Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Kuličkový šroub, nebo lineární motor?
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Kuličkový šroub, nebo lineární motor?

Jednu z obou variant si mohou stavitelé strojů, polohovacích zařízení či automatizační techniky vybrat v sortimentu lineární techniky společnosti Hiwin. Tato společnost má výrobní závody na Tchaj-wanu, v Japonsku, USA, Německu a také zastoupení v České republice, kam jsem se zajel podívat.

Společnost Hiwin, s. r. o., byla založena koncem roku 2001. Její začátky byly poměrně skromné, nyní však společnost sídlí v moderních prostorách v průmyslové zóně na okraji Brna. Firma je výhradním distributorem produktů Hiwin pro Českou republiku, Slovensko a několik balkánských zemí, dodává ale také i do bývalých sovětských republik. Export se na obratu firmy podílí přibližně z jedné čtvrtiny.

Výroba lineární techniky

Naše výroba se zaměřuje na dvě produktové skupiny,“ informuje mě výkonný ředitel společnosti Ing. Pavel Cach. „První zahrnuje lineární vedení a kuličkové šrouby, které společně představují asi 80 % výroby. Druhou skupinou jsou polohovací systémy na bázi lineárních motorů a lineárních vedení nebo kuličkových šroubů. Ty se montují do speciálních hliníkových U-profilů, které jsme si pro tento účel sami navrhli. Celek pak tvoří lineární osu, určenou k zástavbě do zákaznických jednoosých nebo víceosých systémů.“

Tyto práce se provádějí ve dvou halách, které jsou propojeny s moderní administrativní budovou. V první hale se nachází expedice a sklad polotovarů a komponentů.
K dispozici jsou zde mj. dva automatické vertikální skladovací systémy nebo strojní vybavení pro dělení polotovarů, začišťování čel či srážení hran kolejnic lineárního vedení, žíhačka a rovnačka na kuličkové šrouby. V zadní části haly probíhá montáž lineárních vedení s kuličkovými šrouby. V navazující druhé hale se montují lineární osy.

Lineární vedení a kuličkové šrouby

Brněnský závod se zaměřuje především na zakázkovou výrobu. To znamená, že pohony se vyrábějí na míru, v délkách podle požadavků výrobců finálních zařízení. V případě pohonů s kuličkovými šrouby jde především o úpravu rozměrů podle zákaznických požadavků a montáž pohonu. Kolejnice a šroubovice pro tento účel jsou nakupovány ve standardních rozměrech v délkách 4 000 nebo 5 600 mm od mateřské společnosti na Tchaj-wanu nebo z evropské centrály v Německu, přičemž kuličkové šrouby jsou dodávány v provedení podle požadované přesnosti, a to jako válcované, přesně okružované nebo broušené. Kolejnice a šroubovice jsou pak děleny na poloautomatických řezačkách na požadované rozměry a následně jsou na frézce zarovnána čela a sraženy hrany. Šroubovice se pak odvážejí do kooperace k obrobení konců podle standardních nebo zákaznických výkresů. Jelikož jejich polotovary jsou povrchově kalené, jsou ještě předtím konce nařezaných šroubovic z důvodu snadné obrobitelnosti indukčně žíhány na vysokofrekvenčním generátoru.

Při následné montáži pohonů může být na přání zákazníka provedeno tzv. překuličkování. Vozíky jsou totiž standardně dodávány s určitým předepnutím vůči vedení, které je možné v případě požadavku změnit změnou velikosti kuliček. Překuličkování je možné provést i u matic kuličkových šroubů, což je však technicky náročnější. Po montáži následuje balení a expedice.

Lineární pohony a jejich příslušenství

Rovněž lineární pohony jsou sestavovány na základě detailních požadavků zákazníků pro konkrétní aplikaci. Jejich vývoj probíhá na Tchaj-wanu, v Německu, v Brně a každý z těchto závodů disponuje vlastní produktovou řadou pro daný trh. Výroba v Brně zahrnuje dělení hliníkového profilu, do něhož jsou montovány kolejnice lineárního vedení, magnetická dráha (stator) a jezdec pozůstávající z unášecí desky, vozíků lineárního vedení a rotoru lineárního motoru.

 


Lineární vedení s dvěma základními provedeními vozíků

 

U-profily jsou k dispozici v několika provedeních, které jsou vyráběny na Slovensku podle vlastní dokumentace. Oba typy lineárních pohonů – se šroubem i s lineárními motory – mohou být vybaveny dalším příslušenstvím, například magnetickým nebo optickým lineárním odměřováním, centrálním mazacím systémem s vlastní řídicí jednotkou pro mazání vozíků lineárního vedení a u pohonů s kuličkovým šroubem také pro mazání samotného kuličkového závitu. Mezi další volitelné prvky polohovacích systémů patří montáž koncových spínačů polohy, krytovaní nebo instalace klidové brzdy.
 


Detail kuličkového šroubu s přírubovou maticí

 

Zákazníkům jsou k dispozici rovněž kompaktní katalogové pohony – KK moduly, které jsou vyráběny na Tchaj-wanu a distribuovány z brněnského skladu.
 


Detail lineárního vedení s vozíkem

 

Jaký typ pohonu vybrat?

Kdy zvolit lineární motor a kdy pohon s kuličkovým šroubem? Každý typ pohonu má své přednosti a nevýhody. „Zde záleží na konkrétní aplikaci,“ vysvětluje vedoucí oddělení lineárních pohonů Tomáš Sojka. „Pro aplikace, ve kterých je požadována vysoká tuhost a vyskytují se velké síly – jako například u obráběcích strojů, když jde nástroj do řezu – nejsou lineární motory příliš vhodné a je lépe použít pohony s kuličkovými šrouby. Naopak pro delší posuvy, velké rychlosti a zrychlení a menší síly jsou ideální lineární motory. Jejich další výhodou je, že na jednom statoru se může nezávisle a různými rychlostmi pohybovat i několik jezdců.“


Kompaktní KK modul s krokovým motorem

 

Jak jsem se dále dozvěděl, lineární motory jsou vhodné zejména pro horizontální aplikace. Svislé osy ve tříosých systémech vyžadují z bezpečnostních důvodů silovou kompenzaci například hydraulickými válci, která zajistí, aby při vypnutí stroje nebo přerušení dodávky proudu jezdec nesjel po ose dolů.

 

Lineární motory v praxi

Zajímal jsem se, jak je to s uplatněním lineárních motorů v praxi. „Jedná se o perspektivní technologii,“ odpovídá Pavel Cach. „Na oddělení, které má lineární motory na starosti, u nás pracují tři obchodníci, tři technici plus pracovníci montáže, celkem 13 lidí. Nicméně zákazníci často bývají konzervativní. Úlohou našich obchodníků a techniků však je nabídnout jim to nejvhodnější řešení.“

K tomu je potřeba detailně znát danou aplikaci,“ upřesňuje jeho slova Tomáš Sojka. „Zákazníkovi můžeme navrhnout jak pohon kuličkovým šroubem, tak lineárním motorem. On musí zvážit všechna pro a proti a na základě toho si vybrat.“ Jednou z výhod lineárních motorů je, že se jedná o přesnou bezúdržbovou aplikaci, bez mechanických vůlí. Zatímco u kuličkových šroubů je potřeba počítat s vůlemi mezi šroubem a maticí, ve spojce, ložiskách a motoru, čímž vznikají nepřesnosti, které se postupným opotřebením zvětšují, přesnost polohování lineárního motoru je dána jen funkčností magnetu a magnetické dráhy. „Pravda je, že pořizovací hodnota lineárního motoru je vyšší, avšak i řešení s lineárními motory může vyjít levněji. Závisí na délce pojezdu, požadované přesnosti a dynamice – není problém polohovat na tisíciny milimetru rychlostmi 2–3 m.s-1, což jsou pro kuličkový šroub hraniční nebo v mnoha případech dokonce nedosažitelné parametry.“

Zákazníci také někdy mívají z řízení lineárních motorů zbytečný strach. „Náročnost řízení lineárních motorů a pohonů s kuličkovými šrouby je však obdobná,“ vysvětluje Sojka. „Měniče řídící servomotory v pohonech s kuličkovým šroubem jsou stejné nebo velmi podobné těm, které se používají pro řízení lineárních motorů.“

Oblasti aplikací

K hlavním oblastem aplikací lineární techniky společnosti Hiwin patří automatizace výroby, měřicí stroje, balicí linky, opominout nelze ani školní aplikace, například na technických univerzitách. Na vývoji pracují dva konstruktéři, dva pohonáři, kteří programují řídicí systémy, a projektant, který navrhuje ideu celkového řešení.
 


Aplikace – kompletní osa s lineárním motorem


Detail lineární osy s lineárním motorem


Aplikace – dvouosý X-Y systém s lineárními motory

 

 

Zákazníci si u společnosti Hiwin mohou nejen zakoupit komponenty a jednotlivé osy, ale také nechat si navrhnout a dodat i komplexní a náročnější aplikace. Jednotlivé komponenty lze dodat ze skladu podle požadavků zákazníka do dvou až tří dnů, na dodávku kuličkového šroubu „na míru“ je třeba počítat se dvěma až třemi týdny kvůli nutnosti obrábění jeho konců. Dodávka kompletního víceosého systému pohonu pro stroj obvykle trvá 10 až 12 týdnů včetně konstrukce, schválení výrobní dokumentace zákazníkem a následné výroby. „Zákaznické aplikace jsou naší konkurenční výhodou a v této oblasti máme také největší nárůst tržeb – v roce 2015 to bylo asi 10 milionů korun, letos plánujeme kolem 30 milionů,“ uzavírá Cach.

 


Řez rotorem lineárního motoru

Pavel Marek

pavel.marek@mmspektrum.com

Další články

Automatizace, regulace
Převody/pohony/ložiska/spojky

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: