חלופה חשמלית לבוכנות פניאומטיות מבית היוצר של IAI –
החברה היפנית המובילה בשוק ההינעים הקוויים
ישראל כהן, אבירי טכנולוגיות
הבקרה של בוכנות המונעות ע”י חשמל טובה יותר מאשר בבוכנות פניאומטיות,
ניתן להניע אותן למיקומי ביניים מדויקים ביותר.
לעתים קרובות, הן חסכוניות יותר בקניה ומציגות חסכון מרשים באנרגיה .
אפשר למצוא את הבוכנות הפניאומטיות כמעט בכל מערכות ההרכבה האוטומטיות, בהתקני הרמה והשמה (pick and place), בהתקני הידוק (clamp), במעליות ובמפעילים (actuators) קוויים. הבוכנות הפניאומטיות, שהן מהירות וזולות, משמשות כאשר יש צורך להעביר עומסים קלים באופן חוזר ונשנה בין שתי נקודות קבועות.
עם זאת, הן לא השחקן היחיד בשטח. במקרים רבים בוכנות חשמליות הן בחירה טובה יותר. “אם אתה מעונין בבקרת תנועה חלקה ובנקודות מיקום מרובות, נדרשת לך בוכנה חשמלית,” כך טוען Armin Poetschke מהנדס יישומים בכיר בשלוחה של IAI באירופה (פרנקפורט). “בוכנת אוויר עוצרת בדרך כלל בשתי נקודות בלבד. בבוכנה חשמלית אתה יכול לתכנת עד 256 נקודות ויש לך בקרה משתנה של התאוצה ושל המהירות”.
הבוכנות החשמליות נראות כמו הבוכנות הפניאומטיות. עם זאת, המוט אינו מונע על ידי בוכנה ואוויר דחוס, אלא על ידי בורג מוביל ומנוע חשמלי. הבוכנות החשמליות מהירות, מדויקות וחזקות יותר. לדוגמה, המהירות של בוכנת RoboCylinder של IAI נמצאת בתחום שבין 1 ל–1,500 מ”מ בשנייה. אורך המהלך נמצא בטווח שבין 50 לבין 1,200 מילימטרים וההדירות (repeatability) היא +/–0.02 מ”מ. בהשוואה לבוכנות הפניאומטיות, הבוכנות החשמליות נקיות יותר, שקטות יותר, יעילות יותר ועמידות יותר, אומר Alan Augello, מנהל חטיבת המפעילים הקויים בחברת SKF Linear Motion Technologies. “הבוכנות החשמליות היו בעבר יקרות למדי בהשוואה לבוכנות הפניאומטיות” , הוא אומר. “כיום המחירים קרובים בהרבה ואם לוקחים בחשבון את סך כל עלויות ההפעלה, יש לבוכנות החשמליות ערך גבוה יותר.”
איור 1: פתרון ליישומי פתיחה וסגירה של דלת וליישומי הרמה והשמה בהדירות של +/–0.02 מ"מ.
איור 2: פתרון להעלאה ולהורדה של מנשא ולהזנת המוצרים בתהליך סימון.
איור 3: פתרון לגילוי, הרכבה בלחץ או הידוק של מוצרים בכוח דחיפה של עד 800 ניוטון.
איור 4: השוואת התנהגות בין בוכנה חשמלית לבוכנה פנאומטית , בתאוצה ובהאטה.
את הבורג המוביל אפשר להניע באמצעות מנוע צעד (stepper) או באמצעות מנוע סרוו. עבור יישומי דחיסה או לחיצה, יש להשתמש במנוע צעד. ליישומים של מהירות גבוהה צריך להשתמש במנוע סרוו. ליישומים כגון יישומים לחלוקה, יש להשתמש במנוע סרוו, מאחר שהוא מספק שליטה עדינה יותר על המהירות.”
אפשר להתקין את המנוע בקו אחד עם הבורג או במקביל אליו, בתלות בדרישות המקום. אם המנוע מותקן בצד, אפשר לחבר אותו לבורג מוביל באמצעות חגורת תזמון או על ידי גלגלי שיניים חלזוניים. הבורג צריך להיות מסוג ball screw בגלל דרישות הדיוק הגבוהות.
חלופה אלקטרו-מכנית נוספת לבוכנות הפניאומטיות היא המנוע הקווי גלילי. התקן זה מורכב משני חלקים גליליים: סטטור וגליל החלקה (slider). הסטטור מכיל כריכות, מיסבים התומכים בגליל ההחלקה וחיישנים לניטור המיקום וטמפרטורת המנוע. גליל ההחלקה הוא אוסף של מגנטי neodymium המוצבים בקוטביות מתחלפת. אורך הסטטור וקוטרו קובעים את רמת הכוח, בעוד אורך גליל ההחלקה קובע את המהלך.
המנועים הליניאריים מהירים. בתלות ביצרן, המהירות יכולה להיות גבוהה עד כדי 4,500 מ”מ בשנייה, התאוצה יכולה להגיע עד 40 g והכוח המרבי יכול להיות גבוה עד כדי 180 ק”ג. הם גם מאד מדויקים. מנועים ליניאריים יכולים להציב עומסים בדיוק מיקרוני.
מאחר ולא קיים קשר מכני או חשמלי כלשהו בין הסטטור לבין גליל ההחלקה, אפשר לחבר את גליל ההחלקה למנוע סיבובי, כך שניתן לסובב את העומס המחובר וגם להניע אותו לפנים ולאחור. בנוסף, קיימים מנועים ליניאריים צינוריים (tubular) עם גלילי החלקה חלולים, אשר שדרכם אפשר להעביר קווי אספקת אוויר וחיבורים חשמליים אל התופסנים, כיפות הואקום ואל החיישנים.
איור 5: דוגמאות של גרסאות שונות של בוכנות חשמליות מקו המוצרים RC RoboCylider של חברת IAI.
איור 6: דוגמה של מנוע קווי: סדרת המוצרים LSA LinearServoActuator של חברת IAI.
איור 7: מבנה בסיסי של בוכנה חשמלית.
בעת הזמנה של בוכנות חשמליות על המהנדסים להגדיר את העומס שיחובר, המהירות, המהלך, מחזור הפעולה ואורך החיים הצפוי. מחזור הפעולה הוא היחס בין זמן הפעולה לזמן המחזור הכולל. אם בוכנה מבצעת פעולה מחזורית לפנים ולאחור במשך 2 שניות ועוצרת למשך 4 שניות, מחזור הפעולה הוא 33%. הגדרת מחזור הפעולה חשובה על מנת להבטיח שהמנוע לא ייפגע מחימום יתר. אפשר להגדיר את אורך החיים הצפוי לפי סך כל המחזורים או סך כל הקילומטרים של תנועה במהלך חיי הפעולה של המכונה.
המהנדסים צריכים גם להגדיר את כיוון הפעולה של הבוכנה (אופקי, אנכי או אלכסוני) ואת כל דרישות תנאי הסביבה המיוחדות, כגון פעולה בחדר נקי. בדומה לכל בוכנה פניאומטית, יש להתקין את הבוכנה החשמלית כך שלא תהיה נתונה לעומס מכני צדי. יש לישר את העומס עם מרכז הציר של הבוכנה.
