Moduły liniowe: czym są i w jaki sposób je wybrać

Moduł liniowy jest samonośnym systemem konstrukcyjnym zdolnym do przekształcenia ruchu obrotowego, generowanego przez silnik, w ruch liniowy wzdłuż osi, prowadząc do powstania w ten sposób takich ruchów, jak pchanie, ciągnięcie, podnoszenie, obniżanie lub nachylenie obciążenia.

Najczęstszym zastosowaniem modułów liniowych jest ich połączenie z wieloosiowymi systemami robotów kartezjańskich lub wykorzystanie ich jako integralnych komponentów maszyn.

Głównymi sektorami, które wykorzystują moduły liniowe są:

• automatyka przemysłowa
• serwo i systemy typu pick-and-place w procesach produkcyjnych
• montaż
• pakowanie i paletyzacja

Faktycznie wystarczy pomyśleć o takich zastosowaniach jak maszyny do cięcia płaszczyznowego, laserowego lub plazmowego, rozładunek i załadunek elementów obrabianych, zasilanie centrów obróbkowych w linii produkcyjnej lub poruszanie przemysłowym robotem antropomorficznym wzdłuż dodatkowej osi zewnętrznej w celu poszerzenia jego zakresu działania.

Wszystkie te zastosowania wykorzystują jeden lub kilka modułów liniowych.

Stosownie do typu zastosowania oraz działania, które musi być gwarantowane jeśli chodzi o dokładność, nośność i prędkość, istnieje wiele różnych rodzajów modułów liniowych do wyboru, a różnicę sprawia zazwyczaj rodzaj przekładni ruchu. Istnieją trzy główne rodzaje przekładni ruchu:

• pasowa
• zębatkowa
• śrubowa

W jaki sposób można mieć pewność, że dokonało się wyboru właściwego modułu? Jakie zmienne, projektant zajmujący się nową aplikacją powinien wziąć pod uwagę?

Jak to często bywa podczas omawiania rozwiązań zapewniających ruch liniowy, ważną rzeczą jest wzięcie pod uwagę danej kwestii z właściwego punktu widzenia - czyli zastosowania i, przede wszystkim, wyników oraz działania, jakiego się oczekuje.

I stąd, warto jest wziąć pod uwagę dynamikę, długość skoku oraz wymaganą precyzję.

Przyjrzyjmy się tym kwestiom szczegółowo.

WYSOKA DYNAMIKA

W wielu obszarach projektów przemysłowych, takich, jak na przykład pakowanie, zapotrzebowanie zgłoszone projektantowi często dotyczy szybkości i redukcji czasu trwania cyklu.

Nie jest, więc zaskoczeniem, że wysoka dynamika jest często punktem początkowym, jeśli chodzi o szukanie rozwiązania.

Napędy pasowe są często idealnym rozwiązaniem, jeśli chodzi o wysoką dynamikę, biorąc pod uwagę to, że:

• umożliwiają one przyspieszenie do 50 m/s2 oraz prędkości do 5 m/s przy skokach o długości nawet 10-12m
• portal X-Y-Z z napędzanymi pasowo osiami jest najczęściej w stanie poradzić sobie z obciążeniami w zakresie od bardzo małych do około 200kg
• stosownie do typu smarowania, systemy te mogą zaoferować szczególnie długie odstępy w konserwacji, co zapewnienia ciągłość produkcji.

Wszędzie tam, gdzie w odniesieniu do skoków dłuższych niż 10-12m wymagana jest wysoka dynamika, moduły z napędem zębatkowym wydają się być idealnym rozwiązaniem, ponieważ umożliwiają przyspieszenie do 10 m/s2 oraz prędkości do 3,5 m/s na potencjalnie nieskończonych skokach.

Wybór innego rodzaju modułu nie może gwarantować takich samych wyników: system śrubowy, który jest bez wątpienia znacznie bardziej precyzyjnym, będzie zdecydowanie zbyt wolnym i nie będzie w stanie obsługiwać tak długich skoków.

DŁUGIE SKOKI

Systemy stworzone poprzez zmontowanie modułów w typowych konfiguracjach X-Y-Z robotów kartezjańskich często, w takich aplikacjach jak pick-and-place oraz zasilaniu centrów obróbkowych wzdłuż linii produkcyjnych, zapewniają bardzo długie skoki, które mogą osiągnąć nawet kilkadziesiąt metrów długości.

Ponadto, w wielu przypadkach, te długie posuwy - które zazwyczaj wiążą się z osią Y - pracują pod znacznym obciążeniem, często setek kilogramów, a także z wieloma osiami pionowymi Z, które działają niezależnie.

W tego typu zastosowaniach, najlepszym wyborem dla osi Y jest zdecydowanie moduł z napędem zębatkowym, biorąc pod uwagę, że:

• dzięki sztywności układu zębatkowego, jest on w stanie pracować z potencjalnie nieograniczonymi skokami, przy jednoczesnym zachowaniu sztywności, precyzji oraz wydajności
• moduły z indukcyjnie hartowanymi stalowymi zębatkami z nachylonymi zębami, które ślizgają się wzdłuż szyn z łożyskami kulowo-tocznymi lub szyn pryzmatycznych z łożyskami są w stanie sprostać obciążeniom o wadze ponad 1000kg
• opcja instalowania wielu suwaków, z których każdy ma swój silnik, umożliwia utworzenie wielu niezależnych osi pionowych Z

System pasowy jest idealny do skoków o długości do 10-12m, podczas, gdy moduły kulowo-śrubowe są ograniczone - w przypadku długich skoków - przez ich prędkość krytyczną.

POWTARZALNOŚĆ USTAWIANIA

Jeśli, z jednej strony, projektant poszukuje maksymalnej precyzji - jak w przypadku takich aplikacji jak montaż mikrokomponentów czy określonych typów obsługi w obszarze medycznym - ma wtedy jeden wyraźny wybór: osie liniowe z napędami śrubowymi.

Moduły liniowe z napędem kulowo-śrubowym oferują najlepsze działanie z tego punktu widzenia, ze stopniem powtarzalności ustawiania wynoszącym nawet ±5 μ.

Takie działanie nie może być zapewnione ani przez moduły napędzane pasowo ani śrubowo, gdyż oba osiągają maksymalny stopień powtarzalności ustawiania na poziomie ± 0,05 mm.

Jeśli chcielibyście Państwo dowiedzieć się więcej na ten temat i poznać dziewięć istotnych kwestii, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze modułów liniowych, prosimy o zapoznanie się z naszym szczegółowym raportem