Technika liniowa systematycznie się rozwija i znajduje coraz więcej zastosowań w nowoczesnym przemyśle. Dobór odpowiedniego układu i właściwych komponentów to podstawa dobrego funkcjonowania i wydajności w konkretnej aplikacji.
Urządzenia techniki liniowej najczęściej wykorzystuje się w przemyśle na liniach produkcyjnych do przemieszczania materiałów i produktów. W zakres ich zastosowań wchodzi: pobieranie, sortowanie i umieszczanie, pakowanie, paletyzacja oraz transport gotowych produktów. Jak podkreślają analitycy, wdrożenie systemów ruchu liniowego pomaga wielu branżom osiągnąć korzyści w zakresie wysokiej produktywności i precyzji na linii produkcyjnej. Nowoczesne rozwiązania pozwalają także na zmniejszenie zużycia samych elementów techniki liniowej i ograniczenie wymagań konserwacyjnych oraz na obniżenie wymagań w stosunku do mechanicznych elementów przenoszących.
Technika liniowa znajduje też szersze zastosowania. Zapotrzebowanie na nowoczesne elementy techniki liniowej wynika również z potrzeby dokładnych i powtarzalnych systemów kontroli ruchu. Ogólnie dzieli się je na trzy główne segmenty: przeładunek materiałów, zastosowania w obrabiarkach i w robotyce. Z badania rynku przeprowadzonego w 2016 r. przez firmę analityczną TechNavio wynika, że 42,5% aplikacji związanych z techniką liniową stanowiły te wykorzystywane do przemieszczania materiałów i produktów, stosowane w maszynach stanowiły 32,6% rynku, a w robotyce 24,9%.
Rynek rozwiązań techniki liniowej
Na pewno można powiedzieć, że światowy rynek rozwiązań techniki liniowej rozwija się szybko. Pokazuje to nowy raport firmy analitycznej MarketsandMarkets, dotyczący rynku techniki przemieszczeń liniowych i związanych z nią komponentów, takich jak: prowadnice liniowe, siłowniki, śruby kulowe i silniki liniowe. Oceniono w nim wartość światowego rynku w tym zakresie na poziomie 3,2 mld dolarów w 2018 r. Prognozuje się ponadto, że w 2024 r. osiągnie on poziom 4,4 mld dolarów, przy średnim rocznym wzroście o 5,3%. Jak stwierdzono, kluczowymi czynnikami napędzającymi jego rozwój będą: rosnące zapotrzebowanie na wysoką jakość produkcji, automatyzację, skrócenie czasu wprowadzania produktów na rynek oraz rosnące zapotrzebowanie na miniaturyzację urządzeń elektronicznych w przemyśle półprzewodnikowym.
Analitycy z tej firmy są przekonani, że największy udział w rynku związany z wykorzystaniem techniki liniowej będzie dotyczył przemysłu obróbczego. W tej branży bowiem występują szczególnie zróżnicowane zastosowania urządzeń ruchu liniowego, takie jak zmieniacze narzędzi, systemy podawania części, suwnice itp. Ponadto obrabiarki wraz z systemami transportu materiałów są wykorzystywane do wykonywania różnych operacji na bryłach i elementach metalowych, takich jak: cięcie, wytaczanie, szlifowanie, ścinanie i do innych rodzajów formowania. To procesy z reguły niebezpieczne dla obsługi, dlatego pracownicy są tu w pierwszym rzędzie zastępowani przez roboty przemysłowe i elementy ruchu liniowego. Te ostatnie są również wykorzystywane do automatyzacji takich procesów, co pozwala zapewnić wysoką niezawodność i niskie koszty utrzymania aplikacji.
Na świecie wśród znaczących firm na rynku urządzeń techniki liniowej w raporcie MarketsandMarkets wymienia się takich producentów, jak: THK, NSK, HIWIN Technologies, Nippon Thompson, Robert Bosch, Schaeffler Technologies, Rockwell Automation, Timken, Fortive, HepcoMotion i Schneeberger Group.
Oferta rynkowa
Na rynku dostępny jest bogaty wybór elementów i komponentów, z których można zbudować systemy techniki liniowej praktycznie dla każdej aplikacji.
Specjaliści zwracają uwagę, że dobór układu techniki liniowej to przede wszystkim doradztwo techniczne i dopasowanie odpowiedniego rozwiązania do wymagań danej aplikacji. Na rynku jest wiele firm oferujących takie wsparcie. Jedną z nich jest F.H. KOLMET (partner firmy Bosch Rexroth). Ma ona duży asortyment rozwiązań dla techniki liniowej: od prowadnic, przez wały, systemy przemieszczeń liniowych, po mechanizmy śrubowe. Firma dostarcza: kulowe prowadnice szynowe, prowadnice szynowe wałeczkowe, prowadnice rolkowe oraz z tulejami toczonymi i wały stalowe, a także gotowe systemy przemieszczeń liniowych oraz mechanizmy śrubowe i prowadniki kulowe. Jak podają jej przedstawiciele, oferowane rozwiązania mogą być dopasowane do konkretnych wymagań danej aplikacji. Chodzi tu o minimalną długość konstrukcji, największą prędkość liniową, poziom hałasu, wysoką sztywność i precyzję lub maksymalną ładowność. Warto wspomnieć, że technologia Linear Motion firmy Rexroth to ponad 1 tys. standardowych komponentów i produktów, z których dzięki modułowej budowie zawsze można stworzyć indywidualne rozwiązanie. Firma wspiera użytkowników przez cały cykl życia produktu, począwszy od znalezienia odpowiedniego rozwiązania, po doradztwo i narzędzia eTools.
Jednym z głównych czynników decydujących o wyborze danego komponentu, poza parametrami technicznymi, jest zwykle cena. Warto jednak zwracać uwagę na rozwój konstrukcji i rozwiązania, które wpływają na trwałość i niezawodność. W ofercie firmy SKF są np. liniowe systemy prowadzenia w podziale na dwa główne typy. Pierwszy umożliwia nieograniczony ruch liniowy dzięki zastosowaniu systemu recyrkulacji elementów tocznych. Wykorzystuje się tu systemy prowadzenia wału wyposażone w liniowe łożyska kulkowe i profilowane prowadnice szynowe. Jak informuje firma, te dwa systemy prowadzenia pokrywają dużą część wymagań rynkowych w tej dziedzinie zastosowań. Jednak poza systemami wykorzystującymi łożyska toczne pojawiło się też zapotrzebowanie na liniowe łożyska ślizgowe o takich samych wymiarach zewnętrznych jak ich odpowiedniki w łożyskach tocznych. W tej grupie są precyzyjne prowadnice szynowe, które ze względu na swoją konstrukcję wewnętrzną potrzebują bardzo małej przestrzeni montażowej i umożliwiają bardzo precyzyjny ruch liniowy, dzięki specjalnym technikom produkcyjnym.
Jak podają specjaliści z firmy SKF, ze względu na dużą liczbę dostawców funkcjonujących na rynku nie ma standaryzacji pola przekroju poprzecznego lub wymiarów łącznika. W związku z tym mogą wystąpić znaczne problemy przy zmianie układu łożysk. Dlatego SKF opracował system „Modular Range”, składający się z prowadnic z różnymi zespołami elementów tocznych, wszystkie o tych samych wymiarach montażowych. Ta gama produktów umożliwia prostą adaptację precyzyjnych prowadnic szynowych do różnych wymagań w zakresie jakości jazdy, nośności lub sztywności. Aby dać użytkownikom systemu CAD możliwość włączenia różnych systemów prowadzenia liniowego do swoich projektów, SKF udostępnia do pobrania dane CAD ze strony internetowej.
Japońską firmę THK na rynku polskim reprezentuje od 2002 r. firma HENNLICH. Jej przedstawiciele podkreślają, że produkty techniki liniowej tej firmy cechują się kilkakrotnie dłuższym okresem eksploatacji w porównaniu z produktami konkurencyjnymi. W produktach THK zastosowano nowoczesne technologie smarowania, redukcji szumów przesuwu oraz polepszające właściwości ruchowe. W ofercie THK dostępne są m.in. prowadnice: liniowe kulkowe, liniowe rolkowe, liniowe płaskie, liniowe teleskopowe, liniowe miniaturowe, liniowe wałkowe oraz łukowe. Wśród prowadnic miniaturowych znajdują się np. prowadnice typu RSH – jednorzędowe toczne z koszykiem kulkowym (koszyk stalowy) w większości typów ze stali odpornej na korozję. Przeznaczone są do zastosowań w maszynach przy produkcji półprzewodników, w sprzęcie medycznym, ploterach i urządzeniach biurowych. Warto dodać, że firma THK udostępnia na stronie serwisowej program do optymalnego doboru produktów, dane 2D i 3D elementów do wykorzystania programów CAD i narzędzia do wyliczania oczekiwanego okresu użytkowania produktu.
Natomiast firma igus, specjalizująca się w wykorzystaniu polimerów do tworzenia złożonych elementów do zastosowań technicznych, proponuje do stosowania bezsmarowe prowadnice liniowe drylin®, w których zastosowano ślizg zamiast toczenia. Powierzchnię ślizgową stanowią trybologicznie zoptymalizowane polimery iglidur® w połączeniu z materiałami bezkorozyjnymi. Prowadnice pracują na sucho, dzięki czemu są bezobsługowe i niewrażliwe na wpływ brudu, wody, substancji chemicznych, gorąca lub uderzeń. Jak podaje producent, dodatkowo dzięki zastosowanym materiałom oraz specjalnej konstrukcji charakteryzują się cichą pracą. Mogą być stosowane w różnorodnych warunkach środowiskowych, w tym w najbardziej wymagających. System modułowy zapewnia łatwą konfigurację w zależności od potrzeb. Firma udostępnia też system ekspercki dla prowadnic, który pozwala na skonfigurowanie prowadnicy do konkretnego zastosowania i na obliczenie jej żywotności. W niektórych zastosowaniach takie rozwiązanie może być atrakcyjne.
Z kolei firma Albeco zgromadziła przez wiele lat doświadczenie z zakresu techniki liniowej i ma wykwalifikowaną kadrę techniczną. Bogaty asortyment dostępny w magazynie oraz narzędzia pracy w postaci specjalistycznego oprogramowania umożliwiają kompleksowe wdrożenia nowych aplikacji i rozwiązywanie bieżących problemów z zakresu techniki liniowej.
Duży asortyment elementów techniki linowej ma też firma HIWIN, specjalizująca się w dostarczaniu prowadnic szyn profilowanych, mechanizmów śrubowo-tocznych, silników liniowych i systemów pozycjonujących. Firma może zapewnić swoim klientom całą gamę rozwiązań z jednej ręki, a dzięki globalnej sieci sprzedaży gwarantuje szybki proces realizacji, od planowania po dostawę produktów. Swoje rozwiązania firma prezentowała m.in. na tegorocznych marcowych targach AUTOMATICON w Warszawie. Jak informował Arkadiusz Grzelak, dyrektor handlowy na Polskę w firmie HIWIN, pokazano prowadnice liniowe, śruby pociągowe, napędy i na tej bazie budowane moduły, począwszy od pasa zębatego poprzez śrubę i silnik liniowy. Jeśli chodzi o wsparcie odbiorców przy doborze komponentów, to mogą oni skorzystać z konfiguratorów dostępnych na stronie internetowej albo przesłać wypełnione formularze projektowe, a specjaliści firmy wykonają obliczenia i dokonają doboru podzespołów.
Jak dodaje Arkadiusz Grzelak, każdy kolejny rok przynosi nowe rozwiązania i pojawiają się nowości, np. w silnikach liniowych są to nowe typy cewek i magnesów. W silnikach ważny jest stosunek natężenia prądu do mocy i przy zachowaniu takich samych gabarytów silniki mają możliwość przesunięcia większej masy. Niektóre potrzebują większych prądów, inne mniejszych oraz generują mniej lub więcej ciepła. W nowych typach nakrętek zmieniane są nawroty – udoskonalany jest sposób zmiany kierunku obrotu. Poprawia się parametry techniczne, takie jak: nośność i prędkość, zmienia średnicę kulek i profil gwintu, a w przypadku przekładni kulowo-tocznych pojawiają się nowe rodzaje łożysk.
Podsumowanie
Analitycy zakładają, że przyszłość rynku ruchu liniowego będzie stanowić technologia przygotowana na zamówienie i wykorzystująca dane. Coraz częściej elementy wykorzystywane w technice liniowej wyposaża się więc w czujniki i gromadzi z nich dane zbierane w czasie rzeczywistym. Dzięki temu użytkownicy otrzymują informację, kiedy należy je sprawdzić lub wymienić, i nie trzeba tu już polegać na szacunkach. Pozwala to zmniejszyć straty związane z przedwcześnie wymienianymi częściami, skraca się czas postojów i np. zwiększa bezpieczeństwo, zapobiegając uszkodzeniom urządzenia.
Na pewno zawsze trzeba brać pod uwagę zastosowanie elementów techniki liniowej. Przykładowo łożyska liniowe mogą mieć zastosowanie w aplikacjach wymagających: małej precyzji, takich jak: sanki, wózki i prowadnice szuflad; średniej precyzji, takich jak prowadnice piły, skanowanie i prowadnice drzwi; aż do wysokiej precyzji – obrabiarki i zastosowania metrologiczne. Trzeba zastosować właściwy typ prowadnicy liniowej do konkretnej aplikacji. Wybór odpowiedniej technologii może pozwolić zmniejszyć złożoność projektu, poprawić wydajność i obniżyć koszt montażu.
Bohdan Szafrański jest od początku lat 90. związany z branżą informatyczną. Ukończył studia podyplomowe z zakresu informatyki i telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej. Zajmował się zagadnieniami normalizacyjnymi w Polskim Komitecie Normalizacyjnym. Publicysta, dziennikarz. Obecnie publikuje m.in. w prasie specjalistycznej skierowanej do odbiorców z branży automatyki przemysłowej.
