V mimoriadne{0}}presnej výrobe rozhoduje kvalita pohybu o všetkom.
Stroj môže mať pokročilý softvér, špičkové{0}}motory a drahé senzory, ale ak je samotný pohybový systém nestabilný, skutočná presnosť je nemožná.
To je presne dôvod, prečo sú vodiace systémy vzduchových ložísk čoraz dôležitejšie v odvetviach, ako sú:
Výroba polovodičov
Optická kontrola
Presná metrológia
Laserové spracovanie
Letecké meranie
Kontrola oblátky
Vysoko{0}}rýchlostné skenovacie systémy
V porovnaní s tradičnými mechanickými vodiacimi systémami môžu vzduchové ložiská dosiahnuť pohyb takmer bez trenia s extrémne vysokou opakovateľnosťou a hladkosťou.
Ale je tu jedna vec, ktorú veľa ľudí prehliada:
Systém vzduchového ložiska je len taký stabilný ako základ pod ním.
A v mnohých špičkových{0}}presných systémoch je týmto základom žula.
Čo je vodiaci systém vzduchových ložísk?
Vodiaci systém vzduchových ložísk využíva tenkú vrstvu stlačeného vzduchu na vytvorenie bez{0}}kontaktného pohybu medzi pohyblivými komponentmi.
Namiesto valiacich sa guľôčok alebo mechanických kontaktných plôch sa pohyblivý stupeň „vznáša“ na mikroskopickom vzduchovom filme.
To vytvára niekoľko hlavných výhod:
Takmer nulové trenie
Bez mechanického opotrebovania
Mimoriadne hladký pohyb
Vysoká opakovateľnosť polohovania
Minimálne vibrácie
Znížená tvorba tepla
Pre mimoriadne{0}}presné aplikácie je to rozhodujúce.
Dokonca aj malý klzný-pohyb tyče z konvenčných ložísk môže ovplyvniť:
Optická kvalita obrazu
Presnosť laserovej dráhy
Opakovateľnosť merania
Presnosť polohovania polovodičov
Vzduchové ložiská eliminujú veľkú časť tohto mechanického rušenia.
Prečo tradičné mechanické vodidlá dosahujú svoje hranice
Tradičné lineárne vedenia fungujú dobre v mnohých priemyselných aplikáciách.
Keď sa však stroje pohybujú smerom k mikrónovej -alebo nanometrovej{1}}úrovni presnosti, bežné systémy začínajú vykazovať obmedzenia.
Bežné problémy zahŕňajú:
Mechanické trenie
Opotrebenie v priebehu času
Nestabilita mazania
Tepelná deformácia
Prenos vibrácií
Hysteréza polohovania
Pri vyšších rýchlostiach a prísnejších toleranciách sú tieto problémy čoraz viditeľnejšie.
Napríklad:
V polovodičových kontrolných zariadeniach môžu dokonca mikroskopické vibrácie ovplyvniť kvalitu obrazu.
V laserových systémoch môže nestabilný pohyb ovplyvniť umiestnenie lúča.
V presnej metrológii malé nekonzistencie pohybu priamo ovplyvňujú spoľahlivosť merania.
To je dôvod, prečo viac výrobcov smeruje k platformám pohybu vzduchových ložísk.
Prečo sa žula používa pod vzduchové ložiská
Ide o jedno z najdôležitejších návrhových rozhodnutí v ultra{0}}precíznom inžinierstve.
Vzduchové ložiská vyžadujú extrémne stabilný a ultra{0}}rovný referenčný povrch.
A presne to poskytuje žula.
V porovnaní s oceľovými alebo zváranými strojovými konštrukciami ponúka presná žula:
Špičkové tlmenie vibrácií
Vynikajúca tepelná stabilita
Vysoká tuhosť
Dlhodobá-rozmerová konzistentnosť
Nekorozívne{0}}vlastnosti
Ne-magnetické správanie
Najdôležitejšie:
Žula veľmi dobre udržiava rovinnosť po dlhú dobu.
To je dôležité, pretože vzduchový film vo vnútri vzduchového ložiskového systému je neuveriteľne tenký.
Veľmi malé odchýlky povrchu môžu ovplyvniť:
Stabilita vzduchovej medzery
Hladkosť pohybu
Presnosť priamosti
Opakovateľnosť
V praktickom strojárstve sa samotná žula stáva súčasťou systému riadenia pohybu.
Plynulý pohyb začína s presnosťou povrchu
Mnoho zákazníkov sa vo veľkej miere zameriava na motory, kódovače a softvér.
Ale skúsení inžinieri vedia:
Kvalita povrchu pod vzduchovým ložiskom je často dôležitejšia.
Ak žulový vodiaci povrch obsahuje:
Chyba rovinnosti
Odchýlka paralelizmu
Zvlnenie povrchu
Tepelná nestabilita
výkon vzduchového ložiska okamžite trpí.
To môže spôsobiť:
Pohybové kolísanie
Znížená presnosť polohovania
Nestabilita vzduchového filmu
Vibrácie počas cestovania
Nekonzistentnosť merania
Presné žulové vedenia sa preto musia vyrábať s extrémne úzkymi toleranciami.
V niektorých ultra{0}}presných systémoch sa požiadavky na rovinnosť môžu priblížiť k úrovniam sub{1}}mikrónov.
Žula tiež rieši problémy s vibráciami
Jednou z hlavných výhod žuly je tlmenie vibrácií.
Kovové konštrukcie majú tendenciu ľahšie prenášať vibrácie.
Žula prirodzene absorbuje a rozptyľuje energiu vibrácií oveľa lepšie ako mnohé kovové materiály.
Toto sa stáva mimoriadne dôležitým pri:
Vysoko{0}}rýchlostné skenovacie systémy
Optické meracie zariadenia
Polovodičové stupne
Laserové obrábacie systémy
Presné zobrazovacie platformy
Presnosť pohybu môžu ovplyvniť aj nepatrné vibrácie okolia spôsobené blízkymi strojmi alebo pohybom podlahy.
Správne navrhnutá žulová štruktúra pomáha izolovať tieto poruchy skôr, ako dosiahnu fázu presnosti.
Tepelná stabilita je väčší problém, ako si väčšina ľudí myslí
Zmeny teploty sú jedným z najväčších skrytých problémov v presných pohybových systémoch.
Kov sa pri kolísaní teploty pomerne rýchlo rozťahuje a zmršťuje.
Žula sa správa oveľa stabilnejšie.
V skutočných továrenských prostrediach stroje často pracujú nepretržite dlhé hodiny. Teplo generované motormi, elektronikou a okolitými zariadeniami môže postupne deformovať konštrukcie strojov.
Dokonca aj tepelná deformácia na úrovni mikrónov-môže spôsobiť vážne chyby polohovania v mimoriadne-presných aplikáciách.
Nízka tepelná rozťažnosť žuly pomáha udržiavať:
Rovnosť pohybu
Geometrická stabilita
Konzistencia polohy
Dlhodobá-opakovateľnosť
To je jeden z dôvodov, prečo sa žula vo veľkom využíva v polovodičovom a metrologickom priemysle.
Nie všetky žuly sú vhodné pre vzduchové ložiskové systémy
Toto je dôležitá priemyselná realita.
Niektorí dodávatelia používajú na zníženie nákladov{0}}kameň alebo dokonca mramor s nízkou hustotou.
Problém je v tom, že-nekvalitný materiál môže mať:
Slabá vnútorná štruktúra
Nižšia tuhosť
Vyššia absorpcia vlhkosti
Nízka dlhodobá-stabilita
Rýchlejšie opotrebovanie
Pri systémoch vzduchových ložísk kvalita materiálu priamo ovplyvňuje výkon.
V UNPARALLELED Group spoločnosť používa patentovanú čiernu žulu UNPARALLELED® s hustotou okolo 3100 kg/m³, ktorá ponúka silnejšiu štrukturálnu stabilitu a tlmenie vibrácií v porovnaní s mnohými štandardnými žulovými materiálmi.
Žula s vyššou{0}}hustotou zlepšuje:
Konštrukčná tuhosť
Stabilita povrchu
Dynamické pohybové správanie
Dlhodobé{0}}zachovanie presnosti
V prípade ultra{0}}presných pohybových systémov je veľmi dôležitý samotný materiál.
Meranie žuly je ťažšie ako jej opracovanie
Mnoho spoločností vie obrábať žulu.
Oveľa menej ľudí dokáže presne merať ultra{0}}presné vodiace povrchy.
V systémoch vzduchových ložísk je schopnosť merania absolútne kritická.
Profesionálni výrobcovia používajú pokročilé metrologické zariadenia, ako sú:
Laserové interferometre
Elektronické úrovne
Presné autokolimátory
Prístroje na drsnosť povrchu
Indikátory vysokého-rozlíšenia
Rovnako dôležitá je sledovateľnosť meraní.
V UNPARALLELED Group sú kalibračné systémy vysledovateľné až k oficiálnym metrologickým inštitútom, čo pomáha zaistiť konzistentnosť a spoľahlivosť pre vysoko presné aplikácie.
Pretože v ultra{0}}precíznom inžinierstve:
Ak sa vodiaca plocha nedá presne zmerať, nedá sa presne vyrobiť.
Zručné ručné lapovanie je stále dôležité
Dokonca aj pri pokročilých CNC strojoch konečná presnosť často závisí od ručných dokončovacích procesov.
Najmä v žulových vzduchových ložiskových vedeniach.
Skúsení lapovací technici môžu vykonávať korekčné práce na úrovni mikrónov-, ktoré výrazne zlepšujú:
Plochosť
Priamosť
Konzistencia povrchu
Správanie vzduchového filmu
Mnoho špičkových{0}}výrobcov žuly sa stále spolieha na technikov s desaťročnými skúsenosťami s ručným{1}}lapovaním.
V mimoriadne{0}}precíznej výrobe zostáva remeselné spracovanie mimoriadne dôležité.
Typické aplikácie žulových vzduchových ložiskových systémov
Dnes sú žulové vzduchové ložiskové systémy široko používané v:
Kontrola polovodičových plátkov
Presné laserové spracovanie
AOI systémy
Súradnicové meracie stroje
Optická metrológia
Priemyselné CT zariadenia
Röntgenové kontrolné systémy
Presné pohybové plošiny
Zariadenia na vedecký výskum
Keďže výrobné tolerancie sa neustále zmenšujú, dopyt po systémoch pohybu bez trenia a ultra{0}}stabilite neustále rastie.
Výber správneho dodávateľa žulových vzduchových ložísk
Pri hodnotení dodávateľa by sa zákazníci mali pozerať za hranice jednoduchého obrábania.
Medzi dôležité otázky patria:
Aký materiál žuly sa používa?
Akú presnosť rovinnosti možno dosiahnuť?
Je vedenie merané pokročilými metrologickými systémami?
Sú kalibračné záznamy sledovateľné?
Rozumie dodávateľ integrácii vzduchových ložísk?
Môžu podporovať ultra-veľké štruktúry?
Je teplota výrobného prostredia kontrolovaná?
V špičkových{0}}presných systémoch je dlhodobá{1} spoľahlivosť dôležitejšia ako krátkodobé-úspory nákladov.
Záverečné myšlienky
Vodiace systémy vzduchových ložísk predstavujú jednu z najvyšších úrovní technológie presného pohybu, ktorá je dnes k dispozícii.
Hladký pohyb však nepochádza len zo vzduchového ložiska.
Vychádza zo stability, plochosti a tuhosti konštrukcie pod ňou.
Preto sa žula stala základom toľkých ultra{0}}presných pohybových systémov na celom svete.
Keďže priemyselné odvetvia sa neustále posúvajú smerom k výrobe na-úrovni nanometrov, úloha presnej žuly v riadení pohybu bude len dôležitejšia.
Pretože v ultra{0}}precíznom inžinierstve stabilný pohyb vždy začína na stabilnom základe.