احتمالا وقتی در مورد سیستم حرکت خطی مطالعه می کنید کلمه راهنمای خطی را شنیده باشید. بلبرینگ ها، ریل و واگن ها و سایر راهنماهای خطی که به عنوان راهنما ماژول های حرکتی استفاده می شود، یکی از مهم ترین اجزای سیستم حرکت خطی هستند. نمی توان از ماژول های خطی صحبت کرد و سیستم راهنمای خطی را در نظر نگرفت. نقش این راهنماها تحمل بار، کمک به دقت حرکت سیستم، جلوگیری از لرزش و تسهیل کننده حرکت است.
راهنمای حرکت خطی چیست؟
راهنمای حرکت خطی، از اجزای سیستم حرکت خطی محسوب میشود. واژه راهنما در این عبارت، به معنی آن است که نقش این سیستم فقط مقید کردن و تسهیل حرکت است( محرک نیست) . این سیستم راهنما شامل یک ریل( می تواند بصورت شفت و یا خود ریل باشد) یک قسمت متحرک که درون ریل حرکت می کند ( بلبرینگ خطی، واگن ها، بال بوشینگ ها و غیره) ساپورت نگه دارنده ( در صورتیکه خود ریل قابلیت اتصال داشته باشد نیاز به ساپورت ندارد) و چند جز دیگر است.
انواع مختلف این راهنماها بسته به مکانیزم حرکتی وجود دارند:
- مکانیزم ریل و واگن ( لینیر گاید، LM guides)
- مکانیزم بلبرینگ خطی
- میل و بوش راهنما
- بال اسپیلاین
- و غیره
در میان موارد ذکر شده دو مورد اول مکانیزم های پر کاربرد در ساخت دستگاه های CNC است و میل و بوش راهنما در قالب سازی کاربرد فراوانی دارند. در این مقاله سه مکانیزم اول که کاربرد بیشتری در صنعت دارند بصورت خلاصه معرفی می شوند. لینیرگاید و بلبرینگ خطی بدلیل استفاده در دستگاه های CNC و سیستم های حرکت خطی ممکن است با یکدیگر همپوشانی داشته باشند. از این رو در این مقاله این دو مکانیزم را با یکدیگر مقایسه می کنیم و بصورت جداگانه به میل و بوش راهنما می پردازیم.
هر کدام از موارد ذکر شده در بالا خود دارای انواع مختلفی هستند. برای مثال بلبرینگ های خطی بصورت ساده ، فلنج دار (انواع فلنج دایره ای ،مربعی) و بلوک دار موجود هستند. اگرچه از لحاظ فنی تفاوت هایی در این بلبرینگ ها است اما معمولا انتخاب نوع بلبرینگ خطی بر اساس مکانیزم حرکتی است.
در این مقاله که صرفا به معرفی این راهنما ها پرداخته می شود. وارد جزییات انتخاب و اجزای کوچک سیستم نخواهیم شد و در مقالاتی که به طراحی مکانیزم خواهیم پرداخت وارد جزییات اجزای هر سیستم می شویم.
کاربرد راهنما حرکت خطی چیست؟
تمام انواع سیستم حرکت خطی ممکن است نیاز به کمک گرفتن از راهنماها داشته باشند. وقتی حرف از دقت ماژول های خطی زده می شود به این معنی ایست که مثلا ماژول بال اسکرو می تواند اگر هیچ اختلال کننده بیرونی برای حرکت نباشد تا صدم میلیمتر دقت حرکتی داشته باشند. اما اگر مختل کننده های حرکت بیرونی وجود دارند و یا لرزش سیستم بگونه ایست که روی دقت سیستم اثر گذار است ناچار به استفاده از لینیر گاید و یا بال بیرینگ هستید.
استفاده دیگر از راهنماهای خطی هنگامی ایست که محرک شما ( بال اسکرو، لید اسکرو، تسمه و پولی و یا جک پنوماتیک) توان تحمل بار شعاعی را نداشته باشد، در این صورت راهنمای خطی بار شعاعی روی محور محرک را تحمل می کند و سیستم حرکت خطی فقط باید نیروی جلو برنده را تامین کند.
در ویدیو زیر حرکت بال اسکرو به کمک راهنمای ریل و واگن ( به لینیر گاید معروف است LM guide) و بال بیرینگ نشان داده شده است.
ابهتر است قبل از انتخاب سیستم حرکت خطی، راهنمای خطی مورد نظرتان را انتخاب کنید. چرا که راهنمای خطی می تواند با توجه به ضریب اصطحکاک و تحمل بار شعاعی روی انتخاب سیستم حرکتی تاثیر گذار باشد.
سیستم بلبرینگ خطی
بلبرینگ های خطی یاتاقانهایی هستند که اجازه حرکت شفت در راستای خطی ( تنها یک محور) می دهند. این بلبرینگ ها که انواع متفاوتی دارند هم راستا با محرک سیستم قرار می گیرند و صفحه ای که به محرک سیستم متصل است، به این بلبرینگ خطی نیز متصل می شود. هنگامی که محرک سیستم، جابه جا میشود، بلبرینگ خطی با لغزش خود درون شفتهای هارد کروم از انحراف حرکت جلوگیری می کند.
نوع دیگر استفاده از بلبرینگ خطی برای کمک به حرکت عمودی استفاده است. برای این حرکت می توان یک سر شفت هارد کروم را به خود بار متصل کرد و سر دیگر آن را آزاد گذاشت، سپس بال بیرینگ را به یک جای ثابت وصل کرد. ( این مثال برای ساده ترین نوع استفاده از راهنمای خطی است، اگر فضا و مکان شما محدود است می توانید از این نوع راهنما استفاده کنید. اگر هم محدودیتی ندارید باز هم مانند مثال قبل می توانید از دو ساپورت استفاده کنید.) تفاوت این سیستم با سیستم حرکتی قبلی در این است که در این حالت شفت متحرک است و بلبرینگ خطی ثابت است.
این نوع استفاده از راهنما به ویژه هنگام استفاده از جک های پنوماتیکی رایج است. حتی برخی از جک ها بصورت فابریک همچین ساختاری در خود دارند. علت استفاده از راهنما در این نوع جک ها این است که بار شعاعی به میله جک وارد نشود. در صورتیکه نیروی شعاعی به جک وارد شود، باعث لرزش و همچنین از بین رفتن آب بند های جک می شود.
لینیر گاید ( LM guide)
لینیر گاید یک ماژول شامل ریل و واگن است که باید روی یک سطح صاف نصب شود تا به حرکت خطی سیستم کمک کند. LM guide مخفف کلمه linear motion guide است. در صنعت نیز با همین واژه مخفف شناخته شده است.
همانند بلبرینگ های خطی، لینیر گاید نیز باید هم راستا با محور سیستم حرکت خطی نصب شود. صفحه متحرک علاوه بر اینکه به محرک متصل است باید به واگن ها نیز متصل شود. ریلی که برای لینیر گاید استفاده می شود برخلاف شفت های بلبرینگ خطی قابلیت حرکت ندارد. از این رو برای استفاده در بعضی از سیستم های حرکت خطی محدودیت دارد.
بارز ترین ویژگی لینیر گاید انطباق بالای ریل و واگن است. علت این انطباق بالا تحمل بار بیشتر و دقت خیلی بالاتر این ماژول است، البته این انطباق بالا دردسرهایی هم با خود به همراه دارد. از جمله دردسری که این ماژول دارد نحوه نصب آن است. لینیر گاید حتما باید روی یک سطح کاملا صاف و سنگ خورده نصب شود. همچنین راستای حرکت در این ماژول کاملا باید هم راستا با محرک (هر نوع محرکی از بال اسکرو گرفته تا جک های پنوماتیکی) باشد. به این عمل هم راستا کردن محورها به اصطلاح ساعت کردن می گویند.
در صورتیکه این ماژول بخوبی مونتاژ نشده باشد، ممکن است اختلال در حرکت بوجود آید و یا اینکه طول عمر لینیر گاید کاهش پیدا کند.
آیا سیستم حرکتی نیاز به راهنمای خطی دارد؟
در اکثر مواقع سیستم های حرکتی نیاز به راهنمای خطی دارند. از این رو سوال را بصورت برعکس پاسخ می دهیم. مواقعی که سیستم حرکت خطی نیاز به راهنما ندارد:
- هنگامی که حرکت توسط سایر المان های دستگاه مقید شده باشد. در این مواقع خود اجزا دستگاه نقش راهنمای خطی را بازی می کنند.
- حرکت های صفر و یکی: این نوع حرکت ها فقط نیاز به دقت در ابتدا و انتهای کورس دارند و سرعت و لرزش در طول مسیر تاثیری روی سیستم ندارد. مانند حرکت رفت و برگشتی برای باز و بسه کردن درب.
- تمامی حرکت هایی که نیاز به دقت بالایی ندارند و بارگذاری بگونه ایست که روی محور ماژول حرکتی بار مجاز قرار دارد.
- موارد زیادی از حرکت ها با عملگرهای پنوماتیکی و نیوماتیکی نیاز به راهنمای خطی ندارند.
در بالا سعی شده است تا برخی از مواردی که نیاز به حرکت خطی ندارند عنوان شود، البته که این موارد شامل تمام سیستم ها نمی شوند در اینجا تلاش شد تا مثال هایی برای روشن تر شدن مسئله زده شود.
تفاوت لینیر گاید و بیرینگ خطی
می توان گفت بیرینگ خطی و لینیر گاید ها دو دسته بندی اصلی راهنما های خطی هستند که هر کدام دارای زیر مجموعه های متفاوتی هستند.
بیرینگ خطی از سال 1971 در صنعت استفاده می شوند و نسبت به لینیرگایدها قدیمیتر هستند. در واقع لینیرگاید در پاسخ به محدودیت های بال بیرینگ بود که بوجود آمد.
بیرینگ خطی دو عیب کلی دارند: 1- توان تحمل بار خیلی پایین تری نسبت به لینیر گاید دارند. 2- توان تحمل بار گشتاور را ندارند و هنگامی که باید گشتاور را تحمل کنند؛ نیاز است تا از دو بیرینگ خطی و دو شفت استفاده شود.
اما این به این معنا نیست که بهتر است همواره از لینیرگاید استفاده کنیم. استفاده از لینیر گاید مشکل و هزینه بر است، نیاز به صفحه ماشین کاری شده دارد (برای اینکه ریل ها دقیقا هم راستا با حرکت باشند) و همچنین ممکن است محدودیت فضا باعث شود نتوانید سراغ لینیرگاید بروید.
در نهایت یک توصیه معروف برای استفاده از راهنماها وجود دارد" اگر فقط حرکت شما نیاز به سر خوردن دارد و دقت بالایی لازم ندارید از بیرینگ خطی استفاده کنید، اما اگر مقدار بار و دقت مورد نیاز سیستم بالاست از لینیرگاید استفاده کنید"
میل و بوش راهنما
میل و بوش راهنما یک مکانیزم است که از لحاظ ظاهری شباهت بسیار زیادی به بلبرینگ های خطی که برای حرکت عمودی استفاده می شوند دارند. این مکانیزم در صنعت قالب سازی استفاده فراوانی دارد. تفاوت میل و بوش راهنما با بلبرینگ های خطی در انطباق و تعداد سیکل کاری آن است.
کلاس انطباق میل و بوش بسیار بالاتر از انطباق بلبرینگ های خطی ایست. از این رو نمی توان از شفت بلبرینگ خطی برای میل و بوش راهنما استفاده کرد.
هنگامی که از این مکانیزم جهت راهنما استفاده می شود باید راستای حرکتی کاملا با یکدیگر موازی باشند. صفحه ای که این میل و بوش به آن ها متصل است باید کاملا صاف و بدون تابخوردگی باشد.
