כיצד "LOSTPED" יכול לעזור?

מאריזה וטיפול בחומרים ועד ייצור מוליכים למחצה והרכבת רכב, כמעט כל תהליכי הייצור משלבים סוג כלשהו של תנועה לינארית, וככל שיצרנים מכירים את הגמישות והפשטות של מערכות תנועה לינאריות מודולריות, מערכות אלו - בין אם מערכות רובוטיקה קרטזיות חד-ציריות, דו-ציריות או תלת-ציריות שלמות - מוצאות את דרכן לתחומי הייצור.

טעות נפוצה שמהנדסים ומעצבים עושים בעת קביעת גודל ובחירת מערכות תנועה ליניארית היא להתעלם מדרישות יישום קריטיות במערכת הסופית. במקרה הגרוע ביותר, הדבר עלול להוביל לעיצוב מחדש ועבודות חוזרות יקרות, אך לעיתים קרובות עלול גם לגרום למערכת מהונדסת יתר על המידה, שהיא יקרה יותר ופחות יעילה מהרצוי. עם כל כך הרבה פתרונות אפשריים, קל להיות מוצפים כשמוטל עליכם לתכנן מערכת תנועה ליניארית. כמה עומס המערכת תצטרך להתמודד איתו? באיזו מהירות היא תצטרך לנוע? מהו התכנון החסכוני ביותר?

כל השאלות הללו ועוד נשקלו כאשר קבוצת טכנולוגיות התנועה והרכבה ליניארית של Bosch Rexroth פיתחה את "LOSTPED", ראשי תיבות פשוטים המנחים את המהנדס או המתכנן באיסוף המידע הדרוש כדי לציין את רכיבי או המודולים המתאימים לתנועה ליניארית בכל יישום נתון.

מה זה LOSTPED?

LOSTPED מייצג את הקיצורים הבאים: עומס (Load), כיוון (Orientation), מהירות (Speed), תנועה (Travel), דיוק (Precision), סביבה (Environment) ומחזור עבודה (Duty cycle). כל אות בראשי התיבות LOSTPED מייצגת גורם אחד שיש לקחת בחשבון בעת ​​קביעת גודל ובחירת מערכת תנועה ליניארית. לדוגמה, העומס מטיל דרישות שונות על מערכת המיסבים במהלך תאוצה והאטה מאשר במהלך תנועות במהירות קבועה. ככל שיותר פתרונות תנועה ליניארית עוברים מרכיבים בודדים למערכות מודול ליניאריות שלמות או מערכות קרטזיות, האינטראקציות בין רכיבי המערכת - כלומר מובילי מיסבים ליניאריים והנעת בורג כדורי, רצועה או מנוע ליניארי - הופכות מורכבות יותר, ותכנון המערכת הנכונה הופך למאתגר יותר. ראשי התיבות LOSTPED יכולים לעזור למעצבים להימנע מטעויות פשוט על ידי תזכורת להם לשקול את כל הגורמים הקשורים זה בזה במהלך פיתוח המערכת ומפרטיה.

כיצד להשתמש ב-LOSTPED

להלן תיאורים של כל גורם LOSTPED, כמו גם שאלות מפתח שיש לשאול בעת קביעת הקריטריונים לגודל ובחירה של מערכת תנועה ליניארית.

לִטעוֹן

עומס מתייחס למשקל או לכוח המופעלים על המערכת. כל מערכות התנועה הליניארית נתקלות בסוג כלשהו של עומס, כגון כוחות כלפי מטה ביישומי טיפול בחומרים, או עומסי דחיפה ביישומי קידוח, לחיצה או הברגה. יישומים אחרים נתקלים בעומס קבוע, כגון יישום טיפול בפרוסות מוליכים למחצה, שבו FOUP (פוד מאוחד עם פתיחה קדמית) נישא מתא לתא לצורך הורדה ואיסוף. סוג שלישי מוגדר על ידי עומסים משתנים, כגון יישום מחלק רפואי, שבו ריאגנט מופקד בסדרה של פיפטות בזו אחר זו, וכתוצאה מכך עומס קל יותר בכל שלב.

כשחושבים על העומס, כדאי גם לבחון איזה סוג כלי יהיה בקצה הזרוע כדי להרים או לשאת את העומס. למרות שזה לא קשור ספציפית לעומס, טעויות כאן יכולות להיות יקרות. לדוגמה, אם חומר עבודה רגיש במיוחד נאסף ביישום איסוף והצבה, הוא עלול להינזק אם נעשה שימוש בסוג תופסן שגוי.

שאלות מפתח לשאול:

• מה מקור העומס וכיצד הוא מכוון?
• האם ישנן שיקולי טיפול מיוחדים?
• כמה משקל או כוח יש לנהל?
• האם הכוח הוא כוח כלפי מטה, כוח התרוממות או כוח צדדי?

הִתמַצְאוּת

הכיוון, או המיקום או הכיוון היחסיים שבהם מופעל הכוח, חשובים גם הם, אך לעתים קרובות מתעלמים מהם. סוגים מסוימים של מודולים או מפעילים ליניאריים יכולים להתמודד עם עומס גבוה יותר כלפי מטה/מעלה מאשר עומס צדדי בגלל מערכת ההנחיה הליניארית המשמשת בתכנון המודול. מודולים אחרים, המשתמשים בהנחיות ליניאריות שונות, יכולים להתמודד עם אותם עומסים בכל הכיוונים.

מודול הקומפקטי של Rexroth CKK, לדוגמה, משתמש במערכת מסילות כדוריות כפולה להנחיה ונעזר בו לעתים קרובות ביישומים הדורשים עומסים ציריים או מותקנים בצד. מכיוון שרוב ספקי התנועה הליניארית האיכותיים מייצרים מודולים ומפעילים להתמודדות עם מצבים שונים, חשוב לוודא שהמודולים שצוינו יכולים להתמודד עם דרישות העומס בכיוון הנדרש כדי להשיג הצלחה ביישום.

שאלות מפתח לשאול:

• כיצד מכוונים המודול הליניארי או המפעיל?
• האם זה אופקי, אנכי או הפוך?
• היכן מכוון העומס יחסית למודול הליניארי?
• האם העומס יגרום למומנט גלגול או גובה על המודול הליניארי?

מְהִירוּת

מהירות ותאוצה משפיעות גם על בחירת מערכת תנועה ליניארית. עומס מופעל יוצר כוחות שונים בתכלית על המערכת במהלך תאוצה והאטה מאשר במהלך תנועה במהירות קבועה. יש לקחת בחשבון גם את סוג פרופיל התנועה - טרפזי או משולש - מכיוון שהתאוצה הנדרשת כדי לעמוד במהירות או בזמן המחזור הרצויים תיקבע על ידי סוג התנועה הנדרשת. פרופיל תנועה טרפזי פירושו שהעומס מאיץ במהירות, נע במהירות קבועה יחסית למשך פרק זמן מסוים, ולאחר מכן מאט. פרופיל תנועה משולש פירושו שהעומס מאיץ ומאט במהירות, כמו ביישומי איסוף והורדה מנקודה לנקודה. מהירות ותאוצה הן גם גורמים קריטיים בקביעת ההינע הליניארי המתאים, שהוא בדרך כלל בורג כדורי, רצועה או מנוע ליניארי.

שאלות מפתח לשאול:

• איזו מהירות או זמן מחזור יש להשיג?
• האם מדובר במהירות קבועה או במהירות משתנה?
• כיצד ישפיע העומס על התאוצה וההאטה?
• האם פרופיל התנועה טרפזי או משולש?
• איזה מנוע ליניארי יענה בצורה הטובה ביותר על צרכי המהירות והתאוצה?

לִנְסוֹעַ

מהלך מתייחס למרחק או לטווח התנועה. יש לקחת בחשבון לא רק את מרחק התנועה, אלא גם את מהלך המעבר. מתן אפשרות ל"מהלך בטיחותי", או מרווח נוסף, בסוף התנועה מבטיח את בטיחות המערכת במקרה של עצירת חירום.

שאלות מפתח לשאול:

• מהו המרחק (טווח התנועה)?
• כמה זמן נסיעה ארוכה עשוי להידרש בעצירת חירום?

דִיוּק

דיוק הוא מונח רחב המשמש לעתים קרובות להגדרת דיוק מהלך (כיצד המערכת מתנהגת בזמן התנועה מנקודה א' לנקודה ב'), או דיוק מיקום (כמה קרוב המערכת מגיעה למיקום היעד). הוא יכול להתייחס גם לחזרתיות. הבנת ההבדל בין שלושת המונחים הללו - דיוק מהלך, דיוק מיקום וחזרתיות - היא לעתים קרובות קריטית כדי להבטיח שהמערכת עומדת במפרטי הביצועים ושהמערכת אינה מפצה יתר על המידה על רמת דיוק גבוהה שעשויה להיות מיותרת.

הסיבה העיקרית לחשוב היטב על דרישות הדיוק היא בחירת מנגנון ההנעה: הנעת רצועה, מנוע בורג כדורי או מנוע ליניארי. כל סוג מציע פשרות בין דיוק, מהירות ויכולת נשיאת עומס, והבחירה הטובה ביותר מוכתבת בעיקר על ידי היישום.

שאלות מפתח לשאול:

• עד כמה חשובים דיוק התנועה, דיוק המיקום וחזרתיות ביישום?
• האם דיוק חשוב יותר ממהירות או מגורמים אחרים של LOSTPED?

סְבִיבָה

סביבה מתייחסת לתנאי הסביבה שבהם המערכת צפויה לפעול. לדוגמה, טמפרטורות קיצוניות עלולות להשפיע על ביצועי רכיבי הפלסטיק והסיכה בתוך המערכת, בעוד שלכלוך, נוזלים ומזהמים אחרים עלולים לגרום נזק למסבי המסב ולרכיבי נושאי העומס.

זהו גורם ביצועים שלעתים קרובות מתעלמים ממנו, אך כזה שיכול להשפיע רבות על חיי מערכת תנועה ליניארית. אפשרויות כגון פסי איטום וציפויים מיוחדים יכולות לסייע במניעת נזק מגורמים סביבתיים אלה. בנוסף, אפשרויות כגון שימון מיוחד ולחץ אוויר חיובי יכולות להפוך את המודול או המפעיל למתאימים לשימוש ביישום חדר נקי.

שאלות מפתח לשאול:

• אילו סוגי סכנות או מזהמים קיימים - טמפרטורות קיצוניות, לכלוך, אבק, נוזלים וכו'?
• לעומת זאת, האם מערכת התנועה הליניארית עצמה מהווה מקור פוטנציאלי למזהמים סביבתיים (ESD, חומרי סיכה או חלקיקים)?

מחזור עבודה

מחזור עבודה הוא משך הזמן שלוקח להשלים מחזור פעולה. בכל המפעילים הליניאריים, הרכיבים הפנימיים יקבעו בדרך כלל את חיי המערכת הסופית. אורך חיי המיסב בתוך מודול, לדוגמה, מושפע ישירות מהעומס המופעל, וממחזור העבודה שהמיסב יחווה. מערכת תנועה ליניארית עשויה להיות מסוגלת לעמוד בששת הגורמים הקודמים, אך אם היא פועלת ברציפות 24/7, היא תמות הרבה יותר מהר מאשר אם היא פועלת רק שמונה שעות ביום, חמישה ימים בשבוע. משך זמן השימוש לעומת זמן המנוחה משפיע על הצטברות החום בתוך מערכת התנועה הליניארית ומשפיע ישירות על חיי המערכת ועלות הבעלות. הבהרת סוגיות אלו מראש יכולה לחסוך זמן ועצבים מאוחר יותר, מכיוון שניתן לאחסן בקלות חלקי שחיקה כמו רצועות להחלפה.

שאלות מפתח לשאול:

• באיזו תדירות המערכת נמצאת בשימוש, כולל זמן השהייה בין משיכות או תנועות?
• כמה זמן המערכת צריכה להחזיק מעמד?

כמה עצות אחרונות

בנוסף ל-LOSTPED, מתכננים צריכים להתייעץ עם מפיץ בעל מוניטין או עם מחלקת הנדסת היישומים של היצרן. למקורות אלו יש בדרך כלל ניסיון עם מאות יישומים, רבים מהם דומים ליישום הנדון. לכן, הם עשויים לחסוך זמן רב ולהציע הצעות לחיסכון בעלויות על ידי צפיית בעיות פוטנציאליות. אחרי הכל, המטרה הסופית היא להשיג את מערכת התנועה הליניארית הטובה ביותר האפשרית בעלות הבעלות הנמוכה ביותר; מהנדסי יישומים מיומנים המכירים את LOSTPED יכולים לוודא שלקוחותיהם יקבלו בדיוק את זה.