长行程直线运动单元的挑战和解决方案

作者:汤姆森Thomaon 日期:21/01/20 08:30 浏览:6

许多工业及自动化应用需要直线运动系统,大多数系统是由皮带或丝杠来作为驱动。


这两种类型各有优缺点:

比如皮带驱动具有高速、低成本、极少维护等特点。

丝杠驱动具有高刚性、高精度、高负载力等特点。

综合起来,两种系统都能很好地满足大多数应用的需要,但当需要更长行程时,就会出现一些问题。



选择皮带

当行程超过5m的时候,皮带驱动是一个很好的选择。

皮带驱动系统相对简单,只要皮带张力足够,它就可以达到大约10米/秒的高速。但皮带驱动在轴向驱动力和精度相对丝杠驱动要小一些。


选择丝杠

当某些应用需要高精度、高刚性的直线运动单元时,皮带驱动系统可能满足不了要求。我们不得不考虑丝杠驱动系统。


传统上讲,丝杠驱动系统的问题是难以达到更长的行程长度。传统的丝杠驱动的行程长度通常可以达到5.5或6米,使用成对的轴承座进行支撑,并能满足在3000rpm左右的较高转速下顺畅运行且不会发生震颤。传统的支撑系统是由几对轴承座组成,通常间距为100-500mm,用导杆将轴承座连接在一起,与直线运动系统一起运动,


直线运动单元需要更长的行程时,理论可以增加更多的数量的轴承座,有多达三对或者四对一起工作,但是在如此多的轴承座情况下,连杆不好布置,连杆和连杆之间,连杆和型材之间会产生干涉。


因此,实现更长的行程的第一个挑战是创建一个系统,可以给更长丝杠提供更多的支撑。

我们的解决方案是:去掉这些丝杠支撑的连杆,在这个系统中,这些丝杠支撑可以相互组合,并在需要时相互脱离开来。


一旦丝杠支撑到达他们的位置,就会停留在那里给丝杠予以支撑。在这样一个系统中可以实现10个,12个甚至13个丝杠支撑,加上端部的轴承座,从而做到行程长度可达11米的滚珠丝杠单元。丝杠支撑之间的距离根据直线单元的的尺寸有关,但通常在0.5米到1米之间。

丝杠支撑由塑料制成,是直线单元的一个组成部分,所有的丝杠支撑可以镶嵌在一起。当滑架移动时,滑架运动方向的丝杠支撑被滑架推动起来,并互相嵌套在一起。滑架运动反方向的丝杠支撑,会被滑架拉着行走,最后面的支撑会落到型材上的第一个凹槽里面,然后倒数第二个会落到第二个凹槽里,以此类推,这样会保证所有的凹槽处都会有有丝杠支撑。


这种支撑系统可以在保持丝杠的较高旋转速度进而实现直线单元在长行程下运行而不会弯曲或摆动。要想超过6米的长度,下一个挑战是制作一个更长的丝杠。

然而,由于原料的限制,丝杠通常只能生产到6米长。那么,如何才能达到超过10米的行程长度呢?

答案在于将两个丝杠通过螺纹连接在一起,并使用一些非常精确的制造技术。


梯形和滚珠丝杠是在轧制生产线上制造的,每一个产品生产出来可能略有不同。因此,为了将两个丝杠连接在一起,需要克服螺纹偏差方面的差异。为了成功地连接两个丝杠,必须使用精度最高、偏差最小的丝杠。这就需要丝杠进行精密加工。一旦加工过程达到了要求的精度,就可以使用螺纹连接将两个丝杠之间的偏差降到最小。这就保证了拼接丝杠和单根短丝杠基本没有区别。最后使用高强度胶水固定,因为任何热连接或焊接都会再次改变几何形状并产生问题。


采用可分离丝杠支撑系统和精密制造的长行程丝杠的解决方案意味着行程长度可以达到10米以上。一个行程长度为2 - 3米的直线单元可以3/4000rpm的最大转速运行。


通常情况下,对于行程较长的系统,转速必须大大降低,以避免丝杠摆动,但Thomson解决了这个问题,利用这些额外的丝杠支撑,在3/4000rpm的速度下,将行程长度保持在10米以上。

客户的收益有:刚性丝杠系统,长行程和高运动速度。



哪些应用需要长行程丝杠单元

长行程的丝杠传动系统广泛应用于工业领域,以提供精确的直线运动控制.


在焊接系统中焊枪需要非常精确的定位。在使用高性能的材料的应用中,如钛的焊接是在真空中进行的,以避免金属氧化。在这些应用中,像长管这样的部件需要长行程的丝杠驱动系统。


汽车生产线中的一些应用如在工位之间移动机器人焊接臂,也需要长行程的直线运动。虽然速度可能不是运输机器人手臂的关键因素,长行程和非常精确的定位是必需的。

在汽车工业和其他几个市场领域,也有许多应用,需要在组装站之间转移材料。

通常,这些的组件的拾取和放置必须提供精确定位,而丝杠驱动再次提供了一个很好的解决方案。


光缆的制造是一种高速应用一旦停止就会危害到所生产的光纤的质量。电缆被卷绕到大卷轴上,当一个卷轴满了的时候,需要尽快更换,以尽可能减少产品在这个连续过程中的损失。精度和速度对于生产效率是至关重要的,长丝杠驱动可以满足这两个要求,以及对应重负荷卷轴的能力。


任何需要在垂直平面移动重型设备的应用都得益于线性丝杠的刚性和故障安全功能。

例如,在飞机工业中,丝杠安全地、精确地移动用于质量保证的高精度摄像机。在这种情况下,采用特殊的大直径钢球的滚珠导向系统来承担动态载荷


改善现有的直线系统

长行程的直线运动单元还可以替代许多现有的传统系统驱动应用,例如行程长度在5 米以上的应用,通常这类传统的丝杠驱动会存在以下两个问题:

1. 系统速度变慢,不能以所需的速度或者较高的速度运行。

2. 开放式的系统,无密封。

由于开放的丝杠会带来灰尘和碎屑,因此这类系统很难维护,需要定期清洗,以避免滚珠螺母过早失效。


这种应用中,Thomson可分离丝杠支撑系统意味着丝杠可以以更高的速度运行。防尘和可靠性问题可以使用密封系统解决,保护丝杠并减少维护要求。


如下图所示的封闭式直线单元,防止灰尘和碎屑进入,不需要定期清洗,可以保持最佳的性能和可靠性。


WM40直线运动单元

在这样的直线单元中,滑架可以配备润滑通道。这使得油脂可以从一个单一的点进入滚珠导轨和滚珠丝杠,而不必打开密封系统。


Thomson的设计能迅速实现全面的维护。由于该密封装置不需要打开,所以只有非常有限的灰尘或水可以渗透系统,因此即使在最肮脏的环境中,直线单元也能得到保护。


直线运动系统使用的滚珠丝杠比皮带系统可以提供更大的的负载能力。


Thomson创新的可分离丝杠支撑系统,避免了丝杠的摆动和弯曲,同时使系统能够以较高的速度运行。长行程直线丝杠驱动系统提供精确定位,快速,安全的操作。而且在密封的型材中运行时,它们即使在恶劣的环境中,都可以持续可靠的运行且极少维护。


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