Diferența dintre sistemele de mișcare Stage-on-Granite și Granit integrate

Selectarea celei mai potrivite platforme de mișcare liniară pe bază de granit pentru o anumită aplicație depinde de o serie de factori și variabile.Este esențial să recunoaștem că fiecare aplicație are propriul său set unic de cerințe care trebuie înțelese și prioritizate pentru a urmări o soluție eficientă în ceea ce privește o platformă de mișcare.

Una dintre cele mai omniprezente soluții implică montarea unor etape de poziționare discrete pe o structură de granit.O altă soluție comună integrează componentele care cuprind axele de mișcare direct în granitul însuși.Alegerea între o platformă de mișcare în granit și o platformă integrată de granit (IGM) este una dintre deciziile anterioare care trebuie luate în procesul de selecție.Există distincții clare între ambele tipuri de soluții și, desigur, fiecare are propriile sale merite - și avertismente - care trebuie să fie înțelese și luate în considerare cu atenție.

Pentru a oferi o perspectivă mai bună asupra acestui proces de luare a deciziilor, evaluăm diferențele dintre două modele fundamentale de platforme de mișcare liniară - o soluție tradițională de etaj pe granit și o soluție IGM - atât din perspectivă tehnică, cât și financiară, sub forma unei soluții mecanice. studiu de caz al rulmentului.

fundal

Pentru a explora asemănările și diferențele dintre sistemele IGM și sistemele tradiționale de etaj pe granit, am generat două modele de caz de testare:

• Rulment mecanic, etapă pe granit
• Rulment mecanic, IGM

În ambele cazuri, fiecare sistem este format din trei axe de mișcare.Axa Y oferă o cursă de 1000 mm și este situată pe baza structurii de granit.Axa X, situată pe puntea ansamblului cu cursă de 400 mm, poartă axa Z verticală cu cursă de 100 mm.Acest aranjament este reprezentat pictografic.

Pentru proiectarea etajă pe granit, am selectat o treaptă cu corp larg PRO560LM pentru axa Y datorită capacității sale mai mari de încărcare, obișnuită pentru multe aplicații de mișcare folosind acest aranjament „Y/XZ split-bridge”.Pentru axa X, am ales un PRO280LM, care este folosit în mod obișnuit ca axă de punte în multe aplicații.PRO280LM oferă un echilibru practic între amprenta sa și capacitatea sa de a transporta o axa Z cu o sarcină utilă a clientului.

Pentru proiectele IGM, am replicat îndeaproape conceptele fundamentale de proiectare și aranjamentele axelor de mai sus, diferența principală fiind că axele IGM sunt construite direct în structura de granit și, prin urmare, lipsesc bazele componentelor prelucrate prezente în etapa de montaj. -modele din granit.

Obișnuită în ambele cazuri de proiectare este axa Z, care a fost aleasă să fie o treaptă cu șurub cu bile PRO190SL.Aceasta este o axă foarte populară de utilizat în orientare verticală pe un pod datorită capacității sale generoase de încărcare utilă și factorului de formă relativ compact.

Figura 2 ilustrează sistemele specifice de etapă pe granit și IGM studiate.

Comparație tehnică

Sistemele IGM sunt proiectate folosind o varietate de tehnici și componente care sunt similare cu cele găsite în modelele tradiționale de etapă pe granit.Ca urmare, există numeroase proprietăți tehnice comune între sistemele IGM și sistemele de etaj pe granit.În schimb, integrarea axelor de mișcare direct în structura granitului oferă mai multe caracteristici distinctive care diferențiază sistemele IGM de sistemele etapă pe granit.

Factor de formă

Poate cea mai evidentă asemănare începe cu fundația mașinii - granitul.Deși există diferențe în ceea ce privește caracteristicile și toleranțele între modelele de etaj pe granit și IGM, dimensiunile totale ale bazei, ale ascensoarelor și ale podului din granit sunt echivalente.Acest lucru se datorează în primul rând pentru că cursele nominale și limită sunt identice între treapta pe granit și IGM.

Constructie

Lipsa bazelor axelor pentru componente prelucrate în proiectarea IGM oferă anumite avantaje față de soluțiile de etaj pe granit.În special, reducerea componentelor din bucla structurală a IGM ajută la creșterea rigidității generale a axei.De asemenea, permite o distanță mai scurtă între baza de granit și suprafața superioară a căruciorului.În acest studiu de caz particular, designul IGM oferă o înălțime cu 33% mai mică a suprafeței de lucru (80 mm comparativ cu 120 mm).Nu numai că această înălțime de lucru mai mică permite un design mai compact, dar și reduce decalările mașinii de la motor și encoder la punctul de lucru, rezultând erori Abbe reduse și, prin urmare, performanțe îmbunătățite de poziționare a punctului de lucru.

Componentele axei

Privind mai în profunzime designul, soluțiile pentru etaj pe granit și IGM au câteva componente cheie, cum ar fi motoarele liniare și codificatoarele de poziție.Selectarea obișnuită a forței și a pistei magnetului duce la capacități echivalente de ieșire a forței.De asemenea, utilizarea acelorași codificatoare în ambele modele oferă o rezoluție identică fină pentru feedback-ul de poziționare.Ca rezultat, acuratețea liniară și performanța repetabilității nu este semnificativ diferită între soluțiile de etaj pe granit și IGM.Dispunerea similară a componentelor, inclusiv separarea rulmentului și toleranța, conduce la performanțe comparabile în ceea ce privește mișcările de eroare geometrică (adică, dreptate orizontală și verticală, înclinare, rulare și rotire).În cele din urmă, elementele de susținere ale ambelor modele, inclusiv gestionarea cablurilor, limitele electrice și opritoarele, sunt fundamental identice în funcție, deși pot varia oarecum în aspectul fizic.

Rulmenți

Pentru acest design special, una dintre cele mai notabile diferențe este alegerea rulmenților de ghidare liniară.Deși rulmenții cu recirculare cu bile sunt utilizați atât în ​​sistemele de etaj pe granit, cât și în sistemele IGM, sistemul IGM face posibilă încorporarea rulmenților mai mari și mai rigidi în design fără a crește înălțimea de lucru a axei.Deoarece designul IGM se bazează pe granit ca bază, spre deosebire de o bază separată cu componente prelucrate, este posibil să se recupereze o parte din imobilul vertical care altfel ar fi consumat de o bază prelucrată și, în esență, să umpleți acest spațiu cu un spațiu mai mare. rulmenți, reducând în același timp înălțimea totală a căruciorului deasupra granitului.

Rigiditate

Utilizarea rulmenților mai mari în designul IGM are un impact profund asupra rigidității unghiulare.În cazul axei inferioare cu corp lat (Y), soluția IGM oferă o rigiditate mai mare la rulare cu peste 40%, o rigiditate mai mare la pas cu 30% și o rigiditate la rotire cu 20% mai mare decât un design corespunzător etaj pe granit.În mod similar, puntea IGM oferă o creștere de patru ori a rigidității de rulare, dublul rigidității la pas și o rigiditate la rotire cu peste 30% mai mare decât omologul său de la etapă pe granit.Rigiditatea unghiulară mai mare este avantajoasă, deoarece contribuie direct la îmbunătățirea performanței dinamice, care este cheia pentru a permite un randament mai mare al mașinii.

Capacitate de incarcare

Rulmenții mai mari ai soluției IGM permit o capacitate de sarcină utilă substanțial mai mare decât o soluție cu etapă pe granit.Deși axa de bază PRO560LM a soluției de etapă pe granit are o capacitate de încărcare de 150 kg, soluția IGM corespunzătoare poate găzdui o sarcină utilă de 300 kg.În mod similar, axa de punte PRO280LM a etapei pe granit suportă 150 kg, în timp ce axa de punte a soluției IGM poate transporta până la 200 kg.

Masă în mișcare

În timp ce rulmenții mai mari din axele IGM cu rulmenți mecanici oferă atribute de performanță unghiulară mai bune și o capacitate de transport mai mare a sarcinii, aceștia vin și cu camioane mai mari și mai grele.În plus, cărucioarele IGM sunt proiectate astfel încât anumite caracteristici prelucrate necesare unei axe de treaptă pe granit (dar nu cerute de o axă IGM) sunt îndepărtate pentru a crește rigiditatea piesei și a simplifica producția.Acești factori înseamnă că axa IGM are o masă în mișcare mai mare decât o axă corespunzătoare etapă pe granit.Un dezavantaj incontestabil este că accelerația maximă a IGM este mai mică, presupunând că puterea de ieșire a motorului este neschimbată.Cu toate acestea, în anumite situații, o masă în mișcare mai mare poate fi avantajoasă din perspectiva că inerția sa mai mare poate oferi o rezistență mai mare la perturbații, care se poate corela cu o stabilitate crescută în poziție.

Dinamica structurală

Rigiditatea lagărului mai mare a sistemului IGM și transportul mai rigid oferă beneficii suplimentare care sunt evidente după utilizarea unui pachet software de analiză cu elemente finite (FEA) pentru a efectua o analiză modală.În acest studiu, am examinat prima rezonanță a căruciorului în mișcare din cauza efectului său asupra lățimii de bandă servo.Căruciorul PRO560LM întâmpină o rezonanță la 400 Hz, în timp ce căruciorul IGM corespunzător experimentează același mod la 430 Hz.Figura 3 ilustrează acest rezultat.

Rezonanța mai mare a soluției IGM, în comparație cu o etapă tradițională pe granit, poate fi atribuită parțial designului mai rigid al căruciorului și al rulmenților.O rezonanță mai mare a căruciorului face posibilă o lățime de bandă servo mai mare și, prin urmare, o performanță dinamică îmbunătățită.

Mediul de operare

Sigilarea axelor este aproape întotdeauna obligatorie atunci când sunt prezenți contaminanți, indiferent dacă sunt generați prin procesul utilizatorului sau există în alt mod în mediul mașinii.Soluțiile de etaj pe granit sunt deosebit de potrivite în aceste situații datorită naturii inerente închise a axei.Treptele liniare din seria PRO, de exemplu, sunt echipate cu coperți rigide și etanșări laterale care protejează într-o măsură rezonabilă componentele interne ale scenei de contaminare.Aceste etape pot fi, de asemenea, configurate cu ștergătoare opționale de masă pentru a mătura resturile de pe capacul rigid superior pe măsură ce scena traversează.Pe de altă parte, platformele de mișcare IGM sunt în mod inerent deschise în natură, cu rulmenții, motoarele și codificatoarele expuse.Deși nu este o problemă în mediile mai curate, acest lucru poate fi problematic atunci când este prezentă contaminarea.Este posibil să se rezolve această problemă prin încorporarea unui capac special în stil burduf într-un design al axei IGM pentru a oferi protecție împotriva reziduurilor.Dar dacă nu este implementat corect, burduful poate influența negativ mișcarea axei prin transmiterea forțelor externe asupra căruciorului pe măsură ce acesta se deplasează prin întreaga sa gamă de deplasare.

întreținere

Capacitatea de funcționare este un diferențiere între platformele de mișcare scenă pe granit și IGM.Axele cu motor liniar sunt bine cunoscute pentru robustețea lor, dar uneori devine necesară efectuarea întreținerii.Anumite operațiuni de întreținere sunt relativ simple și pot fi realizate fără a demonta sau dezasambla axa în cauză, dar uneori este necesară o demontare mai amănunțită.Atunci când platforma de mișcare constă din trepte discrete montate pe granit, întreținerea este o sarcină destul de simplă.Mai întâi, demontați scena de pe granit, apoi efectuați lucrările de întreținere necesare și remontați-o.Sau pur și simplu înlocuiți-l cu o nouă etapă.

Soluțiile IGM pot fi uneori mai dificile atunci când se efectuează întreținere.Deși înlocuirea unei singure piste magnetice a motorului liniar este foarte simplă în acest caz, întreținerea și reparațiile mai complicate implică adesea dezasamblarea completă a multor sau a tuturor componentelor care cuprind axa, ceea ce consumă mai mult timp atunci când componentele sunt montate direct pe granit.De asemenea, este mai dificil să realiniezi axele pe bază de granit între ele după efectuarea întreținerii - o sarcină care este considerabil mai simplă cu etape discrete.

Tabelul 1. Un rezumat al diferențelor tehnice fundamentale dintre soluțiile cu suport mecanic pe granit și soluțiile IGM.

Comparația economică

În timp ce costul absolut al oricărui sistem de mișcare va varia în funcție de mai mulți factori, inclusiv lungimea deplasării, precizia axei, capacitatea de încărcare și capacitățile dinamice, comparațiile relative ale sistemelor de mișcare IGM analoge și etapă pe granit efectuate în acest studiu sugerează că soluțiile IGM sunt capabile să ofere mișcare de precizie medie până la înaltă la costuri moderat mai mici decât omologii lor din scenă pe granit.

Studiul nostru economic constă din trei componente fundamentale ale costurilor: piese de mașini (incluzând atât piese fabricate, cât și componente achiziționate), ansamblul de granit și forța de muncă și cheltuielile generale.

Piese de mașină

O soluție IGM oferă economii demne de remarcat față de o soluție de etaj pe granit în ceea ce privește piesele de mașină.Acest lucru se datorează în primul rând lipsei IGM de baze de etaj prelucrate complicat pe axele Y și X, care adaugă complexitate și cost soluțiilor de etapă pe granit.Mai mult, economiile de costuri pot fi atribuite simplificării relative a altor piese prelucrate pe soluția IGM, cum ar fi cărucioarele mobile, care pot avea caracteristici mai simple și toleranțe oarecum mai relaxate atunci când sunt proiectate pentru utilizare într-un sistem IGM.

Ansambluri de granit

Deși ansamblurile de bază de granit, înălțime, atât în ​​sistemele IGM, cât și în sistemele etaj pe granit par să aibă un factor de formă și un aspect similar, ansamblul de granit IGM este puțin mai scump.Acest lucru se datorează faptului că granitul din soluția IGM ia locul bazelor de etaj prelucrate în soluția de etaj pe granit, ceea ce necesită ca granitul să aibă toleranțe în general mai strânse în regiunile critice și chiar caracteristici suplimentare, cum ar fi tăieturi extrudate și/ sau inserții filetate din oțel, de exemplu.Cu toate acestea, în studiul nostru de caz, complexitatea adăugată a structurii de granit este mai mult decât compensată de simplificarea pieselor mașinii.

Muncă și cheltuieli generale

Din cauza numeroaselor asemănări în asamblarea și testarea atât a sistemelor IGM, cât și a sistemelor de etaj pe granit, nu există o diferență semnificativă în ceea ce privește forța de muncă și costurile generale.

Odată ce toți acești factori de cost sunt combinați, soluția specifică IGM cu rulment mecanic examinată în acest studiu este cu aproximativ 15% mai puțin costisitoare decât soluția cu rulment mecanic, etapă pe granit.

Desigur, rezultatele analizei economice depind nu numai de atribute precum lungimea călătoriei, precizia și capacitatea de încărcare, ci și de factori precum selecția furnizorului de granit.În plus, este prudent să luați în considerare costurile de transport și logistică asociate cu achiziționarea unei structuri de granit.Deosebit de util pentru sistemele de granit foarte mari, deși valabil pentru toate dimensiunile, alegerea unui furnizor de granit calificat în apropierea locației ansamblului final al sistemului poate ajuta și la minimizarea costurilor.

De asemenea, trebuie menționat că această analiză nu ia în considerare costurile post-implementare.De exemplu, să presupunem că devine necesară repararea sistemului de mișcare prin repararea sau înlocuirea unei axe de mișcare.Un sistem de etapă pe granit poate fi întreținut prin simpla îndepărtare și reparare/înlocuire a axei afectate.Datorită designului mai modular în stil scenic, acest lucru poate fi realizat cu relativă ușurință și viteză, în ciuda costului inițial mai mare al sistemului.Deși sistemele IGM pot fi, în general, obținute la un cost mai mic decât omologii lor din etaj pe granit, ele pot fi mai dificil de dezasamblat și de întreținut din cauza naturii integrate a construcției.

Concluzie

În mod clar, fiecare tip de proiectare a platformei de mișcare — scenă pe granit și IGM — poate oferi beneficii distincte.Cu toate acestea, nu este întotdeauna evident care este cea mai ideală alegere pentru o anumită aplicație de mișcare.Prin urmare, este foarte util să colaborați cu un furnizor experimentat de sisteme de automatizare și de mișcare, cum ar fi Aerotech, care oferă o abordare consultativă, focalizată în mod distinct pe aplicație, pentru a explora și a oferi informații valoroase asupra alternativelor de soluții la aplicațiile de automatizare și control al mișcării provocatoare.Înțelegerea nu numai a diferenței dintre aceste două varietăți de soluții de automatizare, ci și a aspectelor fundamentale ale problemelor pe care trebuie să le rezolve, este cheia de bază a succesului în alegerea unui sistem de mișcare care abordează atât obiectivele tehnice, cât și financiare ale proiectului.

De la AEROTECH.