Diferența dintre Stage-on-Granit și sistemele integrate de mișcare din granit

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

Una dintre soluțiile mai omniprezente implică montarea etapelor de poziționare discrete pe o structură de granit. O altă soluție comună integrează componentele care cuprind axele de mișcare direct în granitul în sine. Alegerea dintre o platformă de etapă-granit și o platformă integrată de mișcare-granit (IGM) este una dintre deciziile anterioare care vor fi luate în procesul de selecție. Există distincții clare între ambele tipuri de soluții și, desigur, fiecare are propriile sale merite - și avertismente - care trebuie 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 proiecte fundamentale de platformă de mișcare liniară-o soluție tradițională de etapă-pe-granit și o soluție IGM-din perspective tehnice și financiare sub forma unui studiu de caz mecanic.

Fundal

Pentru a explora asemănările și diferențele dintre sistemele IGM și sistemele tradiționale de etapă-pe-granit, am generat două proiecte de cazuri 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 1000 mm de călătorie și este situată pe baza structurii granitului. Axa X, situată pe podul ansamblului cu 400 mm de călătorie, poartă axa Z verticală cu 100 mm de călătorie. Acest aranjament este reprezentat pictografic.

Pentru proiectarea scenei-pe-granit, am selectat o etapă Pro560lm cu corp larg pentru axa Y, datorită capacității sale mai mari de încărcare a sarcinii, comună pentru multe aplicații de mișcare folosind acest aranjament „Y/XZ Split-Bridge”. Pentru axa X, am ales un pro280lm, care este utilizat în mod obișnuit ca axa de punte în multe aplicații. Pro280LM oferă un echilibru practic între amprenta sa și capacitatea sa de a transporta o axă Z cu o sarcină utilă a clientului.

Pentru proiectele IGM, am replicat îndeaproape conceptele de proiectare fundamentale și machetele axelor de mai sus, diferența principală fiind că axele IgM sunt construite direct în structura granitului și, prin urmare, nu au bazele cu componente prelucrate prezente în proiectele de etapă-pe-granit.

Frecventă în ambele cazuri de proiectare este axa Z, care a fost aleasă pentru a fi o etapă pro190SL cu bilă. Aceasta este o axă foarte populară de utilizat în orientarea verticală pe un pod datorită capacității sale generoase de încărcare și a factorului de formă relativ compactă.

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

Comparație tehnică

Sistemele IGM sunt proiectate folosind o varietate de tehnici și componente care sunt similare cu cele găsite în proiectele tradiționale de scenă-pe-granit. Drept urmare, există numeroase proprietăți tehnice în comun între sistemele IGM și sistemele de etapă-granit. În schimb, integrarea axelor de mișcare direct în structura granitului oferă mai multe caracteristici distincte care diferențiază sistemele IGM de sistemele de etapă-pe-granit.

Factorul de formă

Poate că cea mai evidentă asemănare începe cu fundația mașinii - granitul. Deși există diferențe în ceea ce privește caracteristicile și toleranțele dintre proiectele Stage-on-Granit și IGM, dimensiunile generale ale bazei de granit, ridicătorii și podul sunt echivalente. Acest lucru se datorează în primul rând pentru că călătoriile nominale și limită sunt identice între scenă-pe-granit și IgM.

Construcție

Lipsa bazelor axelor cu componentă prelucrată în proiectarea IGM oferă anumite avantaje față de soluțiile de etapă-pe-granit. În special, reducerea componentelor în 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 trăsurii. În acest studiu de caz particular, proiectarea IGM oferă o înălțime de suprafață de lucru cu 33% mai mică (80 mm comparativ cu 120 mm). Nu numai că această înălțime de lucru mai mică permite un design mai compact, dar, de asemenea, reduce compensările mașinii de la motor și codificator la punctul de lucru, rezultând erori reduse de ABBE și, prin urmare, performanță îmbunătățită de poziționare a punctului de lucru.

Componente axe

Privind mai adânc în design, soluțiile Stage-on-Granit și IGM împărtășesc unele componente cheie, cum ar fi motoarele liniare și codificatoarele de poziție. Selecția comună a forcerului și a traseului magnetului duce la capacități echivalente de forță-ieșire. De asemenea, utilizarea acelorași codificatoare în ambele proiecte oferă o rezoluție identică fină pentru poziționarea feedback -ului. Drept urmare, precizia liniară și performanța repetabilității nu este semnificativ diferită între soluțiile de etapă-granită și IGM. Dispunerea similară a componentelor, inclusiv separarea rulmentului și toleranța, duce la performanțe comparabile în ceea ce privește mișcările de eroare geometrică (adică, dreptate orizontală și verticală, pas, rulare și yaw). În cele din urmă, ambele elemente de susținere ale proiectărilor, inclusiv gestionarea cablurilor, limitele electrice și hardstop -urile, sunt fundamental identice în funcție, deși pot varia oarecum în aspectul fizic.

Rulmenții

Pentru acest design particular, una dintre cele mai notabile diferențe este selecția rulmenților de ghid liniar. Deși rulmenții cu bile de recirculare sunt utilizate atât în ​​sistemele de etapă-pe-granit, cât și în IGM, sistemul IGM face posibilă încorporarea rulmenților mai mari și mai rigizi în proiectare, 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 posibilă recuperarea unora dintre proprietățile imobiliare verticale care altfel ar fi consumate de o bază prelucrată și, în esență, să umple acest spațiu cu rulmenți mai mari, reducând în același timp înălțimea generală a transportului deasupra granitului.

Rigiditate

Utilizarea rulmenților mai mari în proiectarea IGM are un impact profund asupra rigidității unghiulare. În cazul axei inferioare ale corpului larg (Y), soluția IGM oferă o rigiditate a ruloului cu 40% mai mare, o rigiditate cu 30% mai mare și o rigiditate cu 20% mai mare decât un design corespunzător în stadiu-pe-granit. În mod similar, podul IGM oferă o creștere de patru ori a rigidității rulourilor, dublă rigiditatea pasului și mai mult de 30% mai mare rigiditate a țesăturii decât omologul său în stadiu-Granit. Rigiditatea unghiulară mai mare este avantajoasă, deoarece contribuie direct la performanța dinamică îmbunătățită, ceea ce este esențial pentru a permite un randament mai mare al mașinii.

Capacitate de încărcare

Rulmenții mai mari ai soluției IGM permit o capacitate substanțial mai mare de sarcină utilă decât o soluție de etapă-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 podului Pro280lm din scenă-pe-Granit susține 150 kg, în timp ce axa de punte a soluției IGM poate transporta până la 200 kg.

Masa în mișcare

În timp ce rulmenții mai mari din axele IGM purtătoare mecanice oferă atribute mai bune de performanță unghiulară și o capacitate mai mare de încărcare a sarcinii, acestea vin, de asemenea, cu camioane mai mari și mai grele. În plus, căruțele IGM sunt proiectate astfel încât anumite caracteristici prelucrate necesare unei axe de etapă-granit (dar nu sunt necesare de o axă IGM) sunt eliminate pentru a crește rigiditatea pieselor și a simplifica fabricarea. Acești factori înseamnă că axa IgM are o masă în mișcare mai mare decât o axă etapă-pe-granit corespunzătoare. Un dezavantaj incontestabil este faptul că accelerația maximă a IGM este mai mică, presupunând că producția de forță motorie 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 tulburări, ceea ce se poate corela cu stabilitatea crescută în poziție.

Dinamica structurală

Rigiditatea mai mare a rulmentului 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 trăsurii în mișcare din cauza efectului său asupra lățimii de bandă servo. Carucul Pro560lm întâlnește o rezonanță la 400 Hz, în timp ce trăsura IGM corespunzătoare experimentează același mod la 430 Hz. Figura 3 ilustrează acest rezultat.

Rezonanța mai mare a soluției IGM, în comparație cu stadiul-granit tradițional, poate fi atribuită în parte căruței mai rigide și proiectării rulmentului. O rezonanță mai mare a căruței face posibilă o lățime de bandă servo mai mare și, prin urmare, o performanță dinamică îmbunătățită.

Mediu de funcționare

Sigilarea axei este aproape întotdeauna obligatorie atunci când sunt prezenți contaminanții, fie că sunt generați prin procesul utilizatorului sau există altfel existent în mediul mașinii. Soluțiile de scenă-granit sunt deosebit de potrivite în aceste situații din cauza naturii în mod inerent închise a axei. Etapele liniare din seria pro, de exemplu, sunt echipate cu coturi hard și sigilii laterale care protejează componentele stadiului intern de contaminare într-o măsură rezonabilă. Aceste etape pot fi, de asemenea, configurate cu ștergătoare opționale de tabletă pentru a mătura resturile de pe coperta de sus, pe măsură ce se traversează scena. Pe de altă parte, platformele de mișcare IGM sunt în mod inerent deschise în natură, cu rulmenții, motoarele și codificatorii expuși. Deși nu este o problemă în medii mai curate, acest lucru poate fi problematic atunci când este prezentă contaminarea. Este posibil să abordăm această problemă prin încorporarea unei acoperiri speciale în stil Bellows într-un design al axei IGM pentru a oferi protecție împotriva resturilor. Dar, dacă nu este implementat corect, burduful poate influența negativ mișcarea axei prin transmiterea forțelor externe asupra căruței pe măsură ce se deplasează prin întreaga sa gamă de călătorii.

Întreţinere

Serviciul este un diferențiator între platformele de mișcare Stage-on-Granit și IGM. Axele liniare-motorii sunt bine cunoscute pentru robustetea lor, dar uneori devine necesară pentru a efectua întreținerea. Anumite operații de întreținere sunt relativ simple și pot fi realizate fără a îndepărta sau a dezasambla axa în cauză, dar uneori este necesară o rupere mai amănunțită. Când platforma de mișcare este formată din etape discrete montate pe granit, deservirea este o sarcină rezonabilă. Mai întâi, demontați scena din 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 efectuați întreținere. Deși înlocuirea unei piste de magnet 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 cuprinde axa, ceea ce consumă mai mult timp atunci când componentele sunt montate direct la granit. De asemenea, este mai dificil să se realinieze axele pe bază de granit unul pe celălalt după ce a efectuat întreținere-o sarcină care este considerabil mai simplă cu etapele discrete.

Tabelul 1. Un rezumat al diferențelor tehnice fundamentale între soluțiile de stadiu-granit purtător mecanic și IGM.

Comparație economică

În timp ce costul absolut al oricărui sistem de mișcare va varia în funcție de mai mulți factori, inclusiv lungimea călătoriei, precizia axei, capacitatea de încărcare și capacitățile dinamice, comparațiile relative ale sistemelor de mișcare IgM analoge și în stadiu-pe-granit efectuate în acest studiu sugerează că soluțiile IGM sunt capabile să ofere mișcare medie până la mare precizie la costuri moderat mai mici decât contraparts-uri de pe stadiul lor.

Studiul nostru economic este format din trei componente fundamentale ale costurilor: piese pentru mașini (inclusiv atât piese fabricate, cât și componente achiziționate), asamblarea de granit, forța de muncă și cheltuielile generale.

Piese de mașină

O soluție IGM oferă economii de remarcat pe o soluție de etapă-granit în ceea ce privește piesele de mașină. Acest lucru se datorează în primul rând lipsei IGM de baze de etapă prelucrate în mod complex pe axele Y și X, care adaugă complexitate și costuri la soluțiile Stage-on-Granit. În plus, economiile de costuri pot fi atribuite simplificării relative a altor piese prelucrate pe soluția IGM, cum ar fi trăsăturile în mișcare, care pot avea caracteristici mai simple și toleranțe ceva mai relaxate atunci când sunt concepute pentru utilizare într -un sistem IGM.

Ansambluri de granit

Deși ansamblurile de baze de granit cresctoare atât în ​​sistemele IGM, cât și în stadiul-granit par să aibă un factor de formă și un aspect similar, ansamblul de granit IGM este marginal mai scump. Acest lucru se datorează faptului că granitul din soluția IGM ocupă locul bazelor de scenă prelucrate în soluția de scenă-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 de oțel filetate, de exemplu. Cu toate acestea, în studiul nostru de caz, complexitatea adăugată a structurii granitului este mai mult decât compensată de simplificarea în piesele mașinii.

Forță de muncă și deasupra capului

Din cauza numeroaselor asemănări în asamblarea și testarea atât a sistemelor IGM, cât și a stage-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 IgM purtătoare de mecanică specifică examinată în acest studiu este cu aproximativ 15% mai puțin costisitoare decât soluția mecanică, stadiul-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 luăm în considerare costurile de transport și logistică asociate cu procurarea unei structuri de granit. În special util pentru sisteme de granit foarte mari, deși este valabilă pentru toate dimensiunile, alegerea unui furnizor de granit calificat în apropierea mai strânsă de locația ansamblului de sistem final 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 necesar să se servească sistemul de mișcare prin repararea sau înlocuirea unei axe de mișcare. Un sistem de etapă-granit poate fi deservit prin simpla eliminare și repararea/înlocuirea axei afectate. Din cauza designului mai modular în stilul etapei, acest lucru se poate face cu o ușurință și viteză relativă, în ciuda costului inițial mai mare al sistemului. Deși sistemele IGM pot fi obținute în general la un cost mai mic decât omologii lor în stadiu-granit, acestea pot fi mai dificile de dezasamblat și de serviciu 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 benefic să vă asociați cu un furnizor de sisteme de mișcare și automatizare cu experiență, cum ar fi Aerotech, care oferă o abordare consultativă, orientată către aplicație, orientată spre aplicație, pentru a explora și oferi o perspectivă valoroasă asupra alternativelor de soluție la aplicațiile de control și automatizare provocatoare. Înțelegerea nu numai a diferenței dintre aceste două soiuri de soluții de automatizare, ci și aspectele fundamentale ale problemelor pe care trebuie să le rezolve, este cheia care stă la baza succesului în alegerea unui sistem de mișcare care să abordeze atât obiectivele tehnice, cât și cele financiare ale proiectului.

Din Aerotech.