Как «LOSTPED» может помочь?

От упаковки и обработки материалов до производства полупроводников и сборки автомобилей — практически все производственные процессы включают в себя тот или иной тип линейного движения, и по мере того, как производители осваивают гибкость и простоту модульных систем линейного движения, эти системы — будь то одно-, двух- или полные трехкоординатные декартовы робототехнические системы — находят свое применение в производственных сферах.

Распространённая ошибка инженеров и конструкторов при выборе и расчете систем линейного перемещения — это игнорирование критически важных требований к применению в готовой системе. В худшем случае это может привести к дорогостоящим доработкам и переделкам, а также к созданию системы, которая окажется слишком сложной и менее эффективной, чем ожидалось. С таким количеством возможных решений легко растеряться, столкнувшись с задачей проектирования системы линейного перемещения. Какую нагрузку должна выдерживать система? С какой скоростью она должна двигаться? Какая конструкция будет наиболее экономически эффективной?

Все эти и другие вопросы были рассмотрены, когда группа линейных перемещений и сборочных технологий компании Bosch Rexroth разработала «LOSTPED» — простую аббревиатуру, которая помогает инженеру или проектировщику собирать информацию, необходимую для указания соответствующих компонентов или модулей линейного перемещения в любом конкретном приложении.

ЧТО ТАКОЕ LOSTPED?

LOSTPED расшифровывается как Load (Нагрузка), Orientation (Ориентация), Speed (Скорость), Travel (Путь), Precision (Точность), Environment (Окружающая среда) и Duty cycle (Рабочий цикл). Каждая буква аббревиатуры LOSTPED представляет собой один фактор, который необходимо учитывать при определении размера и выборе системы линейного перемещения. Например, нагрузка предъявляет различные требования к подшипниковой системе при ускорении и замедлении, чем при движении с постоянной скоростью. По мере того, как решения для линейного перемещения переходят от отдельных компонентов к комплексным линейным модулям или декартовым системам, взаимодействие между компонентами системы, например, линейными направляющими и шарико-винтовыми, ременными приводами или линейными двигателями, становится более сложным, и проектирование правильной системы становится более сложной задачей. Аббревиатура LOSTPED может помочь проектировщикам избежать ошибок, просто напоминая им о необходимости учитывать все взаимосвязанные факторы при разработке и спецификации системы.

КАК ПОЛЬЗОВАТЬСЯ LOSTPED

Ниже приведены описания каждого фактора LOSTPED, а также ключевые вопросы, которые следует задать при определении критериев выбора размера и системы линейного перемещения.

НАГРУЗКА

Нагрузка относится к весу или силе, приложенной к системе. Все системы линейного перемещения сталкиваются с определенным типом нагрузки, например, с направленными вниз силами при перемещении материалов или с осевыми нагрузками при сверлении, прессовании или завинчивании. В других случаях нагрузка постоянна, например, при работе с полупроводниковыми пластинами, когда унифицированный контейнер с фронтальным открыванием (FOUP) перемещается из отсека в отсек для загрузки и выгрузки. Третий тип характеризуется переменными нагрузками, например, при дозировании медицинских препаратов, когда реагент последовательно подается в ряд пипеток, что приводит к уменьшению нагрузки на каждом этапе.

При оценке нагрузки также стоит обратить внимание на то, какой инструмент будет установлен на конце руки для захвата или переноса груза. Хотя это и не связано непосредственно с нагрузкой, ошибки в этом вопросе могут быть дорогостоящими. Например, если высокочувствительная заготовка захватывается в процессе подъема и перемещения, она может быть повреждена при использовании захвата неправильного типа.

КЛЮЧЕВЫЕ ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ ЗАДАТЬ:

• Что является источником нагрузки и как она ориентирована?
• Имеются ли особые требования к обращению?
• Какой вес или силу необходимо выдерживать?
• Является ли эта сила направленной вниз, подъемной или боковой силой?

ОРИЕНТАЦИЯ

Ориентация, то есть относительное положение или направление приложения силы, также важны, но часто упускаются из виду. Некоторые типы линейных модулей или актуаторов могут выдерживать более высокую нагрузку, направленную вниз/вверх, чем боковую, благодаря системе линейных направляющих, используемой в конструкции модуля. Другие модули, использующие другие линейные направляющие, могут выдерживать одинаковые нагрузки во всех направлениях.

Например, компактный модуль Rexroth CKK использует двойную шариковую рельсовую направляющую и часто применяется в приложениях, требующих бокового монтажа или осевых нагрузок. Поскольку большинство поставщиков высококачественных систем линейного перемещения выпускают модули и приводы для различных условий, важно убедиться, что указанные модули способны выдерживать требуемые нагрузки в нужном положении для достижения успеха в конкретной области применения.

КЛЮЧЕВЫЕ ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ ЗАДАТЬ:

• Как ориентирован линейный модуль или привод?
• Он горизонтальный, вертикальный или перевернутый?
• Куда ориентирована нагрузка относительно линейного модуля?
• Вызовет ли нагрузка момент крена или тангажа на линейном модуле?

СКОРОСТЬ

Скорость и ускорение также влияют на выбор системы линейного перемещения. Приложенная нагрузка создаёт совершенно разные силы в системе при ускорении и замедлении, чем при движении с постоянной скоростью. Также необходимо учитывать тип профиля перемещения — трапециевидный или треугольный, поскольку ускорение, необходимое для достижения желаемой скорости или времени цикла, определяется типом требуемого перемещения. Трапециевидный профиль перемещения означает, что груз быстро разгоняется, движется с относительно постоянной скоростью в течение определённого периода времени, а затем замедляется. Треугольный профиль перемещения означает, что груз быстро разгоняется и замедляется, как в приложениях захвата и выгрузки из точки в точку. Скорость и ускорение также являются критическими факторами при выборе подходящего линейного привода, который обычно представляет собой шарико-винтовую передачу, ремень или линейный двигатель.

КЛЮЧЕВЫЕ ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ ЗАДАТЬ:

• Какая скорость или время цикла должны быть достигнуты?
• Это постоянная или переменная скорость?
• Как нагрузка повлияет на ускорение и замедление?
• Имеет ли профиль движения трапециевидную или треугольную форму?
• Какой линейный привод лучше всего удовлетворит потребности в скорости и ускорении?

ПУТЕШЕСТВОВАТЬ

Под ходом понимается расстояние или диапазон движения. Необходимо учитывать не только расстояние хода, но и перебег. Небольшой «запасной ход» или дополнительное пространство в конце хода обеспечивает безопасность системы в случае аварийной остановки.

КЛЮЧЕВЫЕ ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ ЗАДАТЬ:

• Каково расстояние (диапазон движения)?
• Какой запас хода может потребоваться при экстренной остановке?

ТОЧНОСТЬ

Точность — это широкий термин, который часто используется для определения точности перемещения (поведения системы при перемещении из точки А в точку Б) или точности позиционирования (насколько близко система достигает заданного положения). Она также может относиться к повторяемости. Понимание разницы между этими тремя терминами — точностью перемещения, точностью позиционирования и повторяемостью — часто имеет решающее значение для обеспечения соответствия системы заявленным эксплуатационным характеристикам и для того, чтобы система не переоценивала высокую точность, которая может быть излишней.

Основной причиной для продумывания требований к точности является выбор приводного механизма: ременного, шарико-винтового или линейного. Каждый тип предполагает компромисс между точностью, скоростью и грузоподъёмностью, и оптимальный выбор определяется, главным образом, областью применения.

КЛЮЧЕВЫЕ ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ ЗАДАТЬ:

• Насколько важны точность перемещения, точность позиционирования и повторяемость в приложении?
• Является ли точность более важной, чем скорость или другие факторы LOSTPED?

СРЕДА

Под окружающей средой подразумеваются условия, в которых, как ожидается, будет работать система. Например, экстремальные температуры могут повлиять на работу пластиковых компонентов и смазку внутри системы, а грязь, жидкости и другие загрязняющие вещества могут повредить дорожки качения подшипников и несущие нагрузку элементы.

Этот фактор производительности часто недооценивают, но он может существенно повлиять на срок службы системы линейного перемещения. Такие опции, как уплотнительные ленты и специальные покрытия, помогут предотвратить повреждения, вызванные этими факторами окружающей среды. Кроме того, такие опции, как специальная смазка и избыточное давление воздуха, могут сделать модуль или привод пригодным для использования в чистых помещениях.

КЛЮЧЕВЫЕ ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ ЗАДАТЬ:

• Какие типы опасностей или загрязняющих веществ присутствуют — экстремальные температуры, грязь, пыль, жидкости и т. д.?
• И наоборот, является ли сама система линейного движения потенциальным источником загрязняющих веществ для окружающей среды (электростатические разряды, смазочные материалы или твердые частицы)?

РАБОЧИЙ ЦИКЛ

Рабочий цикл — это количество времени, необходимое для завершения рабочего цикла. Во всех линейных приводах внутренние компоненты, как правило, определяют срок службы конечной системы. Например, срок службы подшипника внутри модуля напрямую зависит от приложенной нагрузки и рабочего цикла, который будет испытывать подшипник. Система линейного перемещения может соответствовать предыдущим шести факторам, но если она работает непрерывно 24/7, она выйдет из строя гораздо раньше, чем если бы она работала только восемь часов в день, пять дней в неделю. Соотношение времени использования и времени покоя влияет на тепловыделение внутри системы линейного перемещения и напрямую влияет на срок службы системы и стоимость владения. Заблаговременное выяснение этих вопросов может сэкономить время и избежать дальнейших проблем, поскольку изнашиваемые детали, такие как ремни, можно легко иметь на складе для замены.

КЛЮЧЕВЫЕ ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ ЗАДАТЬ:

• Как часто используется система, включая время ожидания между ударами или движениями?
• Как долго должна прослужить система?

НЕКОТОРЫЕ ПОСЛЕДНИЕ СОВЕТЫ

Помимо LOSTPED, разработчикам следует проконсультироваться с авторитетным дистрибьютором или отделом прикладных разработок производителя. Эти специалисты, как правило, обладают опытом работы с сотнями проектов, многие из которых аналогичны рассматриваемому. Поэтому они могут существенно сэкономить время и предложить решения по снижению затрат, предвидя потенциальные проблемы. Ведь конечная цель — получить наилучшую систему линейного перемещения с минимальной стоимостью владения; опытные инженеры-прикладники, знакомые с LOSTPED, могут гарантировать своим клиентам именно это.