V ultra{0}}přesné výrobě rozhoduje kvalita pohybu o všem.
Stroj může mít pokročilý software, špičkové{0}}motory a drahé senzory, ale pokud je samotný pohybový systém nestabilní, skutečná přesnost je nemožná.
To je přesně důvod, proč jsou vodicí systémy vzduchových ložisek stále důležitější v průmyslových odvětvích, jako jsou:
Výroba polovodičů
Optická kontrola
Přesná metrologie
Laserové zpracování
Letecké měření
Kontrola oplatky
Vysoko{0}}rychlostní skenovací systémy
Ve srovnání s tradičními mechanickými vodicími systémy mohou vzduchová ložiska dosahovat téměř nulového pohybu s extrémně vysokou opakovatelností a hladkostí.
Ale je tu jedna věc, kterou mnoho lidí přehlíží:
Systém vzduchových ložisek je pouze tak stabilní jako základ pod ním.
A v mnoha špičkových{0}}přesných systémech je tímto základem žula.
Co je vodicí systém vzduchových ložisek?
Vodicí systém vzduchových ložisek využívá tenkou vrstvu stlačeného vzduchu k vytvoření bez{0}}kontaktního pohybu mezi pohyblivými součástmi.
Namísto valivých kuliček nebo mechanických kontaktních ploch se pohyblivý stupeň „vznáší“ na mikroskopickém vzduchovém filmu.
To přináší několik hlavních výhod:
Téměř nulové tření
Bez mechanického opotřebení
Extrémně hladký pohyb
Vysoká opakovatelnost polohování
Minimální vibrace
Snížená tvorba tepla
U extrémně{0}}přesných aplikací je to zásadní.
I nepatrné prokluzování tyče-z konvenčních ložisek může ovlivnit:
Optická kvalita zobrazení
Přesnost laserové dráhy
Opakovatelnost měření
Přesnost polohování polovodičů
Vzduchová ložiska odstraňují velkou část tohoto mechanického rušení.
Proč tradiční mechanická vodítka dosahují svých limitů
Tradiční lineární vedení fungují dobře pro mnoho průmyslových aplikací.
Když se však stroje pohybují směrem k přesnosti na úrovni mikronů -nebo nanometrů{1}}, běžné systémy začnou vykazovat omezení.
Mezi běžné problémy patří:
Mechanické tření
Časem opotřebení
Nestabilita mazání
Tepelná deformace
Přenos vibrací
Polohovací hystereze
Při vyšších rychlostech a užších tolerancích jsou tyto problémy stále viditelnější.
Například:
V polovodičových kontrolních zařízeních mohou kvalitu obrazu ovlivnit i mikroskopické vibrace.
V laserových systémech může nestabilní pohyb ovlivnit umístění paprsku.
V přesné metrologii malé nekonzistence pohybu přímo ovlivňují spolehlivost měření.
To je důvod, proč více výrobců přechází na platformy pro pohyb vzduchových ložisek.
Proč se žula používá pod vzduchová ložiska
Jedná se o jedno z nejdůležitějších návrhových rozhodnutí v ultra{0}}přesném strojírenství.
Vzduchová ložiska vyžadují extrémně stabilní a ultra{0}}rovný referenční povrch.
A žula přesně to poskytuje.
Ve srovnání s ocelovými nebo svařovanými konstrukcemi strojů nabízí přesná žula:
Vynikající tlumení vibrací
Výborná tepelná stabilita
Vysoká tuhost
Dlouhodobá konzistence rozměrů-
Nekorozivní{0}vlastnosti
Ne-magnetické chování
To nejdůležitější:
Žula extrémně dobře udržuje rovinnost po dlouhou dobu.
To je kritické, protože vzduchový film uvnitř vzduchového ložiskového systému je neuvěřitelně tenký.
Velmi malé odchylky povrchu mohou ovlivnit:
Stabilita vzduchové mezery
Hladkost pohybu
Přesnost přímosti
Opakovatelnost
V praktickém strojírenství se samotná žula stává součástí systému řízení pohybu.
Plynulý pohyb začíná přesností povrchu
Mnoho zákazníků se silně zaměřuje na motory, kodéry a software.
Ale zkušení inženýři vědí:
Kvalita povrchu pod vzduchovým ložiskem je často důležitější.
Pokud žulový vodicí povrch obsahuje:
Chyba rovinnosti
Odchylka paralelismu
Zvlnění povrchu
Tepelná nestabilita
výkon vzduchového ložiska okamžitě trpí.
To může způsobit:
Pohybová fluktuace
Snížená přesnost polohování
Nestabilita vzduchového filmu
Vibrace při cestování
Nekonzistence měření
To je důvod, proč musí být přesné žulové vedení vyrobeno s extrémně úzkými tolerancemi.
V některých ultra-přesných systémech se požadavky na rovinnost mohou blížit sub-mikrometrovým úrovním.
Žula také řeší problémy s vibracemi
Jednou z hlavních výhod žuly je tlumení vibrací.
Kovové konstrukce mají tendenci přenášet vibrace snadněji.
Žula přirozeně absorbuje a rozptyluje vibrační energii mnohem lépe než mnoho kovových materiálů.
To se stává nesmírně důležité v:
Vysoko{0}}rychlostní skenovací systémy
Optická měřicí zařízení
Polovodičové stupně
Laserové obráběcí systémy
Přesné zobrazovací platformy
Přesnost pohybu mohou ovlivnit i nepatrné vibrace okolního prostředí od blízkých strojů nebo pohybu podlahy.
Správně navržená žulová struktura pomáhá izolovat tyto poruchy dříve, než dosáhnou stupně přesnosti.
Tepelná stabilita je větší problém, než si většina lidí myslí
Změny teploty jsou jedním z největších skrytých problémů v systémech přesného pohybu.
Kov se při kolísání teploty poměrně rychle roztahuje a smršťuje.
Žula se chová mnohem stabilněji.
V reálném továrním prostředí stroje často pracují nepřetržitě po dlouhé hodiny. Teplo generované motory, elektronikou a okolním zařízením může postupně deformovat struktury strojů.
I tepelná deformace na úrovni mikronů- může způsobit vážné chyby určování polohy v extrémně-přesných aplikacích.
Nízká tepelná roztažnost žuly pomáhá udržovat:
Rovnost pohybu
Geometrická stabilita
Konzistence umístění
Dlouhodobá-opakovatelnost
To je jeden z důvodů, proč se žula hojně používá v polovodičovém a metrologickém průmyslu.
Ne všechny žuly jsou vhodné pro systémy vzduchových ložisek
To je důležitá průmyslová realita.
Někteří dodavatelé používají ke snížení nákladů kámen s nízkou{0}}hustotou nebo dokonce mramor.
Problém je v tom, že-nekvalitní materiál může mít:
Slabá vnitřní struktura
Nižší tuhost
Vyšší absorpce vlhkosti
Špatná dlouhodobá-stabilita
Rychlejší opotřebení
U systémů vzduchových ložisek kvalita materiálu přímo ovlivňuje výkon.
V UNPARALLELED Group používá společnost patentovanou černou žulu UNPARALLELED® s hustotou kolem 3100 kg/m³, která nabízí silnější strukturální stabilitu a tlumení vibrací ve srovnání s mnoha standardními žulovými materiály.
Žula s vyšší{0}}hustotou zlepšuje:
Konstrukční tuhost
Stabilita povrchu
Dynamické pohybové chování
Dlouhodobé zachování přesnosti-
U ultra{0}}přesných pohybových systémů je nesmírně důležitý samotný materiál.
Měření žuly je těžší než její obrábění
Mnoho společností umí obrábět žulu.
Mnohem méně lidí dokáže přesně změřit ultra{0}}přesné vodicí povrchy.
V systémech vzduchových ložisek je schopnost měření naprosto kritická.
Profesionální výrobci používají pokročilé metrologické vybavení, jako jsou:
Laserové interferometry
Elektronické úrovně
Přesné autokolimátory
Nástroje pro drsnost povrchu
Indikátory vysokého-rozlišení
Stejně tak důležitá je sledovatelnost měření.
V UNPARALLELED Group jsou kalibrační systémy sledovatelné až k oficiálním metrologickým institutům, což pomáhá zajistit konzistenci a spolehlivost pro vysoce přesné aplikace.
Protože v ultra{0}}přesném inženýrství:
Pokud nelze vodicí plochu přesně změřit, nelze ji přesně vyrobit.
Zručné ruční lapování je stále důležité
I u vyspělých CNC strojů závisí konečná přesnost často na ručních dokončovacích procesech.
Zejména v žulových vzduchových ložiskových vedeních.
Zkušení lapovací technici mohou provádět korekce na úrovni mikronů{0}}, které výrazně zlepšují:
Plochost
Přímost
Konzistence povrchu
Chování vzduchového filmu
Mnoho špičkových{0}}výrobců žuly stále spoléhá na techniky s desítkami let zkušeností s ručním{1}}lapováním.
V ultra{0}}přesné výrobě zůstává řemeslné zpracování nesmírně důležité.
Typické aplikace žulových vzduchových ložiskových systémů
Dnes jsou žulové vzduchové ložiskové systémy široce používány v:
Kontrola polovodičových destiček
Přesné laserové zpracování
AOI systémy
Souřadnicové měřicí stroje
Optická metrologie
Průmyslová CT zařízení
Rentgenové kontrolní systémy
Přesné pohybové plošiny
Zařízení pro vědecký výzkum
Vzhledem k tomu, že se výrobní tolerance stále zmenšují, poptávka po kluzných a ultra{0}}stabilních pohybových systémech neustále roste.
Výběr správného dodavatele žulových vzduchových ložisek
Při hodnocení dodavatele by zákazníci měli hledět za hranice jednoduchého obrábění.
Mezi důležité otázky patří:
Jaký materiál žuly se používá?
Jaké přesnosti rovinnosti lze dosáhnout?
Je vedení měřeno pokročilými metrologickými systémy?
Jsou kalibrační záznamy sledovatelné?
Rozumí dodavatel integraci vzduchových ložisek?
Mohou podporovat ultra-velké struktury?
Je teplota výrobního prostředí řízena?
U vysoce{0}}přesných systémů je dlouhodobá-spolehlivost důležitější než krátkodobé-úspory nákladů.
Závěrečné myšlenky
Vodicí systémy vzduchových ložisek představují jednu z nejvyšších úrovní dnes dostupných technologií přesného pohybu.
Hladký pohyb však nepochází pouze ze vzduchového ložiska.
Vychází ze stability, rovinnosti a tuhosti konstrukce pod ním.
Proto se žula stala základem tolika ultra{0}}přesných pohybových systémů po celém světě.
Vzhledem k tomu, že průmyslová odvětví postupují směrem k výrobě na-úrovni nanometrů, bude role přesné žuly v řízení pohybu jen nabývat na významu.
Protože v ultra{0}}přesném strojírenství začíná stabilní pohyb vždy od stabilního základu.