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智慧生產邁開大步 線性傳動系統扮演幕後功臣

圖1 : 線性滑軌
圖1 : 線性滑軌

[作者 王岫晨]

第四次工業革命如火如荼展開,加入了智慧化與精密化生產的特色,整體產業的設備也必須同步升級,才能趕上智慧化生產的腳步。其中,線性傳動元件也成為了不可或缺的重要配角。

這幾年來,全球都掀起了新一輪科技革命和產業變革的風潮。各國為了順應潮流,紛紛拋出刺激實體經濟成長的策略與計畫,希望透過技術進步和產業政策的調整,得到在製造業上的競爭優勢。例如美國制定了「再工業化」﹑「製造業復興」﹑「先進製造業夥伴計劃」等議題,德國則拋出了「工業4.0」,中國提出了「中國製造2025」,法國也提出了「新工業法國」的方案,至於日本、韓國也都針對工業市場提出了相關的發展策略。這些不同國家的策略,基本上都與工業4.0的主軸相去不遠。

工業4.0是以智慧製造為主導的第四次工業革命。全球主要的工業大國,都依據這樣的目標,擬定了各國自己的工業4.0發展計畫。在其中,由於德國是全世界製造業競爭力最強的國家之一,這也使得該國所推的工業4.0策略最受到全球矚目。工業4.0的時代主要是利用資訊科技來加速產業的變革,也就是推動工業智能化發展。

嚴格說起來,這所謂的第四次工業革命,其本質是由德國、美國等工業大國來主導全球未來的工業標準之爭,因此是依據這些國家的邏輯思路、經驗法則來推動相關的工業策略。以中國為例,就選擇了德國的標準,推出相關的工業製造策略。事實上,德國所推行的工業4.0策略,的確為許多國家的製造業發展方向,與製造業的轉型升級,提供了學習和借鏡的機會。

第四次的工業革命正如火如荼的展開,加入了智慧化與精密化生產的特色,整體產業的設備也必須同步升級,才能趕上智慧化的腳步。在其中,線性傳動元件也成為了不可或缺的重要配角。隨著近年來的技術進展,線性傳動元件在精準度與耐用度方面,都有大幅的提升,也讓相關應用市場更無後顧之憂。

線性傳動關鍵元件

完整的線性傳動系統包含幾個重要的要素,從線性滑軌、滾珠螺桿、滾珠花鍵到單軸機器人等,都缺一不可。

傳動元件專業製造廠全傳智能(TBI MOTION)掌握了傳動元件的關鍵核心技術,並專注於創新研發與設計。相關的傳動元件產品包括滾珠螺桿、線性滑軌、滾珠花鍵、旋轉式滾珠螺桿與花鍵、單軸機器人、直線軸承、聯軸器、螺桿支撐座等。產品目前實際應用於包括自動化工業、機器人產業、半導體工業、工業級機械、醫療產業、綠能產業、工具機機械,以及自動化倉儲等領域。

應用領域之所以這麼廣泛,那是因為線性傳動元件不只是應用於工業生產上,基本上生活的各種不同層面都會有線性傳動元件的應用場合。而完整的線性傳動系統也包含幾個重要的要素,從線性滑軌、滾珠螺桿、滾珠花鍵到單軸機器人等,都缺一不可。

線性滑軌

以全傳智能的解決方案為例,線性滑軌在移動時的摩擦力非常小,屬於滾動摩擦,因此只需要很小的動力就可以驅動平台。而因為摩擦力小,因此摩擦所產生的熱也極小,相較於傳統的滑動方式,可以大幅降低運行軌道接觸面的磨損,更能長時間維持高定位精度、行走精度與低磨損。

此外,滑軌與軌道採用四方向等負荷設計,所以對於來自於各方向的負荷,都必須要有足夠的抵抗強度。並且允許較大的安裝誤差使加工更為容易,並可施予足夠的預壓量以獲得更高的剛性。

傳統的滑動系統對於運行的軌道面,經常有鏟花或研磨的動作,因為滑動所產生的磨耗,往往使得機台一段時間就必須重新鏟花或研磨,曠日費時且成本也極高。而線性滑軌具有互換性,只要進行更換或維修,即可恢復機台之行走精度。

在速度方面,因滑塊、軌道及鋼珠採用滾動的單點接觸,所以磨擦係數極小且不易產生熱,因此僅需很小的動力即可驅動機台運行。因為所需的驅動力小且功率消耗又很低,因此比起傳統滑動裝置,更適合用於高速運行之應用場合。而在有預壓方式或工作負荷時,鋼珠在負荷方向只以兩點接觸,也可以得到更好的滾動效率。

在應用方面,線性滑軌多可見於電子設備、電腦機械、半導體設備、輸送搬運機器、工具機、自動化工程設備、醫療設備以及LCD製程設備等產業中。

滾珠螺桿

圖2 : 滾珠螺桿
圖2 : 滾珠螺桿

滾珠螺桿是一種利用內部鋼珠的旋轉運動,轉換成直線運動的機械元件。相較於傳統的ACME螺桿,滾珠螺桿有壽命更長、更環保、運作更穩定等特性。滾珠螺桿必須具備高可靠度與耐久性。全傳智能在其滾珠螺桿產品就從材料、熱處理、製造、檢查至出貨,都採用嚴謹的品管制度,如此才能具備更高的可靠度。滾珠螺桿具有比滑動螺桿更高的效率,所需扭矩只有 30% 以下。可輕易將直線運動變換為回轉運動。滾珠螺桿即使給與預壓,亦能維持圓滑的動作特性。

一般來說,滾珠螺桿採用的是哥德式(Gothic arch)溝槽,其形狀與軸方向的間隙就算調整至極小,也能輕易轉動。在使用上也必須具備有可符合使用條件的適當剛性。另外在循環方式與耐久性等方面,也都必須滿足客戶的各種需求。滾珠螺桿常見的應用包括自動化工業、半導體產業、產業級機械、醫療產業、太陽能設備、工具機機械、停車場設備等相關應用。

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2022.11月(第86期)線性傳動組系統 整合AI.R數控應用
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