डिजाइन तत्वों की श्रृंखला में पांच लिंक की समीक्षा करें जो परिशुद्ध संचालन के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण हैं।

एक रेखीय गति प्रणाली उतनी ही मज़बूत होती है जितनी कि उसके यांत्रिक और विद्युत-यांत्रिक तत्वों की श्रृंखला की सबसे जटिल कड़ियाँ। प्रत्येक घटक और विशेषता (और डिज़ाइन आउटपुट पर उसके प्रभाव) को समझने से निर्णय लेने में आसानी होती है और अंतिम डिज़ाइन के अनुप्रयोग की माँगों को पूरी तरह पूरा करने की संभावना बढ़ जाती है। आखिरकार, सिस्टम बैकलैश, सटीकता और अन्य प्रदर्शन पहलुओं का पता लीडस्क्रू, एंटी-बैकलैश नट, कपलिंग, मोटर और नियंत्रण रणनीति के डिज़ाइन और निर्माण के तत्वों से लगाया जा सकता है।

डिज़ाइन के सभी पहलुओं में विशेषज्ञता रखने वाले रैखिक-गति आपूर्तिकर्ताओं के साथ काम करना सर्वोत्तम डिज़ाइन प्रदर्शन प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका है। अंततः, अनुकूलित गति नियंत्रण प्रणालियाँ एक उच्च-प्रदर्शन वाली स्पोर्ट्स कार की तरह होती हैं जिसके सभी तत्व अच्छी तरह से संतुलित होते हैं... जिसके लिए सही आकार की मोटर + सही ट्रांसमिशन + सही टायर + बेहतरीन नियंत्रण सुविधाएँ (जैसे एंटी-लॉक ब्रेक और ट्रैक्शन कंट्रोल) = बेहतरीन प्रदर्शन।

उच्चतम प्रदर्शन की आवश्यकता वाले डिज़ाइनों के कुछ उदाहरणों पर विचार करें। कुछ प्रकार की 3D प्रिंटिंग में, परत रिज़ॉल्यूशन को 10 µm प्रति परत तक कम किया जा रहा है। चिकित्सा उपकरणों में, डिस्पेंसिंग इकाइयों को जीवनरक्षक दवाओं का उत्पादन करना होता है और खुराक को माइक्रोलीटर तक नियंत्रित करना होता है। इसी प्रकार की सटीक सटीकता ऑप्टिकल और स्कैनिंग उपकरणों, सेमीकंडक्टर उद्योग में चिप और वेफर प्रसंस्करण उपकरणों, और प्रयोगशाला स्वचालन क्षेत्र में देखी जा सकती है।

केवल घटक चयन और एकीकरण के समग्र दृष्टिकोण से निर्मित रैखिक गति डिज़ाइन ही इन लगातार बढ़ती प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। अक्सर इन निर्माणों के लिए सबसे उपयुक्त समाधान उपयुक्त नियंत्रण संरचना वाला मोटर-चालित पेंच और नट होता है। तो आइए इस प्रकार की रैखिक असेंबली में प्रत्येक कड़ी के लिए प्रमुख विचारों और प्रदर्शन विशेषताओं पर विचार करें।

लिंक एक: लीडस्क्रू और नट की गुणवत्ता

लीडस्क्रू दशकों से विभिन्न रूपों में, विभिन्न नट डिज़ाइनों और सामग्रियों के साथ, बाज़ार में उपलब्ध हैं। उस समय तक, लीडस्क्रू बनाने वाली मशीनों को मैन्युअल रूप से समायोजित किया जाता था - जिससे गुणवत्ता मशीन की क्षमता और ऑपरेटर के कौशल स्तर तक सीमित रहती थी। आज भी अधिकांश निर्माता इसी प्रकार के उपकरणों का उपयोग करते हैं, लेकिन आधुनिक स्वचालित प्रक्रियाएँ लीडस्क्रू की गुणवत्ता को अगले स्तर तक ले जा रही हैं।

उदाहरण के लिए, ऐसे कार्यों में रोल-थ्रेडिंग प्रक्रिया के लिए सीएनसी-नियंत्रित इनफ़ीड, तिरछा समायोजन और दबाव नियंत्रण का उपयोग किया जाता है ताकि सबसे सुसंगत लीडस्क्रू थ्रेड आकार प्राप्त हो सकें। इन लीडस्क्रू की सतह की फिनिश लगातार चिकनी और सतही घर्षण से मुक्त होती है जो पॉलिमर नट को फाड़ सकता है... जिससे सिस्टम की अभूतपूर्व सटीकता और जीवन काल सुनिश्चित होता है।

साथ ही, उन्नत माप-विज्ञान और निरीक्षण तकनीकें, जो लीडस्क्रू धागों के आकार और आकृति का पता लगाती हैं, पारंपरिक मैनुअल विधियों की तुलना में बिंदु-से-बिंदु लीड सटीकता के तीन गुना बेहतर परिणाम दिखाती हैं। यह स्क्रू की लंबाई पर लीड सटीकता को लगातार 0.003 इंच/फीट तक बनाए रखता है।

किसी वस्तु को अक्ष के अनुदिश बिंदु से बिंदु तक ले जाने वाले परिवहन-प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए, प्रत्येक 300 मिमी या छह इंच पर लीड सटीकता की जाँच करने की पारंपरिक विधि पर्याप्त है। लेकिन उच्चतम परिशुद्धता वाले अनुप्रयोगों के लिए, प्रत्येक शाफ्ट थ्रेड की सटीकता प्रासंगिक है। उपयुक्त थ्रेड ज्यामिति से विचलन को थ्रेड की ड्रंकनेस (drunkenness) कहा जाता है।

नए स्वचालित सीएनसी निर्माण उपकरण, प्रक्रियाएँ और विस्तृत निरीक्षण विधियाँ अधिक सघन नियंत्रण और गुणवत्ता प्रदान करती हैं जिससे किसी एक धागे के भीतर उच्च और निम्न बिंदु, बेहतर उप-घूर्णन सटीकता प्रदर्शित करते हैं - दूसरे शब्दों में, कम ड्रंकनेस। यह बदले में लीडस्क्रू को एक ही घुमाव में 1 µm तक की स्थिति पुनरावृत्ति बनाए रखने में मदद करता है। यह अर्धचालक उद्योग के लिए महंगे वेफर्स और चिप्स के प्रसंस्करण और सिरिंज पंप में दवाओं के सटीक वितरण जैसे अनुप्रयोगों में एक विशेष रूप से महत्वपूर्ण प्रदर्शन मीट्रिक है।

थ्रेड रोलिंग के बाद, उन्नत स्क्रू आपूर्तिकर्ता स्वचालित तरीके से स्क्रू शाफ्ट को सीधा करते हैं ताकि त्रुटियों और रनआउट को कम किया जा सके जो कंपन, शोर और समय से पहले घिसाव का कारण बन सकते हैं। स्क्रू-शाफ्ट का सीधापन महत्वपूर्ण है क्योंकि मोटर के साथ संयोजन करते समय कोई भी त्रुटि स्पष्ट हो जाती है। इसके विपरीत, स्क्रू को सीधा करने के पारंपरिक (मैन्युअल) तरीके स्क्रू-शाफ्ट ज्यामिति में एक स्नो-कोन प्रभाव उत्पन्न कर सकते हैं - एक एकल आर्च या कई आर्च के रूप में जो लंबे शाफ्ट अक्ष के चारों ओर कॉर्कस्क्रू करते हैं। फिर से, स्वचालित सीधापन और निरीक्षण इन त्रुटियों को दूर करता है जिससे स्क्रू का प्रदर्शन स्थिर रहता है।

लीडस्क्रू के उत्पादन में अंतिम चरण PTFE कोटिंग का अनुप्रयोग है। केवल एक समान चिकनी फिनिश ही लंबी उम्र और सिस्टम प्रदर्शन सुनिश्चित करती है। PTFE का असंगत अनुप्रयोग (उप-इष्टतम कोटिंग वातावरण या उपकरण के परिणामस्वरूप) गड्ढे, दरारें, बुलबुले, परतदारपन या सतह खुरदरापन पैदा कर सकता है जिससे नट समय से पहले घिस जाता है और असेंबली का जीवनकाल कम हो जाता है।

लिंक दो: नट और स्क्रू की परस्पर क्रिया

पारंपरिक एंटी-बैकलैश नट एक बहु-टुकड़ा डिजाइन का उपयोग करते हैं, जिसमें एक कुंडल स्प्रिंग की आवश्यकता होती है, जो नट के साथ रैखिक रूप से एक कोलेट को स्थानांतरित करता है, जिससे उंगलियों को बंद किया जा सके और स्क्रू और नट के बीच फिट को नियंत्रित किया जा सके।

इन डिज़ाइनों में विफलता का कारण बनने वाली समस्याएँ हैं स्प्रिंग का अनियमित और परिवर्तनशील बल, नट पर कॉललेट का चिपकना-फिसलना, और नट सामग्री के घिसने पर दबाव में उतार-चढ़ाव। इसके विपरीत, स्थिर बल प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किए गए एक वैकल्पिक नट में एक सरलीकृत दो-टुकड़ा डिज़ाइन शामिल है जो नट फिंगर्स पर रेडियल तरीके से दबाव डालता है, जो नट और स्क्रू के बीच क्लीयरेंस या प्ले को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक दिशा है।

एंटी-बैकलैश लीडस्क्रू नट के लिए पारंपरिक कॉइल स्प्रिंग और कॉलेट डिज़ाइन पर विचार करें। यहाँ, एक परिवर्तनशील बल कॉइल स्प्रिंग अक्षीय बल उत्पन्न करता है जो यांत्रिक हस्तक्षेप के माध्यम से रेडियल बल में परिवर्तित हो जाता है। यह डिज़ाइन उंगलियों पर समान रूप से बल लगाने के लिए इंजेक्शन मोल्डेड घटकों पर निर्भर करता है। बेंचमार्क परीक्षण से पुष्टि होती है कि पहले 1,000 चक्रों में प्रीलोड में नाटकीय रूप से परिवर्तन होता है।

इसके विपरीत, कुछ निरंतर-बल वाले एंटी-बैकलैश लीडस्क्रू नट, पारंपरिक डिज़ाइनों की तुलना में दो से चार गुना बेहतर बैकलैश प्रदर्शन प्रदान करते हैं, जैसा कि लैब ऑटोमेशन ग्राहक के FDA परीक्षण द्वारा प्रमाणित है। एक निरंतर बल स्प्रिंग डिज़ाइन, अक्ष के जीवनकाल में निरंतर प्री-लोड सुनिश्चित करता है। चिकनाई और बेहतर दक्षता के लिए PTFE युक्त स्व-स्नेहन नट सामग्री।

निरंतर-बल वाले एंटी-बैकलैश लीडस्क्रू नट्स का एक सबसे बड़ा लाभ यह है कि इन्हें स्प्रिंग और अन्य मापदंडों में समायोजन के साथ किसी भी अनुप्रयोग के अनुसार समायोजित किया जा सकता है। यह समायोजन आवश्यक विनिर्देशों को पूरा करने के लिए प्रीलोड, बैकलैश, ड्रैग फ़ोर्स और रनिंग क्लीयरेंस के अनुकूलन की अनुमति देता है। प्रत्येक स्क्रू और नट संयोजन, साथ ही प्रत्येक फुल-अप मोटर और स्क्रू असेंबली, का सत्यापन और अंतिम निरीक्षण के दौरान इन सभी प्रदर्शन विशेषताओं के लिए परीक्षण किया जा सकता है।

लिंक तीन: ड्राइव से युग्मित या सीधा कनेक्शन

श्रृंखला की अगली कड़ी यह है कि स्क्रू को मोटर से कैसे जोड़ा जाए। इसे पूरा करने के तीन बुनियादी तरीके हैं।

पहला तरीका सबसे पारंपरिक है, जिसमें एक कपलर को स्क्रू और एक विस्तारित स्टड शाफ्ट से बनी मोटर के बीच एक घटक के रूप में असेंबली में डाला जाता है। इस डिज़ाइन में कपलर की लंबाई और उससे जुड़े किसी भी अटैचमेंट हाउसिंग के लिए ज़्यादा जगह की आवश्यकता होती है, और इससे संरेखण संबंधी समस्याएँ भी पैदा हो सकती हैं। घटकों की बढ़ती संख्या के कारण, सभी घटकों को केंद्र रेखा पर रखना ज़्यादा मुश्किल होता है। अगर एक या एक से ज़्यादा घटक गोल या संरेखित नहीं हैं, तो परिणाम एक कैम जैसा प्रभाव हो सकता है जो सिस्टम के प्रदर्शन और जीवन को बहुत प्रभावित करता है।

दूसरी विधि में स्क्रू को एक पतले छेद में डालकर उसे बोल्ट से यांत्रिक रूप से (पीछे से) अपनी जगह पर सुरक्षित किया जाता है। ऐसी असेंबली उन मोटरों पर आम है जिन्हें बार-बार रखरखाव की आवश्यकता होती है — और यह अलग करने और फिर से जोड़ने का एक त्वरित तरीका है। इसकी कमी यह है कि संरेखण बनाए रखना मुश्किल होता है और इससे स्नो-कोन प्रभाव पैदा हो सकता है जो स्क्रू की लंबाई में अशुद्धियों को बढ़ा देता है। इसके अलावा, स्क्रू में यह स्नो-कोन कंपन घिसाव बिंदु बनाता है जिससे रखरखाव की आवश्यकता बढ़ सकती है और सिस्टम समय से पहले खराब हो सकता है।

तीसरी विधि में स्क्रू को मोटर के अंदर एक खोखले शाफ्ट में सीधे फिट किया जाता है और स्क्रू को मोटर के पीछे लेज़र वेल्ड से जोड़ दिया जाता है। यह विधि स्क्रू के मोटर के साथ अधिकतम जुड़ाव सुनिश्चित करती है जिससे उच्चतम संभव सटीक संरेखण प्राप्त होता है। कुछ मामलों में, वेल्ड को एक औद्योगिक चिपकने वाले पदार्थ से बदला जा सकता है जो स्क्रू और मोटर के बीच एक स्थायी बंधन बनाता है। यह संयोजन विधि स्क्रू में न्यूनतम रनआउट प्रदान करके उच्चतम स्तर की सटीकता भी प्रदान करती है जिससे जीवन काल बढ़ता है और रखरखाव की आवश्यकता कम होती है।

लीडस्क्रू, नट और कपलिंग संरेखण को अनुकूलित करने से पूरे सिस्टम का जीवनकाल बढ़ जाता है। सिस्टम के अन्य तत्वों के साथ तुलना के लिए आधार रेखा के रूप में, विभिन्न लीड्स के साथ विभिन्न दिशाओं में, और विभिन्न भारों और गतियों के साथ परीक्षण किया गया। परिणामों से पता चला है कि यात्रा जीवनकाल मानक L10 बेयरिंग जीवनकाल से 40 गुना अधिक है।

दूसरे शब्दों में, पारंपरिक मोटर-और-लीडस्क्रू सेटअप में कई पुर्जे होते हैं जिन्हें जोड़ना ज़रूरी होता है और जिन्हें संरेखित करना मुश्किल होता है। इनमें प्ले और टॉलरेंस स्टैक-अप होता है जिससे सटीकता कम होती है और विफलता की संभावना बढ़ जाती है। पुर्जों की ज़्यादा संख्या के कारण कुल असेंबली लागत भी ज़्यादा होती है। लेकिन इंटीग्रेटेड हाइब्रिड लीनियर एक्ट्यूएटर सेटअप में एक लीडस्क्रू होता है जो मोटर के साथ सीधे संरेखित और स्थिर होता है — कम पुर्जों के लिए। इससे ज़्यादा कठोरता, सटीकता और विश्वसनीयता मिलती है... साथ ही समग्र डिज़ाइन मूल्य भी।

लिंक चार: मोटर प्रकार और डिज़ाइन का चयन

लीनियर एक्ट्यूएटर्स कई मोटर विकल्पों के साथ आते हैं, जिनमें सबसे आम मोटर विकल्प हैं ओपन लूप स्टेपर, बोर्ड माउंटेड कंट्रोल या औद्योगिक रूप से लगे स्मार्ट स्टेपर का उपयोग करने वाला क्लोज्ड लूप संस्करण, और अंत में एक ब्रशलेस डीसी (बीएलडीसी) मोटर। प्रत्येक मोटर का अपना प्रदर्शन या गति और भार क्षमताएँ होती हैं, और प्रत्येक मोटर की लागत, एकीकरण, नियंत्रण, आदि के अपने फायदे और नुकसान भी होते हैं, जिनके बारे में हम बाद में चर्चा करेंगे।

किसी मोटर के रैखिक गति प्रदर्शन पर सबसे बड़ा प्रभाव मोटर के आंतरिक डिज़ाइन पर गहराई से नज़र डालने के लिए आवश्यक है। सामान्यतः सामान्य प्रयोजन वाली मोटरें बेयरिंग और असेंबली को अपनी जगह पर बनाए रखने के लिए एक वेवी वॉशर का उपयोग करती हैं। यह आमतौर पर रोटरी अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त होता है और अक्सर रैखिक अनुप्रयोगों के लिए भी लागू किया जा सकता है। हालाँकि, वेवी वॉशर मोटर के भीतर एक निश्चित मात्रा में अनुपालन प्रदान करते हैं जिससे अक्षीय या रैखिक गति में थोड़ी सी गड़बड़ी हो सकती है जो रैखिक स्थिति की अशुद्धियों में बदल जाती है।

इसे कम करने के लिए, डिज़ाइन में दो तत्वों में से एक या दोनों को संशोधित किया जा सकता है। असेंबली की थ्रस्ट लोड क्षमता बढ़ाने के लिए बड़े बियरिंग डाले जा सकते हैं, और सिस्टम में प्ले को कम करने के लिए एक स्पैनर नट जोड़ा और पूर्व निर्धारित टॉर्क विनिर्देश के अनुसार समायोजित किया जा सकता है।

लिंक पांच: नियंत्रण विकल्पों का चयन

सभी तत्वों को एक साथ जोड़ने वाली अंतिम कड़ी यह है कि भौतिक रेखीय गति को कैसे निर्देशित और नियंत्रित किया जाए। परंपरागत रूप से इसके लिए एक एम्पलीफायर और नियंत्रक सहित कई अलग-अलग उपकरणों की आवश्यकता होती है। प्रत्येक उपकरण के लिए एक कैबिनेट और संबंधित हार्डवेयर, वायरिंग, एनकोडर और फीडबैक के लिए सेंसर की आवश्यकता होगी। इन सेटअपों को स्थापित करना, समस्या निवारण करना और संचालित करना जटिल और बोझिल हो सकता है।

तैयार-तैयार स्मार्ट मोटर समाधानों के आगमन ने वायरिंग को सरल बनाया है और स्टेप-सर्वो प्रकार के प्रदर्शन और नियंत्रण प्राप्त करने के लिए आवश्यक कनेक्टरों और सेंसरों की संख्या को कम किया है। इससे लागत बचत होती है क्योंकि घटकों की संख्या कम होती है और स्थापना में कम समय और श्रम लगता है। ये मोटरें पहले से ही इकट्ठे औद्योगिक पैकेज में भी आती हैं जो बोर्ड और कंट्रोल को IP65 या IP67 रेटिंग के साथ सील करके दुरुपयोग या संदूषण से बचाती हैं।

जब किसी अनुप्रयोग में विशिष्ट अनुकूलित सुविधाओं की आवश्यकता हो, स्थान और आकार की न्यूनतम आवश्यकता हो, या कम लागत एक महत्वपूर्ण कारक हो, तो एक कस्टम अनकैप्सुलेटेड IP20 मोटर-माउंटेड बोर्ड नियंत्रण एक उपयोगी विकल्प होता है। यह विशेष रूप से बड़े आकार के अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जो स्टाइलिश हाउसिंग या उपकरणों में लगाए जाते हैं। ऐसे एक्चुएटर स्मार्ट मोटरों के लाभ प्रदान करते हैं (आमतौर पर लागत में उल्लेखनीय बचत के साथ) और नियंत्रण सीधे मोटर पर होता है जिससे मास्टर या PLC के साथ संचार आसान और तेज़ होता है।