Atšķirība starp skatuves granīta un integrētajām granīta kustību sistēmām

Vispiemērotākās uz granīta bāzes veidotās lineārās kustības platformas izvēle konkrētam pielietojumam ir atkarīga no daudziem faktoriem un mainīgajiem lielumiem. Ir svarīgi atzīt, ka katram pielietojumam ir savs unikāls prasību kopums, kas ir jāsaprot un jāpiešķir prioritāte, lai panāktu efektīvu risinājumu kustību platformas ziņā.

Viens no visizplatītākajiem risinājumiem ir atsevišķu pozicionēšanas posmu uzstādīšana uz granīta konstrukcijas. Vēl viens izplatīts risinājums ir kustību asis veidojošo komponentu integrēšana tieši pašā granītā. Izvēle starp granīta platformu un integrētu granīta kustības (IGM) platformu ir viens no pirmajiem lēmumiem, kas jāpieņem atlases procesā. Starp abiem risinājumu veidiem ir skaidras atšķirības, un, protams, katram ir savas priekšrocības un trūkumi, kas ir rūpīgi jāsaprot un jāņem vērā.

Lai sniegtu labāku ieskatu šajā lēmumu pieņemšanas procesā, mēs izvērtējam atšķirības starp diviem fundamentāliem lineārās kustības platformas dizainiem — tradicionālo granīta skatuves risinājumu un IGM risinājumu — gan no tehniskā, gan finansiālā viedokļa, izmantojot mehānisko gultņu gadījuma izpēti.

Fons

Lai izpētītu IGM sistēmu un tradicionālo granīta skatuves sistēmu līdzības un atšķirības, mēs izveidojām divus testa gadījumu dizainus:

• Mehāniskais gultnis, skatuve uz granīta
• Mehāniskais gultnis, IGM

Abos gadījumos katra sistēma sastāv no trim kustības asīm. Y ass piedāvā 1000 mm gājienu un atrodas uz granīta konstrukcijas pamatnes. X ass, kas atrodas uz konstrukcijas tilta ar 400 mm gājienu, nes vertikālo Z asi ar 100 mm gājienu. Šis izkārtojums ir attēlots piktogrammās.

Granīta platformas konstrukcijai Y asij mēs izvēlējāmies platkorpusa platformu PRO560LM tās lielākās nestspējas dēļ, kas ir izplatīta daudzās kustību lietojumprogrammās, izmantojot šo “Y/XZ dalītā tilta” izkārtojumu. X asij mēs izvēlējāmies PRO280LM, kas daudzās lietojumprogrammās parasti tiek izmantota kā tilta ass. PRO280LM piedāvā praktisku līdzsvaru starp tās izmēru un spēju nest Z asi ar klienta kravu.

IGM dizainu veidošanā mēs precīzi atkārtojām iepriekš minēto cirvju pamatkoncepcijas un izkārtojumus, un galvenā atšķirība ir tā, ka IGM cirvji ir iebūvēti tieši granīta struktūrā, un tāpēc tiem trūkst apstrādātu komponentu pamatņu, kas ir sastopamas skatuves granīta dizainos.

Abos konstrukcijas gadījumos kopīga ir Z ass, kas tika izvēlēta kā PRO190SL lodīšu skrūves piedziņas platforma. Šī ir ļoti populāra ass izmantošanai vertikālā orientācijā uz tilta, pateicoties tās lielajai kravnesībai un relatīvi kompaktajam formas faktoram.

2. attēlā ir ilustrētas konkrētās pētītās stadijas uz granīta un IGM sistēmas.

Tehniskais salīdzinājums

IGM sistēmas tiek izstrādātas, izmantojot dažādas metodes un komponentus, kas ir līdzīgi tiem, kas atrodami tradicionālajos skatuves uz granīta projektos. Tā rezultātā IGM sistēmām un skatuves uz granīta sistēmām ir daudzas kopīgas tehniskas īpašības. Savukārt kustības asu tieša integrēšana granīta struktūrā piedāvā vairākas atšķirīgas īpašības, kas atšķir IGM sistēmas no skatuves uz granīta sistēmām.

Formas faktors

Iespējams, visacīmredzamākā līdzība sākas ar mašīnas pamatni — granītu. Lai gan pastāv atšķirības starp granīta skatuves un IGM konstrukcijām īpašībās un pielaidēs, granīta pamatnes, stāvvadu un tilta kopējie izmēri ir līdzvērtīgi. Tas galvenokārt ir tāpēc, ka nominālie un ierobežojošie gājieni ir identiski gan granīta skatuves, gan IGM konstrukcijām.

Būvniecība

Apstrādātu komponentu asu pamatņu trūkums IGM konstrukcijā sniedz noteiktas priekšrocības salīdzinājumā ar risinājumiem, kas tiek uzklāti uz granīta. Jo īpaši komponentu samazināšana IGM strukturālajā cilpā palīdz palielināt kopējo ass stingrību. Tas arī ļauj samazināt attālumu starp granīta pamatni un ratiņu augšējo virsmu. Šajā konkrētajā gadījuma izpētē IGM konstrukcija piedāvā par 33% zemāku darba virsmas augstumu (80 mm salīdzinājumā ar 120 mm). Šis mazākais darba augstums ne tikai ļauj panākt kompaktāku konstrukciju, bet arī samazina mašīnas nobīdes no motora un kodētāja līdz darba punktam, kā rezultātā samazinās Abes kļūdas un tādējādi uzlabojas darba punkta pozicionēšanas veiktspēja.

Ass komponenti

Ieskatoties konstrukcijā, gan skatuves uz granīta, gan IGM risinājumiem ir dažas kopīgas galvenās sastāvdaļas, piemēram, lineārie motori un pozīcijas enkoderi. Kopīga spēka un magnēta celiņa izvēle nodrošina līdzvērtīgas spēka un izejas iespējas. Tāpat, izmantojot vienus un tos pašus enkoderus abos dizainos, tiek nodrošināta identiski smalka izšķirtspēja pozicionēšanas atgriezeniskajai saitei. Tā rezultātā lineārā precizitāte un atkārtojamības veiktspēja būtiski neatšķiras starp skatuves uz granīta un IGM risinājumiem. Līdzīgs komponentu izkārtojums, tostarp gultņu atdalīšana un tolerance, nodrošina salīdzināmu veiktspēju ģeometrisko kļūdu kustību ziņā (t. i., horizontālā un vertikālā taisnvirziena kustība, piķis, ripošana un novirze). Visbeidzot, abu dizainu atbalsta elementi, tostarp kabeļu pārvaldība, elektriskie ierobežotāji un cietie atdures, principiāli ir identiski pēc funkcijas, lai gan to fiziskais izskats var nedaudz atšķirties.

Gultņi

Šajā konkrētajā konstrukcijā viena no ievērojamākajām atšķirībām ir lineāro virzošo gultņu izvēle. Lai gan gan skatuves granīta, gan IGM sistēmās tiek izmantoti recirkulējošie lodīšu gultņi, IGM sistēma ļauj konstrukcijā iekļaut lielākus, stingrākus gultņus, nepalielinot ass darba augstumu. Tā kā IGM konstrukcija balstās uz granītu kā pamatni, nevis uz atsevišķu apstrādātu komponentu pamatni, ir iespējams atgūt daļu vertikālās platības, ko citādi patērētu apstrādāta pamatne, un būtībā aizpildīt šo vietu ar lielākiem gultņiem, vienlaikus samazinot kopējo ratiņu augstumu virs granīta.

Stīvums

Lielāku gultņu izmantošana IGM konstrukcijā būtiski ietekmē leņķisko stingrību. Platkorpusa apakšējās ass (Y) gadījumā IGM risinājums piedāvā par vairāk nekā 40 % lielāku rites stingrību, par 30 % lielāku soļa stingrību un par 20 % lielāku novirzes stingrību nekā atbilstoša granīta platformas konstrukcija. Līdzīgi IGM tilts piedāvā četras reizes lielāku rites stingrību, divreiz lielāku soļa stingrību un par vairāk nekā 30 % lielāku novirzes stingrību nekā tā granīta platformas analogs. Lielāka leņķiskā stingrība ir priekšrocība, jo tā tieši veicina uzlabotu dinamisko veiktspēju, kas ir galvenais, lai nodrošinātu lielāku mašīnas caurlaidspēju.

Kravnesība

IGM risinājuma lielāki gultņi nodrošina ievērojami lielāku kravnesību nekā risinājums, kas balstīts uz skatuves. Lai gan skatuves uz granīta risinājuma PRO560LM pamatass kravnesība ir 150 kg, atbilstošais IGM risinājums var izturēt 300 kg kravu. Līdzīgi skatuves uz granīta risinājuma PRO280LM tilta ass var izturēt 150 kg, savukārt IGM risinājuma tilta ass var nest līdz 200 kg.

Kustīgā masa

Lai gan mehāniski gultņoto IGM asu lielāki gultņi piedāvā labākus leņķiskās veiktspējas raksturlielumus un lielāku nestspēju, tie ir aprīkoti arī ar lielākiem, smagākiem ratiņiem. Turklāt IGM ratiņi ir konstruēti tā, lai noteiktas apstrādātās detaļas, kas nepieciešamas platformas uz granīta asij (bet nav obligātas IGM asij), tiktu noņemtas, lai palielinātu detaļas stingrību un vienkāršotu ražošanu. Šie faktori nozīmē, ka IGM asij ir lielāka kustīgā masa nekā atbilstošai platformas uz granīta asij. Neapstrīdams trūkums ir tas, ka IGM maksimālais paātrinājums ir mazāks, pieņemot, ka motora spēka izejas jauda nemainās. Tomēr noteiktās situācijās lielāka kustīgā masa var būt priekšrocība, jo tās lielākā inerce var nodrošināt lielāku izturību pret traucējumiem, kas var korelēt ar palielinātu stabilitāti pozīcijā.

Strukturālā dinamika

IGM sistēmas augstākā gultņu stingrība un stingrāks ratiņi sniedz papildu priekšrocības, kas ir acīmredzamas pēc galīgo elementu analīzes (FEA) programmatūras pakotnes izmantošanas modālās analīzes veikšanai. Šajā pētījumā mēs pārbaudījām kustīgā ratiņa pirmo rezonansi tās ietekmes uz servo joslas platumu dēļ. PRO560LM ratiņi saskaras ar rezonansi pie 400 Hz, savukārt atbilstošais IGM ratiņi saskaras ar tādu pašu režīmu pie 430 Hz. 3. attēls ilustrē šo rezultātu.

IGM risinājuma augstākā rezonanse, salīdzinot ar tradicionālo granīta platformu, daļēji ir saistīta ar stingrāku ratiņu un gultņu konstrukciju. Augstāka ratiņu rezonanse ļauj iegūt lielāku servo joslas platumu un tādējādi uzlabotu dinamisko veiktspēju.

Darbības vide

Ass blīvējamība gandrīz vienmēr ir obligāta, ja ir klāt piesārņotāji, neatkarīgi no tā, vai tie rodas lietotāja procesa laikā vai citādi atrodas mašīnas vidē. Šajās situācijās īpaši piemēroti ir granīta platformas risinājumi, jo ass pēc savas būtības ir noslēgta. Piemēram, PRO sērijas lineārie platformas ir aprīkotas ar cietiem vākiem un sānu blīvējumiem, kas saprātīgā mērā aizsargā platformas iekšējās sastāvdaļas no piesārņojuma. Šīs platformas var konfigurēt arī ar papildu galda virsmas tīrītājiem, lai notīrītu gružus no augšējā cietā vāka, platformai pārvietojoties. No otras puses, IGM kustības platformas pēc savas būtības ir atvērtas, un gultņi, motori un kodētāji ir atsegti. Lai gan tīrākā vidē tā nav problēma, tā var radīt problēmas, ja ir piesārņojums. Šo problēmu var risināt, IGM ass konstrukcijā iekļaujot īpašu silfonu stila ceļa pārsegu, lai nodrošinātu aizsardzību pret gružiem. Taču, ja tas netiek pareizi ieviests, silfoni var negatīvi ietekmēt ass kustību, radot ārējus spēkus ratiņiem, tiem pārvietojoties visā to kustības diapazonā.

Apkope

Apkalpošanas ērtums ir atšķirība starp granīta platformām un IGM kustību platformām. Lineāro motoru asis ir labi pazīstamas ar savu izturību, taču dažreiz ir nepieciešams veikt apkopi. Dažas apkopes darbības ir samērā vienkāršas un tās var veikt, nenoņemot vai neizjaucot attiecīgo asi, taču dažreiz ir nepieciešama rūpīgāka demontāža. Ja kustības platforma sastāv no atsevišķiem posmiem, kas uzstādīti uz granīta, apkope ir samērā vienkāršs uzdevums. Vispirms demontējiet platformu no granīta, pēc tam veiciet nepieciešamos apkopes darbus un uzstādiet to atpakaļ. Vai arī vienkārši nomainiet to ar jaunu platformu.

IGM risinājumi apkopes laikā dažkārt var būt sarežģītāki. Lai gan lineārā motora viena magnēta celiņa nomaiņa šajā gadījumā ir ļoti vienkārša, sarežģītāka apkope un remonts bieži vien ietver daudzu vai visu asi veidojošo komponentu pilnīgu demontāžu, kas ir laikietilpīgāk, ja komponenti ir tieši piestiprināti pie granīta. Pēc apkopes veikšanas ir arī grūtāk atkārtoti izlīdzināt uz granīta balstītās asis vienu pret otru — uzdevums, kas ir ievērojami vienkāršāks, ja tiek izmantoti atsevišķi posmi.

1. tabula. Mehāniski nesošo posmu uz granīta un IGM risinājumu fundamentālo tehnisko atšķirību kopsavilkums.

Ekonomiskais salīdzinājums

Lai gan jebkuras kustības sistēmas absolūtās izmaksas mainīsies atkarībā no vairākiem faktoriem, tostarp kustības garuma, ass precizitātes, kravnesības un dinamiskajām spējām, šajā pētījumā veiktā analogu IGM un uz granīta novietotu kustību sistēmu relatīvā salīdzināšana liecina, ka IGM risinājumi spēj nodrošināt vidējas līdz augstas precizitātes kustību par mēreni zemākām izmaksām nekā to uz granīta novietotie analogi.

Mūsu ekonomiskais pētījums sastāv no trim pamata izmaksu komponentiem: mašīnu detaļas (ieskaitot gan ražotās detaļas, gan iegādātās detaļas), granīta montāža, kā arī darbaspēks un pieskaitāmās izmaksas.

Mašīnu detaļas

IGM risinājums piedāvā ievērojamus ietaupījumus salīdzinājumā ar granīta platformu risinājumu mašīnu detaļu ziņā. Tas galvenokārt ir saistīts ar to, ka IGM nav sarežģīti apstrādātu platformu pamatņu uz Y un X asīm, kas palielina granīta platformu risinājumu sarežģītību un izmaksas. Turklāt izmaksu ietaupījumus var attiecināt uz citu IGM risinājumā apstrādāto detaļu, piemēram, kustīgo ratiņu, relatīvo vienkāršošanu, kuriem var būt vienkāršākas funkcijas un nedaudz brīvākas pielaides, ja tie ir paredzēti lietošanai IGM sistēmā.

Granīta asamblejas

Lai gan granīta pamatnes-stāvvietas-tilta mezgliem gan IGM, gan skatuves-granīta sistēmās šķiet līdzīgs formas faktors un izskats, IGM granīta mezgls ir nedaudz dārgāks. Tas ir tāpēc, ka granīts IGM risinājumā aizstāj apstrādātās skatuves pamatnes skatuves-granīta risinājumā, kas prasa, lai granītam būtu parasti stingrākas pielaides kritiskajos apgabalos un pat papildu funkcijas, piemēram, ekstrudēti griezumi un/vai vītņoti tērauda ieliktņi. Tomēr mūsu gadījuma pētījumā granīta struktūras papildu sarežģītību vairāk nekā kompensē mašīnu detaļu vienkāršošana.

Darbaspēks un pieskaitāmās izmaksas

Tā kā gan IGM, gan skatuves uz granīta sistēmu montāžā un testēšanā ir daudz līdzību, darbaspēka un pieskaitāmajās izmaksās nav būtiskas atšķirības.

Apvienojot visus šos izmaksu faktorus, šajā pētījumā aplūkotais konkrētais mehāniski nesošais IGM risinājums ir aptuveni par 15 % lētāks nekā mehāniski nesošais, stadijā uz granīta veidotais risinājums.

Protams, ekonomiskās analīzes rezultāti ir atkarīgi ne tikai no tādiem atribūtiem kā ceļa garums, precizitāte un kravnesība, bet arī no tādiem faktoriem kā granīta piegādātāja izvēle. Turklāt ir prātīgi ņemt vērā piegādes un loģistikas izmaksas, kas saistītas ar granīta konstrukcijas iegādi. Īpaši noderīgi ļoti lielām granīta sistēmām, lai gan tas attiecas uz visiem izmēriem, kvalificēta granīta piegādātāja izvēle tuvāk galīgās sistēmas montāžas vietai var palīdzēt samazināt arī izmaksas.

Jāatzīmē arī, ka šajā analīzē nav ņemtas vērā pēcieviešanas izmaksas. Piemēram, pieņemsim, ka kļūst nepieciešams apkalpot kustības sistēmu, salabojot vai nomainot kustības asi. Granīta skatuves sistēmu var apkalpot, vienkārši noņemot un salabojot/nomainot skarto asi. Pateicoties modulārākam skatuves stila dizainam, to var izdarīt relatīvi viegli un ātri, neskatoties uz augstākām sākotnējām sistēmas izmaksām. Lai gan IGM sistēmas parasti var iegūt par zemākām izmaksām nekā to granīta skatuves sistēmas, tās var būt grūtāk izjaukt un apkalpot integrētā konstrukcijas rakstura dēļ.

Secinājums

Ir skaidrs, ka katrs kustību platformas dizaina veids — gan skatuve uz granīta, gan IGM — var piedāvāt atšķirīgas priekšrocības. Tomēr ne vienmēr ir acīmredzams, kura ir visideālākā izvēle konkrētam kustības pielietojumam. Tāpēc ir ļoti izdevīgi sadarboties ar pieredzējušu kustību un automatizācijas sistēmu piegādātāju, piemēram, Aerotech, kas piedāvā izteikti uz pielietojumu orientētu, konsultatīvu pieeju, lai izpētītu un sniegtu vērtīgu ieskatu risinājumu alternatīvās sarežģītām kustības vadības un automatizācijas lietojumprogrammām. Izpratne ne tikai par atšķirībām starp šiem diviem automatizācijas risinājumu veidiem, bet arī par problēmu pamatelementiem, kuras tiem jārisina, ir panākumu atslēga, izvēloties kustību sistēmu, kas risina gan projekta tehniskos, gan finansiālos mērķus.

No AEROTECH.