Скорочення часу проектування систем лінійного руху

3-осьова декартова портальна система

Час проектування можна скоротити, забезпечуючи довговічність і високу продуктивність.

Зменшення часу проектування має вирішальне значення для проектування, оскільки результатом є нижчі витрати та швидший час виходу на ринок. Час проектування часто включає низку дій без доданої вартості, таких як повторне проектування, надмірне проектування або розповзання обсягу, які можна мінімізувати шляхом ретельного розуміння всіх критеріїв застосування та перевірки розрахунків і аналізу за допомогою параметричного тестування компонентів, модулів , а також повні збірки з обладнанням для збору даних і перевірка прогнозованих результатів продуктивності за допомогою тестування.

Зберіть якомога більше відповідної інформації про програму на початку, щоб уникнути необхідності повертатися назад і повторювати частини, якщо не весь процес розробки. Будьте обережні та готові до зміни масштабу. Використовуйте теоретичні розрахунки та аналізи, щоб визначити найкращі початкові проекти, а потім порівняйте їх із тестовими вимірюваннями ключових характеристик продуктивності на реальному обладнанні. Підтвердьте результати стендових випробувань, виконавши циклічні випробування в реальних польових умовах.

ВИЗНАЧЕННЯ ВИМОГ

Першим і дуже важливим кроком майже кожного процесу розробки є визначення вимог до програми. Кожен продукт може мати унікальний набір критеріїв, які впливатимуть на його продуктивність. Використання контрольного списку допоможе забезпечити врахування параметрів, які інакше можуть бути пропущені.

Дані ключової інформації про програму в зразку контрольного списку можуть включати:

• Навантаження/швидкість (динамічна та статична)
• Напруга: 12, 24, 36, 48 В постійного струму, 110, 220 В змінного струму
• Напрямок навантаження
• Довжина ходу
• Життєвий/робочий цикл
• Екологічний
• Захист у кінці такту: зчеплення? Кінцеві вимикачі?
• Як буде керуватися привод?
• Зворотній зв'язок
• UL, CSA, CE
• Інше: проконсультуйтеся з інженером із застосування приводу щодо додаткових конструкцій.

Вибір правильного вузла кулькової гвинти для конкретного застосування може вимагати ітераційного процесу для визначення найменшого конверта та найбільш економічно ефективного рішення. Вимоги до розрахункового навантаження, лінійної швидкості та позиційної точності використовуються для розрахунку діаметра, випередження та навантажувальної здатності відповідного кулькового гвинта. Окремі кулькові гвинтові компоненти можна вибрати на основі терміну служби, розмірних обмежень, конфігурації монтажу та умов навколишнього середовища.

Добре почати з визначення напрямку та величини навантаження. Орієнтація системи може бути дуже важливою. При горизонтальній орієнтації навантаження приводу дорівнює масі корисного навантаження, помноженій на коефіцієнт тертя. При вертикальній орієнтації навантаження приводу дорівнює вазі. Навантаження, що діють на лінійні підшипники та напрямні, можуть бути вертикальними навантаженнями, горизонтальними навантаженнями, моментними навантаженнями нахилу, крену чи повороту або будь-якою їх комбінацією. Навантаження також можуть бути різними за величиною та напрямком.

Результуючі вектори навантаження на кожен підшипник повинні бути встановлені з відповідної комбінації різних векторів навантажень, яким піддається система лінійних підшипників, оскільки очікуваний термін служби не можна оцінити на основі лише загальних векторів навантаження системи. Навантаження, якому піддається кожен лінійний підшипник, називається еквівалентним навантаженням для даного підшипника. Тоді розмір системи визначається на основі розмірів найбільш навантаженого підшипника. Для отримання додаткової інформації щодо методів розрахунку для еквівалентного навантаження зверніться до каталогів постачальників лінійних підшипників і посібників.

Наприклад, кульковий гвинт призначений для перенесення осьових навантажень, перетворюючи обертальний рух на осьовий рух. Здатність кулькової гвинтової пари протистояти прогину під дією стискаючих навантажень називається міцністю колони. Гвинт несе осьове навантаження, яке фактично дорівнює за величиною та протилежне за напрямом навантаженню, що подається на кулькову гайку — її додаткову частину — і пов’язане конструктивними геометріями з крутним моментом приводного двигуна. Загалом, міцність колони є граничним розрахунковим параметром, оскільки для більшої довжини вона може бути набагато нижчою за фактичну міцність матеріалу на стиск. Оскільки відношення вільної довжини до діаметра тісно пов’язане з викривленням колони, звідси випливає, що для даного діаметра осьова навантажувальна здатність кулькового гвинта залежить від його вільної довжини.

Термін служби системи лінійного руху можна передбачити на основі її робочого профілю; просто, скільки годин на день, днів на тиждень і тижнів на рік буде працювати кульковий гвинт. Для складніших застосувань або точнішого прогнозування життя потрібно побудувати детальний, комплексний профіль руху, розбиваючи рухи на в основному прямі сегменти. Кожен сегмент профілю руху потребує інформації щодо швидкості на початку та в кінці сегмента, тривалості сегмента в часі та крутного моменту під час сегмента.

Визначте позиційну точність і повторюваність, яких вимагає ваша програма. Наприклад, дюймові кулькові гвинти зазвичай випускаються двох класів – Precision і Precision Plus. Прецизійні кулькові гвинти будуть використовуватися в додатках, що вимагають відносно грубого руху, або тих, хто використовує лінійний зворотний зв’язок для позиційного розташування. Кульково-гвинтові гвинти класу Precision Plus будуть використовуватися, коли критично повторюване позиціонування в мікронах і не використовується пристрій лінійного зворотного зв’язку. У той час як гвинти класу Precision мають більшу кумулятивну варіацію по корисній довжині гвинта, гвинти класу Precision Plus обмежують накопичення помилки випередження, забезпечуючи більш точне позиціонування по всій корисній довжині гвинта.

РОЗМІР І ВИБІР

Діаграми, надані постачальниками систем лінійного руху, можуть заощадити час для правильного визначення розміру та вибору систем лінійного руху. Ми використаємо програму тривісного зварювального порталу як приклад, щоб продемонструвати, як вибирати та розмірувати кулькові гвинти за допомогою формул каталогу (рис. 2). Кульковий гвинт проходить по всій довжині осі x і підтримується з обох кінців підшипниковими опорами. Для простоти ми визначимо кріплення гайки як фланцеве, матеріал – легована сталь, напрямок різьби – правий, а серію продукту – метричну. Орієнтація системи в цій програмі горизонтальна, з гвинтовим приводом і довжиною осі x 6 метрів. Він використовуватиме фіксовані кінці з термічно стабільним фланцем.

Навантаження 2668,9 ньютонів (600 фунтів) застосовує візок, що їде по профільних рейках. Довжина ходу становить 4,5 м (177,165 дюйма), а довжина без опори — 5,818 метра (229,055 дюйма). Необхідна швидкість становить 0,1 метра на секунду (3,927 дюйма/с), а потрібне прискорення ±2,5 м/с2 (98,4 дюйма/с2). Робочий цикл становить 8 годин на день, 5 днів на тиждень і 50 тижнів на рік із середньою частотою 10 циклів на годину. Термін служби становить 20 років для кулькового гвинта і 5 років для компонентів. Додатковою вимогою є використання крокового двигуна відповідно до переваг відділу електротехніки.

Далі ми вибираємо лінійні підшипники для осі x. Основними вимогами до цього застосування є висока вантажопідйомність і висока жорсткість. Програма має відносно велику довжину подорожі 5500 метрів (18 футів); однак наявність гвинтів довжиною 6 метрів усуває необхідність з’єднання встик. Низькі витрати на обслуговування є важливою вимогою до цієї програми. Результатом став вибір лінійних напрямних рейкових кулькових профілів серії 500.

Після цього вибору можна розрахувати навантаження на кулькові гвинти. Виходячи з цього навантаження, кулькова гайка NEFF KGF-D вибирається як вихідна точка. Ця кулькова гайка має вбудований фланець, вбудований склоочисник і кріплення DIN 69051. Кульковий гвинт має точність ±50 мкм/300 мм.

Далі перевіряється вимога щодо тривалості життя. Термін служби зазвичай оцінюється на рівні L10, що означає час, після якого 90% кулькових гвинтів все ще працюватимуть. У цьому додатку очікувана тривалість життя становить 1 035 752,6 років. Причина, по якій ресурс такий високий, полягає в тому, що ми вибрали кульковий гвинт на основі критичної швидкості, а не ресурсу.

ТЕСТУВАННЯ ПРОПОНОВАНОГО ДИЗАЙНУ

Після того, як ви вибрали свою конструкцію на основі розрахунків, вам необхідно перевірити, щоб переконатися, що ваші приміщення правильні. Тестування призначене для підтвердження того, що те, що було запропоновано, дійсно виконано, і, якщо це не так, щоб керувати будь-якими коригуючими діями, які можуть знадобитися. Валідаційне тестування має бути розроблено для відповіді на такі запитання, як:

• Чи відповідає готовий продукт специфікаціям проекту?
• Чи відповідає продуктивність, у межах експерименту, теоретичним розрахункам, і якщо ні, то наскільки вона змінюється і чому?
• Чи забезпечує продукт необхідний рівень надійності?
• Які потенційні режими та точки відмови продукту?
• Як поточне рішення порівнюється з альтернативами?

Для великих систем і машин ви можете почати з тестування компонентів, перш ніж перейти до стендового тестування вузлів, а потім, нарешті, до тестування повної збірки. На кожній фазі тестування результати тестування слід переглядати та порівнювати з теоретичними розрахунками, щоб переконатися, що проект знаходиться на правильному шляху, або розглянути розумні можливості для вдосконалення. Тестування має на меті виявити те, що ми могли упустити в наших розрахунках і моделюванні.

НАЛАШТУВАННІ СИСТЕМИ ЛІНІЙНОГО РУХУ

Крім того, важливо під час усього процесу зважувати, чи має сенс придбати сконфігуровану систему лінійного руху, а не проектувати та збирати власну. У цьому випадку ви повинні надати вимоги програми до інтегратора лінійного руху, такі як конфігурація монтажу, вимоги до позиціонування, умови навколишнього середовища, умови навантаження, вимоги до переміщення та будь-які особливі міркування. Тоді інтегратор, як правило, використовує веб-систему визначення розміру та вибору, щоб спроектувати та налаштувати власну систему лінійного руху на основі ваших даних. Інтегратор часто може надати цінову пропозицію та файл CAD запропонованого дизайну протягом 24 годин після вашого запиту. Вартість такої системи в більшості випадків буде меншою, ніж вартість окремих компонентів.

Цей підхід зазвичай може скоротити час розробки та витрати на складання на 90% або більше, а також може забезпечити економію витрат на матеріали від 20 до 30%. Найважливіше те, що завдяки скороченню часу, витраченого на проектування систем лінійного руху, ваші інженери витрачатимуть менше часу на роботу поза межами своєї основної компетенції та більше часу на те, що вони вміють найкраще — загальну інтеграцію системи.

Підсумовуючи, скористайтеся всіма корисними ресурсами, щоб заощадити час на проектування. Не забувайте про те, що постачальники систем лінійного руху можуть надавати сконфігуровані вузли лінійного руху, які можуть допомогти вам зменшити витрати на проектування та складання. Оцініть альтернативи придбання компонентів, а не модулів, а не повних систем з точки зору їх впливу на проектування та час складання. Використовуйте для себе всі доступні інструменти проектування, такі як діаграми, формули, онлайн-системи вибору та 3D-моделі. Нарешті, залучіть технічну підтримку, щоб використати їхній досвід роботи зі стандартними, модифікованими стандартними та спеціальними рішеннями. Обов’язково підтвердьте, що постачальник має дані перевірки/тестування/аналізу дизайну, щоб підтвердити претензії щодо дизайну та позиції щодо дизайну. Цей підхід може скоротити час проектування до мінімуму, забезпечуючи при цьому відповідність систем лінійного руху вимогам продуктивності та довговічності.

Час публікації: 28 березня 2022 р

Попередній: Що таке пульсація крутного моменту і як вона впливає на програми лінійного руху?

далі: Що таке проектування лінійного руху?

Як ми можемо допомогти?

Адреса електронної пошти

Телефон

Час проектування можна скоротити, забезпечуючи довговічність і високу продуктивність.