Atšķirība starp pakāpi uz granītu un integrētām granīta kustību sistēmām

Vispiemērotākās uz granītu balstītas lineāras kustības platformas izvēle noteiktai lietojumprogrammai ir atkarīga no daudziem faktoriem un mainīgajiem. Ir svarīgi atzīt, ka katrai lietojumprogrammai ir savs unikāls prasību kopums, kas jāsaprot un jāpiešķir prioritāte, lai veiktu efektīvu risinājumu kustības platformas izteiksmē.

Viens no visuresošākajiem risinājumiem ir diskrētu pozicionēšanas posmu uzstādīšana uz granīta struktūras. Cits izplatīts risinājums integrē komponentus, kas veido kustības asis tieši pašā granītā. Viens no iepriekšējiem lēmumiem, kas jāpieņem atlases procesā, ir izvēle starp pakāpi uz granītu un integrēta granīta kustības (IGM) platformu. Starp abiem risinājumu veidiem ir skaidras atšķirības, un, protams, katram ir savi nopelni un brīdinājumi, kas ir rūpīgi jāsaprot un jāapsver.

Lai piedāvātu labāku ieskatu šajā lēmumu pieņemšanas procesā, mēs novērtējam atšķirības starp diviem fundamentāliem lineāras kustības platformas dizainparaugiem-tradicionālu granīta risinājumu un IgM risinājumu-gan no tehniskās, gan finanšu viedokļa mehāniski nesoša gadījuma izpētes veidā.

Izcelšanās

Lai izpētītu līdzības un atšķirības starp IGM sistēmām un tradicionālajām granīta sistēmām, mēs izveidojām divus testa gadījuma dizainus:

• Mehāniskais gultnis, granīts uz skatuves
• Mehānisks gultnis, IgM

Abos gadījumos katra sistēma sastāv no trim kustības asīm. Y ass piedāvā 1000 mm braucienu un atrodas uz granīta struktūras pamatnes. X ass, kas atrodas uz montāžas tilta ar 400 mm pārvietošanos, vertikālo z asi ar 100 mm braucienu. Šis izkārtojums ir attēlots piktogrāfiski.

Dizainam uz skatuves uz granīta mēs izvēlējāmies pro560lm plata korpusa posmu Y ass, jo tai ir lielāka slodzes spēja, kas ir kopīga daudzām kustību lietojumprogrammām, izmantojot šo “Y/Xz Split-Bridge” izkārtojumu. X asij mēs izvēlējāmies Pro280lm, ko daudzos lietojumos parasti izmanto kā tilta asi. Pro280LM piedāvā praktisku līdzsvaru starp tā pēdas nospiedumu un spēju nēsāt Z asi ar klienta kravu.

IgM dizainparaugiem mēs cieši atkārtojām iepriekšminēto asu pamatkoncepcijas un izkārtojumus, galveno atšķirību ir tas, ka IGM asis ir iebūvētas tieši granīta struktūrā, un tāpēc tām trūkst apstrādāto komponentu bāzes, kas atrodas uz skatuves uz granīta dizainparaugiem.

Bieži sastopami abos projektēšanas gadījumos ir Z ass, kas tika izvēlēta par Pro190SL bumbiņu skrūvētu virzītu stadiju. Šī ir ļoti populāra ass, ko izmantot vertikālā orientācijā uz tilta, jo tā ir dāsnā kravas jauda un samērā kompakts formas koeficients.

2. attēlā parādīts pētītā īpašā pakāpe uz granīta un IgM sistēmām.

Tehniskais salīdzinājums

IGM sistēmas ir izstrādātas, izmantojot dažādas metodes un komponentus, kas ir līdzīgi tiem, kas atrodami tradicionālajos granīta dizainparaugos. Tā rezultātā starp IGM sistēmām un granītu sistēmām ir daudz kopīgu tehnisko īpašību. Un otrādi, kustības asu integrēšana tieši granīta struktūrā piedāvā vairākas atšķirīgas īpašības, kas atšķir IgM sistēmas no granīta sistēmām.

Formas koeficients

Varbūt acīmredzamākā līdzība sākas ar mašīnas pamatu - granītu. Lai gan ir atšķirības pazīmēs un pielaides starp granīta un IgM dizainu, granīta bāzes, stāvvadu un tilta kopējās izmēri ir līdzvērtīgi. Tas galvenokārt notiek tāpēc, ka nominālie un ierobežotie ceļojumi ir identiski starp granītu un IGM.

Būvniecība

Ar mehāniski izstrādātu komponentu asu bāzu trūkumu IGM dizainā ir noteiktas priekšrocības salīdzinājumā ar granīta risinājumiem. Jo īpaši komponentu samazināšana IgM strukturālajā cilpā palīdz palielināt kopējo ass stīvumu. Tas arī ļauj īsāku attālumu starp granīta pamatni un pārvadāšanas augšējo virsmu. Šajā konkrētajā gadījuma pētījumā IgM dizains piedāvā par 33% zemāku darba virsmas augstumu (80 mm, salīdzinot ar 120 mm). Šis mazākais darba augstums ne tikai pieļauj kompaktāku dizainu, bet arī samazina mašīnas kompensācijas no motora un kodētāja uz darbu, kā rezultātā tiek samazinātas abbe kļūdas un tādējādi uzlabota darba punkta pozicionēšanas veiktspēja.

Ass komponenti

Skatoties dziļāk dizainā, skatuves uz granīta un IGM risinājumiem ir daži galvenie komponenti, piemēram, lineārie motori un pozīcijas kodētāji. Parastā Forcer un Magnet Track Selection noved pie līdzvērtīgas spēka-izejas iespējas. Tāpat to pašu kodētāju izmantošana abos dizainos nodrošina identiski smalku izšķirtspēju atgriezeniskās saites pozicionēšanai. Tā rezultātā lineārā precizitāte un atkārtojamības rādītāji būtiski neatšķiras starp granīta un IgM risinājumiem. Līdzīgs komponentu izkārtojums, ieskaitot nesošo atdalīšanu un tolerancēšanu, noved pie salīdzināmas veiktspējas ģeometrisko kļūdu kustību izteiksmē (ti, horizontālā un vertikālā taisnība, solis, ripošana un jūga). Visbeidzot, abi dizainparaugu atbalstošie elementi, ieskaitot kabeļu pārvaldību, elektriskos ierobežojumus un cietos, ir fundamentāli identiski, lai gan tie var nedaudz atšķirties pēc fiziskā izskata.

Gultņi

Šim konkrētajam dizainam viena no ievērojamākajām atšķirībām ir lineāru virzošo gultņu izvēle. Lai arī lodīšu gultņu recirkulācija tiek izmantota gan granīta, gan IgM sistēmās, IGM sistēma ļauj iekļaut lielāku, stingrāku gultni dizainā, nepalielinot ass darba augstumu. Tā kā IgM dizains ir atkarīgs no granīta kā tā pamatne, nevis atsevišķa mehāniski komponentu pamatne, ir iespējams atgūt daļu no vertikālā nekustamā īpašuma, kuru citādi patērētu ar apstrādātu pamatni, un būtībā piepildītu šo vietu ar lielāku gultņiem, vienlaikus samazinot kopējo pārvadāšanas augstumu virs granīta.

Stīvums

Lielāku gultņu izmantošanai IGM dizainā ir dziļa ietekme uz leņķisko stīvumu. Plaša ķermeņa apakšējā ass (Y) gadījumā IgM risinājums piedāvā vairāk nekā 40% lielāku ruļļa stingrību, par 30% lielāku piķa stingrību un par 20% lielāku jūga stīvumu nekā attiecīgā pakāpe uz granīta dizainu. Līdzīgi IGM tilts piedāvā četrkārtīgu ruļļa stingrības palielināšanos, divkāršu piķa stingrību un vairāk nekā par 30% lielāku jūga stīvumu nekā tā skatuves uz granīta kolēģi. Lielāks leņķiskais stīvums ir izdevīgs, jo tas tieši veicina uzlabotu dinamisko veiktspēju, kas ir galvenais, lai nodrošinātu augstākas mašīnas caurlaidspēju.

Slodzes ietilpība

IGM risinājuma lielāki gultņi ļauj ievērojami lielāku kravas jaudu nekā granīta risinājums uz granīta. Lai gan Pro560LM bāzes asis no skatuves uz granīta šķīduma slodzes ietilpība ir 150 kg, atbilstošais IgM risinājums var ietilpt 300 kg kravas. Līdzīgi, skatuves uz granīta Pro280LM tilta ass atbalsta 150 kg, turpretī IgM šķīduma tilta ass var pārnest līdz 200 kg.

Kustīgā masa

Kaut arī lielāki gultņi mehāniski saturošajās IgM asīs piedāvā labākas leņķa veiktspējas atribūtus un lielāku kravas pārvadāšanas spēju, tiem ir arī lielākas, smagākas kravas automašīnas. Turklāt IGM ratiņi ir izstrādāti tādi, ka noteiktas apstrādātas pazīmes, kas vajadzīgas granīta asij (bet tām nav vajadzīgas IgM ass), tiek noņemti, lai palielinātu daļu stingrību un vienkāršotu ražošanu. Šie faktori nozīmē, ka IGM asij ir lielāka kustīga masa nekā atbilstošai pakāpei uz granīta asi. Neapstrīdami negatīvie ir tas, ka IGM maksimālais paātrinājums ir mazāks, pieņemot, ka motora spēka izvade nav mainīta. Tomēr noteiktās situācijās lielāka kustīga masa var būt izdevīga no viedokļa, ka tā lielāka inerce var nodrošināt lielāku izturību pret traucējumiem, kas var korelēt ar palielinātu pozīcijas stabilitāti.

Strukturālā dinamika

IGM sistēmas augstākā gultņa stīvums un stingrāks pārvadājums nodrošina papildu priekšrocības, kas ir acīmredzamas pēc tam, kad modāla analīzes veikšanai ir izmantota ierobežota elementa analīzes (FEA) programmatūras pakete. Šajā pētījumā mēs pārbaudījām kustīgā pārvadāšanas pirmo rezonansi, jo tā ietekmē servo joslas platumu. Pro560LM pārvadājums saskaras ar rezonansi ar 400 Hz, savukārt atbilstošajai IGM pārvadāšanai ir tāds pats režīms ar 430 Hz. 3. attēlā parādīts šis rezultāts.

IgM risinājuma augstāku rezonansi, salīdzinot ar tradicionālo pakāpi uz granītu, daļēji var attiecināt uz stingrāku pārvadājumu un gultņu dizainu. Augstāka pārvadāšanas rezonanse ļauj iegūt lielāku servo joslas platumu un tādējādi uzlabot dinamisko sniegumu.

Darbības vide

Axis blīvīgums gandrīz vienmēr ir obligāts, ja ir piesārņotāji, neatkarīgi no tā, vai tie ir ģenerēti, izmantojot lietotāja procesu vai kā citādi pastāv mašīnas vidē. Pakāpeniski uz granīta risinājumi ir īpaši piemēroti šajās situācijās, ņemot vērā asi pēc savas būtības. Piemēram, pro sērijas lineārie posmi ir aprīkoti ar cietajiem vākiem un sānu blīvējumiem, kas saprātīgā mērā aizsargā iekšējās skatuves komponentus no piesārņojuma. Šos posmus var konfigurēt arī ar izvēles galda tīrītājiem, lai slaucītu gružus no augšējā cietā vāka, kad skatuve šķērso. No otras puses, IGM kustības platformas pēc būtības ir atvērtas dabā, un ir pakļauti gultņi, motori un kodētāji. Lai arī tas nav jautājums tīrākā vidē, tas var būt problemātiski, ja ir piesārņojums. Ir iespējams risināt šo jautājumu, iekļaujot īpašu silfona stila virzienu IGM ass dizainā, lai nodrošinātu aizsardzību no gružiem. Bet, ja tas netiek pareizi ieviests, silfons var negatīvi ietekmēt ass kustību, piešķirot pārvadājumu ārējos spēkus, kad tā pārvietojas visā ceļojuma diapazonā.

Uzturēšana

Apkalpojamība ir atšķirība starp granīta un IgM kustību platformām. Lineārās motorās asis ir labi pazīstamas ar savu izturību, taču dažreiz ir nepieciešams veikt apkopi. Atsevišķas apkopes darbības ir samērā vienkāršas, un tās var paveikt, nenoņemot vai izjaucot attiecīgo asi, bet dažreiz ir nepieciešama rūpīgāka nojaukšana. Kad kustības platforma sastāv no diskrētiem posmiem, kas uzstādīti uz granīta, apkalpošana ir samērā vienkāršs uzdevums. Vispirms atdaliet skatuvi no granīta, pēc tam veiciet nepieciešamo apkopes darbu un pārveidojiet to. Vai arī vienkārši nomainiet to ar jaunu skatuvi.

IGM risinājumi dažkārt var būt grūtāki, veicot apkopi. Lai arī viena lineārā motora viena magnēta ceļa nomaiņa šajā gadījumā ir ļoti vienkārša, sarežģītāka apkope un remonts bieži vien pilnībā izjauc daudzus vai visus komponentus, kas satur asi, kas prasa vairāk laika, ja komponenti tiek uzstādīti tieši uz granītu. Pēc uzturēšanas veikšanas ir arī grūtāk arī pielāgot granīta bāzes asis viens otram-uzdevums, kas ir ievērojami vienkāršāks ar diskrētiem posmiem.

1. tabula. Kopsavilkums par pamata tehniskajām atšķirībām starp mehāniski saturošiem granīta un IgM risinājumiem.

Ekonomiskais salīdzinājums

Kaut arī jebkuras kustības sistēmas absolūtās izmaksas mainīsies atkarībā no vairākiem faktoriem, ieskaitot ceļojuma garumu, ass precizitāti, slodzes jaudu un dinamiskās iespējas, šajā pētījumā veiktie analogo IGM un granīta kustību sistēmu relatīvie salīdzinājumi liecina, ka IGM risinājumi spēj piedāvāt vidēju vai augstas kvalitātes kustību mērenā izmaksās nekā to posms-granite-granite.

Mūsu ekonomiskais pētījums sastāv no trim fundamentālām izmaksu sastāvdaļām: mašīnu detaļām (ieskaitot gan ražotās detaļas, gan iegādātos komponentus), granīta montāžu, kā arī darbaspēku un pieskaitāmās izmaksas.

Mašīnas

IgM risinājums piedāvā ievērības cienīgus ietaupījumus salīdzinājumā ar granīta skatuves risinājumu mašīnu detaļu ziņā. Tas galvenokārt ir saistīts ar IgM sarežģītās apstrādāto skatuves bāzu trūkumu uz Y un X asīm, kas rada sarežģītību un izmaksas uz granīta risinājumiem. Turklāt izmaksu ietaupījumus var attiecināt uz citu mehānisku detaļu relatīvu vienkāršošanu IGM šķīdumā, piemēram, kustīgajiem ratiņiem, kuriem var būt vienkāršākas funkcijas un nedaudz mierīgākas pielaides, ja tas ir paredzēts lietošanai IgM sistēmā.

Granīta komplekti

Lai arī granīta bāzes-riser-tiltu komplektiem gan IgM, gan uz granīta sistēmām, šķiet, ir līdzīga formas faktors un izskats, IgM granīta montāža ir nedaudz dārgāka. Tas notiek tāpēc, ka granīts IGM šķīdumā ieņem mašīnkontrolētu skatuves bāzu vietā granīta skatuves šķīdumā, kam granītam ir jābūt stingrākām pielaidēm kritiskos reģionos, un, piemēram, pat papildu funkcijām, piemēram, ekstrudētiem griezumiem un/vai vītņotiem tērauda ieliktņiem. Tomēr mūsu gadījuma pētījumā granīta struktūras pievienoto sarežģītību vairāk nekā kompensē vienkāršošana mašīnu daļās.

Darbs un virs galvas

Sakarā ar daudzajām līdzībām gan IgM, gan uz granītu sistēmu montāžas un testēšanas līdzībām, darbaspēka un pieskaitāmās izmaksas nav būtiskas atšķirības.

Kad visi šie izmaksu koeficienti ir apvienoti, šajā pētījumā pārbaudītais īpašais mehāniskais IgM risinājums ir aptuveni par 15% lētāks nekā mehāniski saturošais, granīta stadijas risinājums.

Protams, ekonomiskās analīzes rezultāti ir atkarīgi ne tikai no tādiem atribūtiem kā ceļojuma garums, precizitātes un slodzes spēja, bet arī no tādiem faktoriem kā granīta piegādātāja izvēle. Turklāt ir saprātīgi apsvērt nosūtīšanas un loģistikas izmaksas, kas saistītas ar granīta struktūras iegādi. Īpaši noderīga ļoti lielām granīta sistēmām, kaut arī taisnība ir visa izmēra, kvalificēta granīta piegādātāja izvēle tuvāk galīgās sistēmas montāžas atrašanās vietai var palīdzēt samazināt arī izmaksas.

Jāatzīmē arī, ka šajā analīzē nav ņemtas vērā pēc ieviešanas izmaksas. Piemēram, pieņemsim, ka ir nepieciešams apkalpot kustības sistēmu, salabojot vai aizstājot kustības asi. Sistēmu uz granīta var apkalpot, vienkārši noņemot un remontējot/nomainot skarto asi. Modulārāka skatuves stila dizaina dēļ to var izdarīt ar relatīvu vieglumu un ātrumu, neskatoties uz augstākajām sākotnējās sistēmas izmaksām. Lai arī IGM sistēmas parasti var iegūt par zemākām izmaksām nekā to kolēģi uz granīta uz granīta, tās var būt grūtākas izjaukt un apkalpot, jo ir integrēta būvniecības rakstura dēļ.

Secinājums

Skaidrs, ka katrs kustības platformas dizains-granīts un IGM-var piedāvāt atšķirīgas priekšrocības. Tomēr ne vienmēr ir acīmredzams, kura ir ideālākā izvēle noteiktai kustības pielietojumam. Tāpēc ir ļoti izdevīgi sadarboties ar pieredzējušu kustību un automatizācijas sistēmu piegādātāju, piemēram, Aerotech, kas piedāvā izteikti orientētu, konsultatīvu pieeju, lai izpētītu un sniegtu vērtīgu ieskatu risinājuma alternatīvās kustību kontroles un automatizācijas lietojumprogrammām. Izpratne par atšķirību starp šīm divām automatizācijas risinājumu šķirnēm, bet arī to problēmu pamatelementiem, kas viņiem jāatrisina, ir pamata panākumu atslēga, izvēloties kustības sistēmu, kas pievēršas gan projekta tehniskajiem, gan finansiālajiem mērķiem.

No Aerotech.