روغنکاری در رباتهای مونتاژ سریع (High-Speed Pick & Place): ضرورتها و تصویر کلان
روغنکاری رباتهای مونتاژ سریع، بهویژه در سامانههای Pick & Place با بیش از ۱۰۰ چرخه/دقیقه، یک موضوع صرفاً مصرف روانکار نیست؛ بلکه مهندسی رفتار سیال در سرعت بالا، شوکلود و تغییرات دما است. در خطوط بستهبندی، مونتاژ PCB، داروسازی و صنایع غذایی در ایران، این رباتها با پروفایلهای حرکت بسیار تند، توقفهای لحظهای و تغییر جهتهای مکرر کار میکنند؛ بنابراین لایهٔ روغنی باید در بازههای زمانی بسیار کوتاه تشکیل، پایدار و تجدید شود. هدف این مقاله ارائهٔ یک چارچوب دادهمحور برای انتخاب ویسکوزیته، افزودنیها، کنترل آلودگی و پایش وضعیت است تا مهندسان نت بتوانند در هزینهٔ توقف خط، مصرف قطعات و انرژی صرفهجویی کنند.
- نکتهٔ برجسته: انتخاب ویسکوزیتهٔ صحیح در کنار پاکیزگی بالا، از هر افزودنی دیگری اثرگذارتر است.
- چالش کلیدی: جمعشدن هوا و کف در سرعتهای بالا فیلم روغنی را تضعیف و سایش را تشدید میکند.
- راهحل عملی: روغن پایهٔ سنتتیک با شاخص ویسکوزیتهٔ بالا، آنتیفوم کنترلشده و فیلتراسیون ریز، نقاط شروع مطمئن هستند.
رفتار روانکار در سرعتهای >۱۰۰ چرخه/دقیقه: فیلم روغنی، برش برشی و اینرسی
در پروفایلهای حرکتی Pick & Place، شتاب و ترمزهای تیز باعث تغییرات لحظهای بار و دما میشود. لایهٔ روانکار بین مسیرهای خطی، رولر گایدها، یاتاقانهای کوچک و گاهی گیربکسهای هارمونیک باید در بازهٔ کمتر از میلیثانیه پاسخ دهد. در ناحیهٔ هیدرودینامیک و الاستوهیدرودینامیک (EHL)، افزایش سرعت بهصورت معمول ضخامت فیلم را زیاد میکند؛ اما گرمایش برشی و همزدن (churning) میتواند ویسکوزیتهٔ مؤثر را کاهش دهد و فیلم را نازک کند. بهعلاوه، ورود هوا به روغن در سرعت بالا، مدول تراکمی «سیال-هوا» را تغییر میدهد و ضربههای میکروسکوپی به سطوح وارد میکند.
- درایوهای خطی با کورس کوتاه و سرعت زیاد، به روغنهای با پاسخ دمایی سریع و گرانروی پایین نیاز دارند.
- یاتاقانهای کوچک با dN بالا (قطر مؤثر × rpm) از گریسهای NLGI 1 یا روغنهای ISO VG 10–22 سود میبرند.
- رژیم مرزی هنگام توقفهای ضربهای غالب میشود؛ بنابراین افزودنیهای ضدسایش اهمیت پیدا میکنند.
انتخاب ویسکوزیته و پایهٔ روغن: از ISO VG 10 تا 32 و نقش شاخص ویسکوزیته
ویسکوزیتهٔ بیشازحد بالا، کشش سیال و تلفات همزدن را افزایش و دمای کاری را بالا میبرد؛ در مقابل، ویسکوزیتهٔ بسیار پایین ممکن است در توقفهای ناگهانی فیلم کافی فراهم نکند. برای Pick & Place های سریع، در شرایط محیطی ایران، عموماً ISO VG 10–22 برای روغن و NLGI 1 با پایه PAO/استر برای گریس توصیه میشود. شاخص ویسکوزیتهٔ بالا (VI>130) به حفظ گرانروی در دماهای بالاتر کمک میکند. روغنهای پایهٔ PAO با استرهای قطبی، روانکاری مرزی بهتری روی فولاد/فولاد یا فولاد/آلومینیوم فراهم میکنند و شستوشوی تمیزتری نسبت به مینرال دارند.
| dN تقریبی | دمای محیط/قطعه | روش تغذیه | ویسکوزیتهٔ پیشنهادی | توضیح کاربرد |
|---|---|---|---|---|
| < 200,000 | ۱۰–۳۰°C | قطرهای/میست | ISO VG 22–32 | راهنماهای خطی با بار متوسط؛ محیط خنک |
| 200,000–400,000 | ۲۰–۴۰°C | میکرودوز/فیتینگ اتوماتیک | ISO VG 15–22 | Pick & Place عمومی بالای ۱۰۰ cpm |
| > 400,000 | ۳۰–۵۰°C | میست/سیرکولاسیون کمدبی | ISO VG 10–15 | شتابهای بالا، گرمایش برشی محسوس |
در صورت نیاز به گریس، ترکیبات PAO/استر با تغلیظکنندهٔ پلییوریا یا لیتیوم کمپلکس که سرعتپذیری بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون دارند، برای یاتاقانهای کوچک مناسباند. در دماهای بالاتر از ۶۰°C یا محیطهای با شوینده، استرهای سنتتیک، پایداری فیلم و پاکیزگی بهتری ایجاد میکنند.
افزودنیها و تحمل شوک: ضدسایش، EP ملایم و کنترل پدیدهٔ Stick-Slip
در توقف و شروعهای سریع، تماس مرزی و نیمهمرزی اجتنابناپذیر است. افزودنیهای ضدسایش بدون خاکستر (AW)، مقدار کنترلشدهٔ ZDDP و EP ملایم میتوانند از جوشخوردگی موضعی و سایش شیاری جلوگیری کنند. بااینحال در حضور آلیاژهای مسی (یاتاقانهای برنزی)، باید از EP سولفوردار تهاجمی اجتناب شود. برای سازوکارهای کشویی ظریف، افزودنیهای اصطکاککاه قطبی به کاهش Stick-Slip کمک میکنند و دقت مکانیابی را بهبود میبخشند.
- AW/Ashless برای تماسهای مکرر مرزی و یاتاقانهای کوچک بسیار مؤثر است.
- EP ملایم فقط در نقاط با شوکلود واقعی (کفشکها، کامفالوئرها) توصیه میشود.
- آنتیفوم سیلیکونی با دوز پایین برای سیستمهای میست/سیرکولاسیون حیاتی است.
- آنتیاکسیدانتهای آمینی/فنولی عمر روغن را در گرمایش برشی افزایش میدهند.
اگر آلودگیهای ریزی مانند ذرات پودر بستهبندی یا گردوغبار کارگاهی وارد سیستم شوند، افزودنیهای محافظ خوردگی و زنگزدگی از تخریب فیلم در رطوبت محیطی جلوگیری میکنند. برای صنایع غذایی، فرمولاسیون H1 با همان منطق افزودنی اما محدودیتهای بهداشتی انتخاب شود.
کنترل آلودگی، فیلتر و تحلیل سایش: ISO 4406 برای سرعت بالا
در سرعتهای بالا، سایش سهجسمی بهدلیل ذرات سخت مخربتر از سایش چسبان است. هدف، رسیدن به کد پاکیزگی ISO 4406 معادل 15/13/10 یا بهتر برای سیرکولاسیون کمدبی و 16/14/11 برای سیستمهای سادهتر است. فیلتراسیون با β(5µm)>200 یا β(7µm)>200، هواگیری مناسب و آبگیرها (در صورت حضور رطوبت) توصیه میشود. حتی در سیستمهای گریس، پاکیزگی نقاط تزریق و جلوگیری از ورود ذرات در زمان ریگریس حیاتی است.
- نشانههای سایش: افزایش آهن/کروم در آنالیز، نویز ارتعاشی در باندهای یاتاقان، افزایش دمای موضعی.
- اقدامات: نمونهبرداری دورهای، شمارش ذرات، فرولگرافی برای تشخیص مکانیسم سایش.
- طراحی: مسیر برگشت بدون تلاطم، حذف نقاط مکش هوا، استفاده از شیلنگهای شفاف برای پایش بصری.
آب آزاد یا امولسیون، خطر میکرو-دیزلینگ و زنگزدگی را بالا میبرد. کنترل رطوبت، استفاده از تنفسگیرهای دسیکنت و تست دورهای TAN/TBN (در صورت مرتبط بودن) به افزایش دوام روغن و قطعات کمک میکند.
دمای کار، کف و هوا: پایداری فیلم در شتابهای پیدرپی
گرمایش برشی در مسیرهای خطی و گیرندههای خلأ، دمای روغن را در هر سیکل کمی بالا میبرد. اگر دفع حرارت مناسب نباشد، مجموع این افزایشهای کوچک، دمای پایدار سیستم را بالا میبرد و ویسکوزیتهٔ مؤثر را پایین میآورد. از سوی دیگر، کف و هواگیری ضعیف باعث فشردهپذیری سیال و اختلال در ضخامت فیلم میشود.
- انتخاب روغن با Air Release خوب (استاندارد D3427) و کنترل آنتیفوم در حد مؤثر، ضروری است.
- مخزنهای کوچک با صفحات ضدگرداب و مسیر بازگشت آرام، از تشکیل کف جلوگیری میکنند.
- پایش نقطهای دما در نزدیکترین نقطهٔ بار واقعی، معیار بهتری از دمای کارایی نسبت به دمای مخزن است.
برای خطوط داخلی در استانهای گرم، ویسکوزیتهٔ پایینتر با VI بالاتر و مبدل حرارتی کوچک، معمولاً تعادل بهتری میان اتلاف انرژی و پایداری فیلم ایجاد میکند.
پایش وضعیت و دادهمحوری: از آنالیز روغن تا پایش آنلاین
ترکیب آنالیز روغن با ارتعاشسنجی، تصویر دقیقی از سلامت روانکاری میدهد. در رباتهای سریع، دورهٔ نمونهبرداری کوتاهتر (مثلاً ماهانه در فاز راهاندازی و سپس فصلی) توصیه میشود. شاخصهایی مانند ویسکوزیته، شمارش ذرات، آب، عدد اسیدی (TAN) و آزمون کف، در کنار دمای موضعی و ارتعاش، مبنای تصمیمگیری برای تعویض یا اصلاح فرمول است. در صورت امکان، سنسورهای آنلاین ذرات و دما/لرزش روی واحد سیرکولاسیون کمدبی نصب شوند تا آلارمهای زودهنگام ایجاد شود.
نمودار توصیفی: با افزایش سرعت لغزشی، ضخامت فیلم EHL ابتدا بهسرعت رشد میکند و اصطکاک کاهش مییابد (ناحیهٔ هیدرودینامیک). در سرعتهای بسیار بالا، گرمایش برشی و هواگیری ناقص باعث افت جزئی ضخامت فیلم میشود؛ در این نقطه، روغن با VI بالا و Air Release بهتر، منحنی را به سمت بالا جابهجا میکند.
دادهمحوری در ایران زمانی موفق است که با لجستیک تأمین روغن همراستا شود: تعیین نقطهٔ سفارش، تعریف گرید جایگزین معادل و آموزش اپراتور برای جلوگیری از اختلاط.
چکلیست مهندسی روغنکاری رباتهای High-Speed Pick & Place
- تعریف پروفایل حرکت: چرخه/دقیقه، شتاب، توقفها، بار اوج و دمای واقعی.
- محاسبهٔ dN یاتاقانها و انتخاب اولیهٔ ویسکوزیته (ISO VG 10–22 یا گریس NLGI 1 بر پایهٔ PAO/استر).
- بررسی مواد سازهای: وجود مس/برنز برای محدودسازی EP سولفوردار.
- انتخاب افزودنیها: AW بدون خاکستر، آنتیاکسیدانت آمینی/فنولی، آنتیفوم کنترلشده.
- طراحی مسیر روغن: بازگشت آرام، حذف نقاط مکش هوا، میکرودوز دقیق.
- فیلتراسیون: هدف ISO 4406 معادل 15/13/10، فیلتر β(5–7µm)>200.
- هواگیری و کف: تست D892/D3427 و اصلاح دوز آنتیفوم در صورت نیاز.
- پایش وضعیت: ویسکوزیته، ذرات، آب، TAN؛ ارتعاش و دمای موضعی.
- بهداشت گریسکاری: نازلهای تمیز، کارتریجهای مهرومومشده، جلوگیری از آلودگی متقاطع.
- نمونهبرداری پایه در شروع و بازتنظیم پس از ۲–۳ ماه بهرهبرداری.
- مستندسازی و آموزش اپراتور: مقادیر تزریق، بازههای PM و علائم هشدار.
- برنامهٔ جایگزین تأمین: تعریف گریدهای معادل و برنامهٔ سفارش برای جلوگیری از توقف.
جمعبندی
روغنکاری مؤثر در رباتهای مونتاژ سریع حاصل تعادل میان ویسکوزیتهٔ بهاندازه، افزودنیهای هدفمند، پاکیزگی بسیار بالا و پایش دادهمحور است. در سرعتهای بالای ۱۰۰ چرخه/دقیقه، رفتار سیال تحت اثر گرمایش برشی، کف و هوای حلشده تغییر میکند؛ بنابراین روغنهای پایهٔ سنتتیک با VI بالا، آنتیفوم کنترلشده و فیلتراسیون ریز، انتخابهای ایمنتری هستند. پیادهسازی چکلیست مهندسی و آنالیز دورهای روغن، هزینهٔ توقف خط را کاهش و دقت پوزیشنینگ را حفظ میکند. تیم موتورازین میتواند براساس پروفایل حرکتی و محدودیتهای تأمین در ایران، گرید مناسب و برنامهٔ PM شما را بهصورت اختصاصی پیشنهاد دهد.
پرسشهای متداول
آیا همیشه روغن ISO VG پایینتر برای سرعت بالاتر بهتر است؟
لزومی ندارد. ویسکوزیتهٔ بسیار پایین، در توقفهای ناگهانی فیلم کافی ایجاد نمیکند و سایش مرزی افزایش مییابد. انتخاب باید براساس dN، دمای واقعی قطعه، روش تغذیه (میست/قطرهای/سیرکولاسیون) و نوع تماس باشد. اغلب ISO VG 10–22 تعادلی مناسب برای Pick & Place فراهم میکند، اما در گرمای محیطی بالا یا بار اوج زیاد، ممکن است به VG 22–32 نیاز باشد.
گریس یا روغن؛ کدام برای راهنماهای خطی بهتر است؟
اگر دسترسی به سیرکولاسیون کمدبی وجود دارد، روغن با میکرودوز پیوسته کنترل پاکیزگی و دمای بهتری میدهد. در نبود آن، گریس NLGI 1 بر پایهٔ PAO/استر با پلییوریا/لیتیوم کمپلکس برای یاتاقانهای کوچک سرعتبالا مناسب است، بهشرط آنکه دورهٔ ریگریس کوتاه و آلودگی کنترل شود. انتخاب نهایی به دبی قابلتأمین، شرایط محیط و حساسیت دستگاه به نشت بستگی دارد.
چگونه کف و هوای حلشده را در سیستمهای سریع کنترل کنیم؟
از روغنی با Air Release مناسب و آنتیفوم کمدوز استفاده کنید، مسیر بازگشت را آرام طراحی کنید، از موانع ضدگرداب در مخزن بهره ببرید و سطح روغن را پایدار نگهدارید. پایش آزمونهای D892 (کف) و D3427 (رهایش هوا) و تنظیم دوز آنتیفوم ضروری است. در صورت میست، کیفیت هوای فشرده (خشکی و پاکیزگی) و انتخاب نازل مناسب نقش تعیینکنندهای دارد.
چه سطح پاکیزگی ISO 4406 برای Pick & Place مناسب است؟
برای یاتاقانها و راهنماهای سرعتبالا، هدف 15/13/10 یا بهتر توصیه میشود. دستیابی به این سطح نیازمند فیلتر با β(5–7µm)>200، آبگیر در صورت رطوبت و پرهیز از تلاطم در مسیر بازگشت است. افزایش ناگهانی شمارش ذرات یا حضور برادههای فرّیتیک در فرولگرافی، هشدار اولیهٔ سایش سهجسمی است و باید علت آن (منبع آلودگی یا ناهماهنگی ویسکوزیته) بررسی شود.
آیا استفاده از EP قوی برای تحمل شوک توصیه میشود؟
فقط در نقاطی که شوکلود واقعی و تماس غلطشی-لغزشی شدید رخ میدهد و آلیاژهای مسی در تماس نیستند. در بسیاری از راهنماهای ظریف، EP قوی میتواند باعث لکهدار شدن سطوح یا حملهٔ شیمیایی به مس شود. راهحل ایمنتر، انتخاب AW مناسب، بهینهسازی ویسکوزیته و بهبود پاکیزگی است تا تماس مرزی کوتاه و کمتنش باقی بماند.
بدون نظر