W ultra-precyzyjnej produkcji jakość ruchu decyduje o wszystkim.
Maszyna może mieć zaawansowane oprogramowanie,-najwyższą jakość silników i drogie czujniki, ale jeśli sam system ruchu jest niestabilny, prawdziwa precyzja staje się niemożliwa.
Właśnie dlatego systemy prowadnic na łożyskach powietrznych zyskują coraz większe znaczenie w takich branżach jak:
Produkcja półprzewodników
Kontrola optyczna
Metrologia precyzyjna
Obróbka laserowa
Pomiar lotniczy
Kontrola wafla
Systemy skanowania o dużej-szybkości
W porównaniu z tradycyjnymi mechanicznymi systemami prowadnic, łożyska powietrzne mogą osiągać ruch niemal bez tarcia przy wyjątkowo wysokiej powtarzalności i płynności.
Ale jest jedna rzecz, którą wiele osób pomija:
System łożysk powietrznych jest tak stabilny, jak fundament pod nim.
W wielu-wysokiej klasy systemach precyzyjnych podstawą jest granit.
Co to jest system prowadzenia łożyska powietrznego?
System prowadnic z łożyskami powietrznymi wykorzystuje cienką warstwę sprężonego powietrza do wytworzenia-bezkontaktowego ruchu pomiędzy ruchomymi elementami.
Zamiast toczących się kulek lub mechanicznych powierzchni stykowych, ruchomy etap „unosi się” na mikroskopijnej warstwie powietrza.
Stwarza to kilka głównych zalet:
Prawie zerowe tarcie
Brak zużycia mechanicznego
Niezwykle płynny ruch
Wysoka powtarzalność pozycjonowania
Minimalne wibracje
Zmniejszone wytwarzanie ciepła
W przypadku zastosowań ultra{0}}precyzyjnych ma to kluczowe znaczenie.
Nawet niewielki ruch-poślizgowy powodowany przez konwencjonalne łożyska może mieć wpływ na:
Jakość obrazu optycznego
Dokładność ścieżki lasera
Powtarzalność pomiaru
Precyzja pozycjonowania półprzewodników
Łożyska powietrzne eliminują większość tych zakłóceń mechanicznych.
Dlaczego tradycyjne prowadnice mechaniczne osiągają swoje granice
Tradycyjne prowadnice liniowe sprawdzają się w wielu zastosowaniach przemysłowych.
Kiedy jednak maszyny zbliżają się do precyzji na poziomie mikronów-lub nanometrów-, konwencjonalne systemy zaczynają wykazywać ograniczenia.
Typowe problemy obejmują:
Tarcie mechaniczne
Nosić z biegiem czasu
Niestabilność smarowania
Odkształcenie termiczne
Przenoszenie wibracji
Histereza pozycjonowania
Przy wyższych prędkościach i mniejszych tolerancjach problemy te stają się coraz bardziej widoczne.
Na przykład:
W sprzęcie do kontroli półprzewodników nawet mikroskopijne wibracje mogą wpływać na jakość obrazu.
W systemach laserowych niestabilny ruch może mieć wpływ na położenie wiązki.
W metrologii precyzyjnej małe niespójności ruchu bezpośrednio wpływają na niezawodność pomiaru.
Dlatego coraz więcej producentów zmierza w stronę platform ruchomych z łożyskami powietrznymi.
Dlaczego granit jest używany pod łożyskami powietrznymi
Jest to jedna z najważniejszych decyzji projektowych w inżynierii ultra{0}}precyzyjnej.
Łożyska powietrzne wymagają wyjątkowo stabilnej i-ultrapłaskiej powierzchni odniesienia.
A granit dokładnie to zapewnia.
W porównaniu ze stalowymi lub spawanymi konstrukcjami maszyn, granit precyzyjny oferuje:
Doskonałe tłumienie drgań
Doskonała stabilność termiczna
Wysoka sztywność
Długoterminowa-spójność wymiarowa
Nie-właściwości korozyjne
Zachowanie nie-magnetyczne
Najważniejsze:
Granit wyjątkowo dobrze zachowuje płaskość przez długi czas.
Jest to niezwykle istotne, ponieważ warstwa powietrza wewnątrz układu łożysk powietrznych jest niezwykle cienka.
Bardzo małe odchyłki powierzchni mogą mieć wpływ na:
Stabilność szczeliny powietrznej
Płynność ruchu
Dokładność prostoliniowości
Powtarzalność
W praktycznej inżynierii sam granit staje się częścią systemu sterowania ruchem.
Płynny ruch zaczyna się od dokładności powierzchni
Wielu klientów koncentruje się głównie na silnikach, enkoderach i oprogramowaniu.
Ale doświadczeni inżynierowie wiedzą:
Jakość powierzchni pod łożyskiem powietrznym jest często ważniejsza.
Jeżeli granitowa powierzchnia prowadząca zawiera:
Błąd płaskości
Odchylenie równoległości
Falistość powierzchni
Niestabilność termiczna
wydajność łożyska powietrznego natychmiast ulega pogorszeniu.
Może to powodować:
Fluktuacja ruchu
Zmniejszona dokładność pozycjonowania
Niestabilność filmu powietrznego
Wibracje podczas podróży
Niespójność pomiaru
Dlatego precyzyjne prowadnice granitowe muszą być produkowane z zachowaniem niezwykle wąskich tolerancji.
W niektórych systemach ultra{0}}precyzyjnych wymagania dotyczące płaskości mogą sięgać poziomu sub-mikronowego.
Granit rozwiązuje również problemy z wibracjami
Jedną z głównych zalet granitu jest tłumienie drgań.
Konstrukcje metalowe mają tendencję do łatwiejszego przenoszenia wibracji.
Granit w naturalny sposób pochłania i rozprasza energię drgań znacznie lepiej niż wiele materiałów metalicznych.
Staje się to niezwykle ważne w:
Systemy skanowania o dużej-szybkości
Optyczny sprzęt pomiarowy
Stopnie półprzewodnikowe
Systemy obróbki laserowej
Platformy precyzyjnego obrazowania
Nawet niewielkie wibracje otoczenia powodowane przez pobliskie maszyny lub ruch podłogi mogą wpływać na dokładność ruchu.
Odpowiednio zaprojektowana konstrukcja granitowa pomaga wyizolować te zakłócenia, zanim osiągną etap precyzyjny.
Stabilność termiczna jest większym problemem, niż większość ludzi myśli
Zmiany temperatury są jednym z największych ukrytych problemów w precyzyjnych systemach ruchu.
Metal rozszerza się i kurczy stosunkowo szybko pod wpływem wahań temperatury.
Granit zachowuje się znacznie stabilniej.
W rzeczywistych warunkach fabrycznych maszyny często pracują nieprzerwanie przez długie godziny. Ciepło generowane przez silniki, elektronikę i otaczający sprzęt może stopniowo deformować konstrukcję maszyny.
Nawet odkształcenie termiczne na poziomie mikrona- może powodować poważne błędy w pozycjonowaniu w zastosowaniach ultraprecyzyjnych.
Niska rozszerzalność cieplna granitu pomaga utrzymać:
Prostość ruchu
Stabilność geometryczna
Konsekwentność pozycjonowania
Powtarzalność-długoterminowa
Jest to jeden z powodów, dla których granit jest szeroko stosowany w przemyśle półprzewodników i metrologii.
Nie każdy granit nadaje się do systemów łożysk powietrznych
To ważna rzeczywistość branżowa.
Niektórzy dostawcy używają kamienia-o niskiej gęstości lub nawet marmuru, aby obniżyć koszty.
Problem polega na tym, że materiał-o niskiej jakości może zawierać:
Słaba struktura wewnętrzna
Niższa sztywność
Większa absorpcja wilgoci
Słaba stabilność-terminowa
Szybsze zużycie
W przypadku systemów łożysk powietrznych jakość materiału ma bezpośredni wpływ na wydajność.
W UNPARALLELED Group firma wykorzystuje opatentowany czarny granit UNPARALLELED® o gęstości około 3100 kg/m3, zapewniający większą stabilność strukturalną i tłumienie drgań w porównaniu z wieloma standardowymi materiałami granitowymi.
Granit o wyższej-gęstości poprawia:
Sztywność konstrukcyjna
Stabilność powierzchni
Dynamiczne zachowanie ruchu
Długoterminowe-utrzymanie precyzji
W przypadku ultra-precyzyjnych systemów ruchu sam materiał ma ogromne znaczenie.
Pomiar granitu jest trudniejszy niż jego obróbka
Wiele firm może obrabiać granit.
Znacznie mniej jest w stanie dokładnie zmierzyć-precyzyjne powierzchnie prowadnic.
W układach łożysk powietrznych zdolność pomiarowa jest absolutnie krytyczna.
Profesjonalni producenci korzystają z zaawansowanego sprzętu metrologicznego, takiego jak:
Interferometry laserowe
Poziomice elektroniczne
Precyzyjne autokolimatory
Przyrządy do pomiaru chropowatości powierzchni
Wskaźniki o wysokiej-rozdzielczości
Równie ważna jest identyfikowalność pomiarów.
W UNPARALLELED Group systemy kalibracyjne można powiązać z oficjalnymi instytutami metrologicznymi, co pomaga zapewnić spójność i niezawodność w zastosowaniach-o wysokiej precyzji.
Ponieważ w inżynierii ultra-precyzyjnej:
Jeśli nie można dokładnie zmierzyć powierzchni prowadzącej, nie można jej dokładnie wytworzyć.
Umiejętne docieranie ręczne nadal ma znaczenie
Nawet w przypadku zaawansowanych maszyn CNC ostateczna precyzja często zależy od ręcznych procesów wykańczania.
Zwłaszcza w granitowych prowadnicach powietrznych.
Doświadczeni technicy docierający mogą przeprowadzić korektę na poziomie mikronów,-co znacznie poprawia:
Płaskość
Prostota
Konsystencja powierzchni
Zachowanie filmu powietrznego
Wielu-producentów wysokiej klasy granitu nadal polega na technikach z dziesiątkami lat-docierania ręcznego.
W ultra-precyzyjnej produkcji rzemiosło pozostaje niezwykle ważne.
Typowe zastosowania granitowych systemów łożysk powietrznych
Obecnie granitowe systemy łożysk powietrznych są szeroko stosowane w:
Kontrola płytek półprzewodnikowych
Precyzyjna obróbka laserowa
Systemy AOI
Współrzędnościowe maszyny pomiarowe
Metrologia optyczna
Przemysłowy sprzęt CT
Systemy kontroli rentgenowskiej-
Precyzyjne platformy ruchu
Sprzęt do badań naukowych
W miarę zmniejszania się tolerancji produkcyjnych zapotrzebowanie na pozbawione tarcia i ultrastabilne systemy ruchu stale rośnie.
Wybór odpowiedniego dostawcy łożysk powietrznych z granitu
Oceniając dostawcę, klienci powinni patrzeć poza proste możliwości obróbki.
Ważne pytania obejmują:
Jaki materiał granitowy jest używany?
Jaką dokładność płaskości można osiągnąć?
Czy prowadnica jest mierzona za pomocą zaawansowanych systemów metrologicznych?
Czy zapisy kalibracji są identyfikowalne?
Czy dostawca rozumie integrację łożysk powietrznych?
Czy są w stanie utrzymać-bardzo duże konstrukcje?
Czy temperatura środowiska produkcyjnego jest kontrolowana?
W-wysokiej klasy systemach precyzyjnych długoterminowa-niezawodność ma większe znaczenie niż krótkoterminowe-oszczędności.
Ostatnie przemyślenia
Systemy prowadnic z łożyskami powietrznymi reprezentują jeden z najwyższych dostępnych obecnie poziomów precyzyjnej technologii ruchu.
Jednak płynny ruch nie jest efektem samego łożyska powietrznego.
Wynika to ze stabilności, płaskości i sztywności konstrukcji znajdującej się pod nim.
Właśnie dlatego granit stał się podstawą tak wielu-ultraprecyzyjnych systemów ruchu na całym świecie.
W miarę jak przemysł będzie zmierzał w kierunku produkcji na poziomie-nanometrów, rola precyzyjnego granitu w sterowaniu ruchem będzie jeszcze ważniejsza.
Ponieważ w inżynierii-precyzyjnej stabilny ruch zawsze zaczyna się od stabilnego fundamentu.