Makine tasarımcıları motor torkunu lineer itme gücüne dönüştürmeleri gerektiğinde, genellikle entegre bir kılavuz vida ve somuna sahip bir step motor kullanır. Step motorlu lineer aktüatör (SMLA) olarak bilinen bu konfigürasyon, lineer bir yol boyunca hassas kontrol, güvenilirlik ve çok yönlülük sağlayabilir, ancak küçük bir moment veya yan yük potansiyeli varsa, ek lineer yönlendirme eklemek gerekecektir. İyi tasarlanmış bir yönlendirme mekanizması, yan yüklemenin neden olabileceği herhangi bir bağlanma, bükülme, burkulmayı veya diğer işlev bozukluklarını önleyebilir.
Yüzeysel olarak, bir SMLA'ya yönlendirme eklemek çok kolay görünebilir ve bu da deneyimli mühendisleri bunu kendileri tasarlamaya teşvik edebilir; ancak söz konusu olabilecek hesaplamaların karmaşıklığı göz önüne alındığında, en küçük uygulamalarda dahi kendin yapma stratejisi alınan riske değmeyebilir. Herhangi bir uygulama için neyin doğru olduğuna karar vermek, hareket profilinin, mevcut zamanın ve bütçenin, alan değerlendirmelerinin, entegrasyonun ve desteğin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesini gerektirir.
Neden SMLA?
Bir SMLA, genellikle bir step motor ve yükü ileri geri lineer bir hareketle hareket ettiren entegre bir kılavuz vidadan oluşur. SMLA'lar, mikroskop kademe ayarları, 3 boyutlu yazıcı kafası hareketi ve pipetleme gibi hassas durdurma ve başlatma ile yüksek programlanabilirliğin talep edildiği çok sayıda uygulamayı çalıştıran, son derece güvenilir ve ekonomik araçlardır. (Şekil 1)
Şekil 1. Üst: Tüm SMLA'larda bir step motor, entegre bir kılavuz vida ve bir somun bulunur, ancak hareketi geleneksel aktüatör tipi bir çubuğu çalıştıran kılavuz vidayı, somunu ya da kılavuz vidayı döndürerek iletme konusunda farklılık gösterirler. Alt: İdeal SMLA uygulamaları (soldan sağa) pipetleme, mikroskop kademe ayarları, sıvı pompalama ve 3D baskıyı içerir. Görüntüler Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır
Yönlendirme ihtiyacı
SMLA lineer bir eksen boyunca itme kuvveti sağlar ancak yanal yüklemeye tolerans gösteremez. Bu eksene dik istenmeyen yükleme aşağıdaki faktörlerden herhangi birinin sonucu olabilir:
- Yanlış hizalanmış yüklerden kaynaklanan bükülme momenti kuvveti.
- Özellikle mekanik darbelerin veya salınımların olduğu ortamlarda titreşim ve darbe yükleri.
- Bileşenler arasındaki termal genleşme farkları.
- Yer çekimi.
Bu tür kuvvetler, tek başlarına veya bir araya gelerek parçaları aşındırabilir veya deforme edebilir. Bunlar bükülme ve burkulmaya, erken arızaya ve rulmanlarda veya kılavuz vida ve somunlar ile dişlerde stres artışına neden olabilir. Yanlış hizalama, artan sürtünme ve malzeme yorgunluğu da genel performansın düşmesine ve sistem ömrünün kısalmasına yol açan faktörlerdir.
Moment veya yanal yüklerin olumsuz etkilerinden kaçınmak için yükün lineer hareketini etkileyen dış kuvvetlere karşı koruma sağlayacak ek yönlendirmeye ihtiyaç vardır. Yönlendirme genellikle kılavuz vidanın dışına ilave yuvarlak veya kare raylar ve rulmanlar yerleştirmeyi içerir. Hem kullanıcı hem de OEM için zorluk, en küçük alanda ve en düşük maliyetle en sağlam yönlendirmeyi belirlemektir.
Yönlendirme eklenmesi
Yük ne kadar büyük ve hız ne kadar yüksekse, optimum yönlendirmeyi eklemek de bir o kadar karmaşıklaşır. Bu süreç, aşağıdaki adımları içerir:
- Aralık, bütçe ve teslimat parametrelerinin değerlendirilmesi.
- Yuvarlak ray, kare ray veya başka yönlendirme mekanizmaları arasından en iyi olanı belirlemek.
- Günler sürebilen optimizasyon hesaplamalarının gerçekleştirilmesi.
- Son tasarımın CAD'e uygulanması.
- Montaj.
- Test.
Bazen, tek bir küçük ölçekli ünitede itme ve yönlendirme raylarını entegre ederek, hazır bileşenlerden kompakt bir lineer hareket sistemini kendi kendinize bir araya getirmeniz mümkündür. Ancak genellikle, optimum çözüme ulaşmak için ek bir uzmanlık derecesine ihtiyaç duyulur. Makine tasarımcıları, bilinmeyen risklerle dahi olsa lineer hareket sistemini kendi kendilerine monte etmek veya onlarca yıllık uygulama uzmanlığına sahip bir hareket kontrol üreticisinin, çoğunlukla standart bileşenlerle sunulan, yüksek düzeyde yapılandırılmış bir çözüm oluşturmasına güvenmek arasında seçim yapmak zorunda kalır.
Kendiniz mi Yapacaksınız?
Kompakt bir lineer hareket sistemini kendiniz tasarlamanız, daha düşük maliyetle daha özel bir çözüm geliştirebilmenizi sağlayabilir ve yüksek hacimli uygulamalarda ölçekli ekonomiyi mümkün kılabilir, ancak bunun birçok potansiyel dezavantajı da vardır.
Sistem tasarımı konusunda kapsamlı deneyime sahip olmayan makine tasarımcıları ihtiyatlı davranıp mühendislik çalışmalarında aşırıya kaçabilir. Aşırı mühendislik riski azaltabilir ancak genellikle karmaşıklığa da yol açar. Örneğin, rayların boyutunun büyük olması daha fazla destek sağlayacaktır ancak bu durum aynı zamanda maliyeti artırarak ve yer kaplayan bir çözümdür. Mühendislik projelerinin ilk etapta başarısızlığa uğraması, başa dönülmesi, daha fazla maliyet doğması ve gecikmelerin olması gibi durumlarla sıkça karşılaşılmaktadır.
Kendin yap projelerinden çoğu, birlikte en iyi şekilde çalışma olasılıkları daha düşük olan farklı tedarikçilerden edinilmiş bileşenleri bir araya getirir. Bir sorun olduğunda, bileşen tedarikçileri suçu birbirine atabilir. Benzer şekilde, özellikle şirket içinde tasarımı yapan ilk ekip projeyi tamamlamak için artık müsait olmadığında, bakım ve destek de bir sorun teşkil edebilir.
Başarı için ortaklık yapma
Standart veya hafifçe değiştirilmiş bileşenlerin "tam doğru" montajını yapılandırabilen bir tedarikçiyle çalışmak, bu tür sorunların önlenmesine yardımcı olacaktır. Tedarikçilerin, çeşitli uygulamalar için lineer hareket sistemlerini özelleştirme konusunda kapsamlı deneyime sahip olması daha muhtemeldir. Tedarikçiler, parçaları daha verimli bir şekilde işlemelerine olanak tanıyan fiziksel araçların yanı sıra, süreci kolaylaştıran yapılandırma özellikleri, CAD modelleri ve çevrimiçi araçlar geliştirmiş olabilir. Tedarikçiler ayrıca büyük özelleştirmelere gerek kalmadan kolayca uyarlanabilen önceden test edilmiş modüller de sunuyor olabilir. (Şekil 2) Modülerlik, tedarikçilerin normalde özel geliştirilmiş ürünlerle ilişkilendirilen ek maliyetler olmadan yüksek düzeyde yapılandırılmış standart ürünler sunmalarına imkân verir.
Şekil 2. Hareket mühendislerinin SMLA'ya yönlendirme eklemek için çok sayıda standart yapılandırma seçeneği vardır. Örneğin, uygulama gereksinimlerine, montaj ve alan hususlarına bağlı olarak, dikey (sol) veya yatay (orta) konumlandırılmış bir profil rayı ve kılavuz vida kullanabilirler. Veya daha yüksek momentli yüklere karşı dayanıklılık için kılavuz vidanın (sağ) zıt taraflarında yuvarlak raylar kullanabilirler. Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır
Tedarikçiler ayrıca ürünün işletiminden de sorumludurlar ve genellikle garanti vermektedirler. Fabrikada entegre edildiği takdirde, tasarımcı bileşenler arasında uyumsuzluk olmayacağından daha emin olabilir. Tedarikçiler ayrıca minimum alanı maksimum düzeyde kullanma deneyimine sahip olacak ve daha kompakt bir lineer hareket sistemi üretebilecektir. Bazı tedarikçiler özelleştirme hizmetlerini ücretsiz olarak sağlar. Bu tedarikçi avantajlarının ve yeteneklerinin sonucunda daha az zaman harcanır, daha az sorun çıkar ve daha az bakım gerekir, daha hızlı bir çözüm sunulur ve en önemlisi daha düşük bir toplam sahip olma maliyeti sağlanır.
Güvenli tercih
Yüksek hacimli bir lineer hareket sistemi projesini özelleştirmeniz gerekiyorsa, yeterli zamanınız ve uzmanlığınız varsa ve bir miktar riski karşılayabilecek durumdaysanız, kendiniz inşa ederek yönlendirmeli bir sisteme sahip olmanın maliyetini düşürebilirsiniz. Aksi takdirde, uygulamanız için standart bileşenlerden oluşan, son derece yapılandırılmış, kompakt bir lineer hareket sistemini bir araya getirmek üzere deneyimli bir tedarikçinin mühendislik ekibiyle çalışmak, ihtiyacınız olan optimize edilmiş ürünü daha hızlı ve daha az riskle elde etmenizi sağlayabilir.
Kısa vadede cebinizden çıkacak masraflar daha yüksek olsa da tüm faktörleri hesaba kattığınızda deneyimli bir lineer hareket tedarikçisiyle çalışmak, maksimum yatırım getirisi ile daha kaliteli, daha hızlı bir çözümle sonuçlanacaktır.