı ayrıca daha yüksek genel montaj maliyetine yol açar. Ancak entegre hibrit doğrusal aktüatör kurulumları, daha az bileşen için doğrudan motorla hizalanmış ve sabitlenmiş bir vidalı mil içerir. Bu, daha fazla sertlik, doğruluk ve güvenilirlik sağlar... ve genel tasarım değeri sağlar.

Dördüncü bağlantı: Motor tipi ve tasarımının seçimi

Doğrusal aktüatörler, en yaygın motor seçeneklerinin açık devreli bir adımlayıcı, panoya monte edilmiş bir kontrol veya endüstriyel olarak muhafaza edilmiş akıllı bir adımlayıcı kullanan kapalı devre bir versiyon ve son olarak fırçasız bir dc (bldc) motor olduğu çeşitli motor seçenekleriyle birlikte gelir. Her birinin kendi performans önerisi veya hızları ve yük kapasiteleri vardır ve her biri ayrıca maliyet, entegrasyon, kontrol ve daha fazlası konusunda kendi artıları ve eksileri ile birlikte gelir ve bunları daha sonra ele alacağız.

Bir motorun doğrusal hareket performansı üzerindeki en büyük etki, motorun iç tasarımına kaputun altına bakmayı gerektirir. Tipik genel amaçlı motorlar, yatakları ve tertibatı yerinde tutmak için dalgalı bir rondela kullanır. Bu genellikle döner uygulamalar için yeterlidir ve sıklıkla doğrusal uygulamalara da uygulanabilir. Ancak dalgalı rondelalar, doğrusal konumda yanlışlıklara dönüşen küçük miktarda eksenel veya doğrusal oyuna neden olabilen motor içinde bir miktar uyumluluk sağlar.

Bunu hafifletmek için, tasarımda iki elemandan biri veya her ikisi de değiştirilebilir. Montajın itme yükü kapasitesini artırmak için daha büyük yataklar yerleştirilebilir ve sistemdeki boşluğu ortadan kaldırmak için bir anahtar somunu eklenebilir ve önceden belirlenmiş bir tork spesifikasyonuna göre ayarlanabilir.

Beşinci bağlantı: Kontrol seçeneklerinin seçimi

Tüm elemanları bir araya getiren son halka, fiziksel doğrusal hareketin nasıl yönlendirileceği ve kontrol edileceğidir. Geleneksel olarak bunun için bir amplifikatör ve kontrolör dahil olmak üzere birden fazla ayrı parça gerekir. Her birinin bir kabine ve ilgili donanıma, kablolamaya, kodlayıcıya ve geri bildirim için sensörlere ihtiyacı olur. Bu kurulumlar, kurulumu, sorun gidermesi ve çalıştırılması karmaşık ve zahmetli hale gelebilir.

Rafta hazır akıllı motor çözümlerinin ortaya çıkması, kablolamayı basitleştirmeye ve step-servo tipi performans ve kontrol elde etmekle ilişkili konnektör ve sensör sayısını azaltmaya hizmet etti. Bu, daha düşük bileşen sayısı ve kurulumla ilişkili daha az zaman ve emek sayesinde maliyet tasarrufu sağlar. Bu motorlar ayrıca, IP65 veya IP67 derecelendirmeleriyle kartı ve kontrolü kötüye kullanımdan veya kirlenmeden koruyan ve kapatan önceden monte edilmiş endüstriyel paketlerde gelir.

Bir uygulama belirli özelleştirilmiş özellikler gerektirdiğinde, alan ve boyut hususlarını en aza indirdiğinde veya düşük maliyet kritik bir etken olduğunda, özel kapsüllenmemiş IP20 motor monteli kart kontrolü yararlı bir seçenektir. Bu özellikle stilize muhafazalara veya ekipmanlara yerleştirilen büyük hacimli uygulamalar için geçerlidir. Bu tür aktüatörler akıllı motorların avantajlarını (genellikle önemli maliyet tasarruflarıyla) sağlar ve kontrol, ana veya PLC ile daha kolay ve daha hızlı iletişim için doğrudan motordadır.