עבור שימושים רבים בתעשייה, הן במערכות ייצור והן במערכות בדיקה ומיפוי, נדרשת תנועה קווית (ליניארית) ברמת דיוק משתנה.
הפתרונות הנפוצים ביותר ליצירת תנועה קווית, הוא שימוש במנוע סרוו סיבובי סטנדטי וחיבורו למנגנון מכאני הממיר את התנועה הסיבובית לתנועה קווית. המנגנונים השכיחים הם:
- צירים בורגיים
- רצועת הנעה
- פס שיניים
ישנם מנגנוני המרה נוספים מתנועה סיבובית לליניארית, כגון שרשרת (אופניים) או גל ארכובה (בוכנות רכב) אך הם פחות נפוצים ליישומים של תנועה הדורשת דיוק במיקום.
נערוך השואה כללית בין המנגנונים השונים שסקרנו:
כפי שניתן להסיק מההשוואה הנ”ל, המערכות הנפוצות המבצעות המרה מכאנית של תנועה סיבובית לתנועה קווית נועדו לרמת דיוק של מאיות המילימטר, המערכת המדויקת מביניהם היא מסילה בורגית, אך שם יש מגבלה גדולה על מהירות התנועה ועל אורך המהלך האפשרי.
ישנם “מחירים” נוספים למערכות אלו, שעושות המרה מכאנית. לאורך השנים ישנה שחיקה של המערכת המכאנית: שקיעה של הבורג, מתיחה של הרצועה, שחיקה של גלגלי שיניים ופס שיניים. רמת הדיוק של מערכת חדשה לא תשווה לרמת הדיוק של אותה המערכת כעבור 5 שנים.
לשם כך נועדו המנועים הליניאריים.
תכונות המנוע הליניארי
מנוע ליניארי מבצע תנועה ישרה וחלקה מאוד, ללא המרה מכאנית. הוא יכול לעבוד בתאוצות ובמהירויות גבוהות, ואורך המהלך הוא בלתי מוגבל – תלוי כמובן באורך המסילה המגנטית שמניחים.
מכיוון שהמנוע “מרחף” הדיוק הוא אבסולטי, ותלוי רק באיכות האנקודר. הדיוק יכול להגיע לננו-מטרים. ה”רעש” המכאני היחיד הוא מהמיסבים. מיסבים ברמה גבוהה או מיסבי אוויר יביאו לתנועה חלקה ביותר
חברת YASKAWA היפנית נמצאת כבר עשרות שנים בקדמת הטכנולוגיה של ההנעה הליניארית באמצעות סליל הנע על פס מגנטי (או במקרים מועטים להיפך) והיא אחת היצרניות הגדולות בעולם של מנועים ליניאריים. הטכנולוגיה הנ”ל מפותחת מאוד ביפן, והיישום המפורסם ביותר שלה הוא רכבות השינקנסן (Shinkansen), הנעות במהירות של כמעט 400 קמ”ש ופעילות כבר למעלה מ-50 שנה.
רכבת ה- Shinkansen
ישנם מספר תצורות ודגמים של מנועים ליניאריים, על מנת להתאים למגוון רחב של יישומים.
סדרה SGLGW
מנועים קומפקטיים ללא ליבת מתכת. נועדו ליישומים של תנועות עדינות ומדויקות במקומות צרים או נמוכים במיוחד.ניתנים להפעלה כשהפס המגנטי עומד או שוכב. רוחב המערכת מתחיל מ 24 מ”מ בלבד.
סדרה SGLFW2
סדרת המנועים הפופולרית והנפוצה ביותר, בה הסלילים ממוקמים בתוך ליבת מתכת הנעה מעל המסילה המגנטית. זהו המנוע המסחרי עם הנצילות בטובה בעולם בהיבט על יחס נפח/כח (ביחידות פיזיקליות – N/mm^3 ) עבור התצורה הזו של סליל מעל פס מגנטי.
סדרה SGLTW – “לחי כפולה”
סדרת המנועים בה ליבת המתכת עם הסלילים נעה בין 2 פסים מגנטיים, כך שלמעשה מופעל המנוע כח כפול. לשיטה זו שני יתרונות עיקריים:
הכח הרב שיש למנוע כתוצאה מליבת הברזל.
העובדה שהמשיכה בין המגנטים לסלילים ((Magnetic attraction היא מהצדדים, וכן שני הצדדים מאזנים את המשיכה אחד של השני, גורמים לכך שניתן להסתפק בקורה או במשטח עיגון עדין יותר, וכן שלא נוצרים עיוותים במשך השנים מכח המשיכה החזק.
איור 1: סכמות של השיטות הנפוצות להמרת תנועה סיבובית לתנועה קווית
השימוש במנועים ליניאריים נותן למשתמש יתרונות רבים, ובשנים האחרונות עם ההתפתחות של שיטות יצור מתקדמות, גם הבדלי המחיר הצטמצמו משמעותית. ובכל זאת, בגלל שמנוע ליניארי הוא בעצם סליל וכמה מסילות מגנטיות, השימוש במנוע ליניארי מצריך מהלקוח הרבה יותר תכנון והכנות מכאניות. על המתכנן מוטל לתכנן את הגוף המכני והרוכב, לבחור מיסבים מתאימים ושרשור מתאים להובלת הכבלים. לאחר מכן לבחור אנקודר מתאים (האנקודר אינו חלק מהמנוע, בשונה ממנועים רוטוריים) ולתכנן דפינה שלו למכלול. זה צריך להיות תכנון מקצועי ומדויק בכדי להפיק באמת את התועלות המתבקשות מהמערכת.
מסיבות אלו, YASKAWA מציעה מערכות סטייג’ים ליניאריים מורכבים ומוכנים לשימוש. למשתמש נשאר בסך הכל לחבר את המערכת לדרייבר מתאים ולהרים את המתח Plug and play – כמו במנוע רוטורי רגיל. מכיוון שב- YASKAWA נתוני המנוע צרובים באנקודר, אין צורך להגדיר שום נתוני מנוע בדרייבר שחיברנו, הדרייבר כבר יודע מה מחובר ומה הפרמטרים החשמליים שבאמצעותם המנוע יעבוד בצורה מיטבית. נוכל לגשת ישירות לכיול המערכת עם כלל העומסים המותקנים עליה.
דוגמא טובה היא המערכת שיצאה לשוק בחודשים האחרונים Sigma-Trac-II. המערכת ניתנת להזמנה עם או ללא כיסויים, וכן ניתן להרכיב מסילה נוספת על הרוכב הראשון ולהוסיף דרגת חופש.
בכדי לשמור על רמת מחיר אטרקטיבית – הסטייג’ים הליניארים “מהמדף” מיוצרים בטולרנסים מכאניים המגדירים דיוק של מיקרונים בודדים. כאשר אנו נדרשים לדיוקים של חלקי מיקרונים – הסטייג’ים הנ”ל יוכלו לתת פתרון באמצעות תהליך של מדידה אבסולוטית מדויקת עם מכשור חיצוני, על פי רוב לייזר אינטרפורמטר, ויצירת טבלת תיקונים בבקר ההינע.
טבלת התיקונים בסטייג’ ליניארי היא יעילה בהרבה מטלה דומה במערכת עם המרה מכאנית (בורגית, רצועה וכו) מכיוון שההנעה היא ישירה, ואין מרחבי אי-וודאות מכאניים כגון חופשים ו- Backlash הקיימים תמיד במידה זו או אחרת.
מערכות בתכנון לצרכי לקוח
לרמות הדיוק והחזרתיות הגבוהות ביותר, אנו מציעים סטייג’ים מוצמדים לגרניט בתכנון מותאם לצרכי הלקוח. גרניט הוא החומר היציב ביותר בטבע, והוא אינו משנה את צורתו עקב שינויי טמפרטורה. המתכות, לעומת זאת, מתרחבות בחום ומתכווצות בקור, וכך לאורך השנים צורתם משתנה. ההצמדה של חלקי המתכת למשטח גרניט ממזערת את השינויים בהם ומאפשרת מערכת יציבה ועמידה לאורך שנים.
חברת YASKAWA ישראל רכשה נסיון רב בתחום זה ומספקת כבר שנים פתרונות מדויקים יחודיים ללקוחות בארץ ובעולם. בתכנון משותף עם הלקוח אנו מבינים מהם רמות הדיוק שבאמת נדרשות (Straightness, Flatness, accuracy, repeatability, etc.)
ובהתאם לכך בוחרים, מעבר לבחירת המנוע, גם את חומרי הגלם, את המיסבים ואת האנקודרים שיביאו אותנו לדיוקים הנדרשים.
דוגמאות למערכת מדוייקת על משטח גרניט שתוכננה לפי צרכי הלקוח.
