ปัจจัยสำคัญในการที่เครื่องจักรกลทำงานแบบอัตโนมัติ เช่น เครื่องจักร CNC, หุ่นยนต์อุตสาหกรรม, อุปกรณ์จับยึดชิ้นงาน, เครื่องประกอบชิ้นงาน และเครื่องจักรอัตโนมัติต่างๆ จะสามารถทำงานให้บรรลุวัตถุประสงค์ในงานผลิต ก็คือ ต้องมีชุดควบคุมที่มีประสิทธิภาพสูง มีความเชื่อถือได้ ความแม่นยำสูง
|
อาจกล่าวได้ว่าปัจจัยสำคัญในการที่เครื่องจักรกลทำงานแบบอัตโนมัติ เช่น เครื่องจักร CNC, หุ่นยนต์อุตสาหกรรม, อุปกรณ์จับยึดชิ้นงาน, เครื่องประกอบชิ้นงาน และเครื่องจักรอัตโนมัติต่างๆ จะสามารถทำงานให้บรรลุวัตถุประสงค์ในงานผลิต ก็คือ ต้องมีชุดควบคุมที่มีประสิทธิภาพสูง มีความเชื่อถือได้ ความแม่นยำสูง ซึ่งในเครื่องจักรสมัยใหม่นี้ จะมีอุปกรณ์ที่ประกอบด้วย ระบบควบคุม และ ระบบกลไกการเคลื่อนที่ ใช้ในการเลื่อนชิ้นงานหรือเลื่อนแท่นวางชิ้นงาน โดยเรียกอุปกรณ์ที่ใช้กับระบบกลไกการเคลื่อนที่ชิ้นงานนี้ว่า Linear Motion |
| . |
| ปัจจุบันทั้งผู้ผลิตเครื่องจักรและผู้ใช้งานเครื่องจักร นิยมใช้ Linear Motion มากยิ่งขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากราคาของอุปกรณ์ที่ไม่แพง อีกทั้งประสิทธิภาพการทำงานที่สูงกว่าชนิดเดิม รวมถึงการหาอุปกรณ์เปลี่ยนได้ง่าย |
| . |
|
ชนิดของอุปกรณ์ Linear Motion |
| . |
| โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์ Linear Motion แบ่งออกเป็นหลายประเภท แต่ที่นิยมใช้กันมีอยู่ 3 ประเภท หลักๆ คือ |
| 1.Linear bushing เป็นอุปกรณ์ที่มีราคาถูก อายุการใช้งานยาวนาน สามารถรับภาระ (load) ได้พอสมควรจากทุกทิศทาง สามารถใช้งานได้ที่ความเร็วสูง ทั้งมีประสิทธิภาพทางกลสูง การบำรุงรักษาต่ำ ในรูปที่ 1 |
| . |
|
รูปที่ 1 แสดงลักษณะของ Linear Bushing แบบต่างๆ ที่นิยมใช้กันโดยทั่วไป |
| . |
|
2. Slide guide เป็นอุปกรณ์ Linear Motion ที่มีการพัฒนาขึ้นมาอีกขั้นหนึ่ง เพื่อให้สามารถรับภาระได้สูงกว่า Linear Bushing ทั้งที่มีขนาดที่ใกล้เคียงกัน แต่เนื่องจากการออกแบบโครงสร้างภายในทางกลที่มีความซับซ้อนกว่า ทำให้ราคาของอุปกรณ์ชนิดนี้ต่อหน่วยมีราคาสูงกว่า Linear Bushing แต่ก็มีข้อดีอีกหลายอย่างเมื่อเทียบกับราคาที่เพิ่มขึ้น จึงทำให้ผู้ออกแบบเครื่องจักรหรือผู้ใช้งานเครื่องจักรหันมานิยมใช้ Slide Guide กันมากยิ่งขึ้น ในอนาคตคาดว่าอาจจะมาแทนที่ Linear Bushing ได้ในท้ายที่สุด หรืออย่างน้อยก็มีราคาถูกลงจนอาจจะเกือบเท่ากับ Linear Bushing ก็เป็นไปได้ |
| . |
|
คุณลักษณะของอุปกรณ์ชนิดนี้โดยทั่วไปจะมีความสามารถในการรับภาระได้ตั้งแต่ 30 kg สำหรับตัวเล็กสุด size 5 mm. ขึ้นไปจนถึง 1,790 kg. สำหรับตัวใหญ่สุด size 25 mm. มีความแข็งแรงสูง การเคลื่อนที่สามารถทำได้ดีและมีความสม่ำเสมอ มี clearance น้อยมากจึงเหมาะกับงานที่ต้องการความละเอียดสูง มีค่า rigidity ที่สูงกว่า อีกทั้งยังมีรุ่น preload ให้เลือกใช้อีกด้วย ดังรูปที่ 2 |
| . |
|
รูปที่ 2 แสดงลักษณะของ Slide Guide แบบต่างๆ นิยมใช้กันโดยทั่วไป |
| . |
|
3. Ball Screw เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนการหมุนของ motor ให้เป็นการเคลื่อนที่ในแนวเชิงเส้น อุปกรณ์ชนิดนี้มีคุณลักษณะที่โดดเด่นและสำคัญหลายประการ เช่น การเคลื่อนที่ในแนวแกนมีความราบลื่นสม่ำเสมอสูงมาก เพราะเนื่องจากเม็ดลูกปืนที่อยู่ภายในและร่องเกลียวที่มีการเจียระไนเป็นอย่างดี การรับภาระสามารถรับได้สูง เนื่องจากจำนวนเม็ดลูกปืนที่มีมากเป็นพิเศษ การรับแรงในแนวรัศมีก็สามารถรับได้สูงเช่นเดียวกัน สามารถใช้งานที่ความเร็วสูงได้ ประสิทธิภาพทางกลสูง ขนาดของ Ball Screw สามารถเลือกใช้ได้ตั้งแต่ ø8 mm. lead 2 mm. ไปจนถึง ø32 mm. lead 32 mm. ดังรูปที่ 2 |
|
รูปที่ 3 แสดงลักษณะของ Ball Screw แบบต่างๆ ที่นิยมใช้กันโดยทั่วไป |
| . |
|
ขั้นตอนในการเลือกอุปกรณ์ Linear motion |
|
การเลือกใช้งานอุปกรณ์ Linear motion เราสามารถทำได้ตามขั้นตอนต่างๆ โดยเริ่มจากการหาข้อมูลของสภาพการใช้งานจริงของเครื่องจักร เช่น ขนาดของเครื่องจักร, พื้นที่ที่จะใช้ในการติดตั้งอุปกรณ์ Linear motion, ทิศทางการติดตั้ง, ทิศทางของ load, ระยะทางในการเคลื่อนที่, ความเร็ว, จำนวนรอบในการทำงาน, ความแม่นยำในการทำงาน, สภาพแวดล้อม เป็นต้น ในรูปที่ 4 เป็น diagram แสดงขั้นตอนต่างๆ ตามที่ได้กล่าวมาแล้ว |
| . |
|
รูปที่ 4 แสดงขั้นตอนในการเลือกอุปกรณ์ Linear motion |
| . |
|
ในที่นี้จะขออธิบายในส่วนของรายละเอียดต่างๆ ตามขั้นตอนที่ได้แสดงไว้ตามในรูปที่ 4 |
|
สภาพการใช้งานจริงของเครื่องจักร เราต้องรู้ข้อมูลเบื้องต้นก่อนว่า ขนาดของเครื่องจักรที่ออกแบบจะมีขนาดใหญ่โตแค่ไหน พื้นที่ที่จะใช้ในการติดตั้งอุปกรณ์ Linear Motion มีขนาดเท่าไหร่ ทิศทางในการติดตั้งหรือทิศทางในการทำงานของอุปกรณ์ Linear Motion อยู่ในทิศทางใด เช่น แนวนอน, แนวตั้ง, แนวเอียง ทิศทางของ load ที่เข้ามากระทำมาจากทิศทางใด เช่น แนวด้านข้าง, แนวด้านบน, ระยะทางในการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ Linear Motion, ความเร็วในการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ Linear Motion, จำนวนรอบในการทำงาน (duty cycle) ของอุปกรณ์ Linear Motion, ความแม่นยำ (accuracy) ของการเคลื่อนที่, สภาพแวดล้อมในการใช้งาน เช่น ความร้อน ความชื้น เป็นต้น |
| . |
| เลือกชนิดของอุปกรณ์ ในที่นี้หมายถึงการเลือกชนิดว่า จะใช้เป็น Linear Bushing, Slide Guide, Slide Table, Slide Way |
|
ทั้งนี้จะต้องขึ้นอยู่กับการพิจารณาของผู้ออกแบบและเงื่อนไขต่างๆ เช่น ความเร็ว, ทิศทางในการรับ load, งบประมาณในการสร้าง, พื้นที่ที่จะใช้ในการติดตั้ง ตัวอย่างเช่น ถ้าลักษณะของการเคลื่อนที่ต้องการความเร็วสูงประมาณ 5 m./sec. การบำรุงรักษาต่ำ ด้วยงบประมาณในการสร้างไม่มาก การเคลื่อนที่ไม่ต้องการความแม่นยำมากนัก การรับภาระปานกลางถึงต่ำ ในกรณีนี้ควรจะพิจารณาเลือกใช้ Linear Bushing แต่ถ้าในกรณีที่ต้องการรับภาระมาก ความเร็วไม่สูงมากนักประมาณ 2-3 m./sec. การเคลื่อนที่ต้องการความแม่นยำปานกลางถึงสูง แนะนำให้ใช้ Slide Guide |
|
. |
| โครงสร้างภายในทางกล หมายถึงลักษณะการรับแรงของเม็ดลูกปืนที่อยู่ภายในอุปกรณ์ Linear Motion โดยปกติแล้วจะแบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ คือ จุดสัมผัสรับแรง 2 จุด และ จุดสัมผัสรับแรง 4 จุด โดยปกติแล้ว การรับแรง 2 จุดจะใช้กับ Linear Bushing แต่ถ้าเป็นการรับแรง 4 จุด จะใช้กับ Slide Guide แต่อาจจะมี Slide Guide บางรุ่นที่ออกแบบให้เป็นการรับแรง 2 จุด เช่นเดียวกัน โดยมากจะเป็นรุ่นเล็ก ดังในรูปที่ 5 |
| . |
|
รูปที่ 5 แสดงลักษณะของจุดสัมผัสรับแรง 2 จุดและจุดสัมผัสรับแรง 4 จุด |
| . |
| ความแข็งแกร่ง (Rigidity) และ ค่า Preload ทั้งสองค่านี้มักจะเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ เพราะถ้าเราเพิ่มค่า Preload เข้าไป ทำให้ค่าความแข็งแกร่งหรือค่า Rigidity มีค่าเพิ่มขึ้นด้วยเช่นเดียวกัน |
| . |
|
การเพิ่มค่า Preload โดยมากมักจะใช้กับอุปกรณ์ที่อยู่ในประเภทตลับลูกปืน (Bearing) ซึ่งอุปกรณ์ Linear Motion จัดอยู่ในกลุ่มของตลับลูกปืนหรือ Bearing เช่นเดียวกันเพราะใช้เม็ดลูกปืนเป็นตัวรับแรง เพียงแต่ว่าเป็นการเคลื่อนที่ในแนวเชิงเส้นไม่ได้เป็นการหมุนอยู่กับที่เหมือนกับ Bearing ดังนั้นการเพิ่มค่า Preload จึงมีการใช้กับอุปกรณ์ Linear Motion ด้วยเช่นกัน |
| . |
|
ความหมายของการเพิ่มค่า Preload คือ การลดช่องว่างหรือทำให้ช่องว่างภายในระหว่างเม็ดลูกปืนกับร่องเม็ดลูกปืนเหลือน้อยที่สุด หรืออาจจะไม่มีเลยทั้งนี้เพื่อให้ค่าความแข็งแกร่ง (Rigidity) ของระบบมีค่าเพิ่มสูงขึ้น แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นการเพิ่มค่า Preload ที่มากเกินไปก็จะมีผลกระทบอื่นตามมาเช่นเดียวกัน เช่น ความเสียดทานจะเพิ่มสูงขึ้น อุณหภูมิของระบบจะเพิ่มมากขึ้น อายุการใช้งานจะสั้นลง เป็นต้น |
| . |
|
วิธีการเพิ่มค่า Preload สามารถทำได้หลายวิธี เช่น การเพิ่มขนาดของเม็ดลูกปืนให้ใหญ่ขึ้นเพียงเล็กน้อยประมาณ 3-5 micron ต่อเม็ด หรืออาจจะใช้วิธีการบีบรัดจากภายนอกเพื่อให้เกิดระยะยุบตัว (deformation) เป็นการลดช่องว่างภายใน เป็นต้น |
| . |
|
ความสามารถในการรับ Load โดยทั่วไปแล้วการคำนวณหาความสามารถในการรับภาระของอุปกรณ์ Linear Motion เราจะใช้ทฤษฏีเดียวกันกับการคำนวณหาความสามารถในการรับภาระของ Baring ดังนั้นการพิจารณาแรงของอุปกรณ์ประเภทนี้ จะพิจารณาแรงเป็นสองลักษณะ คือ แรงสถิตประเมิน (Basic static load rating “Co”) และ แรงพลวัตประเมิน (Basic dynamic load rating “C”) |
| . |
|
แรงสถิตประเมิน (Basic static load rating “Co”) คือ แรงในแนวรัศมีที่ทำให้เกิดการยุบตัวของเม็ดลูกปืนและร่องเม็ดลูกปืนรวมกัน เท่ากับ 0.0001 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเม็ดลูกปืน ใช้สัญลักษณ์แทนด้วย Co โดยปกติแล้วแรงสถิตประเมินไม่ค่อยจะมีผลต่อการเลือกขนาดของอุปกรณ์ Linear Motion มากนัก แต่ถ้ารับแรงสูงและอยู่นิ่งเป็นเวลานานๆ อาจทำให้เกิดการยุบตัวอย่างถาวรได้ ดังนั้นต้องมีการตรวจสอบว่าแรงที่มาเกินกว่าค่า Co หรือไม่ |
| . |
|
แรงพลวัตประเมิน (Basic dynamic load rating “C”) คือ แรงที่กระทำในแนวรัศมีซึ่งสามารถรับได้ โดยมีอายุประเมินเท่ากับหนึ่งล้านรอบการทำงาน (105 duty cycle) ใช้สัญลักษณ์แทนด้วย C แรงพลวัตประเมินประเมินนี้เป็นค่าที่ใช้ในการเลือกขนาดของอุปกรณ์ Linear Motion เพื่อให้รับแรงได้และมีอายุการใช้งานได้ตามต้องการ โดยการเปลี่ยนแรงและอายุการใช้งานจริงมาเป็นแรงและอายุการใช้งานที่แสดงไว้ใน catalogue หรือในทางกลับกันคือ เลือกขนาดของอุปกรณ์ Linear Motion จาก Catalogue แล้วเปลี่ยนให้รับแรงได้ตามที่ต้องการใช้งานจริง และดูว่าอายุประเมินได้ตามที่ต้องการหรือไม่ รูปที่ 6 แสดงลักษณะของการรับแรงสถิตประเมินและแรงพลวัตประเมิน |
| . |
|
รูปที่ 6 แสดงลักษณะของการรับแรงสถิตประเมิน Co และแรงพลวัตประเมิน C |
| . |
|
ความแม่นยำ คำจำกัดความของค่าความแม่นยำนี้หมายถึง ค่าความขนานที่เกิดขึ้นในขณะที่กำลังเคลื่อนที่ รวมถึงค่าระยะรุน (tolerance) ที่เกิดขึ้นทั้งในแนวด้านข้างและด้านบน และอาจจะต้องพิจารณาถึงค่าความแตกต่างทางมิติในแนวด้านข้างและด้านบนของอุปกรณ์ Linear Motion สองชิ้นที่เคลื่อนที่อยู่บนแกนเดียวกัน |
| . |
|
รูปที่ 7 แสดงการวัดค่าระยะรุน (tolerance) ในแนวด้านบนและด้านข้าง |
| . |
|
เมื่อต้องการให้ได้ค่าความแม่นยำที่ดีที่สุด แนะนำให้ใช้วิธีการติดตั้งตามในรูปที่ 8 โดยวิธีการยึดตัวราง (rail) ให้ใช้ลิ่มเป็นตัวยึดด้านข้าง และการยึดตัว block ให้ใช้ locating pin หรือลิ่มเป็นตัวยึดด้านข้าง |
| . |
|
รูปที่ 8 แสดงให้เห็นวิธีการติดตั้งที่ถูกต้อง |
| . |
|
วิธีการหล่อลื่น และการพิจารณาเงื่อนไขอื่นๆที่ใช้ในการออกแบบ จุดประสงค์ของการหล่อลื่นคือ การป้องกันการสึกหรอและลดความเสียดทานในการเคลื่อนที่ โดยปกติแล้วสามารถใช้สารหล่อลื่นได้ทั้งน้ำมันและจาระบี แต่โดยมากจะนิยมใช้จาระบี เพราะมีความหนืดที่คงที่มากกว่า และสามารถเป็นฟิล์มเกาะยึดผิวโลหะได้ในตัว แต่อาจจะต้องดูถึงสภาพแวดล้อมที่เกิดขึ้นในเครื่องจักร เช่น ลักษณะการหล่อเย็นด้วยน้ำยาหล่อเย็นที่มาจากในระบบหล่อเย็น เพราะน้ำยาหล่อเย็นบางชนิดอาจจะทำให้ความหนืดของจาระบีเปลี่ยนไปหรืออาจถึงขั้นไปชะล้างจาระบีทิ้ง ซึ่งจะมีผลทำให้ฟิล์มจาระบีหรือสารหล่อลื่นที่ยึดเกาะผิวบางลงหรืออาจจะไม่เพียงพอ ดังนั้นควรจะต้องตรวจสอบความเหมาะสมของการใช้งานร่วมกันระหว่างสารหล่อเย็นกับจาระบีหรือน้ำมันที่ใช้อยู่ |
| . |
| การคำนวณหาแรงด้านข้างหรืออายุการใช้งาน เนื่องจากอุปกรณ์ Linear Motion มีการสึกหรอตลอดเวลาแม้กระทั่งการใช้งานปกติ ดังนั้นอายุการใช้งานจึงถูกระบุด้วยระยะการเคลื่อนที่ทั้งหมดก่อนที่จะเกิดการแตกหักเสียหายในครั้งแรก ไม่ว่าจะเกิดจากตัวเม็ดลูกปืนเองหรือเกิดจากร่องเม็ดลูกปืน การคำนวณหาอายุประเมินของอุปกรณ์ Linear Motion แต่ละตัวภายใต้สภาพแวดล้อมเดียวกันอาจจะได้ผลที่แตกต่างกัน ทั้งนี้เนื่องจากพฤติกรรมที่เกิดจากการล้าทางกายภาพของโลหะในแต่ละจุดที่ไม่เท่ากัน เพราะฉะนั้นอายุประเมินก็คือ ระยะทางการเคลื่อนที่ทั้งหมดโดยที่ยังไม่มีชิ้นส่วนใดเกิดการแตกหักเสียหายขึ้น โดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ 90% ของระยะทางการเคลื่อนที่ทั้งหมดของระบบ ที่อยู่ภายใต้สภาพแวดล้อมเดียวกัน |
| . |
| สูตรในการคำนวณหาอายุประเมิน โดยปกติจะแบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ คือ การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ และ การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ |
|
โดยที่ L : อายุประเมิน หน่วยเป็นเมตร |
|
Lh : อายุประเมิน หน่วยเป็นชั่วโมง
|
| C : แรงพลวัตประเมิน หน่วยเป็นนิวตัน |
| F : load ที่ต้องรับจริง หน่วยเป็นนิวตัน |
| S : ระยะทางในการเคลื่อนที่ หน่วยเป็นเมตร |
|
N : จำนวนรอบในการทำงาน หน่วยเป็นรอบต่อนาที |
| . |
| . |
|
นอกจากนี้ยังมีปัจจัยอื่นที่มีผลต่ออายุประเมิน เช่น |
| - ความแข็งของเม็ดลูกปืนและความแข็งของร่องเม็ดลูกปืน ถ้าความแข็งของร่องเม็ดลูกปืนมีค่าต่ำกว่าเม็ดลูกปืน จะมีผลทำให้ความสามารถในการรับแรงพลวัติประเมินและแรงสถิตประเมินมีค่าลดลง |
| - อุณหภูมิ ถ้าอุณหภูมิของเม็ดลูกปืนเพิ่มขึ้นถึง 100 °C จะมีผลทำให้ความสามารถในการรับแรงพลวัติประเมินลดลง |
|
- ค่าเผื่อความปลอดภัย (safety factor) เมื่อมีการเคลื่อนที่หรืออยู่กับที่เม็ดลูกปืนอาจจะโดนแรงกระทำจากภายนอกที่ไม่คาดฝัน เช่น แรงสั่นสะเทือน แรงกระแทกหรือแรงเฉื่อย เป็นต้น ดังนั้นเราควรจะมีค่าเผื่อความปลอดภัยจะหมายถึง อัตราส่วนของภาระที่สามารถรับได้กับภาระที่รับจริงของอุปกรณ์ Linear Motion |
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
