Duża dynamika ruchu, odporność na trudne warunki otoczenia, wysoka precyzja pracy i jej powtarzalność – przy takich wymaganiach zastosowanie znajdują napędy liniowe.

Typowymi gałęziami korzystającymi z napędów liniowych są przemysł metalowy (giętarki i wycinarki do blach), przemysł drzewny (np. frezarki CNC do drewna), linie produkcyjne w motoryzacji, a także przetwórstwo tworzyw sztucznych – mówi Paweł Mrugalski, menedżer produktu w BIBUS MENOS.

Jak zauważa Kamil Niemyjski, menedżer produktu drylin w igus, ze względu na postępującą automatyzację procesów produkcyjnych nie sposób wyliczyć wszystkie branże i aplikacje, w których wykorzystywane są obecnie napędy liniowe. – Budowane na ich podstawie roboty kartezjańskie znajdują szerokie zastosowanie w aplikacjach typu pick & place – tu widzę największy potencjał rynku, ponieważ w wielu miejscach mogą one zastąpić znacznie droższe, klasyczne roboty przemysłowe. Ale zastosowań jest bardzo, bardzo wiele, jak choćby automatyczne piły używane w przemyśle obróbki drewna czy automatyczna regulacja urządzeń na liniach produkcyjnych – dodaje Kamil Niemyjski.

Obecny trend w przemyśle, czyli Industry 4.0, opiera się na maksymalnej automatyzacji procesów produkcyjnych, w których napędy liniowe są szeroko wykorzystywane.

Kimla BPT Linear to pierwszy na świecie cutter produkowany seryjnie na napędach liniowych

Możliwości zastosowań jest wiele – zauważa Łukasz Rumiński, Country Manager Poland w IKO Nippon Thompson B.V. – To m.in.: automatyzacja wszelkiego rodzaju procesów produkcyjnych i technologicznych, drukarki 3D, precyzyjne oprzyrządowania pomiarowe, maszyny SMT do sitodruku układów scalonych, robotyzacja, manipulatory wieloosiowe oraz wiele innych – wylicza.

Paweł Mrugalski z BIBUS MENOS wyjaśnia, że napęd liniowy to kompaktowe urządzenie dające wymierne korzyści zarówno użytkownikowi, jak i producentowi maszyn. Właśnie kompaktowość wskazuje jako jego największą zaletę. – Otrzymujemy zamknięty napęd z wewnętrznym prowadzeniem i odpowiednio ułożyskowanym wózkiem oraz, w razie potrzeby, zamontowanym silnikiem. Nie trzeba szukać osobno śruby z nakrętką, łożyskowania, prowadnic liniowych i innych elementów do zabudowania napędu, co jest bardzo kłopotliwe. Całość, zależnie od wersji wykonania, może być odporna na warunki otoczenia takie jak kurz, wilgoć czy wióry po obróbce różnych materiałów. Gotowy napęd można wyposażyć także w akcesoria dodatkowe, np. czujniki zbliżeniowe, enkoder itp. – opowiada Mrugalski.

Głębokie, wszechstronne i bezkompromisowe – mówi o zmianach związanych ze stosowaniem napędów liniowych Przemysław Kimla z firmy Kimla. – Głębokie, ponieważ to jak zmiana lokomotyw parowych na elektryczne. Wszechstronne, ponieważ zdecydowana większość obrabiarek używa ruchów liniowych i czas skończyć z niepotrzebną mechaniczną zamianą ruchu obrotowego na prostoliniowy.

Dominik Turczyński, inżynier aplikacyjny w Multiprojekt Automatyka, od dłuższego czasu obserwuje wzrost zainteresowania elektrycznymi napędami liniowymi, szczególnie wśród producentów maszyn pakujących. – Wersje ze stali nierdzewnej są stosowane w maszynach produkujących żywność. Możliwość  mycia sprzętu bez jego wymontowywania (CIP – Clean in Place) jest tu bardzo cenna. Napełnianie, zakręcanie i wypychanie z taśmociągu, cięcie w locie i wiele innych operacji może być wykonywanych przy użyciu napędów liniowych, które czują się w tych operacjach jak ryba w wodzie – przekonuje.

Powtarzalne efekty

Stosowanie napędów liniowych w przemyśle – jak podkreśla Kamil Niemyjski z igus – niesie ze sobą wiele korzyści, a przede wszystkim pozwala na automatyzację procesów produkcyjnych. – Napędy liniowe są precyzyjne i dają powtarzalne efekty. Do tego są szybkie i mogą pracować w miejscach niebezpiecznych dla człowieka. W efekcie mogą obniżać koszty, a jednocześnie podnosić wydajność i powtarzalność procesów – argumentuje.

Łukasz Rumiński z IKO Nippon Thompson B.V. przekonuje, że korzyści wynikających ze stosowania napędów liniowych jest bardzo dużo, a główne z nich to możliwość wybrania najodpowiedniejszej wersji dla danego zadania i redukcja luzów. Pozwala to na budowanie bardzo sztywnych i precyzyjnych mechanizmów. – Dodatkowo charakteryzuje je duża prędkość posuwu i wysoka dokładność pozycjonowania przy zachowaniu niskiego profilu przekroju, dzięki czemu możemy zaoszczędzić przestrzeń już na etapie projektowania. Pomimo kompaktowych wymiarów projektowane urządzenia nie tracą na funkcjonalności, wręcz odwrotnie – dodaje Rumiński.

Paweł Mrugalski z BIBUS MENOS wyjaśnia, że napęd liniowy to kompaktowe urządzenie dające wymierne korzyści zarówno użytkownikowi, jak i producentowi maszyn. Właśnie kompaktowość wskazuje jako jego największą zaletę. – Otrzymujemy zamknięty napęd z wewnętrznym prowadzeniem i odpowiednio ułożyskowanym wózkiem oraz, w razie potrzeby, zamontowanym silnikiem. Nie trzeba szukać osobno śruby z nakrętką, łożyskowania, prowadnic liniowych i innych elementów do zabudowania napędu, co jest bardzo kłopotliwe. Całość, zależnie od wersji wykonania, może być odporna na warunki otoczenia takie jak kurz, wilgoć czy wióry po obróbce różnych materiałów. Gotowy napęd można wyposażyć także w akcesoria dodatkowe, np. czujniki zbliżeniowe, enkoder itp. – opowiada Mrugalski.

drylin® ZLW to napęd z paskiem zębatym do warunków ekstremalnych

Głębokie, wszechstronne i bezkompromisowe – mówi o zmianach związanych ze stosowaniem napędów liniowych Przemysław Kimla z firmy Kimla. – Głębokie, ponieważ to jak zmiana lokomotyw parowych na elektryczne. Wszechstronne, ponieważ zdecydowana większość obrabiarek używa ruchów liniowych i czas skończyć z niepotrzebną mechaniczną zamianą ruchu obrotowego na prostoliniowy. Bezkompromisowe, ponieważ wiążą się z ich stosowaniem same zalety: dokładność, wydajność, dynamika, energooszczędność, trwałość – wymienia Kimla.

Jak zauważa Dominik Turczyński z Multiprojekt Automatyka, korzyści wynikające z zastosowania elektrycznych napędów liniowych zależą od konkretnej sytuacji. – Kiedy zastąpimy siłowniki pneumatyczne, okazuje się, że te same operacje możemy wykonywać zdecydowanie szybciej, jednocześnie zwiększając precyzję i powtarzalność ruchu. Nie ma tu problemu pustych komór po awaryjnym spuście sprężonego powietrza, nic nie musimy dławić, dostępna siła jest jednakowa w obu kierunkach. Silnik elektryczny nie posiada ruchomych części mechanicznych, to tylko stator i rdzeń. Ponadto stosowanie napędów liniowych jest rozwiązaniem przynoszącym długoterminowe oszczędności – uzupełnia Turczyński.

Kierunki rozwoju

Napędy liniowe to rozwiązania cały czas doskonalone przez producentów. W ich ofertach najczęściej znajdują się stałe pozycje katalogowe, które jednak – podobnie jak w przypadku większości produktów – są tylko podstawową propozycją. Służą do wstępnego wyboru napędu, który następnie jest każdorazowo dopasowywany do konkretnej aplikacji. Rozwój technologii i szybkość wprowadzania nowych produktów na rynek wymuszają ciągłą ich ewolucję, dlatego producenci napędów liniowych często ściśle współpracują z wytwórcami maszyn i urządzeń, co oznacza personalizację rozwiązań.

Projektując nasze napędy liniowe, dostosowujemy ich charakterystykę do konkretnej maszyny. W tym wypadku jest to znacznie ważniejsze niż przy tradycyjnych napędach obrotowych, dlatego ich stosowanie wymaga znacznie bardziej indywidualnego podejścia – zaznacza Przemysław Kimla.

W ofercie firmy igus dostępne są konkretne rozmiary i wersje napędów – z przełożeniem napędu na pasku zębatym lub śrubie i nakrętce. – Zwykle wymagają one dostosowania długości skoku roboczego do potrzeb klienta. Ale możliwe są też oczywiście dodatkowe modyfikacje, wykonywane na indywidualne zamówienie, takie jak specjalne otwory montażowe, długość i średnica wałka napędowego – mówi Kamil Niemyjski z igus.

Elektryczny napęd liniowy Festo EGC

Dominik Turczyński podkreśla, że Multiprojekt Automatyka jest otwarta na wszelkie wymagania i potrzeby klientów. – Takie spersonalizowane zamówienia faktycznie powstają. Idealnymi przykładami są serwowzmacniacze zintegrowane z silnikiem lub specjalne zakończenie rdzenia. Inna możliwość to np. czujnik siły/momentu wbudowany w silnik PR02 (rozwiązanie przeznaczone dla branży farmaceutycznej). Producent LinMot, którego jesteśmy przedstawicielem, nie ogranicza się do zmian wyłącznie sprzętowych, ale nieustannie rozbudowuje też zestaw komend ruchu. W ostatniej aktualizacji oprogramowania LinMot Talk rozszerzono możliwości sterowania siłą w zamkniętej pętli – opowiada Turczyński.

Janusz Jeliński, młodszy specjalista ds. automatyki w WObit, zaznacza, że wymagania stawiane przez rynek determinują obecność na rynku urządzeń, które mogą pracować w warunkach oddziaływania takich czynników jak pył, woda czy środki chemiczne, charakteryzują się coraz większą powtarzalnością pozycjonowania i mają gabaryty dostosowane do wymagań klientów. – Struktura dostępnych na rynku modułów jest konfigurowalna, dzięki czemu możliwa jest implementacja napędów BLDC, krokowych, AC, o różnych mocach i gabarytach, pozwalających na komunikację z systemami nadrzędnymi wyposażonymi w przemysłowe interfejsy komunikacyjne – mówi Jeliński.

Modułowość

Analizując kierunki rozwoju napędów liniowych, producenci zwracają uwagę, że ze względu na dużą dynamikę i precyzję ruchu coraz częściej wykorzystywane są one do konstruowania napędów wieloosiowych.

Modułowość budowy napędów liniowych umożliwia łączenie ich ze sobą w układy wieloosiowe bez szukania dodatkowych prowadzeń, łączników itp. Ostatecznie możliwość napędzania modułów liniowych serwosilnikami daje nieograniczone możliwości co do sterowania nimi i zadawania skomplikowanych algorytmów pracy bez zbędnego wysiłku ze strony integratorów – mówi Paweł Mrugalski z BIBUS MENOS.

Jak dodaje, producenci kładą tu nacisk na rozwój tzw. rozwiązań inteligentnych – w myśl tej formuły napęd powinien umożliwiać łatwą integrację z całym urządzeniem, w którym ma pracować. Jest to realizowane od strony mechanicznej poprzez prostotę zabudowy napędu, a od strony elektrycznej poprzez możliwości uzyskiwania sygnałów zwrotnych z pracy napędu oraz jego kompatybilność z jak najszerszą gamą silników dostępnych na rynku.

Kamil Niemyjski z igus zwraca uwagę, że w przypadku napędów liniowych oczywiście istotne jest ulepszanie takich parametrów jak prędkość, nośność czy żywotność, jednak najważniejszy kierunek ich rozwoju jest inny: – Jest to dążenie do tego, by były one coraz bardziej modułowe, dlatego że bardzo ważnym czynnikiem jest dziś ułatwianie dostosowania napędów do wymagań klienta w jak najkrótszym czasie. Przykładem mogą być serie ZLW-10120 oraz ZLW-20120 firmy igus, w których oprócz regulacji luzu, łatwo wymiennych wkładek ślizgowych, czujników krańcowych, zestawów silnikowych i różnych długości wózka można również wybierać spośród trzech szerokości napędu. Dzięki stosowaniu jak największej liczby części katalogowych można obniżyć cenę końcową modułu przy jednoczesnym zwiększeniu jego możliwości – wyjaśnia Niemyjski.

Z kolei Łukasz Rumiński z IKO Nippon Thompson B.V. jako główny trend w rozwoju napędów liniowych wskazuje przed wszystkim obniżanie nakładów ponoszonych na serwisowanie i utrzymanie ruchu. – Mam tu na myśli zwiększone przebiegi, ograniczoną liczbę serwisów dzięki nowym technologiom bezobsługowym oraz zastosowanie nowych rodzajów smarów, uszczelnień i materiałów, dzięki którym aplikacje będą w stanie pracować w agresywnych środowiskach, warunkach próżniowych lub skrajnych temperaturach – opowiada.

Przemysław Kimla przekonuje, że wciąż rozwoju wymagają kontrolery silników liniowych. – Te ogólnodostępne są za wolne i nie pozwalają w pełni wykorzystać potencjału drzemiącego w napędach liniowych. Z tego powodu firma Kimla zaprojektowała nowe typy sterowników silników liniowych, w których częstotliwość regulatorów pętli pozycji wynosi 20 kHz, czyli poprawka pozycji napędu osi realizowana jest 20 000 razy na sekundę. To dziesięciokrotnie częściej niż w rozwiązaniach konkurencyjnych – dodaje Kimla.

Integrację techniki liniowej z serwonapędami podkreśla Janusz Jeliński z WObit. – Pozwala ona na szerokie zastosowanie napędów liniowych w obrabiarkach sterowanych numerycznie i wycinarkach laserowych – jako elementy składowe nawijarek, maszyn paletyzujących i układów przenoszących detal z miejsca na miejsce – kończy.