Hassas operasyonlar için çok önemli olan tasarım öğeleri zincirindeki beş halkayı inceleyin.

Doğrusal bir hareket sistemi, mekanik ve elektromekanik elemanlar zincirindeki en tehlikeli halkalar kadar güçlüdür. Her bir bileşen ve özelliğin (ve tasarım çıktısı üzerindeki etkisinin) anlaşılması, kararları iyileştirir ve nihai tasarımın uygulama taleplerini tam olarak karşılama olasılığını artırır. Sonuçta, sistem boşluğu, doğruluk ve diğer performans unsurları, vidalı mil, boşluk önleyici somun, kaplinler, motor ve kontrol stratejisinin tasarım ve üretimindeki unsurlara kadar izlenebilir.

Bir tasarımın tüm bağlantılarında uzmanlığa sahip doğrusal hareket 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 araba gibidir... Doğru boyutta motor + doğru şanzıman + doğru lastikler + mükemmel kontrol özellikleri (kilitlenme önleyici frenler ve çekiş kontrolü gibi) = mükemmel performans.

En yüksek performansı gerektiren tasarımlara dair bazı örnekleri ele alalım. Bazı 3B baskı türlerinde, katman çözünürlükleri katman başına 10 µm'ye kadar düşürülebilmektedir. Tıbbi cihazlarda, dağıtım üniteleri hayat kurtaran ilaçlar üretmeli ve dozları mikrolitrelere kadar kontrol etmelidir. Aynı yüksek doğruluk oranları, optik ve tarama ekipmanlarında, yarı iletken endüstrisindeki çip ve yonga işleme ekipmanlarında ve laboratuvar otomasyon alanında da görülebilir.

Yalnızca bileşen seçimi ve entegrasyonuna bütünsel bir yaklaşımla oluşturulmuş doğrusal hareket tasarımları, bu sürekli artan performans gereksinimlerini karşılayabilir. Bu yapılar için en uygun çözüm genellikle uygun kontrol mimarisine sahip, motor tahrikli bir vida ve somundur. Öyleyse, bu tür doğrusal montajdaki her bir bağlantı için temel hususları ve performans özelliklerini ele alalım.

Bağlantı bir: Vidalı mil ve somunun kalitesi

Vidalı miller, onlarca yıldır çeşitli somun tasarımları ve malzemeleriyle çeşitli formlarda mevcuttur. Bu sürenin büyük bir bölümünde, vidalı mil üretiminde kullanılan makineler manuel olarak ayarlanıyordu; bu da kaliteyi makinenin kapasitesi ve operatörün beceri seviyesiyle 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, eğiklik ayarı ve silindir diş açma işleminde basınç kontrolleri kullanır. Bu vida dişlerinin yüzey kalitesi sürekli olarak pürüzsüzdür ve polimer somunlarda yırtılmaya neden olabilecek yüzey aşınmalarından arındırılmıştır... bu da benzersiz bir sistem doğruluğu ve ömrü sağlar.

Aynı zamanda, vida dişlerinin şeklini ve biçimini izleyen gelişmiş ölçüm ve muayene teknikleri, noktadan noktaya vida dişi doğruluğunda geleneksel manuel yöntemlere göre üç kata kadar daha iyi sonuçlar göstermektedir. Bu da vidanın uzunluğu boyunca vida dişi doğruluğunun sürekli olarak 0,003 inç/ft'ye kadar düşmesini sağlar.

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

Yeni otomatik CNC üretim ekipmanları, süreçleri ve detaylı muayene yöntemleri, daha sıkı kontrol ve kalite sağlayarak, tek bir diş içindeki en yüksek ve en düşük noktaların alt dönüş hassasiyetini önemli ölçüde artırıyor; yani daha az sarhoşluk sağlıyor. Bu da, vidalı millerin tek bir dönüşte 1 µm'ye kadar konumlandırma tekrarlanabilirliğini korumasına yardımcı oluyor. Bu, yarı iletken endüstrisi için pahalı yonga ve yongaların işlenmesi ve bir şırınga pompasında ilaçların doğru şekilde dağıtılması gibi uygulamalarda özellikle kritik bir performans ölçütüdür.

Diş açma işleminden sonra, gelişmiş vida tedarikçileri, titreşim, gürültü ve erken aşınmaya neden olabilecek hataları ve kaçıklıkları en aza indirmek için vida şaftlarını otomatik bir makineyle düzeltir. Vida-şaft düzlüğü kritik öneme sahiptir çünkü motorla monte edildiğinde herhangi bir hata daha da belirginleşir. Buna karşılık, geleneksel (manuel) vida düzeltme yöntemleri, vida-şaft geometrisinde kar konisi etkisi yaratabilir; bu etki, uzun şaft ekseni etrafında kıvrılan tek bir kemer veya çoklu kemerler şeklindedir. Otomatik düzeltme ve muayene de bu hataları ortadan kaldırarak istikrarlı bir vida performansı sağlar.

Vidalı mil üretimindeki son adım, PTFE kaplama uygulamasıdır. Yalnızca tutarlı ve pürüzsüz bir yüzey, uzun ömür ve sistem performansı sağlar. PTFE'nin tutarsız uygulanması (optimum olmayan bir kaplama ortamı veya ekipmandan kaynaklanan), somunda erken aşınmaya ve montaj ömrünün kısalmasına neden olan çukurlaşma, çatlaklar, kabarcıklar, pullanma veya yüzey pürüzlülüğüne yol açabilir.

Bağlantı iki: Somun ve vidanın etkileşimi

Geleneksel anti-geri tepme somunları, parmakları kapatmak ve vida ile somun arasındaki uyumu kontrol etmek için bir pensi somun boyunca doğrusal olarak hareket ettiren bir helezon yay gerektiren çok parçalı bir tasarıma sahiptir.

Bu tasarımlarda arızaya yol açan sorunlar, yayın düzensiz ve değişken kuvveti, pensin somuna yapışması-kayması ve somun malzemesi aşındıkça dalgalanan basınçtır. Buna karşılık, sabit kuvvet sağlamak üzere tasarlanmış alternatif bir somun, somun parmaklarına radyal bir şekilde basınç uygulayan basitleştirilmiş iki parçalı bir tasarım içerir; bu, somun ve vida arasındaki boşluğu veya boşluğu kontrol etmek için gereken yöndür.

Geri tepme önleyici bir vidalı mil somunu için geleneksel helezon yay ve pens tasarımını ele alalım. Burada, değişken kuvvetli bir helezon yay, mekanik müdahale yoluyla radyal kuvvete dönüştürülen eksenel kuvvet üretir. Tasarım, kuvveti parmaklara eşit şekilde uygulamak için enjeksiyon kalıplı bileşenlere dayanır. Kıyaslama testleri, ön yükün ilk 1.000 çevrimde önemli ölçüde değiştiğini doğrulamaktadır.

Buna karşılık, bazı sabit kuvvetli geri tepme önleyici vidalı somunlar, laboratuvar otomasyon müşterilerinin 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 yük sağlar. Kayganlık ve gelişmiş verimlilik için PTFE içeren kendi kendini yağlayan somun malzemesi.

Sabit kuvvetli, boşluk önleyici vidalı mil somunlarının en büyük avantajlarından biri, yay ve diğer parametrelerde ayarlamalar yapılarak uygulamaya göre ayarlanabilmeleridir. Bu ayarlama, ön yük, boşluk, sürtünme kuvveti ve çalışma boşluğunun gerekli özellikleri karşılayacak şekilde optimize edilmesini sağlar. Her vida ve somun kombinasyonu, her tam motor ve vida tertibatı ile birlikte, doğrulama ve son muayene sırasında bu performans özelliklerinin her biri açısından test edilebilir.

Bağlantı üç: Sürücüye bağlı veya doğrudan bağlantı

Zincirin bir sonraki halkası, vidanın motora nasıl bağlandığıdır. Bunun üç temel yolu vardır.

İlki, vida ile uzayan saplama şaftlı bir motor arasında bir bağlantı elemanının montaja dahil edildiği en geleneksel yöntemdir. Bu tasarım, bağlantı elemanının ve ilgili bağlantı yuvasının uzunluğu için daha fazla alan gerektirir ve ayrıca hizalama sorunlarına yol açabilir. Artan bileşen sayısı nedeniyle, her şeyi merkez çizgisinde tutmak daha zordur. Bir veya daha fazla bileşenin yuvarlaklığı veya hizalaması bozulursa, sonuç olarak performansı ve sistem ömrünü büyük ölçüde etkileyen bir kam tipi etki ortaya çıkabilir.

İkinci yöntem, vidayı konik bir deliğe yerleştirerek mekanik olarak (arkadan) bir cıvata ile sabitlemeyi içerir. Bu tür bir montaj, sık bakım gerektiren motorlarda yaygındır ve söküp takmak için hızlı bir yöntemdir. Dezavantajı ise hizalamanın zor olması ve vidanın uzunluğu boyunca hataları artıran bir kar konisi etkisi yaratabilmesidir. Ayrıca, vidadaki bu kar konisi yalpalaması, bakım ihtiyacını ve erken sistem arızasını tetikleyebilecek aşınma noktaları oluşturur.

Üçüncü yöntem, vidanın motor içindeki içi boş bir şafta doğrudan takılması ve motorun arkasına lazer kaynakla sabitlenmesidir. Bu yöntem, vidanın motora tam oturmasını sağlayarak mümkün olan en yüksek hizalama hassasiyetini sağlar. Bazı durumlarda, kaynak yerine vida ve motor arasında kalıcı bir bağ oluşturan endüstriyel bir yapıştırıcı kullanılabilir. Bu montaj yöntemi ayrıca, vidada en az kaçıklık sağlayarak en yüksek hassasiyeti sağlar ve bu da 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 bir temel olarak, çeşitli yönlerde, farklı vidalı millerle ve çeşitli yük ve hız aralıklarında testler yapılmıştır. Sonuçlar, standart L10 rulman ömrünü 40 kat aştığını göstermiştir.

Başka bir deyişle, geleneksel motor ve kılavuz vida kurulumları, montaj gerektiren ve hizalanması zor olan birden fazla bileşen içerir. Bu bileşenler, doğruluğu düşüren ve arıza olasılığını artıran boşluk ve tolerans birikmesine neden olur. Yüksek bileşen sayısı, genel montaj maliyetini de artırır. Ancak entegre hibrit doğrusal aktüatör kurulumları, daha az bileşenle doğrudan motorla hizalanmış ve sabitlenmiş bir kılavuz vida içerir. Bu, daha fazla sağlamlık, doğruluk ve güvenilirliğin yanı sıra genel tasarım değerini de artırır.

Dördüncü bağlantı: Motor tipi ve tasarımının seçimi

Doğrusal aktüatörler, çeşitli motor seçenekleriyle gelir; en yaygın motor seçenekleri açık çevrimli adım motoru, karta monteli kontrol veya endüstriyel kasalı akıllı adım motoru kullanan kapalı çevrim versiyonu ve son olarak fırçasız DC (BLDC) motordur. Her birinin kendine özgü performans önerileri veya hızları ve yük kapasiteleri vardır ve her birinin maliyet, entegrasyon, kontrol ve daha sonra ele alacağımız diğer konularda kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır.

Bir motorun doğrusal hareket performansı üzerindeki en büyük etki, motorun iç tasarımına bakmaktan geçer. Tipik genel amaçlı motorlar, yatakları ve tertibatı yerinde tutmak için dalgalı bir rondela kullanır. Bu genellikle döner uygulamalar için yeterlidir ve genellikle doğrusal uygulamalara da uygulanabilir. Ancak dalgalı rondelalar, motor içinde, doğrusal konumda hatalara yol açabilecek küçük miktarlarda eksenel veya doğrusal boşluğa neden olabilecek bir esneklik sağlar.

Bunu hafifletmek için, tasarımda iki elemandan biri veya her ikisi de değiştirilebilir. Tertibatın itme yükü kapasitesini artırmak için daha büyük rulmanlar yerleştirilebilir ve sistemdeki boşluğu gidermek için önceden belirlenmiş bir tork değerine göre bir anahtar somunu eklenip ayarlanabilir.

Beşinci bağlantı: Kontrol seçeneklerinin seçimi

Tüm unsurları bir araya getiren son halka, fiziksel doğrusal hareketin nasıl yönlendirileceği ve kontrol edileceğidir. Geleneksel olarak bu, bir amplifikatör ve kontrolör de dahil olmak üzere birden fazla ayrı parça gerektirir. Her biri bir kabine ve ilgili donanım, kablolama, kodlayıcı ve geri bildirim sensörlerine ihtiyaç duyar. Bu kurulumların kurulumu, sorunlarının giderilmesi ve çalıştırılması karmaşık ve zahmetli olabilir.

Hazır akıllı motor çözümlerinin ortaya çıkışı, kablolamayı basitleştirmiş ve step-servo tipi performans ve kontrol elde etmek için gereken konnektör ve sensör sayısını azaltmıştır. Bu, daha az bileşen sayısı ve kurulumla ilgili daha az zaman ve işçilik sayesinde maliyet tasarrufu sağlar. Bu motorlar ayrıca, IP65 veya IP67 koruma sınıfına sahip, kartı ve kontrolü kötü kullanıma veya kirlenmeye karşı koruyan ve koruyan önceden monte edilmiş endüstriyel paketlerde de mevcuttur.

Bir uygulama belirli özelleştirilmiş özellikler gerektiriyorsa, alan ve boyut kaygıları en aza indirilmişse veya düşük maliyet kritik bir etkense, özel kapsüllenmemiş IP20 motora monteli kart kontrolü faydalı bir seçenektir. Bu, özellikle stilize muhafazalara veya ekipmanlara yerleştirilen büyük hacimli uygulamalar için geçerlidir. Bu tür aktüatörler, akıllı motorların avantajlarını (genellikle önemli maliyet tasarruflarıyla) sunar ve ana ünite veya PLC ile daha kolay ve daha hızlı iletişim için kontrol doğrudan motordadır.