Портальні системи відрізняються від інших типів багатоосьових систем (таких як декартові роботи та столи XY) використанням двох базових (X) осей паралельно, з перпендикулярною (Y) віссю, що з'єднує їх. Хоча таке подвійне розташування осей X забезпечує широку, стабільну основу та дозволяє портальним системам забезпечувати високу вантажопідйомність, велику довжину ходу та хорошу жорсткість, це також може призвести до явища, яке зазвичай називають стелажним переміщенням.
Щоразу, коли дві лінійні осі встановлені та з'єднані паралельно, існує ризик того, що осі не рухатимуться ідеально синхронно. Іншими словами, під час руху одна з осей X може «відставати» від іншої, і провідна вісь намагатиметься потягнути за собою свою відстаючу вісь. Коли це трапляється, сполучна вісь (Y) може перекошуватися — вона більше не буде перпендикулярною до двох осей X. Стан, коли осі X та Y втрачають ортогональність, називається зміщенням, і це може призвести до заклинювання під час руху системи в напрямку X, а також до потенційно руйнівних сил на обох осях X та Y.
Стелажне переміщення в портальних системах може бути спричинене різними факторами проектування та складання, але одним із найважливіших є спосіб керування осями X. З двома паралельними осями X конструктори можуть вибирати між керуванням кожною віссю X незалежно або керуванням однією віссю та обробкою іншої як «веденої» або наступної.
У низькошвидкісних застосуваннях з відносно малою відстанню між двома осями X (короткий хід осі Y) може бути прийнятним керування лише однією віссю X, а друга вісь X буде веденою без механізму приводу. У цій конструкції ключовим питанням є жорсткість з'єднання між осями, іншими словами, жорсткість осі Y.
Оскільки ведена вісь фактично «тягне» неведену вісь, якщо з'єднання між ними зазнає згинання, скручування або іншої нежорсткої поведінки, будь-яка різниця в терті або навантаженні між двома осями X може негайно призвести до згинання та заклинювання. А чим довша вісь Y, тим менш жорсткою вона буде. Ось чому схема «ведений слідуючий» зазвичай рекомендується для застосувань, де відстань між осями X менше одного метра.
Більш складне рішення для приводу полягає у використанні окремого двигуна на кожній осі, причому двигуни синхронізовані за схемою "головний-підлеглий" через контролер. Однак у такій схемі похибки ходу механічних приводів повинні бути ідеально (або майже ідеально) узгоджені — інакше незначні відхилення відстані, яку кожна вісь проходить за один оберт двигуна, можуть призвести до заклинювання та переміщення.
Для високошвидкісних, прецизійних портальних застосувань приводними механізмами зазвичай є кулькові гвинтові та рейкові приводи. Обидві ці технології можна вибірково підібрати для забезпечення подібної лінійної похибки на кожній осі, уникаючи деякого накопичення похибок, яке може виникати в непідібраних приводних вузлах. Оскільки ремінні та ланцюгові приводи мають похибки кроку, які важко підібрати та компенсувати, вони зазвичай не рекомендуються для портальних систем, коли осі X приводяться в рух незалежно. З іншого боку, лінійні двигуни є чудовим вибором для паралельних осей у портальних системах, оскільки вони не мають механічної похибки та можуть забезпечувати великі довжини переміщення та високі швидкості.
Інше рішення — певний компроміс між двома описаними вище варіантами — полягає у використанні одного двигуна для керування обома осями X. Це можна зробити, підключивши вихід осі, що керується двигуном, до входу другої осі за допомогою дистанційної муфти (також званої з'єднувальним валом). Така конфігурація виключає другий двигун (і супутню синхронізацію, яка була б потрібна).
Однак, жорсткість дистанційної муфти на кручення є важливою. Якщо крутний момент, що передається між осями, призводить до «змотування» муфти, все одно можуть виникати заклинивання та перегинання. Така конфігурація часто є хорошим варіантом, коли відстань між осями X становить від одного до трьох метрів, з помірними вимогами до навантаження та швидкості.
Час публікації: 27 вересня 2021 р.