סקור חמש חוליות בשרשרת אלמנטי התכנון החיוניים כל כך לפעולה מדויקת.

מערכת תנועה ליניארית חזקה רק כמו החוליות הפוגעות ביותר בשרשרת האלמנטים המכניים והאלקטרומכניים שלה. הבנת כל רכיב ותכונה (והשפעתם על תפוקת התכנון) משפרת את ההחלטות ואת הסיכויים שהתכנון הסופי יעמוד במלואו בדרישות היישום. אחרי הכל, ניתן לייחס את חופש התנועה, הדיוק והיבטי ביצועים אחרים של המערכת לאלמנטים בתכנון וייצור של בורג ההובלה, אום נגד חופש התנועה, מצמדים, מנוע ואסטרטגיית בקרה.

עבודה עם ספקי תנועה ליניארית בעלי מומחיות בכל הקשרים של התכנון היא הדרך הטובה ביותר להשיג ביצועי תכנון מעולים. בסופו של דבר, מערכות בקרת תנועה אופטימליות הן כמו מכונית ספורט בעלת ביצועים גבוהים, שכל רכיביה מאוזנים היטב... שעבורה מנוע בגודל הנכון + תיבת ההילוכים הנכונה + צמיגים מתאימים + תכונות בקרה מעולות (כגון בלמי ABS ובקרת אחיזה) = ביצועים מעולים.

קחו לדוגמה כמה עיצובים הדורשים ביצועים מעולים. בסוגים מסוימים של הדפסה תלת-ממדית, רזולוציות השכבות נמוכות עד ל-10 מיקרומטר לכל שכבה. במכשירים רפואיים, יחידות דיוור חייבות להפיק תרופות מצילות חיים ולשלוט במינונים עד למיקרוליטר. ניתן לראות את אותו סוג של דיוק מדויק בציוד אופטי וסריקה, בציוד לעיבוד שבבים ופלים בתעשיית המוליכים למחצה, ובתחום האוטומציה של המעבדות.

רק תכנוני תנועה ליניארית שנבנו עם גישה הוליסטית לבחירת רכיבים ואינטגרציה יכולים לעמוד בדרישות הביצועים הגבוהות והולכות. לעתים קרובות הפתרון המתאים ביותר עבור מבנים אלה הוא בורג ואום מונעים על ידי מנוע עם ארכיטקטורת בקרה מתאימה. לכן בואו נבחן שיקולים מרכזיים ומאפייני ביצועים עבור כל חוליה בסוג זה של הרכבה ליניארית.

קישור ראשון: איכות בורג ההובלה והאום

ברגי מובילים קיימים כבר עשרות שנים בצורות שונות עם מגוון עיצובים וחומרים של אומים. במשך רוב הזמן הזה, המכונות ששימשו לייצור ברגי מובילים כווננו באופן ידני - מה שהגביל את האיכות ליכולת המכונה ולרמת המיומנות של המפעיל. רוב היצרנים כיום עדיין משתמשים בסוג זה של ציוד, אך תהליכים אוטומטיים מודרניים מעלים את איכות ברגי המובילים לרמה הבאה.

לדוגמה, פעולות כאלה משתמשות בבקרות הזנה, כוונון הטיה ולחץ הנשלטות על ידי CNC עבור תהליך הברגת גלגול כדי להניב את צורות הברגת הברגה העקביות ביותר. גימור פני השטח של ברגי ההובלה הללו חלק באופן עקבי וללא שריטות פני השטח שעלולות לקרוע את אומים הפולימר... לדיוק וחיים חסרי תקדים של המערכת.

במקביל, טכניקות מטרולוגיה ובדיקה מתקדמות המתחקות אחר צורתם של הברגות הבורג מראות תוצאות של דיוק מנקודה לנקודה של הבורג, עד פי שלושה יותר מזה של שיטות ידניות מסורתיות. זה שומר באופן עקבי על דיוק של הבורג עד 0.003 אינץ'/רגל לאורך הבורג.

עבור יישומים מסוג הובלה המזיזים חפץ כלשהו מנקודה לנקודה לאורך ציר, השיטה המסורתית של בדיקת דיוק ההברגה כל 300 מ"מ או שישה אינץ' מספיקה. אך עבור יישומים בעלי דיוק גבוה ביותר, הדיוק של כל הברגה של הציר רלוונטי. סטייה מגיאומטריית ההברגה המתאימה ידועה כשיכרות ההברגה.

ציוד ייצור CNC אוטומטי חדש, תהליכים ושיטות בדיקה מפורטות מייצרים בקרה ואיכות הדוקים יותר, כך שנקודות הגובה והנמוך בתוך הברגה בודדת מציגות דיוק משופר משמעותית בתת-סיבוב - במילים אחרות, פחות שתייה. זה בתורו עוזר לברגי מוביל לשמור על חזרתיות מיקום על פני סיבוב יחיד של 1 מיקרומטר. זהו מדד ביצועים קריטי במיוחד ביישומים כגון עיבוד פרוסות ושבבים יקרים עבור תעשיית המוליכים למחצה ומתן תרופות במדויק במשאבת מזרק.

לאחר גלגול הברגה, ספקי ברגים מתקדמים מיישרים את צירי הברגה באמצעות מערכת אוטומטית כדי למזער שגיאות וריחוק שעלולים לגרום לרעידות, רעש ובלאי מוקדם. יישור ציר הבורג הוא קריטי מכיוון שכל שגיאה מודגשת כאשר הוא מורכב עם המנוע. לעומת זאת, שיטות מסורתיות (ידניות) של יישור בורג יכולות לייצר אפקט חרוט שלג בגיאומטריה של ציר הבורג - בצורה של קשת אחת או קשתות מרובות המתפתלות סביב ציר הציר הארוך. שוב, יישור ובדיקה אוטומטיים מבטלים שגיאות אלו וכתוצאה מכך ביצועי בורג יציבים.

השלב האחרון בייצור ברגי מובילים הוא מריחת ציפוי PTFE. רק גימור חלק ועקבי מספק אורך חיים וביצועי מערכת ארוכים. מריחה לא עקבית של PTFE (כתוצאה מסביבת ציפוי או ציוד לא אופטימליים) עלולה לגרום ליצירת בורות, סדקים, בועות, קילוף או חספוס פני השטח הגורמים לבלאי מוקדם של האום ולקיצור חיי ההרכבה.

קישור שני: יחסי גומלין בין האום והבורג

אומים מסורתיים נגד שחרור חוזר משתמשים בעיצוב רב-חלקי הדורש קפיץ סליל כדי להזיז את הקולט באופן ליניארי לאורך האום כדי לסגור את האצבעות ולשלוט בהתאמה בין הבורג לאום.

בעיות התורמות לכשל בתכנונים אלה הן הכוח הספורדי והמשתנה של הקפיץ, החלקה של הקולט על האום, ולחץ משתנה ככל שחומר האום נשחק. לעומת זאת, אום חלופי אחד שנועד לספק כוח קבוע כולל עיצוב פשוט בן שני חלקים המפעיל לחץ על אצבעות האום בצורה רדיאלית, שהוא הכיוון הדרוש לשליטה במרווח או במשחק בין האום לבורג.

קחו בחשבון את עיצוב קפיץ הסליל והקולט הקונבנציונלי עבור אום בורג מוביל נגד שחרור חוזר. כאן, קפיץ סליל בעל כוח משתנה מייצר כוח צירי אשר מומר לכוח רדיאלי באמצעות הפרעה מכנית. העיצוב מסתמך על רכיבים יצוקים בהזרקה כדי להפעיל כוח באופן שווה על האצבעות. בדיקות בנצ'מרק מאשרות כי העומס המקדים משתנה באופן דרמטי ב-1,000 המחזורים הראשונים.

לעומת זאת, אומי בורג מוביל מסוימים בעלי כוח קבוע כנגד שחרור חוזר מספקים ביצועי שחרור חוזר טובים פי שניים עד ארבעה מאשר עיצובים קונבנציונליים, כפי שאושר על ידי בדיקות FDA ​​של לקוחות אוטומציה במעבדה. עיצוב קפיץ בעל כוח קבוע מבטיח עומס מקדים עקבי לאורך חיי הציר. חומר אום בעל שימון עצמי עם PTFE לסיכה ויעילות משופרת.

אחד היתרונות הגדולים ביותר של אומי בורג מובילים בעלי כוח קבוע ונגד שחרור חוזר הוא יכולתם להיות מכווננת ליישום עם התאמות לקפיץ ולפרמטרים אחרים. כוונון זה מאפשר אופטימיזציה של עומס מקדים, שחרור חוזר, כוח גרר ומרווח ריצה כדי לעמוד במפרטים הנדרשים. כל שילוב בורג ואום, יחד עם כל מכלול מנוע ובורג מלא, ניתן לבדוק עבור כל אחד ממאפייני הביצועים הללו במהלך האימות והבדיקה הסופית.

קישור שלישי: חיבור מצומד או ישיר להינע

החוליה הבאה בשרשרת היא אופן חיבור הבורג למנוע. ישנן שלוש דרכים בסיסיות להשגת מטרה זו.

הראשונה היא השיטה המסורתית ביותר שבה מוחדר מצמד למכלול כרכיב בין הבורג למנוע הבנוי עם ציר בורג מתארך. עיצוב זה דורש יותר מקום לאורך המצמד וכל בית חיבור נלווה, והוא גם יכול ליצור בעיות יישור. עקב מספר הרכיבים המוגבר, קשה יותר לשמור על הכל בקו האמצע. אם אחד או יותר מהרכיבים אינם עגולים או מיושרים, התוצאה יכולה להיות אפקט מסוג גל זיזים המשפיע מאוד על הביצועים ועל חיי המערכת.

השיטה השנייה מכניסה את הבורג לקדח מחודד כדי לאבטח אותו באופן מכני (מאחור) באמצעות בורג. הרכבה כזו נפוצה במנועים הדורשים תחזוקה תכופה - ושיטה מהירה לפירוק והרכבה מחדש. החיסרון הוא שקשה להחזיק את היישור ויכול לעורר אפקט חרוט שלג שמגביר אי דיוקים לאורך הבורג. בנוסף, תנודות חרוט השלג בבורג יוצרת נקודות שחיקה שעלולות לעורר את הצורך בתחזוקה וכשל מערכת מוקדם.

השיטה השלישית היא התאמה ישירה של הבורג לציר חלול בתוך המנוע וחיבור הבורג באמצעות ריתוך לייזר בגב המנוע. שיטה זו מבטיחה את החיבור המרבי של הבורג למנוע, וכתוצאה מכך יישור מדויק ככל האפשר. במקרים מסוימים, ניתן להחליף את הריתוך בדבק תעשייתי היוצר קשר קבוע בין הבורג למנוע. שיטת הרכבה זו מספקת גם את רמת הדיוק הגבוהה ביותר על ידי מתן כמות מינימלית של ריצה בבורג, וכתוצאה מכך אורך חיים ארוך יותר ומזעור הצורך בתחזוקה.

אופטימיזציה של יישור בורגי ההובלה, האומים והמצמדים מאריכה את חיי המערכת כולה. כבסיס להשוואה עם רכיבים אחרים במערכת, בדיקות במגוון כיוונים עם מוליכים שונים, ועם מגוון עומסים ומהירויות. התוצאות הראו שאורך החיים של המהלך עולה פי 40 על אורך החיים של מיסב L10 הסטנדרטי.

במילים אחרות, מערכים מסורתיים של מנוע וברג מובילים כוללים רכיבים מרובים הדורשים הרכבה וקשה ליישור. הם מציגים משחק וסבילות שפוגעים בדיוק ומגדילים את הפוטנציאל לכשל. מספר רכיבים גבוה גם מוביל לעלות הרכבה כוללת גבוהה יותר. אבל מערכים משולבים של מפעילים ליניאריים היברידיים כוללים בורג מוביל המיושר ומקובע ישירות עם המנוע - עבור פחות רכיבים. זה יוצר קשיחות, דיוק ואמינות גדולים יותר... כמו גם ערך עיצובי כולל.

קישור רביעי: בחירת סוג ועיצוב המנוע

מפעילים ליניאריים מגיעים עם מבחר של אפשרויות מנוע, כאשר אפשרויות המנוע הנפוצות ביותר הן מנוע צעד בלולאה פתוחה, גרסת בלולאה סגורה המשתמשת בבקרה המותקנת על לוח או מנוע צעד חכם מארז תעשייתי, ולבסוף מנוע DC ללא מברשות (bldc). לכל אחד מהם יש הצעת ביצועים או מהירויות ויכולות עומס משלו, ולכל אחד מהם יש גם סט יתרונות וחסרונות משלו בנוגע לעלות, אינטגרציה, בקרה ועוד, שנכסה בהמשך.

ההשפעה הגדולה ביותר על ביצועי התנועה הליניארית של מנוע דורשת מבט מתחת למכסה המנוע על התכנון הפנימי של המנוע. מנועים אופייניים למטרות כלליות משתמשים בדיסקית גלית כדי להחזיק את המיסבים והמכלול במקומם. זה בדרך כלל מספיק עבור יישומים סיבוביים ולעתים קרובות ניתן ליישם אותו גם על מנועים ליניאריים. עם זאת, דיסקיות גליות אכן מספקות מידה מסוימת של גמישות בתוך המנוע שיכולה לעורר כמויות קטנות של משחק צירי או ליניארי שמתורגם לאי דיוקים של המיקום הליניארי.

כדי להקל על כך, ניתן לשנות אחד או את שניהם משני האלמנטים בתכנון. ניתן להכניס מיסבים גדולים יותר כדי להגדיל את יכולת עומס הדחף של המכלול, וניתן להוסיף אום מפתח ברגים ולכווננו למפרט מומנט קבוע מראש כדי להפחית את המרווח במערכת.

קישור חמישי: בחירת אפשרויות בקרה

החוליה האחרונה שמאחדת את כל האלמנטים היא האופן שבו יש לכוון ולשלוט בתנועה הליניארית הפיזית. באופן מסורתי, הדבר היה דורש מספר חלקים נפרדים, כולל מגבר ובקר. כל אחד מהם היה זקוק לארון ולחומרה, חיווט, מקודד וחיישנים נלווים למשוב. הגדרות אלו יכולות להיות מסובכות ומסורבלות להתקנה, פתרון בעיות ותפעול.

הופעתם של פתרונות מנועים חכמים מוכנים לשימוש עזרה לפשט את החיווט ולהפחית את מספר המחברים והחיישנים הקשורים להשגת ביצועים ובקרה מסוג סרוו מדורג. זה מספק חיסכון בעלויות הודות לספירת רכיבים נמוכה יותר וכן פחות זמן ועבודה הכרוכים בהתקנה. מנועים אלה מגיעים גם במארזים מתועשים מורכבים מראש שאוטמים ומגנים על הלוח והבקרה מפני שימוש לרעה או זיהום עם דירוגים של IP65 או IP67.

כאשר יישום דורש תכונות מותאמות אישית ספציפיות, מצריך שיקולי שטח וגודל ממוזערים, או כאשר עלות נמוכה היא גורם קריטי, לוח בקרה מותאם אישית ללא אספיסה, המותקן על המנוע, בעל תקן IP20, הוא אופציה שימושית. זה נכון במיוחד עבור יישומים בנפח גדול הממוקמים במארזים או בציוד מעוצבים. מפעילים כאלה מקנים את היתרונות של מנועים חכמים (בדרך כלל בחיסכון משמעותי בעלויות) והבקרה מתבצעת ישירות על המנוע לתקשורת קלה ומהירה יותר עם המאסטר או הבקר הבקר.