Разликата помеѓу системи за движење на гранит и интегрирани системи за движење на гранит

Изборот на најсоодветната платформа за линеарно движење базирана на гранит за дадена апликација зависи од мноштво фактори и варијабли. Клучно е да се препознае дека секоја апликација има свој уникатен сет на барања што мора да се разберат и да се приоритизираат со цел да се постигне ефикасно решение во однос на платформата за движење.

Едно од поприсутните решенија вклучува монтирање на дискретни позиционирачки фази на гранитна структура. Друго вообичаено решение ги интегрира компонентите што ги сочинуваат оските на движење директно во самиот гранит. Изборот помеѓу платформа за движење на фаза на гранит и платформа за движење со интегриран гранит (IGM) е една од претходните одлуки што треба да се донесат во процесот на селекција. Постојат јасни разлики помеѓу двата типа решенија и, секако, секое има свои предности - и предупредувања - што треба внимателно да се разберат и разгледаат.

За да понудиме подобар увид во овој процес на донесување одлуки, ги оценуваме разликите помеѓу два фундаментални дизајни на платформи за линеарно движење - традиционално решение со платформа на гранит и решение со IGM - и од техничка и од финансиска перспектива во форма на студија на случај со механички лежишта.

Позадина

За да ги истражиме сличностите и разликите помеѓу IGM системите и традиционалните системи со поставување на гранит, генериравме два дизајни за тест случаи:

• Механичко лежиште, стационирано на гранит
• Механичко лежиште, IGM

Во двата случаи, секој систем се состои од три оски на движење. Y-оската нуди 1000 mm движење и се наоѓа на основата на гранитната структура. X-оската, која се наоѓа на мостот на склопот со 400 mm движење, ја носи вертикалната Z-оска со 100 mm движење. Овој распоред е претставен пиктографски.

За дизајнот на платформа на гранит, избравме платформа со широк труп PRO560LM за Y-оската поради нејзиниот поголем капацитет за носење товар, вообичаен за многу апликации за движење што го користат овој аранжман со „Y/XZ разделен мост“. За X-оската, избравме PRO280LM, кој најчесто се користи како мостова оска во многу апликации. PRO280LM нуди практична рамнотежа помеѓу неговата површина и неговата способност да носи Z-оска со товар на клиентот.

За IGM дизајните, точно ги реплициравме фундаменталните концепти на дизајн и распореди на горенаведените оски, со главна разлика што IGM оските се вградени директно во гранитната структура и затоа им недостасуваат основите на машински обработените компоненти присутни во дизајните со фаза на гранит.

Заедничка карактеристика и во двата случаи на дизајн е Z-оската, која беше избрана да биде платформа PRO190SL со топчест завртка. Ова е многу популарна оска за употреба во вертикална ориентација на мост поради нејзиниот голем капацитет на носивост и релативно компактна форма.

Слика 2 ги илустрира специфичните проучени системи со фази на гранит и IGM.

Техничка споредба

IGM системите се дизајнирани со користење на различни техники и компоненти слични на оние што се наоѓаат во традиционалните дизајни со фази на гранит. Како резултат на тоа, постојат бројни заеднички технички својства помеѓу IGM системите и системите со фази на гранит. Спротивно на тоа, интегрирањето на оските на движење директно во гранитната структура нуди неколку препознатливи карактеристики што ги разликуваат IGM системите од системите со фази на гранит.

Форм фактор

Можеби најочигледната сличност започнува со основата на машината - гранитот. Иако постојат разлики во карактеристиките и толеранциите помеѓу дизајните со фаза на гранит и IGM, вкупните димензии на гранитната основа, столбовите и мостот се еквивалентни. Ова е првенствено затоа што номиналните и граничните патувања се идентични помеѓу дизајните со фаза на гранит и IGM.

Градежништво

Отсуството на основи на оските со машински обработени компоненти во дизајнот на IGM дава одредени предности во однос на решенијата со гранит во фази. Особено, намалувањето на компонентите во структурната јамка на IGM помага да се зголеми вкупната цврстина на оската. Исто така, овозможува пократко растојание помеѓу гранитната основа и горната површина на носачот. Во оваа конкретна студија на случај, дизајнот на IGM нуди 33% помала висина на работната површина (80 mm во споредба со 120 mm). Оваа помала работна висина не само што овозможува покомпактен дизајн, туку и ги намалува поместувањата на машината од моторот и кодерот до работната точка, што резултира со намалени грешки на Абе и со тоа подобрени перформанси на позиционирање на работната точка.

Компоненти на оската

Ако се погледне подлабоко во дизајнот, решенијата од типот „stage-on-granite“ и IGM делат некои клучни компоненти, како што се линеарни мотори и позициони енкодери. Заедничкиот избор на сила и магнетна трака води до еквивалентни можности за излез на сила. Исто така, користењето на истите енкодери во двата дизајни обезбедува идентично фина резолуција за повратни информации за позиционирање. Како резултат на тоа, линеарната точност и перформансите на повторување не се значително различни помеѓу решенијата од типот „stage-on-granite“ и IGM. Сличен распоред на компонентите, вклучувајќи го одвојувањето и толеранцијата на лежиштата, води до споредливи перформанси во однос на движењата на геометриски грешки (т.е. хоризонтална и вертикална праволинијa, наклон, тркалање и скршнување). Конечно, потпорните елементи на двата дизајни, вклучувајќи го управувањето со кабли, електричните ограничувања и тврдите сопирања, се фундаментално идентични по функција, иако може малку да се разликуваат по физички изглед.

Лежишта

За овој конкретен дизајн, една од најзначајните разлики е изборот на линеарни водилки. Иако рециркулирачките топчести лежишта се користат и во системите со гранит и во IGM, IGM системот овозможува вклучување на поголеми, поцврсти лежишта во дизајнот без зголемување на работната висина на оската. Бидејќи дизајнот на IGM се потпира на гранитот како основа, за разлика од посебна основа со обработени компоненти, можно е да се поврати дел од вертикалниот недвижен простор што инаку би бил зафатен од обработената основа и во суштина да се пополни овој простор со поголеми лежишта, а сепак да се намали вкупната висина на носачот над гранитот.

Вкочанетост

Употребата на поголеми лежишта во дизајнот на IGM има длабоко влијание врз аголната цврстина. Во случајот на долната оска со широк труп (Y), решението на IGM нуди над 40% поголема цврстина на ротација, 30% поголема цврстина на наклон и 20% поголема цврстина на отстапување од соодветниот дизајн со фаза на гранит. Слично на тоа, мостот на IGM нуди четирикратно зголемување на цврстината на ротација, двојно поголема цврстина на наклон и повеќе од 30% поголема цврстина на отстапување од неговиот еквивалент со фаза на гранит. Повисоката аголна цврстина е предност бидејќи директно придонесува за подобрени динамички перформанси, што е клучно за овозможување на поголем проток на машината.

Капацитет на оптоварување

Поголемите лежишта на IGM решението овозможуваат значително поголем капацитет на носивост од решението со фаза на гранит. Иако основната оска PRO560LM на решението со фаза на гранит има капацитет на носивост од 150 кг, соодветното решение на IGM може да прими товар од 300 кг. Слично на тоа, мостната оска PRO280LM на решението со фаза на гранит издржува 150 кг, додека мостната оска на решението со IGM може да носи до 200 кг.

Подвижна маса

Иако поголемите лежишта во оските на IGM со механички лежишта нудат подобри аголни перформанси и поголем капацитет за носење товар, тие исто така доаѓаат со поголеми, потешки камиони. Дополнително, вагоните на IGM се дизајнирани така што одредени машински обработени карактеристики неопходни за оската на гранит (но не се потребни за оската на IGM) се отстранети за да се зголеми цврстината на делот и да се поедностави производството. Овие фактори значат дека оската на IGM има поголема подвижна маса од соодветната оска на гранит. Неоспорен недостаток е што максималното забрзување на IGM е помало, под претпоставка дека излезната сила на моторот е непроменета. Сепак, во одредени ситуации, поголемата подвижна маса може да биде предност од перспектива дека нејзината поголема инерција може да обезбеди поголем отпор на нарушувања, што може да се поврзе со зголемена стабилност во положбата.

Структурна динамика

Поголемата цврстина на лежиштето и поцврстиот носач на IGM системот обезбедуваат дополнителни придобивки што се очигледни по користењето на софтверски пакет за анализа на конечни елементи (FEA) за извршување на модална анализа. Во оваа студија, ја испитавме првата резонанца на подвижниот носач поради неговиот ефект врз пропусниот опсег на серво. Носачот PRO560LM наидува на резонанца на 400 Hz, додека соодветниот носач на IGM го доживува истиот режим на 430 Hz. Слика 3 го илустрира овој резултат.

Повисоката резонанца на IGM решението, во споредба со традиционалното поставување на гранит, може делумно да се припише на поцврстиот дизајн на носачот и лежиштето. Повисоката резонанца на носачот овозможува поголем пропусен опсег на серво моторот и со тоа подобрени динамички перформанси.

Работна средина

Запечатливоста на оската е речиси секогаш задолжителна кога се присутни загадувачи, без разлика дали се генерирани преку процесот на корисникот или на друг начин постојат во околината на машината. Решенијата за гранит на сцена се особено погодни во овие ситуации поради инхерентно затворената природа на оската. Линеарните фази од серијата PRO, на пример, се опремени со тврди капаци и странични заптивки кои ги штитат внатрешните компоненти на сцената од контаминација до разумна мера. Овие фази може да се конфигурираат и со опционални бришачи на маса за да се отстранат остатоците од горниот тврд капак додека сцената се движи. Од друга страна, платформите за движење IGM се инхерентно отворени по природа, со изложени лежишта, мотори и енкодери. Иако не е проблем во почисти средини, ова може да биде проблематично кога е присутна контаминација. Можно е да се реши овој проблем со вградување на специјална капачка за пат во стилот на мех во дизајнот на оската IGM за да се обезбеди заштита од остатоци. Но, ако не се имплементираат правилно, меховите можат негативно да влијаат на движењето на оската со пренесување надворешни сили на носачот додека се движи низ целиот опсег на движење.

Одржување

Сервисирањето е диференцијатор помеѓу платформите за движење на гранит и IGM. Линеарните моторни оски се добро познати по својата робусност, но понекогаш станува неопходно да се изврши одржување. Одредени операции за одржување се релативно едноставни и може да се извршат без отстранување или расклопување на оската за која станува збор, но понекогаш е потребно подетално расклопување. Кога платформата за движење се состои од дискретни нивоа монтирани на гранит, сервисирањето е релативно едноставна задача. Прво, расклопете ја платформата од гранитот, потоа извршете ги потребните работи за одржување и повторно монтирајте ја. Или, едноставно заменете ја со нова платформа.

IGM решенијата понекогаш можат да бидат попредизвикувачки при вршење на одржување. Иако заменувањето на една магнетна колосек на линеарниот мотор е многу едноставно во овој случај, покомплицираното одржување и поправки често вклучуваат целосно расклопување на многу или на сите компоненти што ја сочинуваат оската, што одзема повеќе време кога компонентите се монтирани директно на гранит. Исто така, потешко е повторно да се порамнат оските базирани на гранит една со друга по извршување на одржувањето - задача што е значително поедноставна со дискретни фази.

Табела 1. Резиме на фундаменталните технички разлики помеѓу решенијата со механички лежишта на гранит и IGM.

Економска споредба

Иако апсолутната цена на кој било систем за движење ќе варира врз основа на неколку фактори, вклучувајќи ја должината на движење, прецизноста на оската, капацитетот на оптоварување и динамичките способности, релативните споредби на аналогните IGM и системи за движење поставени на гранит спроведени во оваа студија сугерираат дека IGM решенијата се способни да понудат движење со средна до висока прецизност со умерено пониски трошоци од нивните еквиваленти поставени на гранит.

Нашата економска студија се состои од три фундаментални компоненти на трошоците: машински делови (вклучувајќи ги и произведените делови и купените компоненти), склопување на гранит и работна сила и режиски трошоци.

Машински делови

IGM решението нуди забележителни заштеди во споредба со решението со фаза на гранит во однос на машински делови. Ова првенствено се должи на недостатокот на сложено обработени фази на оските Y и X кај IGM, што додава сложеност и трошоци на решенијата со фаза на гранит. Понатаму, заштедите на трошоци може да се припишат на релативното поедноставување на другите обработени делови на решението IGM, како што се подвижните колички, кои можат да имаат поедноставни карактеристики и малку порелаксирани толеранции кога се дизајнирани за употреба во IGM систем.

Гранитни склопови

Иако склоповите од гранитна основа-подигнувач-мост и во IGM и во системите со фаза на гранит се чини дека имаат сличен формат и изглед, склопот од гранит IGM е малку поскап. Ова е затоа што гранитот во IGM решението го заменува машински обработените бази на фази во решението со фаза на гранит, што бара гранитот да има генерално построги толеранции во критичните региони, па дури и дополнителни карактеристики, како што се екструдирани сечења и/или навојни челични влошки, на пример. Сепак, во нашата студија на случај, додадената сложеност на гранитната структура е повеќе од компензирана со поедноставувањето на машинските делови.

Работна сила и режиски трошоци

Поради многуте сличности во склопувањето и тестирањето и на IGM и на системите со фаза на гранит, нема значајна разлика во трошоците за работна сила и режиските трошоци.

Откако ќе се комбинираат сите овие фактори на цена, специфичното решение за IGM со механички лежишта испитано во оваа студија е приближно 15% поевтино од решението со механички лежишта, поставено на гранит.

Секако, резултатите од економската анализа зависат не само од атрибути како што се должината на патувањето, прецизноста и носивоста, туку и од фактори како што е изборот на добавувач на гранит. Дополнително, разумно е да се земат предвид трошоците за испорака и логистика поврзани со набавка на гранитна структура. Особено корисно за многу големи гранитни системи, иако важи за сите големини, изборот на квалификуван добавувач на гранит во непосредна близина на локацијата на финалното склопување на системот може да помогне и во минимизирање на трошоците.

Исто така, треба да се напомене дека оваа анализа не ги зема предвид трошоците по имплементацијата. На пример, да претпоставиме дека станува неопходно да се сервисира системот за движење со поправка или замена на оска на движење. Системот на сцена на гранит може да се сервисира со едноставно отстранување и поправка/замена на засегнатата оска. Поради помодуларниот дизајн во стилот на сцена, ова може да се направи со релативна леснотија и брзина, и покрај повисоката почетна цена на системот. Иако IGM системите генерално може да се добијат по пониска цена од нивните еквиваленти на сцена на гранит, тие можат да бидат потешки за расклопување и сервисирање поради интегрираната природа на конструкцијата.

Заклучок

Јасно е дека секој тип на дизајн на платформа за движење - стационарна на гранит и IGM - може да понуди различни придобивки. Сепак, не е секогаш очигледно кој е најидеалниот избор за одредена апликација за движење. Затоа, многу е корисно да се соработува со искусен добавувач на системи за движење и автоматизација, како што е Aerotech, кој нуди консултативен пристап фокусиран на апликацијата за истражување и обезбедување вреден увид во алтернативи за решенија за предизвикувачки апликации за контрола на движењето и автоматизација. Разбирањето не само на разликата помеѓу овие два вида решенија за автоматизација, туку и на фундаменталните аспекти на проблемите што тие треба да ги решат, е основниот клуч за успех при изборот на систем за движење што ги опфаќа и техничките и финансиските цели на проектот.

Од АЕРОТЕХ.