Економічні методи управління нерівномірністю запобігають перевантаженню підшипника та недоношеної несправності

Інструменти вирівнювання козла

Коли виробники систем позиціонування будують козлову систему, вони, як правило, використовують спеціальні інструменти вирівнювання під час процесу складання, щоб забезпечити відповідність силою, точністю та специфікаціям життя.

Лазерні інтерферометри часто використовуються для вирівнювання машин до точності на порядку мікрон та дуги секунд. Наприклад, лазерний інтерферометр від Renishaw допомагає вирівняти площину, прямоту та кваліфікацію Gantry Rails.

Інші інструменти, такі як лазери вирівнювання з Хамара, використовують обертові лазерні промені як точні опорні площини в просторі з датчиками, розміщеними на рухомому слайді. Регулювання гвинтів, що вирівнюють рейки, або струмки під рейками, приносить рейку або сцену до потрібної орієнтації. Вирівнювання рейок до високої точності може зайняти дні або тижні залежно від рівня точності, розміру та конфігурації машини.

Для вимог до вирівнювання нижньої точної точки застосовуються різні механічні компоненти, включаючи електронні рівні, індикатори набору, прямі краї та паралельні промені. З цим технічні працівники вирівнюють головну рейку з індикатором набору проти точної кріплення поверхні або прямого краю. Після того, як одна рейка підтягнута до необхідної точності, ковзання керується, поки болти другої плаваючої рейки затягуються, використовуючи індикатор набору або провідний слайд.

Незалежно від методу вирівнювання, він повинен гарантувати, що залишкове нерівність не буде здійснювати сили на сценічних рейках, що може призвести до короткого життя або катастрофічного невдачі.

Генрі системи, які іноді називають декартовими роботами, є ідеальними системами позиціонування для автоматизованих ліній передачі. У цьому типі виробничого процесу безперервний або індексуючий конвеєр передає деталі з однієї козлової станції на іншу. Кожна козлова станція по лінії конвеєра маніпулює інструментом щодо частини для виконання виробничих операцій, таких як обробка, склеювання, збирання, огляд, друк або упаковка.

Зрозуміло, що надійність кожної машини в операції з передачею повинна бути надзвичайно високою, щоб мінімізувати час простою, оскільки час простою в одній машині може привести всю лінію передачі до дорогої зупинки. Крім того, GANTRIES включає багато критичних елементів, таких як контролер, підсилювач, двигун, з’єднання, привід (наприклад, кульовий крок, пояс або лінійний двигун), рейки, ковзання, основа, зупинки, кодер та кабелі. Надійність усієї козлової системи - це статистична сума надійності всіх компонентів.

Для високої надійності системи кожен компонент повинен бути розміром, щоб забезпечити його завантаження під час роботи не перевищувати його номінальних значень. Хоча розмір кожного компонента може бути простим інженерним завданням, як рекомендував виробник компонентів, режими несправності лінійних рейок дещо складніші. Вони залежать, крім вантажопідйомності, розміру та точності, від їх точної орієнтації в просторі.

Проблеми з нерівномірністю

Майже кожен виробник лінійних рейків погоджується з тим, що нерівність призводить до проблем. З усіх факторів, що сприяють передчасному збою лінійних підшипників, нерівномірність займає вгорі списку.

Це класифіковані збої з нерівності залізниць, які включають:fогородження: видалення матеріалу з залізничної поверхні;носити: результати надмірного тертя;відступ: кулі деформують рейки; іпошкоджені частини: Деформовані рейки через кульки, що падають з залізничних канавок.

Поширені першопричини нерівності залізниць включають відсутність плоскості, прямолінійності, паралелізму та копланарність лінійних рейок. Ці причини можуть бути мінімізовані або усунені за допомогою належних методів складання та вирівнювання, що, в свою чергу, мінімізує перевантаження залізниць. Інші першопричини відмови лінійної рейки включають недостатню змащення та взаємодію іноземних частинок, які можна пом'якшити, хоча належне ущільнення та періодичне змащення. Хоча вони важливі, вони виходять за межі цієї статті.

Основи вирівнювання

Рейки козла, як правило, включають рециркулюючі кулькові підшипники, попередньо завантажені в їхні канавки, щоб забезпечити високу жорсткість. Висока жорсткість і низькозмінна маса є критичними характеристиками козлу, оскільки вони визначають найнижчу природну частоту системи. Висока природна частота за порядком 150 Гц необхідна для пропускної здатності високої позиції. Для високої динамічної точності необхідна пропускна здатність високої позиції, в порядку 40 Гц. Висока динамічна точність, така як постійна швидкість з помилкою позиції кількох мікрон або низьким часом осідання, у порядку декількох мілісекунд у вікно Submicron Settling, необхідна відповідно для високої якості та високої пропускної здатності. Ці характеристики продуктивності, як правило, потрібні при суперечливих ефектах високого прискорення та плавного руху в таких процесах, як перевірка друкованої плати, струменевий друк та лазерне писання.

Для забезпечення високої жорсткості козла - порядок 100 Н/мкм - попередження. Однак будь -яка нерівність між двома боками козлів за порядком 10 -х мкм, або у вертикальній (плоскості), або горизонтальній (прямій) орієнтації, може різко збільшити навантаження на підшипник. Це, в свою чергу, може призвести до катастрофічного невдачі через кульки, що випадають із підшипників або глибоких відступів у рейках. Менші деформації підшипника все ще можуть значно зменшити термін експлуатації.

Для вирівнювання лінійних рейок з 10 -х мкм точності над довгими довжиною ходу (за замовленням від 1 до 3 метрів) потрібні дорогі інструменти, такі як лазерний інтерферометр та спеціальні світильники. Ці інструменти можуть бути легко доступні типовому кінцевому користувачеві або системному інтегратору. Без цих інструментів нерівність залізниць може бути першопричиною низької надійності системи, високих витрат на обслуговування, простою та короткого терміну експлуатації системи.

На щастя, існують різні варіанти компенсації на польових умовах, які можуть не вимагати обширних інструментів вирівнювання, але забезпечують високу цінність за рахунок зменшення потенційно суворих наслідків нерівності залізниць. Ці пристрої компенсації нерівності стають невід'ємними частинами козлової рами та забезпечують необхідні ступені свободи для запобігання перевантаженню підшипників у різних козахах та конфігураціях приводу.

Кінематика нерівності

Щоб зрозуміти, як працює компенсатор нерівності, треба зрозуміти кінематичні характеристики компенсатора як частину його козлової системи. Наприклад, супровідна 3D -діаграма козла показує чотири опори. Основи етапів x₁(підключене посилання 10) та x₂(Посилання 1) показані перебільшеними нерівномірними у смолі, позіханням і котячими один до одного, а також у плоскості та паралелізм. Припустимо ліву x₁Каретка (9) - це моторизований майстер, і він має сферичний суглоб (j), який підтримує етап y (4). Протилежний моторизований право x₂етап (3) має один сферичний суглоб (B) та один лінійний слайд (с), який підтримує етап Y. Інші X -вагони (7 і 6) - це холості, а також підтримують етап y сферичним суглобом та лінійним слайдом.

Тоді підрахунок загальної кількості ступенів свободи та віднімання загальної кількості обмежень, результат - 1 ступінь свободи. Це означає, що лише осі Master X може рухатися самостійно, і всі інші посилання будуть наступними. У цьому випадку, якщо інший незалежний двигун керує іншим X, може призвести до надмірного навантаження на рейки. Це небажана конфігурація для довгих етапів Y, і, отже, інженери повинні внести коригуючі зміни, щоб другий етап X рухався незалежно від першого етапу X.

Додавання ще однієї ступеня свободи до системи, наприклад, для раба X, означає додати ще один ступінь свободи одному з суглобів. Поширене виправлення в таких конфігураціях дозволяє одному слайду, що не працює, має ступінь свободи у напрямку Z, наприклад, між сферичними суглобами D та слайдним суглобом e.

Результатом стане кінематичне кріплення для етапу Y на суглобах B, J та I, що розміщує 3D -орієнтацію площини 4 стадії без будь -яких обмежень. Однак, щоб запобігти підтримці етапу 4 лише у трьох кутових точках, звичайна практика - додати певну відповідність у напрямку Z між суглобом d та слайдом Е, щоб взяти частину навантаження. У деяких випадках гнучкість посилання 4 може бути достатньою; В інших випадках може бути використана сумісна шайба з Бельвіля.

Конструкції компенсатора

Компенсатори інтегрованих нерівностей призначені для 2D конфігурацій козлу. Дизайн включає дві пластини, що оточують згинання, яка забезпечує лінійний ступінь свободи у напрямку Y.

Давайте розглянемо дві конструкції нерівності-компенсатора. Один - це складений обертальний суглоб з лінійним повзунним суглобом для 3D -конфігурації козла. Другий - це інтегрований обертальний суглоб з лінійним з'єднанням для згинання для двовимірної конфігурації козла. У 2D -версії припустимо, що козлові рейки x₁і X₂є копланарами.

Конструкція складених з'єднань.Розглянемо заявку на козловий процес у процесі виготовлення каналізації. У козах використовується два етапи, керовані ременями, які підтримують надійну раму зварювання на чотирьох слайдах. Сервомотор керує кожною стадією козла в конфігурації головного раба. Ремінь приводить по одній слайді кожного етапу, а інший слайд - холостий.

Етапи, зібрані кінцевим користувачем, зазнав передчасних збоїв на підшипнику сцени. Проблема була виправлена, додавши чотири легко доступні стандартні сферичні стики, встановлені на чотирьох лінійних слайдах, до чотирьох слайдів двох лінійних етапів козлу. Щоб відповідати конфігурації з раніше обговорюваним козлом, один слайд був «заземлений» замикаючою табличкою. Перепроектування повністю вирішив проблему.

Однак недолік використання такого компенсатора є суттєвим збільшенням висоти, що може вимагати змін на етапі Z.

Інтегрована конструкція.Компенсатор інтегрованого нерівності може бути використаний у двовимірних конфігураціях козлу. Дизайн включає дві таблички. Одна тарілка має монтажні отвори до слайда козла X, а інша пластина має кріплення отворів до основи крос-осі y стадії. Підшипник у центрі з'єднує дві таблички.

Крім того, одна тарілка включає згин, яка забезпечує лінійний ступінь свободи у напрямку Y. Щоб використовувати один і той же компонент для всіх суглобів, два болти можуть бути використані для «заземлення» лінійної ступеня свободи згинання та збереження лише обертальної свободи руху між двома табличками. Гнучка призначена для роботи при максимальному відхиленні нижче межі втоми.

Нарешті, щоб запобігти, у випадку 2D конфігурацій козлу, завантаження згинання в момент згинання навколо осі Y, чотири утримувальні болти займають момент навантаження.

Переваги цієї конструкції включають інтегровані компоненти, низький профіль, компактний розмір та легкість складання до існуючих етапів козла менше ніж за 15 хвилин.