Täppistehnikal on kaaluprobleem. Mida raskem on liikuv struktuur, seda rohkem inerts tal on ning inerts on kiiruse, kiirenduse ja kiire settimise vaenlane. Aastakümneid oli vastuseks malm või graniit, nii suurepärase jäikuse kui ka summutav, kuid raske. Süsinikkiust täppistala muudab selle -kompensatsiooni. See tagab väga suure jäikuse murdosa kaalust, mistõttu pooljuht-, laser- ja uute{5}}energiaseadmete pukktalad, risttalad ja sillakonstruktsioonid ehitatakse üha enam metalli asemel süsinikkiust. See artikkel selgitab, kuhu süsinikkiust silla tala sobib, mida sellega saab ja mida mitte ning miks parimad süsteemid kombineerivad selle graniidiga, mitte ei asenda seda.
Mis on süsinikkiust täppistala
Süsinikkiust täppistala on koormust{0}}kandev element, mis on valmistatud süsinik-kiud-tugevdatud polümeerist (CFRP), mis on süsinikkiudude komposiit, mida hoitakse vaigumaatriksis. Kiud kannavad koormust ja vaik hoiab neid paigal. Paigaldades kiud valitud suundades ja virnastades kihte, saab tala konstrueerida nii, et jäikus ja tugevus paiknevad täpselt seal, kus koormustee jookseb - midagi, mida homogeenne teras- või graniidiplokk ei suuda. Tulemuseks on tala tihedusega umbes 1500–1600 kg/m³, peaaegu viiendik terasest, kuid samas piisavalt jäik, et olla täppismasina liikuva teljena.
Miks struktuuri kaal määrab dünaamilise jõudluse?
Staatilisel masinal on mass vaid kulu. Liikuval teljel on see piir. Iga kilogramm, mida servo peab kiirendama, tuleb ka aeglustada ja seejärel settida ning raske telje settimisaeg seab kiiruse täpsuse lae. Liikuva massi vähendamine toetub sellele otse: kergem tala võimaldab sama mootori puhul suuremat kiirendust, lühemat settimist, vähem vibratsiooni tagurdamisel ja väiksemaid ajameid. Miljoneid tsükleid töötavate seadmete puhul on see dünaamilise käitumise erinevus olulisem kui väike staatilise jäikuse suurenemine.
Süsinikkiud vs teras, alumiinium ja graniit
Neli levinud konstruktsioonimaterjali vahetavad üksteise vastu kaalu, jäikust, termilist käitumist ja amortisatsiooni. Allolev tabel võtab kokku erinevused, mis valikut mõjutavad.
| Kinnisvara | Süsinikkiust komposiit | Teras | Alumiinium | Graniit |
|---|---|---|---|---|
| Tihedus (kg/m³) | Umbes 1500-1600 | Umbes 7850 | Umbes 2700 | Umbes 2900-3100 |
| Spetsiifiline jäikus | Kõrgeim | Madal | Madal kuni mõõdukas | Kõrge |
| Soojuspaisumine (×10⁻⁶/kraad) | Nullilähedane piki kiude | Umbes 11-13 | Umbes 23 | Umbes 5-8 |
| Summutamine | Mõõdukas, häälestatav -ülespanekuga | Madal | Madal | Väga kõrge |
| Korrosioon | Ei roosteta | Rooste | Oksüdeerib | Ei roosteta |
| Ülikond liikuvate telgede jaoks | Parim (kerge ja jäik) | Kehv (raske) | Õiglane (pehme) | Kehv (raske) |
Kus kasutatakse süsinikkiust täppistalasid
Kõige selgem nõudlus on seadmete puhul, kus telg peab tööriista või andurit kiiresti liigutama ja peatuma ilma ülelöögita. Pooljuht- ja kuvariseadmetes kannavad süsinikkiust sillatalad plaate, skaneerimispäid ja kontrolloptikat üle meetri pikkuse teekonna. Lasertöötlemisel hoiab süsinikkiust täppiskiir galvopead või lõikeotsakut portaalil, kus kerge mass kaitseb kiire rastri dünaamikat. Uutes-energiatootmises kasutavad aku- ja fotogalvaanilised liinid kergeid talasid, et hoida pikad käiguteljed tundlikuks ilma ajamite ülemõõtmisteta. Sama loogika kehtib ka CMM-platvormide, AOI platvormide ja mis tahes XY tabeli kohta, kus inerts, mitte jäikus on piiriks.
Mida süsinikkiud ei lahenda
Süsinikkiud ei ole graniidi universaalne asendaja ja selle käsitlemine põhjustab probleeme. Selle summutus, ehkki parem kui terasel, on tunduvalt madalam kui graniidil, nii et konstruktsioon, mis tugineb vibratsiooni neelamisel ainult materjalile, võib heliseda. Selle termiline käitumine on suunatud: paisumine on piki kiude nullilähedane, kuid üle nende suurem, nii et halvasti-üles asetatud kiir võib temperatuuriga ebaühtlaselt moonduda. Selle jäikus on samuti suunatud ja vales suunas koormatud tala paindub rohkem, kui joonisel eeldatakse. Süsinikkiud on samuti kallis ega võta otseselt niite ega kandepindu. - Vahetükid, padjad ja töödeldud liidesed peavad olema liimitud või sisse valatud. Need piirid on reaalsed ja seetõttu kasutatakse materjali seal, kus selle tugevuse- ja-massi suhe teenib oma kulusid, mitte kõikjal.
Hübriidne lähenemine: graniidist alus, süsinikkiust tala
Kõige vastupidavamad suure täpsusega{0}}struktuurid on hübriidid. Graniit kannab osi, mis peavad olema surnud: alus, alus, metroloogiline raam, mille mass on UNPARALLELED® musta graniidi jaoks umbes 3100 kg/m³ juures -, selle kaal summutab vibratsiooni ja hoiab termilist stabiilsust. Süsinikkiud kannab osi, mis peavad liikuma: pukk-tala, risttala, sild. Graniitalus, mis on ühendatud süsinikkiust talaga, annab suure summutuse kohas, kus masin on ankurdatud, ja väikese massi, kus see liigub. See on ka põhjus, miks neid kahte on kõige parem osta ühelt tarnijalt: nendevahelised liidesed - tasapinnalisus, paralleelsus ja sisestusasendid - peavad jääma samale tolerantsile, vastasel juhul kaotab hübriid täpsuse, mille jaoks kumbki pool oli valitud.
Kuidas UNPARALLELED® neid struktuure ehitab ja kontrollib
UNPARALLELED® käsitleb süsinikkiust täppistalasid osana mitmest materjalist-platvormist, mitte ühest tootest. Graniitpoolt töödeldakse seadmetel, mis käitlevad kuni 20 m pikkuseid, 4000 mm laiuseid ja 1000 mm paksuseid üksiktükke kuni ca 100 t, suure veskiga viimistlusplatvormid kuni 6000 mm. Süsinikkiust pool on kokku pandud, kõvendatud ja täppis{11}}töödeldud, et sobitada, seejärel liimitakse või poltidega graniidist aluste ja töödeldud sisetükkidega, nii et koost hoiab üht nullpunkti. Lihvimine, lappimine, käsitsi-kraapimine ja kontrollimine toimub kõik{14}}temperatuuriga töökojas ning iga valmis konstruktsiooni tasasust, sirgust ja geomeetriat kontrollitakse enne tarnimist. Graniidi ja süsinikkiuga kombineerimise mõte pole uudne; see asetab iga materjali sinna, kus see kõige paremini toimib.
Õige struktuuri valimine
Valige süsinikkiust täppistala, kui telg liigub ja inerts piirab jõudlust, kui konstruktsioon on pikk ja toetuseta või kui iga liikuvas massis säästetud kilogramm tasub end ära ajami suuruse, kiiruse ja settimisaja poolest. Valige graniit või graniidist alus, kui detail kinnitab masina, määrab metroloogia lähtepunkti või peab aastate jooksul vastu pidama termilisele triivile ja vibratsioonile. Paljud kõige nõudlikumad masinad vajavad mõlemat ja tehniline lahendus seisneb nendevahelises liideses. Kas projekt nõuab agraniidist masina alusvõi agraniidist lineaarse liikumise etappsüsinikkiust talaga ühendatud UNPARALLELED® ehitab paari üheks struktuuriks.
Süsinikkiust täppistalad pole moes; need on vastus tegelikule füüsilisele piirile. Kuna pooljuht, laser, optiline kontroll ja uued-energiaseadmed tõukuvad liikumist, kiirust ja täpsust korraga, peab liikuv struktuur muutuma korraga kergemaks ja jäigemaks ning süsinikkiud on materjal, mis teeb mõlemat. Küps vastus ei ole üksi süsinikkiud, vaid süsinikkiud, mis töötab graniidiga - süsinikkiust sildtala liikumiseks, graniidist alus võrdluseks. Saatke meile vajalik teekond, koormus ja täpsus ning me pakume välja ühest või kahest materjalist konstruktsiooni, mis seda hoiab.