Atšķirība starp Stage-on-Granite un Integrated Granite Motion Systems

Vispiemērotākās lineārās kustības platformas izvēle uz granīta bāzes konkrētajam lietojumam ir atkarīga no daudziem faktoriem un mainīgajiem.Ir ļoti svarīgi apzināties, ka katrai lietojumprogrammai ir savs unikāls prasību kopums, kas ir jāsaprot un jānosaka par prioritāti, lai rastu efektīvu risinājumu kustības platformas ziņā.

Viens no visuresošajiem risinājumiem ietver atsevišķu pozicionēšanas posmu uzstādīšanu uz granīta konstrukcijas.Vēl viens izplatīts risinājums integrē komponentus, kas veido kustības asis, tieši pašā granītā.Izvēle starp granīta platformu un integrētās granīta kustības (IGM) platformu ir viens no agrākajiem lēmumiem, kas jāpieņem atlases procesā.Ir skaidras atšķirības starp abiem risinājumu veidiem, un, protams, katram ir savas priekšrocības un brīdinājumi, kas ir rūpīgi jāsaprot un jāapsver.

Lai sniegtu labāku ieskatu šajā lēmumu pieņemšanas procesā, mēs novērtējam atšķirības starp diviem fundamentāliem lineārās kustības platformu projektiem — tradicionālo granīta risinājumu un IGM risinājumu — gan no tehniskā, gan finanšu viedokļa mehāniskās gadījuma izpēti.

Fons

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

• Mehāniskais gultnis, 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 bloka tilta ar 400 mm gājienu, nes vertikālo Z asi ar 100 mm gājienu.Šis izkārtojums ir attēlots piktogrammā.

Skatuves uz granīta konstrukcijai mēs izvēlējāmies PRO560LM plato korpusu Y asij, jo tai ir lielāka kravnesība, kas ir izplatīta daudzos kustības lietojumos, izmantojot šo Y/XZ sadalītā tilta izkārtojumu.X asij mēs izvēlējāmies PRO280LM, ko parasti izmanto kā tilta asi daudzos lietojumos.PRO280LM piedāvā praktisku līdzsvaru starp tā nospiedumu un spēju pārvadāt Z asi ar klienta kravnesību.

IGM dizainparaugiem mēs rūpīgi atkārtojām iepriekš minēto asu dizaina pamatkoncepcijas un izkārtojumus, un galvenā atšķirība ir tāda, ka IGM asis ir iebūvētas tieši granīta konstrukcijā, un tāpēc tām trūkst mehāniski apstrādātu komponentu pamatnes, kas atrodas uz skatuves. -granīta dizaini.

Abos dizaina gadījumos izplatīta ir Z ass, kas tika izvēlēta kā PRO190SL ar lodveida skrūvi darbināma stadija.Šī ir ļoti populāra ass izmantošanai tilta vertikālajā orientācijā tās dāsnās kravnesības un salīdzinoši kompaktā formas faktora dēļ.

2. attēlā parādītas konkrētās pētītās granīta un IGM sistēmas.

Tehniskais salīdzinājums

IGM sistēmas ir izstrādātas, izmantojot dažādas metodes un komponentus, kas ir līdzīgi tiem, kas atrodami tradicionālajos granīta projektos.Tā rezultātā starp IGM sistēmām un granīta sistēmām ir vairākas kopīgas tehniskās īpašības.Un otrādi, kustības asu integrēšana tieši granīta konstrukcijā piedāvā vairākas atšķirīgas īpašības, kas atšķir IGM sistēmas no granīta sistēmām.

Formas faktors

Iespējams, visredzamākā līdzība sākas ar mašīnas pamatu — granītu.Lai gan starp granīta un IGM konstrukcijām ir atšķirības īpašībās un pielaidēs, granīta pamatnes, stāvvadu un tilta kopējie izmēri ir līdzvērtīgi.Tas galvenokārt ir tāpēc, ka nominālais un ierobežojošais gājiens ir identisks starp granītu un IGM.

Būvniecība

Mehāniski apstrādātu komponentu asu pamatņu trūkums IGM konstrukcijā nodrošina noteiktas priekšrocības salīdzinājumā ar granīta risinājumiem.Jo īpaši komponentu samazināšana IGM strukturālajā cilpā palīdz palielināt kopējo ass stingrību.Tas nodrošina arī mazāku attālumu starp granīta pamatni un ratiņu augšējo virsmu.Šajā konkrētajā gadījuma izpētē IGM dizains piedāvā par 33% zemāku darba virsmas augstumu (80 mm salīdzinājumā ar 120 mm).Šis mazākais darba augstums ne tikai nodrošina kompaktāku dizainu, bet arī samazina mašīnas nobīdes no motora un kodētāja līdz darba punktam, tādējādi samazinot Abbe kļūdas un tādējādi uzlabojot darba punkta pozicionēšanas veiktspēju.

Asu komponenti

Skatoties dziļāk dizainā, granīta un IGM risinājumiem ir kopīgas dažas galvenās sastāvdaļas, piemēram, lineārie motori un pozīcijas kodētāji.Kopēja spēka un magnēta sliežu ceļa izvēle nodrošina līdzvērtīgas spēka izvades iespējas.Tāpat, izmantojot vienus un tos pašus kodētājus abos dizainos, tiek nodrošināta identiska izšķirtspēja pozicionēšanas atgriezeniskajai saitei.Tā rezultātā lineārās precizitātes un atkārtojamības veiktspēja būtiski neatšķiras starp granīta un IGM risinājumiem.Līdzīgs komponentu izkārtojums, tostarp gultņu atdalīšana un pielaide, nodrošina salīdzināmu veiktspēju attiecībā uz ģeometriskās kļūdas kustībām (ti, horizontālo un vertikālo taisnumu, slīpumu, sasvēršanos un leņķi).Visbeidzot, abu konstrukciju atbalsta elementi, tostarp kabeļu vadība, elektriskie ierobežojumi un cietie apturēšanas elementi, pēc būtības ir identiski, lai gan to fiziskais izskats var nedaudz atšķirties.

Gultņi

Šim konkrētajam dizainam viena no ievērojamākajām atšķirībām ir lineāro virzošo gultņu izvēle.Lai gan recirkulācijas lodīšu gultņi tiek izmantoti gan granīta, gan IGM sistēmās, IGM sistēma ļauj konstrukcijā iekļaut lielākus, stingrākus gultņus, nepalielinot ass darba augstumu.Tā kā IGM dizains balstās uz granītu kā pamatu, nevis uz atsevišķu mehāniski apstrādātu komponentu pamatni, ir iespējams atgūt daļu no vertikālā nekustamā īpašuma, ko citādi patērētu apstrādāta bāze, un būtībā aizpildīt šo vietu ar lielāku. gultņus, vienlaikus samazinot kopējo ratiņu augstumu virs granīta.

Stīvums

Lielāku gultņu izmantošanai IGM konstrukcijā ir liela ietekme uz leņķisko stingrību.Platas korpusa apakšējās ass (Y) gadījumā IGM risinājums piedāvā par vairāk nekā 40% lielāku rites stingrību, 30% lielāku slīpuma stingrību un par 20% lielāku slīpuma stingrību nekā atbilstošs granīta dizains.Līdzīgi, IGM tilts piedāvā četras reizes lielāku rites stingrību, divkāršu soļa stingrību un vairāk nekā par 30% lielāku leņķa stingrību nekā tā granīta līdzinieks.Lielāka leņķiskā stingrība ir izdevīga, jo tā tieši veicina uzlabotu dinamisko veiktspēju, kas ir galvenais, lai nodrošinātu lielāku mašīnas caurlaidspēju.

Kravnesība

IGM risinājuma lielākie gultņi nodrošina ievērojami lielāku kravnesību nekā granīta risinājumam.Lai gan granīta risinājuma PRO560LM pamatass kravnesība ir 150 kg, atbilstošais IGM risinājums var uzņemt 300 kg lietderīgo slodzi.Līdzīgi, skatuves uz granīta tilta ass PRO280LM atbalsta 150 kg, savukārt IGM risinājuma tilta ass var izturēt līdz 200 kg.

Kustīgā masa

Lai gan lielākie gultņi mehānisko gultņu IGM asīs nodrošina labākas leņķiskās veiktspējas īpašības un lielāku kravnesību, tie tiek piegādāti arī ar lielākiem un smagākiem kravas automobiļiem.Turklāt IGM karietes ir konstruētas tā, ka tiek noņemtas noteiktas mehāniski apstrādātas īpašības, kas nepieciešamas granīta asij (bet nav nepieciešamas IGM asij), lai palielinātu detaļu stingrību un vienkāršotu ražošanu.Šie faktori nozīmē, ka IGM asij ir lielāka kustīgā masa nekā atbilstošai granīta asij.Neapstrīdams mīnuss ir tas, ka IGM maksimālais paātrinājums ir mazāks, pieņemot, ka motora spēka izvade nemainās.Tomēr noteiktās situācijās lielāka kustīgā masa var būt izdevīga no viedokļa, ka tās lielāka inerce var nodrošināt lielāku pretestību traucējumiem, kas var būt saistīta ar palielinātu pozīcijas stabilitāti.

Strukturālā dinamika

IGM sistēmas lielāka gultņu stingrība un stingrāka kariete nodrošina papildu priekšrocības, kas ir redzamas pēc galīgo elementu analīzes (FEA) programmatūras pakotnes izmantošanas modālās analīzes veikšanai.Šajā pētījumā mēs pārbaudījām kustīgā ratiņa pirmo rezonansi, jo tā ietekmēja servo joslas platumu.PRO560LM kariete sastopas ar rezonansi 400 Hz frekvencē, savukārt atbilstošā IGM kariete piedzīvo tādu pašu režīmu pie 430 Hz.3. attēlā parādīts šis rezultāts.

IGM risinājuma augstāko rezonansi, salīdzinot ar tradicionālo skatuvi uz granīta, daļēji var saistīt ar stingrāku karietes un gultņu konstrukciju.Augstāka karietes rezonanse ļauj iegūt lielāku servo joslas platumu un tādējādi uzlabotu dinamisko veiktspēju.

Darbības vide

Asu noblīvēšana gandrīz vienmēr ir obligāta, ja ir piesārņotāji neatkarīgi no tā, vai tie ir radušies lietotāja procesā vai citādi pastāv iekārtas vidē.Stage-on-granīta risinājumi ir īpaši piemēroti šajās situācijās, jo ass pēc būtības ir slēgta.Piemēram, PRO sērijas lineārās pakāpes ir aprīkotas ar cietajiem vākiem un sānu blīvēm, kas saprātīgā mērā aizsargā iekšējās skatuves sastāvdaļas no piesārņojuma.Šīs pakāpes var konfigurēt arī ar izvēles galda tīrītājiem, lai slaucītu gružus no augšējā cietā vāka, šķērsojot skatuvi.No otras puses, IGM kustības platformas pēc būtības ir atvērtas, un gultņi, motori un kodētāji ir pakļauti.Lai gan tas nav problēma tīrākā vidē, tā var būt problemātiska, ja ir piesārņojums.Šo problēmu var atrisināt, IGM ass konstrukcijā iekļaujot īpašu silfona tipa pārsegu, lai nodrošinātu aizsardzību pret gružiem.Bet, ja tas nav pareizi ieviests, silfons var negatīvi ietekmēt ass kustību, radot ārējus spēkus karietei, kad tas pārvietojas visā tā gājiena diapazonā.

Apkope

Apkalpojamība ir atšķirība starp granīta un IGM kustības platformām.Lineārās motora asis ir labi pazīstamas ar savu robustumu, taču dažreiz ir nepieciešams veikt apkopi.Dažas apkopes darbības ir salīdzinoši vienkāršas, un tās var veikt, nenoņemot vai neizjaucot attiecīgo asi, taču dažreiz ir nepieciešama rūpīgāka nojaukšana.Ja kustības platforma sastāv no diskrētiem posmiem, kas uzstādīti uz granīta, apkope ir diezgan vienkāršs uzdevums.Vispirms noņemiet skatuvi no granīta, pēc tam veiciet nepieciešamos apkopes darbus un uzstādiet to atpakaļ.Vai arī vienkārši nomainiet to ar jaunu posmu.

IGM risinājumi dažkārt var būt sarežģītāki, veicot apkopi.Lai gan šajā gadījumā lineārā motora viena magnēta sliedes nomaiņa ir ļoti vienkārša, sarežģītāka apkope un remonts bieži vien ir saistīts ar daudzu vai visu asi veidojošo komponentu pilnīgu demontāžu, kas ir laikietilpīgāks, ja komponenti tiek montēti tieši uz granīta.Grūtāk ir arī pārkārtot granīta asis pēc apkopes veikšanas, kas ir daudz vienkāršāks ar diskrētiem posmiem.

1. tabula. Būtisku tehnisko atšķirību kopsavilkums starp mehāniski nesošiem granīta un IGM risinājumiem.

Ekonomiskais salīdzinājums

Lai gan jebkuras kustības sistēmas absolūtās izmaksas mainīsies atkarībā no vairākiem faktoriem, tostarp pārvietošanās garuma, ass precizitātes, kravnesības un dinamiskajām iespējām, šajā pētījumā veiktie analogo IGM un granīta kustības sistēmu relatīvie salīdzinājumi liecina, ka IGM risinājumi ir spēj piedāvāt vidējas līdz augstas precizitātes kustību par mēreni zemākām izmaksām nekā to granīta kolēģi.

Mūsu ekonomiskais pētījums sastāv no trim galvenajām izmaksu sastāvdaļām: mašīnu daļām (ieskaitot gan saražotās, gan iegādātās detaļas), granīta montāžu, kā arī darbaspēku un pieskaitāmās izmaksas.

Mašīnu daļas

IGM risinājums piedāvā ievērojamus ietaupījumus, salīdzinot ar granīta risinājumu, kas attiecas uz mašīnu daļām.Tas galvenokārt ir saistīts ar to, ka IGM trūkst sarežģīti apstrādātu skatuves pamatu uz Y un X asīm, kas palielina sarežģītību un izmaksas granīta risinājumiem.Turklāt izmaksu ietaupījumus var saistīt ar citu IGM risinājuma mehāniski apstrādāto detaļu relatīvo vienkāršošanu, piemēram, kustīgo ratiņu, kuriem var būt vienkāršākas funkcijas un nedaudz atvieglinātākas pielaides, ja tās ir paredzētas izmantošanai IGM sistēmā.

Granīta mezgli

Lai gan šķiet, ka granīta pamatnes-stāvvada-tilta mezgliem gan IGM, gan granīta sistēmās ir līdzīgs formas faktors un izskats, IGM granīta mezgls ir nedaudz dārgāks.Tas ir tāpēc, ka granīts IGM risinājumā aizvieto apstrādātās skatuves pamatnes granīta šķīdumā, kas prasa granītam kopumā stingrākas pielaides kritiskajos reģionos un pat papildu funkcijas, piemēram, ekstrudētus griezumus un/ vai, piemēram, tērauda ieliktņus ar vītni.Tomēr mūsu gadījuma izpētē granīta struktūras papildu sarežģītību vairāk nekā kompensē mašīnu detaļu vienkāršošana.

Darbaspēks un pieskaitāmās izmaksas

Tā kā IGM un granīta sistēmu montāžā un testēšanā ir daudz līdzību, darbaspēka un pieskaitāmās izmaksas būtiski neatšķiras.

Kad visi šie izmaksu faktori ir apvienoti, šajā pētījumā apskatītais specifiskais mehānisko gultņu IGM risinājums ir aptuveni par 15% lētāks nekā granīta risinājums ar mehāniskiem gultņiem.

Protams, ekonomiskās analīzes rezultāti ir atkarīgi ne tikai no tādiem atribūtiem kā brauciena garums, precizitāte un kravnesība, bet arī no tādiem faktoriem kā granīta piegādātāja izvēle.Turklāt ir saprātīgi 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 arī samazināt izmaksas.

Jāņem vērā arī tas, ka šajā analīzē nav ņemtas vērā izmaksas pēc ieviešanas.Piemēram, pieņemsim, ka ir nepieciešams apkalpot kustības sistēmu, labojot vai nomainot kustības asi.Skatuves uz granīta sistēmu var apkalpot, vienkārši noņemot un salabojot/nomainot skarto asi.Modulārāka skatuves stila dizaina dēļ to var izdarīt salīdzinoši viegli un ātri, neskatoties uz augstākajām sākotnējām sistēmas izmaksām.Lai gan IGM sistēmas parasti var iegūt par zemākām izmaksām nekā to granīta līdzinieces, tās var būt grūtāk izjaukt un apkalpot, jo konstrukcija ir integrēta.

Secinājums

Skaidrs, ka katrs kustības platformas dizaina veids — granīta un IGM — var piedāvāt atšķirīgas priekšrocības.Tomēr ne vienmēr ir skaidrs, kura ir ideālākā izvēle konkrētam kustības lietojumam.Tāpēc ir ļoti izdevīgi sadarboties ar pieredzējušu kustību un automatizācijas sistēmu piegādātāju, piemēram, Aerotech, kas piedāvā īpaši uz lietojumprogrammām vērstu konsultatīvu pieeju, lai izpētītu un sniegtu vērtīgu ieskatu risinājumu alternatīvās sarežģītām kustību kontroles un automatizācijas lietojumprogrammām.Izpratne ne tikai par atšķirību starp šiem diviem automatizācijas risinājumu veidiem, bet arī to problēmu pamataspektiem, kas tiem ir jāatrisina, ir veiksmes atslēga, izvēloties kustības sistēmu, kas atbilst gan projekta tehniskajiem, gan finansiālajiem mērķiem.

No AEROTECH.