लिनीअर मोशन गाइड

 

सर्व यंत्ररचनांमध्ये (मेकॅनिझम) हालचाल असते. त्यामुळे जिथे हालचाल असते, तिथे पूर्वनिर्धारित (प्रीडिटर्माइंड) मार्गाचा अवलंब करण्यासाठी मार्गदर्शन करणे आवश्यक असते. यापूर्वी डोव्हटेल गाइड, बॉक्स गाइड, हायड्रोस्टॅटिक आणि एअरोस्टॅटिक गाइड, घर्षण कमी करण्यासाठी प्लॅस्टिक मटेरियल लावलेले गाइड असे अनेक प्रकारचे गाइड वापरले जात असत. हे सर्व गाइड आवश्यकतेनुसार डिझाइन करून तिथल्यातिथे बनविलेले असल्यामुळे मूळ उपकरणाच्या कामात सुसंगती रहात नव्हती.

 

1970 च्या सुरुवातीस, रेखीय गती मार्गदर्शकाचा (लिनीअर मोशन गाइड, LMG) शोध लागला. LMG मध्ये (चित्र क्र. 1) मुख्यतः एक प्रोफाइल असलेला रूळ (रेल) असतो आणि त्यावर एक मिळत्याजुळत्या प्रोफाइलचा ब्लॉक असतो. या दोघांमध्ये गोल फिरणारे बॉल किंवा रोलर/नीडल (चित्र क्र. 2) पुन्हा पुन्हा परिभ्रमण (रीसर्क्युलेट) करीत असतात. हा शोध बेअरिंगच्या विकासाशी समांतर होता. यामुळे आधुनिक उपकरणांमध्ये विश्वासार्ह, प्रमाणित आणि उच्च गती मिळविणे शक्य होऊन औद्योगिक जगात क्रांती घडून आली.

 

 

 

कोणत्याही उपकरणात गोल फिरणाऱ्या यंत्रभागामध्ये रोटरी बेअरिंग वापरल्याने जे फायदे होतात, तसेच फायदे LMG मुळे रेखीय हालचालीमध्ये मिळतात. LMG वापरल्यामुळे होणारे फायदे पुढे दिले आहेत. 

· अधिक वेगाने ऑपरेशन : 200 मी./मिनिट

· विशिष्ट सेवा आयुर्मानासाठी डिझाइन करणे शक्य

· आवश्यक तिथे उच्च पातळीवरील अचूकता

· क्लिअरन्स नसलेले : उपकरणाच्या कार्यानुसार दोन मायक्रॉनपासून शून्यापर्यंत किंवा -ve क्लिअरन्स (परस्पर संपर्कात हलणाऱ्या यंत्रभागांमधील अंतर)

· कामगिरीच्या बाबतीत उपकरणाची अतिशय उच्च विश्वसनीयता

· कमीतकमी अॅसेम्ब्ली कौशल्यासह सुसंगत अॅसेम्ब्ली. त्यामुळेच LMG अॅसेम्ब्लीसाठी पूर्ण तयार उत्पादन पुरविले जाते.

· प्रमाणित उत्पादन : ग्राहकानुरूप परिस्थितीसाठी विभिन्न डिझाइनची आवश्यकता दूर करते आणि सहज पुनर्स्थापना तसेच क्विक अॅसेम्ब्ली

· घर्षणामुळे अत्यंत कमी हानी : 0.003 च्या आसपास घर्षण गुणांक (कोइफिशंट ऑफ फ्रिक्शन) असल्यामुळे गती देणाऱ्या यंत्रभागाच्या शक्तीची बचत आणि नगण्य झीज होते. त्यामुळे क्लिअरन्ससाठी कोणत्याही समायोजनाची (अॅडजस्टमेंट) आवश्यकता नसते.

 

LM रेल आणि LM ब्लॉकसाठी उच्च मिश्रधातू बेअरिंग स्टील मटेरियल वापरले जाते आणि रेसवे 62 HRC पर्यंत कठीण केले जातात. यामुळे भार वाहण्याची जास्त क्षमता, तसेच झिजेला उच्च प्रतिकार मिळतो. याचा परिणाम म्हणून ही उपकरणे दीर्घकाळ सेवा देऊ शकतात. 4 वे गाइड, 2 वे गाइड, 8 वे गाइड, वर्तुळाकार गाइड, वक्र गाइड, मर्यादित स्ट्रोक गाइड (फायनाइट ट्रॅव्हल गाइड) इत्यादी विविध अॅप्लिकेशनमध्ये वापरण्यासाठी बऱ्याच प्रकारचे LMG उपलब्ध आहेत.

 

 

 

सामान्यपणे मटेरियल हाताळणी, रोबोटिक्स, प्रिंटिंग, पॅकेजिंग, गँट्री उपकरण, स्वयंचलित उपकरणे इत्यादी. कामांसाठी लागणाऱ्या LMG चे प्रकार आधीच्या परिच्छेदात दिले आहेत. तथापि, उच्च अचूकता, उच्च भक्कमपणा आणि अत्यंत कठीण परिस्थितीत काम करण्याची क्षमता आवश्यक असणारी अन्य काही अॅप्लिकेशन असतात. धातू कापण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या मशिन टूलमध्ये आणि विशिष्ट अभियांत्रिकी उपकरणांमध्ये विशिष्ट काम होणे अपेक्षित असते. अशा अॅप्लिकेशनमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या LMG मध्ये पुढे दिलेली अतिरिक्त वैशिष्ट्ये असतात.

 

 

हालचालीमध्ये उच्च अचूकता आणण्यासाठी तसेच LMG चा भक्कमपणा वाढविण्यासाठी रेल आणि ब्लॉकदरम्यान -ve क्लिअरन्स दिलेला असतो. मध्यम प्रीलोड (डायनॅमिक लोड रेटिंगच्या सुमारे 6%) किंवा हलके प्रीलोड (डायनॅमिक लोड रेटिंगच्या सुमारे 3%) अशाप्रकारात उपलब्ध असतो. LM गाइडमध्ये आकाराने मोठे बॉल अॅसेम्बल करून प्रीलोड मिळविला जातो.

 

कामाच्या आवश्यकतेनुसार अचूकतेची पातळी उपलब्ध असते. उदाहरणार्थ, हाय, सुपर किंवा अल्ट्रा यापैकी हवे ते निवडता येते.

 

 

एका स्लाइडच्या अॅसेम्ब्लीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या LM रेलचे संच आणि LM ब्लॉक, या जोडीची उंची तसेच रेल आणि ब्लॉक यांच्या डेटम (संदर्भ बिंदू/पातळी) दरम्यानचे परिमाणदेखील अगदी कमी टॉलरन्समध्ये नियंत्रित करून जुळविले जाते. मशिन निर्मितीमधील भौमितिक अचूकता मिळविण्यासाठी हे अत्यावश्यक असते.

 

 

 

 

विविध उपसाधनांद्वारे बॉल रीसर्क्युलेशन भागात कचरा, धूळ असे पदार्थ प्रवेश करू नयेत म्हणून उच्च पातळीचे संरक्षण पुरविले जाते. तसेच गंज प्रतिरोधक क्षमता असलेले LMG उपलब्ध असतात.

 

 

ग्राहकानुरूप विशिष्ट अॅप्लिकेशनसाठी तयार केलेल्या LMG द्वारा नियंत्रित पिच, रोल, यॉ मिळविता येते. (रेल किंवा ब्लॉकच्या गुरुत्वमध्यातून X, Y आणि Z अक्ष जात आहेत असे समजा. X अक्षाभोवती होणाऱ्या परिभ्रमणाला पिच, Y अक्षाभोवती होणाऱ्या परिभ्रमणाला रोल आणि Z अक्षाभोवती होणाऱ्या परिभ्रमणाला यॉ म्हणतात.)

 

LMG ची निवड त्याच्या अपेक्षित उपयोगावर आधारित असते. LMG चा प्रकार, प्रीलोड, अचूकता इत्यादी विविध पॅरामीटर त्याच्या उपयोगानुसार निर्धारित केले जातात. स्टॅटिक लोड रेटिंग आणि योग्य स्थितिक (स्टॅटिक) सुरक्षा घटकांवर आधारित LMG चा आकार निश्चित केला जातो. आकाराचा निर्णय घेतल्यानंतर डायनॅमिक लोड रेटिंग आणि LMG वर काम करणाऱ्या सरासरी लोडची गणना करून किती काळ LMG ची सेवा मिळेल (सर्व्हिस लाइफ) याचा अंदाज लावला जातो. या रेटिंगमध्ये विशिष्ट स्थितिक आणि गतिक लोड विचारात घेतलेले असतात. या लोडवर एकंदर किती अंतरासाठी LMG परिणामकारकपणे कार्यरत असेल, त्यावर त्याचे 'सर्व्हिस लाइफ' मोजले जाते. ते 50 किमी. किंवा 100 किमी. अंतरापर्यंत चालेल, असे रेटिंग दिले जाते. याचा अर्थ हे LMG एकसारख्या ऑपरेटिंग स्थितीत रेसवे किंवा बॉल यांचे कायमस्वरुपी विरूपण (LMG फेल्युअर) होईपर्यंत रेटिंगच्या अनुसार चालण्याची 90% शक्यता आहे. 

 

LMG मधील सर्वात अलीकडील विकास म्हणजे केज्ड् LM गाइड (चित्र क्र. 3) होय. या प्रकारच्या LMG मध्ये बॉल पिंजऱ्यामध्ये ठेवलेले असल्यामुळे ते एकमेकांना स्पर्श करीत नाहीत. याचा मुख्य फायदा म्हणजे उच्च वेगाने कार्य करताना आवाज कमी होतो.

 

सर्व LMG च्या अचूकतेबरोबरच त्याच्याबरोबर असलेल्या बॉल स्क्रूची अचूकताही तेवढीच महत्त्वाची असते. यासाठी बॉल स्क्रूची रचना आणि त्यातील अचूकता याविषयी थोडे जाणून घेऊ.

 

 

फार पूर्वीपासून, मोटरद्वारे चालना देऊन रेखीय गती निर्माण करण्यासाठी ट्रॅपेझॉइडल थ्रेडसह लीड स्क्रू वापरण्यात येतात. लीड स्क्रू सरकत्या घर्षण तत्त्वावर कार्य करीत असल्याने, त्याच्यावर वेगाची मर्यादा होती, तसेच त्याची कार्यक्षमतादेखील कमी होती. त्याशिवाय स्क्रू आणि नट यांच्या दरम्यान अक्षीय प्ले आवश्यक असल्याने बॅकलॅशची समस्या उद्भवत होती. त्यामुळे सुस्पष्ट हालचाल साध्य करण्यात अडचण येत होती.

 

1898 च्या सुमारास बॉल स्क्रू प्रथम विकसित केला गेला. तथापि, बॉल स्क्रूचे मोठ्या प्रमाणातील उत्पादन, 1940 च्या सुरुवातीच्या काळात विमानांच्या अॅप्लिकेशनसाठी आणि 1955 च्या सुमारास ऑटोमोबाइल स्टीयरिंग अॅप्लिकेशनसाठी होत असे. अचूक हालचाल निर्मितीच्या अॅप्लिकेशनसाठी बॉल स्क्रू साधारण 1965 च्या आसपास वापरले गेले असावेत. आपल्याला आता माहिती असलेले आधुनिक काळातील बॉल स्क्रू, डिझाइनमधील नियमित सुधारणांमुळे विकसित झालेले आहेत.

 

 

 

बॉल स्क्रू शाफ्टवर थ्रेड प्रोफाइल ग्राइंड केली जाते. बॉल नटच्या (चित्र क्र. 4) आत प्रोफाइल थ्रेड ग्राइंड केलेले असतात आणि दोहोंच्या दरम्यान पुनः पुनः परिभ्रमण करणारे बॉल असतात. हे सर्व मिळून बॉल स्क्रू तयार होतो. स्क्रू शाफ्ट (चित्र क्र. 5) आणि नट दोन्ही 62 HRC पर्यंत कठीण केलेल्या बेअरिंग स्टील मटेरियलपासून बनविले जातात. यातील महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे बॉल पुनः पुनः परिभ्रमण करणे (रीसर्क्युलेशन) ही संकल्पना, जी कामगिरीचे भिन्न निकष तयार करते.

 

प्रमुख फायदे 

· स्क्रू शाफ्ट आणि नट यांच्या दरम्यान उच्च परिभ्रमण (रोटेशनल) वेग 

· कमी घर्षण गुणांकामुळे अतिशय उच्च कार्यक्षमता मिळते. (साधारणत: लीड स्क्रूच्या सुमारे 20% च्या तुलनेत सुमारे 94%)

· जोरदार अक्षीय बलांसह उच्च वेगाने एकाच वेळी कार्य करण्याची शक्यता

· थ्रेडची उच्च अचूकता ज्यामुळे स्थानाची उच्च अचूकता मिळते.

· प्रमाणित आकार असल्याने डिझाइन करण्यास सुलभ आणि उच्च कार्यक्षमतेमुळे बऱ्याच अॅप्लिकेशनमध्ये रेखीय गतीला (लिनीअर स्पीड) रोटरी गतीमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात. 

· जिथे हालचाल निर्माण करण्यासाठी बॉल स्क्रू वापरला जातो, अशा सर्व अॅप्लिकेशनसाठी उपरोक्त विशेषता आवश्यक आहेत.

तथापि, LMG प्रमाणे, अशी बरीच कामे आहेत, ज्यात शून्य बॅकलॅशसह अत्यंत उच्च अचूकता आणि जास्त दृढता आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, धातू कापण्याच्या मशिनमधील स्लाइड आणि अगदी विशिष्ट कार्यात्मक आवश्यकता असलेली बरीच सामान्य अभियांत्रिकी उपकरणे. या कामांमध्ये वापरलेल्या बॉल स्क्रूमध्ये पुढे दिलेली अतिरिक्त वैशिष्ट्ये असतात. 

 

डबल नट बॉल स्क्रूच्या बाबतीत योग्य जाडीचा स्पेसर घालून दोन बॉल नटमधील बॅकलॅश दूर केला जातो आणि प्रीलोड (चित्र क्र. 6) निर्माण केला जातो. यात अजून एक संकल्पना वापरली जाते, ती म्हणजे परस्परांत ऑफसेट असलेल्या आंतरिक थ्रेडच्या दोन सेटना बॉलसह अॅसेम्बल केल्यावर त्यांच्यात प्रीलोड निर्माण होतो. याला सिंगल नट ऑफसेट थ्रेड बॉल स्क्रू म्हणून ओळखले जाते.

 

 

स्थाननिश्चितीची अचूकता किती हवी आहे, त्यानुसार अचूकतेचे भिन्न स्तर उपलब्ध असतात. (0.018 मिमी./300 ची एकत्रित लीड त्रुटी असलेल्या C5 पासून सुरू करून 0.0035 मिमी./300 उच्चतम अचूकता पातळी असलेल्या C0 पर्यंत) बॉल स्क्रूची निवड अॅप्लिकेशनवर आधारित असते. बॉल स्क्रूचे प्रकार, प्रीलोड, अचूकता इत्यादी विविध पॅरामीटर त्याच्या अॅप्लिकेशननुसार निर्धारित केले जातात. डिझाइनविषयी अंतिम निर्णय घेण्यापूर्वी बॉल स्क्रूच्या निवडलेल्या मॉडेलनुसार जास्तीतजास्त स्वीकार्य रोटेशनल स्पीड DN आणि स्क्रू शाफ्ट माउंटिंगच्या डिझाइनवर आधारित सेफ क्रिटिकल स्पीड, यांचे मूल्यांकन केले पाहिजे. स्टॅटिक लोड रेटिंग आणि योग्य स्टॅटिक सुरक्षा घटकांवर आधारित बॉल स्क्रूचा आकार ठरविला जातो. एकदा वरीलप्रमाणे आकार निश्चित केल्यानंतर, डायनॅमिक लोड रेटिंग आणि बॉल स्क्रूवर कार्य करणाऱ्या सरासरी लोडची गणना करून बॉल स्क्रूच्या सर्व्हिस लाइफचा अंदाज मिळविला जाऊ शकतो. बॉल स्क्रूचे सर्व्हिस लाइफ, लोडसह एकंदर होणाऱ्या परिभ्रमणांच्या संदर्भात सांगितले जाते. या रेटिंगमध्ये काही विशिष्ट स्टॅटिक आणि डायनॅमिक लोड विचारात घेतलेले असतात. समान ऑपरेटिंग स्थितीमध्ये 10 लाख परिभ्रमणे होईपर्यंत बॉल स्क्रूमधील 90% बॉल कार्यरत राहतील आणि तोपर्यंत त्यांचे कायम विरूपण (डिस्टॉर्शन) होणार नाही. जरी बॉल स्क्रू हालचाल निर्माण करण्यासाठी वापरले जात असले, तरी अशी अॅप्लिकेशनसुद्धा आहेत ज्यात बॉल स्क्रू खूप उच्च अक्षीय शक्ती निर्माण करण्यासाठी वापरले जातात. उदाहरणार्थ, प्रेसिंग. ही विशिष्ट गरज पूर्ण करण्यासाठी योग्य बॉल स्क्रू विकसित केले जातात.

 

बॉल स्क्रूचा आणखी एक प्रकार आहे, ज्यामध्ये बॉल स्क्रू शाफ्टवरील थ्रेडची निर्मिती रोलिंग प्रक्रियेद्वारे केली जाते आणि त्यांना रोल केलेले बॉल स्क्रू म्हणून ओळखले जाते. अर्थातच येथे थ्रेड लीडची अचूकता कमी असते (सामान्यत: ±0.05 मिमी./300) आणि ते अशा अॅप्लिकेशनमध्ये वापरले जातात, जिथे स्थानीय अचूकता तितकी महत्त्वाची नसते. उदाहरणार्थ, मटेरियलची हाताळणी करणारी (हँडलिंग) उपकरणे, स्वयंचलन, पॅकेजिंग वगैरे. हे बॉल स्क्रू आधी वर्णन केलेल्या प्रिसिजन ग्राउंड बॉल स्क्रूच्या तुलनेत खूप किफायतशीर असतात.

 

हे लक्षात घेतले पाहिजे की, जिथे कोणत्याही प्रकारचे बॉल स्क्रू ड्रायव्हिंग स्त्रोत म्हणून वापरले जातात अशा सर्व अॅप्लिकेशनमध्ये, बॉल स्क्रूचे स्थान सर्व्हो मोटर किंवा यांत्रिक ब्रेक इत्यादींनी कायम राखणे आवश्यक आहे. याचे कारण हे आहे की, बॉल स्क्रू आणि नट यांची कार्यक्षमता उच्च असल्याने त्यांना उलट्या दिशेनेही ड्राइव्ह करता येते. लीड स्क्रूमध्ये असे नसते. त्याला उलट दिशेने ड्राइव्ह करणे शक्य नसते. म्हणूनच कोणत्याही अतिरिक्त साधनांशिवाय लीड स्क्रूचे स्थान कायम राहते.

 

 

 

 

शिवकुमार यांत्रिकी अभियंते असून त्यांना अभियांत्रिकी क्षेत्रातील 40 वर्षांपेक्षा जास्त अनुभव आहे. THK इंडिया प्रा. लि. कंपनीचे ते तांत्रिक सल्लागार आहेत.