Hassas çalışma için son derece kritik olan tasarım unsurları zincirindeki beş bağlantıyı inceleyelim.

Doğrusal hareket sistemi, mekanik ve elektromekanik elemanlar zincirindeki en hassas bağlantılar kadar güçlüdür. Her bir bileşeni ve özelliği (ve tasarım çıktısı üzerindeki etkisini) anlamak, kararları iyileştirir ve nihai tasarımın uygulama taleplerini tam olarak karşılama olasılığını artırır. Sonuçta, sistemdeki boşluk, doğruluk ve diğer performans yönleri, vida mili, boşluk önleyici somun, kaplinler, motor ve kontrol stratejisinin tasarım ve üretimindeki unsurlara kadar izlenebilir.

Tasarımın tüm aşamalarında uzmanlığa sahip doğrusal hareket sistemleri tedarikçileriyle çalışmak, en iyi tasarım performansını elde etmenin en iyi yoludur. Sonuç olarak, optimize edilmiş hareket kontrol sistemleri, tüm unsurları iyi dengelenmiş yüksek performanslı bir spor otomobil gibidir... doğru boyutta motor + doğru şanzıman + doğru lastikler + mükemmel kontrol özellikleri (örneğin kilitlenmeyi önleyici frenler ve çekiş kontrolü) = mükemmel performans.

En yüksek performansı gerektiren tasarımlara bazı örnekler verelim. Bazı 3D baskı türlerinde, katman çözünürlükleri katman başına 10 µm'ye kadar düşürülüyor. Tıbbi cihazlarda, dağıtım üniteleri hayat kurtaran ilaçları üretmeli ve dozları mikrolitreye kadar kontrol etmelidir. Aynı türden yüksek hassasiyet, optik ve tarama ekipmanlarında, yarı iletken endüstrisindeki çip ve gofret işleme ekipmanlarında ve laboratuvar otomasyon alanında da görülebilir.

Sadece bileşen seçimi ve entegrasyonuna bütünsel bir yaklaşımla tasarlanmış doğrusal hareket sistemleri, bu sürekli artan performans gereksinimlerini karşılayabilir. Genellikle bu tür sistemler için en uygun çözüm, uygun kontrol mimarisine sahip motor tahrikli bir vida ve somun sistemidir. Bu nedenle, bu tip doğrusal montajdaki her bir bağlantı için temel hususları ve performans özelliklerini ele alalım.

Bağlantı bir: Kurşun vida ve somunun kalitesi

Vidalı miller, çeşitli somun tasarımları ve malzemeleriyle onlarca yıldır kullanılmaktadır. Bu sürenin büyük bir bölümünde, vidalı milleri üretmek için kullanılan makineler manuel olarak ayarlanıyordu; bu da kaliteyi makinenin kapasitesi ve operatörün beceri düzeyiyle sınırlıyordu. Günümüzde çoğu üretici hala bu tür ekipmanları kullanmaktadır, ancak modern otomatik süreçler vidalı mil kalitesini bir üst seviyeye taşımaktadır.

Örneğin, bu tür işlemler, en tutarlı vida dişi formlarını elde etmek için CNC kontrollü besleme, eğim ayarı ve basınç kontrollerini kullanarak vida diş açma işlemini gerçekleştirir. Bu vidaların yüzey kalitesi sürekli olarak pürüzsüzdür ve polimer somunlarda yırtılmaya neden olabilecek yüzey aşınmalarından arındırılmıştır... bu da benzersiz sistem doğruluğu ve ömrü sağlar.

Aynı zamanda, vida dişlerinin şeklini ve biçimini izleyen gelişmiş metroloji ve muayene teknikleri, geleneksel manuel yöntemlere göre üç kata kadar daha iyi nokta-nokta hassasiyeti sonuçları göstermektedir. Bu da vida uzunluğu boyunca hassasiyetin sürekli olarak 0,003 inç/ft seviyesinde kalmasını sağlar.

Bir nesneyi bir eksen boyunca noktadan noktaya hareket ettiren taşıma tipi uygulamalar için, her 300 mm veya altı inçte bir kılavuz doğruluğunu kontrol etme geleneksel yöntemi yeterlidir. Ancak en yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalar için, her bir şaft dişinin doğruluğu önemlidir. Uygun diş geometrisinden sapma, dişin dengesizliği olarak bilinir.

Yeni otomatik CNC üretim ekipmanları, süreçleri ve detaylı denetim yöntemleri, daha sıkı kontrol ve kalite sağlayarak, tek bir diş içindeki en yüksek ve en düşük noktaların alt dönüş hassasiyetini önemli ölçüde artırır; başka bir deyişle, daha az sapma gösterir. Bu da, vidalı millerinin tek bir dönüşte 1 µm'ye kadar konumlandırma tekrarlanabilirliğini korumasına yardımcı olur. Bu, özellikle yarı iletken endüstrisi için pahalı yonga levhaları ve çiplerin işlenmesi ve şırınga pompasında ilaçların doğru bir şekilde dağıtılması gibi uygulamalarda son derece kritik bir performans ölçütüdür.

Diş açma işleminden sonra, gelişmiş vida tedarikçileri, titreşime, gürültüye ve erken aşınmaya neden olabilecek hataları ve salınımı en aza indirmek için vida millerini otomatik bir sistemle düzeltirler. Vida milinin düzgünlüğü çok önemlidir çünkü herhangi bir hata, motorla birleştirildiğinde daha da belirginleşir. Buna karşılık, geleneksel (manuel) vida düzeltme yöntemleri, vida mili geometrisinde kar konisi etkisi yaratabilir; bu etki, uzun mil ekseni etrafında burgu şeklinde dönen tek bir kemer veya birden fazla kemer şeklinde olabilir. Otomatik düzeltme ve inceleme, bu hataları ortadan kaldırarak istikrarlı vida performansı sağlar.

Kurşun vidaların üretimindeki son adım, PTFE kaplamanın uygulanmasıdır. Sadece tutarlı ve pürüzsüz bir yüzey, uzun ömür ve sistem performansı sağlar. PTFE'nin tutarsız uygulanması (optimum olmayan bir kaplama ortamı veya ekipmanından kaynaklanan), somunda erken aşınmaya ve montaj ömrünün kısalmasına neden olan çukurlaşma, çatlaklar, kabarcıklar, pul pul dökülme veya yüzey pürüzlülüğüne yol açabilir.

İkinci bağlantı: Somun ve vidanın etkileşimi

Geleneksel geri tepme önleyici somunlar, parmakları kapatmak ve vida ile somun arasındaki uyumu kontrol etmek için bir yaylı mekanizmanın somun boyunca doğrusal olarak hareket etmesini gerektiren çok parçalı bir tasarıma sahiptir.

Bu tasarımlarda başarısızlığa yol açan sorunlar arasında yayın düzensiz ve değişken kuvveti, somun üzerindeki pensin kayma-yapışma davranışı ve somun malzemesinin aşınmasıyla oluşan basınç dalgalanmaları yer almaktadır. Buna karşılık, sabit kuvvet sağlamak üzere tasarlanmış alternatif bir somun, somun parmaklarına radyal bir şekilde basınç uygulayan basitleştirilmiş iki parçalı bir tasarıma sahiptir; bu da somun ve vida arasındaki boşluğu veya oynamayı kontrol etmek için gereken yöndür.

Geri tepme önleyici bir vida somunu için geleneksel helezon yay ve pens tasarımını ele alalım. Burada, değişken kuvvetli bir helezon yay, mekanik girişim yoluyla radyal kuvvete dönüştürülen eksenel bir kuvvet üretir. Tasarım, kuvveti parmaklara eşit olarak uygulamak için enjeksiyon kalıplama yöntemiyle üretilen bileşenlere dayanmaktadır. Karşılaştırma testleri, ön yükün ilk 1000 döngüde önemli ölçüde değiştiğini doğrulamaktadır.

Buna karşılık, bazı sabit kuvvetli geri tepme önleyici vidalı mil somunları, laboratuvar otomasyonu müşterisinin FDA testleriyle doğrulandığı üzere, geleneksel tasarımlara göre iki ila dört kat daha iyi geri tepme performansı sağlar. Sabit kuvvetli yay tasarımı, eksenin ömrü boyunca tutarlı ön yükleme sağlar. Yağlama ve gelişmiş verimlilik için PTFE içeren kendinden yağlamalı somun malzemesi.

Sabit kuvvetli geri tepme önleyici vidalı somunların en büyük avantajlarından biri, yay ve diğer parametrelerde yapılacak ayarlamalarla uygulamaya göre ayarlanabilme özelliğidir. Bu ayarlama, ön yükleme, geri tepme, sürtünme kuvveti ve çalışma açıklığının gerekli özelliklere uygun hale getirilmesini sağlar. Her vida ve somun kombinasyonu, her komple motor ve vida tertibatıyla birlikte, doğrulama ve son muayene sırasında bu performans özelliklerinin her biri açısından test edilebilir.

Üçüncü bağlantı: Sürücüye doğrudan veya eşgüdümlü bağlantı

Zincirin bir sonraki halkası, vidanın motora nasıl bağlandığıdır. Bu, üç temel yöntemle gerçekleştirilebilir.

İlk yöntem, vida ile uzatılabilir saplama şaftlı bir motor arasına bir bağlantı elemanının yerleştirildiği en geleneksel yöntemdir. Bu tasarım, bağlantı elemanının uzunluğu ve ilgili bağlantı muhafazası için daha fazla alan gerektirir ve ayrıca hizalama sorunları yaratabilir. Bileşen sayısının artması nedeniyle, her şeyi merkez hattında tutmak daha zordur. Bileşenlerden bir veya daha fazlası yuvarlak veya hizalı değilse, sonuç olarak performansı ve sistemin ömrünü büyük ölçüde etkileyen bir kam tipi etki ortaya çıkabilir.

İkinci yöntem, vidayı konik bir deliğe yerleştirerek (arkadan) bir cıvata ile mekanik olarak sabitlemeyi içerir. Bu tür bir montaj, sık bakım gerektiren motorlarda yaygındır ve sökme ve yeniden takma için hızlı bir yöntemdir. Dezavantajı, hizalamanın zor olması ve vidanın uzunluğu boyunca yanlışlıkları artıran bir kar tanesi etkisi yaratabilmesidir. Ayrıca, vidadaki bu kar tanesi benzeri sallanma, bakım ihtiyacını ve sistemin erken arızasını tetikleyebilecek aşınma noktaları oluşturur.

Üçüncü yöntem, vidanın motor içindeki içi boş bir şafta doğrudan takılması ve vidanın motorun arka tarafına lazer kaynağıyla sabitlenmesidir. Bu yöntem, vidanın motorla maksimum düzeyde temasını sağlayarak mümkün olan en yüksek doğrulukta hizalama sağlar. Bazı durumlarda, kaynak yerine vida ve motor arasında kalıcı bir bağ oluşturan endüstriyel bir yapıştırıcı kullanılabilir. Bu montaj yöntemi ayrıca, vidada en az salınım sağlayarak en yüksek doğruluk seviyesini sunar, böylece kullanım ömrünü uzatır ve bakım ihtiyacını en aza indirir.

Vidalı mil, somun ve kaplin hizalamasının optimize edilmesi, tüm sistemin ömrünü uzatır. Sistemdeki diğer elemanlarla karşılaştırma için temel olarak, çeşitli yönlerde, farklı vida uzunluklarında ve çeşitli yük ve hız aralıklarında testler yapılmıştır. Sonuçlar, standart L10 rulman ömrünü 40 kat aşan bir hareket ömrü göstermiştir.

Başka bir deyişle, geleneksel motor ve vida mili düzenekleri, montaj gerektiren ve hizalanması zor olan birden fazla bileşen içerir. Bu durum, doğruluğu düşüren ve arıza olasılığını artıran boşluk ve tolerans birikimine yol açar. Yüksek bileşen sayısı ayrıca genel montaj maliyetini de artırır. Ancak entegre hibrit doğrusal aktüatör düzenekleri, daha az bileşenle doğrudan motora hizalanmış ve sabitlenmiş bir vida mili içerir. Bu da daha fazla rijitlik, doğruluk ve güvenilirlik sağlar... ve genel tasarım değerini artırır.

Dördüncü bağlantı: Motor tipi ve tasarımının seçimi

Doğrusal aktüatörler, çeşitli motor seçenekleriyle birlikte gelir; en yaygın motor seçenekleri arasında açık döngülü step motor, kart üzerine monte edilmiş kontrol ünitesi veya endüstriyel olarak muhafaza edilmiş akıllı step motor kullanan kapalı döngülü versiyon ve son olarak fırçasız DC (BLDC) motor bulunur. Her birinin kendine özgü performans özellikleri, hız ve yük kapasiteleri vardır ve ayrıca maliyet, entegrasyon, kontrol ve daha fazlası açısından kendi avantaj ve dezavantajlarına sahiptir; bunları daha sonra ele alacağız.

Bir motorun doğrusal hareket performansını en çok etkileyen faktör, motorun iç tasarımına yakından bakmaktır. Tipik genel amaçlı motorlar, yatakları ve aksamı yerinde tutmak için dalgalı bir rondela kullanır. Bu genellikle döner uygulamalar için yeterlidir ve çoğu zaman doğrusal uygulamalara da uygulanabilir. Bununla birlikte, dalgalı rondelalar motorda bir miktar esneklik sağlar ve bu da doğrusal konumda hassasiyetsizliklere yol açan küçük miktarlarda eksenel veya doğrusal boşluğa neden olabilir.

Bu sorunu gidermek için tasarımda bir veya iki unsurda değişiklik yapılabilir. Montajın itme yükü kapasitesini artırmak için daha büyük rulmanlar takılabilir ve sistemdeki boşluğu gidermek için önceden belirlenmiş bir tork değerine ayarlanabilen bir somun eklenebilir.

Beşinci bağlantı: Kontrol seçeneklerinin seçimi

Tüm unsurları bir araya getiren son bağlantı, fiziksel doğrusal hareketin nasıl yönlendirileceği ve kontrol edileceğidir. Geleneksel olarak bu, bir amplifikatör ve kontrol cihazı da dahil olmak üzere birden fazla ayrı parça gerektirirdi. Her birinin bir kabine ve ilgili donanıma, kablolamaya, kodlayıcıya ve geri bildirim için sensörlere ihtiyacı olurdu. Bu kurulumlar, kurulumu, sorun gidermesi ve işletimi karmaşık ve zahmetli hale gelebilir.

Hazır akıllı motor çözümlerinin ortaya çıkması, kablolamayı basitleştirmeye ve kademeli servo tipi performans ve kontrol elde etmek için gereken konektör ve sensör sayısını azaltmaya yardımcı olmuştur. Bu, daha düşük bileşen sayısı sayesinde maliyet tasarrufu sağlamanın yanı sıra kurulumla ilgili daha az zaman ve işçilik gerektirir. Bu motorlar ayrıca, IP65 veya IP67 derecelendirmeleriyle kartı ve kontrol ünitesini kötüye kullanım veya kirlenmeye karşı koruyan, önceden monte edilmiş endüstriyel paketler halinde gelir.

Bir uygulamanın özel özelleştirilmiş özellikler gerektirmesi, alan ve boyut kısıtlamalarının en aza indirilmesi veya düşük maliyetin kritik bir etken olması durumunda, özel, kapsüllenmemiş IP20 motora monte edilmiş kontrol kartı kullanışlı bir seçenektir. Bu durum, özellikle şık gövdelere veya ekipmanlara yerleştirilen yüksek hacimli uygulamalar için geçerlidir. Bu tür aktüatörler, akıllı motorların avantajlarını (genellikle önemli maliyet tasarrufuyla) sunar ve kontrol, ana ünite veya PLC ile daha kolay ve hızlı iletişim için doğrudan motorda bulunur.