Tässä artikkelissa selitetään lineaarijärjestelmän suunnittelun perusteet, mukaan lukien rakenteellinen tukijärjestelmä, ohjaustekniikka, käyttötekniikka sekä tiivistys, voitelu ja lisävarusteet. Ensin käsitellään eri tekniikoiden, kuten johtoruuvikäytön, kuularuuvikäytön, hihnakäytön, kuulaohjaimen, liukuohjaimen ja pyöräohjaimen, etuja ja haittoja. Artikkelissa tarkastellaan sitten oman lineaarijärjestelmän suunnittelun ja rakentamisen etuja ja haittoja verrattuna järjestelmän konfigurointiin vakiopalikoista. Lopuksi artikkelissa kuvataan vaiheittainen verkkopohjainen prosessi lineaarijärjestelmän mitoitukseen ja valintaan taloudellisten vakiokomponenttien perusteella.

Lineaarisen järjestelmän rakennuspalikat ovat rakenteellinen tukijärjestelmä, käyttöjärjestelmä, ohjausjärjestelmä, tiivisteet, voitelu ja lisävarusteet. Rakenteellisen tukijärjestelmän pääkomponentti on tyypillisesti alumiininen puristeprofiili, jota on saatavana jopa 12 metrin pituisina. Jalustan kiinnityspinta voidaan koneistaa sovelluksissa, jotka vaativat tarkkaa paikannusta. Kuljetustyyppisissä sovelluksissa, joissa tarkkuus on alhaisempi, jalustaprofiileja ei yleensä koneisteta. Kuljetussovelluksissa käytettävät jalustat on optimoitu kestämään taivutusta kuormituksen aikana ja vääntymistä puristusprosessin aikana, jolloin järjestelmää voidaan tukea vain päistä.

Pääasiallisia ohjaimia ovat kuulaohjaimet, pyöräohjaimet sekä liuku- tai prismaohjaimet. Kuulaohjaimet tukevat suuria hyötykuormia jopa 38 000 Newtoniin (N) asti ja suuria momenttikuormia jopa 27,60 Newtonmetriin (Nm) asti. Kuulaohjainten muita etuja ovat pieni kitka ja suuri jäykkyys. Kuulaohjaimia on saatavana joko yksi- tai kaksikiskoisina kokoonpanoina. Kuulaohjainten heikkouksia ovat suhteellisen korkeat kustannukset ja korkea melutaso. Pyöräohjainten keskeinen etu on niiden kyky toimia poikkeuksellisen suurilla nopeuksilla, jopa 10 metriä sekunnissa (m/s). Pyöräohjaimet tarjoavat myös pienen kitkan ja erittäin suuren jäykkyyden. Toisaalta pyöräohjaimilla on suhteellisen alhainen iskukuormituksen kesto. Liukuohjaimissa käytetään prismanmuotoisia polymeeriholkkeja, jotka kulkevat suoraan profiilin pinnalla, mikä takaa erittäin hiljaisen toiminnan ja kestää suuria iskukuormia. Liukuohjainten keskeinen etu on niiden kyky toimia epäpuhtaissa ympäristöissä. Liukuohjaimilla on pienempi nopeus ja kuormituskapasiteetti kuin kuula- tai pyöräohjaimilla.

Suosituimpia käyttötekniikoita ovat kuularuuvikäytöt, johtoruuvikäytöt ja hihnakäytöt. Kuularuuvikäyttö koostuu kuularuuvista ja kuulamutterista sekä kiertävistä kuulalaakereista. Hiotut ja esijännitetyt kuularuuvit tarjoavat poikkeuksellisen korkean paikannustarkkuuden. Kuularuuvin kuormitus jakautuu suurelle määrälle kuulalaakereita, joten jokainen kuula altistuu suhteellisen pienelle kuormitukselle. Tuloksena on korkea absoluuttinen tarkkuus, jopa 0,005 mm, suuri työntövoimakapasiteetti, jopa 40 kN, ja korkea jäykkyys. Absoluuttinen tarkkuus määritellään odotetun ja todellisen asennon väliseksi maksimivirheeksi. Kuularuuvikäytöt tarjoavat tyypillisesti 90 %:n mekaanisen hyötysuhteen, joten niiden korkeammat kustannukset kompensoituvat usein pienemmillä tehovaatimuksilla. Kuularuuvin kriittinen nopeus määräytyy ruuvin tyven halkaisijan, tukemattoman pituuden ja päätytuen kokoonpanon mukaan. Kuularuuvituet mahdollistavat ruuvikäyttöisten yksiköiden käytön jopa 12 metrin iskunpituudella ja 3 000 rpm:n syöttönopeudella. Johtaruuvikäytöt eivät voi saavuttaa kuularuuvikäytön absoluuttista paikannustarkkuutta, mutta ne tarjoavat erinomaisen 0,005 mm:n toistettavuuden. Toistettavuus määritellään paikannusjärjestelmän kyvyksi palata samaan paikkaan käytön aikana, kun sitä lähestytään samasta suunnasta samalla nopeudella ja hidastuvuudella. Johdinruuvikäyttöjä käytetään matalan ja keskisuuren käyttöasteen paikannussovelluksissa, ja ne toimivat alhaisella melutasolla. Hihnakäyttöjä käytetään suurilla nopeuksilla ja suurilla läpivirtausmäärillä varustetuissa kuljetussovelluksissa, joiden nopeudet ovat jopa 10 m/s ja kiihtyvyys jopa 40 m/s2. Sekä ohjainjärjestelmä että käyttöjärjestelmä vaativat tyypillisesti voitelua. Helppo pääsy voitelunippoihin yksinkertaistaa ennaltaehkäisevää huoltoa. Yksi tehokas lähestymistapa on käyttää vaunussa Zerk-liittimiä, jotka syöttävät verkkoa, jonka kautta sekä kuularuuvi- että lineaarilaakerijärjestelmä voidellaan asennuksen aikana ja säännöllisin huoltovälein. Prismaohjainjärjestelmä on huoltovapaa. Polymeerin luontaisen voitelevuuden lisäksi siinä on voideltuja huopapyyhkimiä, jotka lisäävät voiteluainetta jokaisella vedolla. Tiivistystekniikka on tärkeää monissa sovelluksissa. Magneettinauhatiiviste koostuu ruostumattomasta teräksestä valmistetusta magneettinauhasta, joka on jousikuormitettu kireyden ylläpitämiseksi. Kaksi päätä on kiinnitetty järjestelmän päätylevyihin ja peitenauha tai tiivistysnauha on johdettu vaunun ontelon läpi. Kun vaunut kulkevat järjestelmän pituudelta, nauha nostetaan irti magneeteista, jotta vaunu pääsee kulkemaan.

Vaihtoehtoinen tiivistystekniikka on muoviset peitenauhat, joissa käytetään joustavaa kuminauhaa, joka lukittuu pohjaprofiiliin ja toimii paljolti kuten vetoketjullinen pussi. Yhteensopivat "pontti-ura"-profiilit luovat labyrinttitiivisteen, joka on erittäin tehokas estämään hiukkasten pääsyn sisään. Joustavat moottorikiinnikkeet yksinkertaistavat lineaarijärjestelmien integrointia automatisoituihin kokoonpanoihin. Käyttäjät voivat yksinkertaisesti pyytää NEMA-standardin mukaisen moottorikiinnikkeen tai antaa moottorikohtaisia ​​asennustietoja tai antaa moottorin valmistajan nimen ja osanumeron. Kotelo ja kytkin koneistetaan tavallisista aihioista vastaamaan asiakkaan moottorin keskeisiä ominaisuuksia: pultin koko ja pulttikehän halkaisija moottorin laipalla; moottorin esiohjaushalkaisija; sekä moottorin akselin halkaisija ja pituus. Tämä mahdollistaa liukukiskojen helpon asennuksen lähes mihin tahansa moottoriin vaakasuoraan, pystysuoraan, kaltevaan tai ylösalaisin, taatulla kohdistuksella.

Kaikki käyttö- ja ohjaintyyppien yhdistelmät eivät ole järkeviä. Käytännön sovelluksissa käytetään seitsemää teknologiaryhmää: johtoruuvikäyttö ja kuulaohjain, johtoruuvikäyttö ja liukuohjain, kuularuuvikäyttö ja kuulaohjain, kuularuuvikäyttö ja liukuohjain, hihnakäyttö ja kuulaohjain, hihnakäyttö ja liukuohjain sekä hihnakäyttö ja pyöräohjain. Hämähäkkikaaviot kuvaavat näiden teknologioiden suhteellisia vahvuuksia ja heikkouksia. Kuularuuvikäyttö- ja kuulaohjainteknologia tarjoaa korkean toistettavuuden, suuren jäykkyyden ja kyvyn käsitellä suuria voimia ja momentteja. Sitä käytetään tarkkuuspaikannussovelluksissa, joissa on suuret kuormitukset ja korkeat käyttösyklit, kuten lineaarijärjestelmässä, jota käytetään hammaspyöräaihioiden lastaamiseen ja purkamiseen työstökoneessa. Hihnakäyttöiset, kuulaohjatut yksiköt on suunniteltu suurnopeus- ja kiihtyvyyssovelluksiin, joissa on raot ja suuria momenttikuormia. Tämä teknologiaryhmä sopii sovelluksiin, jotka ylittävät raon ja joita tuetaan joko päistä tai ajoittain. Tyypillinen sovellus on tölkkien lavaus. Hihnakäyttöiset, liukuohjatut lineaarijärjestelmät tarjoavat kohtuullisen nopeuden ja kiihtyvyyden. Liukuohjaimet pystyvät käsittelemään iskukuormia, mutta niiden lineaarinopeudet ovat jonkin verran rajoitetut. Tämä yhdistelmä tarjoaa kustannustehokkaan, vähämeluisen ratkaisun, joka vaatii vähän huoltoa. Magneettisen peitenauhan lisääminen tekee tästä ratkaisusta ihanteellisen ympäristöihin, joissa on paljon hiukkasia ja pesua, kuten ohutlevyn ruiskutuskäsittelyyn. Hihnan avulla toimivat, pyöräohjatut yksiköt tarjoavat suuren lineaarisen nopeuden ja kiihtyvyyden kohtuullisin kustannuksin, alhaisen melutason ja suhteellisen vähäiset huoltotarpeet. Tyypillinen sovellus on pakkaus- ja täyttökoneet.

Teetkö vai ostatko? Kun harkitset lineaarijärjestelmän valmistusta vai ostamista, on tärkeää tarkastella lineaarijärjestelmän suunnitteluun tarvittavaa suunnitteluaikaa ja asiantuntemusta. Järjestelmän suunnitteluun kuuluu teknisiä laskelmia, kuten lineaari- ja säteittäislaakerin käyttöikä, kuularuuvin käyttöikä, kuularuuvin kriittinen nopeus, tukiprofiilin taipuma, voiteluaineen valinta, kannen suunnittelu jne. Lineaarijärjestelmän ylimitoituksen lähestymistapa suunnitteluajan lyhentämiseksi on haitallinen, koska kustannukset ja vaippa kasvavat, ja perussuunnittelua tarvitaan edelleen sen varmistamiseksi, ettei mitään perusasioita jää huomaamatta. Lineaarijärjestelmiä ostettaessa tulee aikoja, jolloin vakioluettelotuotteet eivät täytä sovelluksen vaatimuksia. Tässä tapauksessa merkittävät muutokset vakiotuotteisiin tai white sheet -mallit ovat varteenotettavia vaihtoehtoja. Kumppani, jolla on laaja valikoima tuotteita ja suunnitteluosaamista, voi työskennellä kanssasi ongelman ratkaisemiseksi samalla säästäen aikaa ja rahaa ja nopeuttaen kehityssykliä.