• 長行程直線運動單元的挑戰和解決方案

    作者:湯姆森Thomaon 日期:21/01/20 08:30 瀏覽:70

    許多工業及自動化應用需要直線運動系統,大多數系統是由皮帶或絲杠來作為驅動。


    這兩種類型各有優缺點:

    比如皮帶驅動具有高速、低成本、極少維護等特點。

    絲杠驅動具有高剛性、高精度、高負載力等特點。

    綜合起來,兩種系統都能很好地滿足大多數應用的需要,但當需要更長行程時,就會出現一些問題。



    選擇皮帶

    當行程超過5m的時候,皮帶驅動是一個很好的選擇。

    皮帶驅動系統相對簡單,只要皮帶張力足夠,它就可以達到大約10米/秒的高速。但皮帶驅動在軸向驅動力和精度相對絲杠驅動要小一些。


    選擇絲杠

    當某些應用需要高精度、高剛性的直線運動單元時,皮帶驅動系統可能滿足不了要求。我們不得不考慮絲杠驅動系統。


    傳統上講,絲杠驅動系統的問題是難以達到更長的行程長度。傳統的絲杠驅動的行程長度通??梢赃_到5.5或6米,使用成對的軸承座進行支撐,并能滿足在3000rpm左右的較高轉速下順暢運行且不會發生震顫。傳統的支撐系統是由幾對軸承座組成,通常間距為100-500mm,用導桿將軸承座連接在一起,與直線運動系統一起運動,


    直線運動單元需要更長的行程時,理論可以增加更多的數量的軸承座,有多達三對或者四對一起工作,但是在如此多的軸承座情況下,連桿不好布置,連桿和連桿之間,連桿和型材之間會產生干涉。


    因此,實現更長的行程的第一個挑戰是創建一個系統,可以給更長絲杠提供更多的支撐。

    我們的解決方案是:去掉這些絲杠支撐的連桿,在這個系統中,這些絲杠支撐可以相互組合,并在需要時相互脫離開來。


    一旦絲杠支撐到達他們的位置,就會停留在那里給絲杠予以支撐。在這樣一個系統中可以實現10個,12個甚至13個絲杠支撐,加上端部的軸承座,從而做到行程長度可達11米的滾珠絲杠單元。絲杠支撐之間的距離根據直線單元的的尺寸有關,但通常在0.5米到1米之間。

    絲杠支撐由塑料制成,是直線單元的一個組成部分,所有的絲杠支撐可以鑲嵌在一起。當滑架移動時,滑架運動方向的絲杠支撐被滑架推動起來,并互相嵌套在一起?;苓\動反方向的絲杠支撐,會被滑架拉著行走,最后面的支撐會落到型材上的第一個凹槽里面,然后倒數第二個會落到第二個凹槽里,以此類推,這樣會保證所有的凹槽處都會有有絲杠支撐。


    這種支撐系統可以在保持絲杠的較高旋轉速度進而實現直線單元在長行程下運行而不會彎曲或擺動。要想超過6米的長度,下一個挑戰是制作一個更長的絲杠。

    然而,由于原料的限制,絲杠通常只能生產到6米長。那么,如何才能達到超過10米的行程長度呢?

    答案在于將兩個絲杠通過螺紋連接在一起,并使用一些非常精確的制造技術。


    梯形和滾珠絲杠是在軋制生產線上制造的,每一個產品生產出來可能略有不同。因此,為了將兩個絲杠連接在一起,需要克服螺紋偏差方面的差異。為了成功地連接兩個絲杠,必須使用精度最高、偏差最小的絲杠。這就需要絲杠進行精密加工。一旦加工過程達到了要求的精度,就可以使用螺紋連接將兩個絲杠之間的偏差降到最小。這就保證了拼接絲杠和單根短絲杠基本沒有區別。最后使用高強度膠水固定,因為任何熱連接或焊接都會再次改變幾何形狀并產生問題。


    采用可分離絲杠支撐系統和精密制造的長行程絲杠的解決方案意味著行程長度可以達到10米以上。一個行程長度為2 - 3米的直線單元可以3/4000rpm的最大轉速運行。


    通常情況下,對于行程較長的系統,轉速必須大大降低,以避免絲杠擺動,但Thomson解決了這個問題,利用這些額外的絲杠支撐,在3/4000rpm的速度下,將行程長度保持在10米以上。

    客戶的收益有:剛性絲杠系統,長行程和高運動速度。



    哪些應用需要長行程絲杠單元

    長行程的絲杠傳動系統廣泛應用于工業領域,以提供精確的直線運動控制.


    在焊接系統中,焊槍需要非常精確的定位。在使用高性能的材料的應用中,如鈦的焊接是在真空中進行的,以避免金屬氧化。在這些應用中,像長管這樣的部件需要長行程的絲杠驅動系統。


    汽車生產線中的一些應用,如在工位之間移動機器人焊接臂,也需要長行程的直線運動。雖然速度可能不是運輸機器人手臂的關鍵因素,長行程和非常精確的定位是必需的。

    在汽車工業和其他幾個市場領域,也有許多應用,需要在組裝站之間轉移材料。

    通常,這些的組件的拾取和放置必須提供精確定位,而絲杠驅動再次提供了一個很好的解決方案。


    光纜的制造是一種高速應用,一旦停止就會危害到所生產的光纖的質量。電纜被卷繞到大卷軸上,當一個卷軸滿了的時候,需要盡快更換,以盡可能減少產品在這個連續過程中的損失。精度和速度對于生產效率是至關重要的,長絲杠驅動可以滿足這兩個要求,以及對應重負荷卷軸的能力。


    任何需要在垂直平面移動重型設備的應用都得益于線性絲杠的剛性和故障安全功能。

    例如,在飛機工業中,絲杠安全地、精確地移動用于質量保證的高精度攝像機。在這種情況下,采用特殊的大直徑鋼球的滾珠導向系統來承擔動態載荷


    改善現有的直線系統

    長行程的直線運動單元還可以替代許多現有的傳統系統驅動應用,例如行程長度在5 米以上的應用,通常這類傳統的絲杠驅動會存在以下兩個問題:

    1. 系統速度變慢,不能以所需的速度或者較高的速度運行。

    2. 開放式的系統,無密封。

    由于開放的絲杠會帶來灰塵和碎屑,因此這類系統很難維護,需要定期清洗,以避免滾珠螺母過早失效。


    這種應用中,Thomson可分離絲杠支撐系統意味著絲杠可以以更高的速度運行。防塵和可靠性問題可以使用密封系統解決,保護絲杠并減少維護要求。


    如下圖所示的封閉式直線單元,防止灰塵和碎屑進入,不需要定期清洗,可以保持最佳的性能和可靠性。


    WM40直線運動單元

    在這樣的直線單元中,滑架可以配備潤滑通道。這使得油脂可以從一個單一的點進入滾珠導軌和滾珠絲杠,而不必打開密封系統。


    Thomson的設計能迅速實現全面的維護。由于該密封裝置不需要打開,所以只有非常有限的灰塵或水可以滲透系統,因此即使在最骯臟的環境中,直線單元也能得到保護。


    直線運動系統使用的滾珠絲杠比皮帶系統可以提供更大的的負載能力。


    Thomson創新的可分離絲杠支撐系統,避免了絲杠的擺動和彎曲,同時使系統能夠以較高的速度運行。長行程直線絲杠驅動系統提供精確定位,快速,安全的操作。而且在密封的型材中運行時,它們即使在惡劣的環境中,都可以持續可靠的運行且極少維護。


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