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
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。
單軸機器人
單軸機器人特色在於同時具備了線軌與螺桿的優點,將螺帽與滑塊設計成一體式的結構,並搭配高剛性的U型軌優化其斷面,因此可達到最大的空間節省,並且大幅度減少組裝的時間。全傳智能的單軸機器人具備了高剛性與高精度等特點,其鋼珠滾動面採用兩列哥德式圓弧,以及45度接觸角的設計方式,同時也提供了X、Y軸向,以承受來自不同方向的負荷能力。
線性傳動應用領域廣泛
銀泰科技在線性傳動領域發展已久,主要生產包括滾珠螺桿、精密螺桿花鍵、線性導軌、滾珠花鍵及致動器等,都是精密機械的關鍵性零組件,主要應用於工具機、放電加工機、線切割機、塑膠注塑機、半導體設備、精密定位及其他各式設備與機器上。事實上,線性傳動的應用領域十分廣泛,可以說是真正深入到所有人的生活周圍,從銀泰科技的線性傳動產品應用場域,也可以一窺端倪。
半導體產業
半導體產業是現今全球最熱門的產業,對於生活在智能化與數位化環境中的消費者,各種產業的產品對於半導體的依賴程度是越來越高,而晶片發展更是被各國視為經濟發展的主軸。半導體生產設備都是以高精度的研磨滾珠螺桿,和微小的線性導軌為主,以此來實現半導體製造設備的精密直線定位。應用的場合包括晶片輸送設備、晶圓切割器,以及晶圓檢測設備等。
![圖4 : 半導體產業生產過程需要高精密度線性傳動系統。(source:merckgroup.com)](/art/2022/10/261828568350/p4S.JPG)
圖4 : 半導體產業生產過程需要高精密度線性傳動系統。(source:merckgroup.com) |
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新能源產業
近年來,人們為了減少碳排放量,改善地球環境,積極開發新能源來取代傳統石化能源。例如離海的漁電共生發電,或者透過太陽能設備的漁電共生,以及取代燃油汽車的電動車等,為了這些需求,也需要開發不少生產設備。例如用來蓄電的鋰電池,其自動迭片設備主要就是應用線性模組與線性導軌來實現自動上料、視覺對位、自動迭片與隔膜包裹、自動下料送出等一系列的全自動生產工序。包括鋰電池自動迭片機、電池封裝檢測設備等,都需要使用到線性傳動元件。
汽車產業
在汽車產業的應用,主要集中在自動化的產線組裝,這些組裝過程需要透過線性導軌,並使用齒輪齒條來帶動機械人的左右移動,例如焊接、拼裝、塗膠效果等。而汽車週邊的配件產業,例如汽車底盤與週邊所用的各類鋼管材,其製作設備都須使用到重負載型的滾珠螺杆。
機床產業
機床是機械零件製造過程中,不可或缺的重要設備,其設備關鍵結構包括了滾珠螺桿和線性滑軌。而隨著加工零件的精密度提升,對於設備零組件的精確度要求也更高,與傳統工具機相比,由電腦數位控制的工具機更適合精密的零件生產流程。線性傳動元件在機床產業應用於車床、銑床、磨床、綜合加工機與NC車床等。
軌道交通
在一般消費者日常的生活中,都離不開軌道交通。在這些交通設施中,大量利用了直線導軌往復運動的特性,可以實現諸如捷運車門的開關動作,以及月台上閘門的開合,由於過程頻繁使用,因此必須符合高可靠性、壽命長,以及長時間免維護等需求。
自動化產業
目前許多工廠開始發展成為智能化工廠,過程需要在不同類型的製造機械與產線設計中,導入自動化生產設備,以節省人力成本並提升產線效率。透過線性傳動元件,將可以實現包括搬運、分類、塗膠、焊接、量測、檢驗、取放等各項生產動作。
醫療產業
先進的醫療設備可以輔助專業的醫療人員,進行正確的判斷以及精確的醫療,更能增進醫療的服務品質。特別是在邁入高齡化社會的同時,醫療輔具更是不可或缺的醫療設備。在醫療產業中,線性傳動主要應用在電腦斷層造影設備、生化分析儀、核酸檢測設備、牙科齒模設備,以及眼科電腦驗光儀等。
電子產業
電子產業基本上都是以微小外型的產品為主,需求的是能實現設備的直線導向和定位運動。應用領域包括點膠機、手機貼片機,以及電子檢測設備等。
結語
近幾年來,機械製造業正以快速的發展腳步,朝向精密加工、超精密加工的方向前進,在未來的市場競爭中,精密加工技術勢必成為全球市場競爭中非常關鍵的致勝技術。現代化的製造業之所以要致力於提高加工精密度,主要目的就是在於要提高產品的性能與品質,提昇產品的穩定度與性能的可靠度。特別是產品的小型化趨勢下,功能性還必須更好,這使得產品的生產裝配過程,勢必透過更高精度、更智慧化的設備來加快速度與提升品質。
線性傳動技術從過去一直都是工業產線中的要角,現在有了更精密與成熟的技術,讓線性傳動元件不只是在工業領域中發光發熱,也開始在消費者的生活中嶄露頭角。可以說人們每一天的生活,就從傳動元件開始。