Einachsige vs. mehrachsige Linearbewegungssysteme: Wie man das richtige auswählt

Ein einachsiger Lineartisch bewegt eine Last in eine kontrollierte Richtung, während ein mehrachsiges lineares Bewegungssystem zwei oder mehr Achsen kombiniert, um die Last in einer Ebene oder einem dreidimensionalen Raum zu positionieren. Der Unterschied besteht nicht nur in der Anzahl der Linearmodule. Mehrachsige Geräte erfordern außerdem eine koordinierte Steuerung, ausreichende strukturelle Steifigkeit, Kabelmanagement und eine sorgfältige Berücksichtigung akkumulierter Positionierungsfehler.

Für Käufer stellt sich die praktische Frage, ob die Anwendung nur eine unabhängige Bewegung oder eine koordinierte Positionierung in X-, Y- und Z-Richtung benötigt. Dieser Leitfaden vergleicht die wichtigsten Systemstrukturen und erläutert, welche Informationen vor der Auswahl überprüft werden sollten.

Der grundlegende Unterschied

Aeinachsiger Lineartischerzeugt eine kontrollierte Bewegung entlang einer geraden Bahn. Abhängig von der Installationsrichtung kann dieser Pfad als X-, Y- oder Z-Achse beschrieben werden. Ein einachsiger Tisch kann zum Zuführen, Schieben, Heben, Positionieren, Abgeben oder Übertragen eines Werkstücks verwendet werden.

AMehrachsiges lineares Bewegungssystemist eine Anordnung aus zwei oder mehr Bewegungsachsen. Die Achsen sind zusammen montiert, sodass das Endwerkzeug, die Vorrichtung oder das Werkstück unterschiedliche Positionen in einem zweidimensionalen oder dreidimensionalen Arbeitsbereich erreichen kann.

Mit anderen Worten handelt es sich bei einem Mehrachssystem in der Regel nicht um einen völlig anderen Typ eines Linearmoduls. Dabei handelt es sich um eine Bewegungsstruktur, die durch die Kombination geeignet ausgewählter Achsen mit Montageplatten, Motoren, Sensoren, Kabeln und einem Bewegungscontroller entsteht.

Einachsiges vs. mehrachsiges Linearbewegungssystem

Gängige Mehrachsenkonfigurationen

XY-Linearbewegungssystem

Ein XY-System bewegt eine Last über eine horizontale Ebene. Eine Achse ist auf der anderen montiert und wird von dieser getragen, daher muss die untere Achse die bewegte Masse der oberen Achse, des Motors, der Montageplatte, des Werkstücks und der Werkzeuge tragen. Zu den typischen Anwendungen gehören Inspektion, Markierung, Dosierung und Bauteilpositionierung.

XZ-Linearbewegungssystem

Ein XZ-System kombiniert horizontales Fahren mit vertikalem Heben. Besondere Aufmerksamkeit erfordert die vertikale Achse, da die Schwerkraft ständig auf die Last einwirkt. Das Haltemoment des Motors, das Bremsen, das Risiko des Rückdrehens der Kugelumlaufspindel und der Schutz vor einem unkontrollierten Absturz müssen berücksichtigt werden.

XYZ-Linearbewegungssystem

Ein XYZ-System kann ein Werkzeug oder Werkstück dreidimensional positionieren. Es eignet sich für automatisierte Montage-, Mess-, Dosier- und Pick-and-Place-Aufgaben. Die Basisachse trägt normalerweise die größte bewegte Gesamtmasse, während die oberen Achsen ausreichend kompakt bleiben müssen, um Trägheit und strukturelle Durchbiegung zu reduzieren.

Portalsystem

Ein Portalsystem unterstützt eine Querachse von zwei Seiten und wird häufig für einen größeren Arbeitsbereich oder eine Last ausgewählt, die ein großes Kippmoment erzeugt. Wenn zwei parallele Antriebsachsen verwendet werden, müssen diese synchronisiert bleiben, um ein Verrutschen, Blockieren oder eine ungleichmäßige Führungsbelastung zu verhindern.

Faktoren, die die Auswahl des Linearbewegungssystems beeinflussen

1. Erforderlicher Bewegungspfad

Beginnen Sie mit dem eigentlichen Prozess und nicht mit der gewünschten Anzahl an Achsen. Eine Komponente, die sich nur zwischen zwei Positionen bewegt, erfordert möglicherweise eine Achse. Ein Dosierkopf, der einen flachen Arbeitsbereich abdecken muss, erfordert normalerweise eine XY-Bewegung, während ein Prozess, der auch ein Anheben oder eine Tiefenanpassung erfordert, möglicherweise eine XYZ-Bewegung erfordert.

2. Effektiver Hub und Bauraum

Der effektive Hub ist der nutzbare Hub, der für die Anwendung erforderlich ist. Sie entspricht nicht der Gesamtlänge des Moduls. Außerdem muss Platz für Motor, Kupplung bzw. Getriebe, Sensoren, Kabelführung und Wartungszugang vorgesehen werden.

3. Last, Kraft und Moment

Wählen Sie ein Modul nicht allein nach dem Nutzlastgewicht aus. Die Berechnung sollte Werkzeuge, Vorrichtungen, Oberachsen, Motoren, Beschleunigungskräfte und Prozesskräfte umfassen. Eine versetzte Last erzeugt Nick-, Roll- oder Giermomente, die die Führungsblöcke überlasten können, selbst wenn die Gesamtnutzlast akzeptabel erscheint.

4. Geschwindigkeit, Beschleunigung und Zykluszeit

Eine hohe Beschleunigung erhöht den Drehmomentbedarf des Motors und die dynamische Belastung des Moduls. Für ein schnelles Mehrachsensystem kann eine leichtere Struktur der oberen Achse erforderlich sein. Wenn die Anwendung einen langen Hub oder eine hohe Verfahrgeschwindigkeit aufweist, müssen auch die kritische Geschwindigkeit der Kugelumlaufspindel, die Anordnung der Spindelhalterung und der Antriebstyp überprüft werden.

5. Positionierungsgenauigkeit und Wiederholbarkeit

Die Positionierungsgenauigkeit beschreibt, wie genau der Tisch die vorgegebene Koordinate erreicht. Die Wiederholbarkeit beschreibt, wie konsistent es zur gleichen Position zurückkehrt. Ein Mehrachsensystem muss zusätzlich die Rechtwinkligkeit zwischen den Achsen, die Genauigkeit der Montageoberfläche, die strukturelle Durchbiegung und den Kalibrierungsfehler kontrollieren.

Daher garantiert die Auswahl mehrerer präziser Einachsmodule nicht automatisch die gleiche Genauigkeit am Tool Center Point nach der Montage.

6. Betriebsumgebung

Staub, Metallspäne, Ölnebel, Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen beeinträchtigen die erforderliche Schutzstruktur. Offene Module ermöglichen einen einfacheren Zugang, während halbgeschlossene oder geschlossene Module einen besseren Schutz für die Kugelumlaufspindel und die Führungskomponenten bieten. Kabelketten und Sensorschutz sollten in der Systementwurfsphase geplant werden.

7. Motor- und Steuerungsmethode

Eine einachsige Anwendung kann eine relativ einfache Schritt- oder Servosteuerungsanordnung verwenden. Für die koordinierte Mehrachsinterpolation sind in der Regel ein kompatibler Motion Controller, geeignete Antriebe und eine korrekt konfigurierte Rückmeldung erforderlich. Motortyp, Flanschabmessungen, Bremsanforderungen und Encoderanordnung sollten bestätigt werden, bevor die mechanische Schnittstelle fertiggestellt wird.

Welche Struktur ist für Ihre Anwendung geeignet?

Für die Auswahl des Linearmoduls erforderliche Informationen

Um eine auszuwähleneinachsiges oder mehrachsiges LinearmodulGeben Sie für jede Achse die folgenden Informationen an:

• Erforderliche Achsanordnung: Einzelachse, XY, XZ, XYZ oder Gantry
• Effektiver Hub jeder Achse
• Horizontaler, vertikaler oder geneigter Einbau
• Gesamte bewegte Masse, einschließlich Werkzeug und Oberachsen
• Lage des Lastschwerpunkts und etwaiger überhängender Lasten
• Erforderliche Geschwindigkeit, Beschleunigung und Zykluszeit
• Anforderungen an Positionierungsgenauigkeit und Wiederholbarkeit
• Motortyp, Leistung und Flanschabmessungen
• Betriebsumgebung und erforderliches Gehäuse
• Verfügbarer Installationsraum

Für ein Mehrachssystem reicht es oft nicht aus, nur den Hub und die Nutzlast bereitzustellen. Eine Layoutzeichnung, die die Achsausrichtung, Montagerichtung und Lastposition zeigt, hilft DLY dabei, die Struktur genauer zu bewerten.

FAQ

Können einachsige Linearmodule zu einem XY- oder XYZ-System kombiniert werden?

Ja. Allerdings sollten die Module nicht unabhängig voneinander ausgewählt werden. Die untere Achse muss für die kombinierte bewegte Masse dimensioniert sein und die Montageschnittstelle, Steifigkeit, Motorausrichtung, Sensoren und Kabelführung müssen für die gesamte Baugruppe geplant werden.

Benötigt ein Mehrachssystem immer Servomotoren?

Nein. Schrittmotoren eignen sich möglicherweise für einige Positionierungsaufgaben mit mittlerer Geschwindigkeit. Servomotoren werden im Allgemeinen bevorzugt, wenn die Anwendung eine höhere Geschwindigkeit, eine Rückkopplung mit geschlossenem Regelkreis, eine schnellere Beschleunigung oder eine anspruchsvollere koordinierte Bewegung erfordert. Die Entscheidung sollte auf dem vollständigen Bewegungsprofil basieren.

Welche Achse sollte in einem XYZ-System zuerst ausgewählt werden?

Der Auswahlprozess sollte mit dem beweglichen Werkzeug und der obersten Achse beginnen und sich dann nach unten vorarbeiten. Jede untere Achse muss neu berechnet werden, nachdem die Masse aller darüber installierten Komponenten addiert wurde.

Entspricht die Genauigkeit eines XYZ-Systems der Genauigkeit jedes Moduls?

Nicht unbedingt. Die endgültige Werkzeugpunktgenauigkeit wird auch von der Achsenausrichtung, der Rechtwinkligkeit, der Genauigkeit der Montagefläche, der strukturellen Durchbiegung, der Feedback-Anordnung und der Kalibrierung beeinflusst.