重新審視執行器選擇中的精度和重複性標準

自動化機械係統早期設計階段麵臨的主要設計挑戰之一是組件和子組件的精度和可重複性需求。有時,這兩個設計考慮因素往往會使所有其他因素相形見絀,成為選擇產品時唯一考慮的項目機械係統執行器設計。誘惑是簡單地選擇一個執行器額定的最高精度,額定的最高可靠性。然而,這種方法從根本上來說是有缺陷的,並且可能導致工程師在設計時使用致動器以不需要的精度水平,增加顯著的,不必要的成本和複雜性的設計。

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MISUMI LS係列中等精度驅動器

解決這一問題的方法在於理解執行器選擇中精度和可重複性定義之間的根本差異。重複性是執行器能夠複製命令位置的程度的函數,在某種意義上,相當字麵上是執行器可靠性的衡量標準。相比之下,精度是執行器能夠實現的最小增量分辨率的度量。關鍵是傳動裝置的選擇在於理解什麼時候真正需要高度的精度,以及什麼時候更適度的精度加上可以實現這些位置的高水平重複性的機器,可以以更低的成本完成相同的工作。然而,重複性的概念需要一點解釋,因為在典型的執行器規格表上發現的數字被引用為正負公差。這個數字的字麵意思是,根據定義統計標準ISO 9283:1998,執行器的實際“真實”位置將在99.8%的時間內落在這個範圍內。

一般來說,典型的“高精度“定位驅動器”由步進電機操作能夠實現1米(~40in)範圍內的位置,在某些情況下,甚至可以實現更高的精度。然而,關鍵的限製使該設備隻適用於狹窄的應用範圍。通常情況下,這樣的設備隻能承受20-30磅的負載,這使得大型設備和機械的定位很難實現,成本也很高。這些類型的執行器也明顯比標準單軸執行器更昂貴;對於定位精度約40米(~0.0016英寸)的標準執行器,成本可以比類似的微定位執行器低40%。執行器額定這些更適度的精度水平,如這些也能夠在更高的(10-20倍)負載下運行。

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MISUMI LX係列高精度滾珠絲杠驅動器

在不引用具體數字的情況下,同樣的規則通常適用於重複性規格。給定一個具有高精度額定值的執行器,為了滿足這些精度水平,執行器實際上被置於更高的重複性要求下。例如,一個精度為40m(0.0016英寸)的“高精度”驅動器,具有典型的±4m(~0.0016英寸)左右的重複性,這是驅動器精度的十倍。

根據這些規範,工程師必須仔細選擇適用於每個所需應用的執行器。“高精度”定位執行器通常隻用於印刷電路和醫療設備製造以及精密工業檢測設備等行業。除非係統必須在這種微英寸尺度上運行,否則“高精度”驅動器將是不必要的,而且成本過高。相比之下,機械執行器的傳統用途包括用於實現簡單的提升和定位功能,類似於螺旋千斤頂支架。這些宏觀自動化應用需求推動了更傳統的執行器技術的進步,產生了一類能夠非常可靠地實現此類應用所需的精度水平的執行器。在這類應用中,可靠性實際上最終成為更多的限製因素,以確保執行器每次都能實現所需的定位。

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MISUMI MSA係列皮帶傳動驅動器

總之,重要的是要記住,今天的執行器是由先進的製造方法(如精密螺紋磨削)製造的,可用高強度不鏽鋼等優質材料製造,即使在高負載應用中,也能夠以經濟有效的方式實現卓越的精度水平。此外,僅根據精度選擇驅動器而不仔細考慮應用可能會導致過度設計,昂貴的係統,本可以通過使用質量較低,精度稍低的驅動器來實現,成本顯著降低。不可否認,這些類型的執行器可能無法與可比的“高精度”步進電機驅動執行器的精度相匹配;然而,工程師可以相信,這些執行器將足以滿足絕大多數自動化應用的精度和可靠性需求。

作者簡介

Carlicia Layosa

Carlicia是MISUMI的產品營銷工程師。她擁有伊利諾伊大學芝加哥分校的機械工程學士學位和能源工程碩士學位。她是SOLIDWORKS認證員工,Marketo認證專家,對教育和培訓充滿熱情。

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