Rozdiel medzi pódiom na grafe a integrovanými pohybovými systémami žuly

Výber najvhodnejšej žulovej lineárnej pohybovej platformy pre danú aplikáciu závisí od množstva faktorov a premenných. Je nevyhnutné uznať, že každá aplikácia má svoj vlastný jedinečný súbor požiadaviek, ktoré je potrebné pochopiť a uprednostňovať, aby sa dosiahlo efektívne riešenie z hľadiska pohybovej platformy.

Jedno z najprimeranejších roztokov zahŕňa montážne stupne polohovania na žulovú štruktúru. Ďalšie spoločné riešenie integruje komponenty, ktoré tvoria osi pohybu priamo do samotnej žuly. Výber medzi platformou (IGM) s integrovaným grafitom (IGM) je jedným z predchádzajúcich rozhodnutí, ktoré sa majú prijať vo výberovom konaní. Medzi oboma typmi riešení existujú jasné rozdiely a každý z nich má samozrejme svoje vlastné výhody - a výhrady -, ktoré je potrebné starostlivo porozumieť a zvážiť.

Aby sme ponúkli lepší prehľad o tomto rozhodovacom procese, vyhodnotíme rozdiely medzi dvoma základnými návrhmi lineárnej pohybovej platformy-tradičným riešením na gracite a riešením IGM-z technických aj finančných perspektív vo forme mechanickej prípadovej štúdie.

Pozadie

Aby sme preskúmali podobnosti a rozdiely medzi systémami IGM a tradičnými systémami na gramote, vygenerovali sme dva návrhy testovacieho prípadu:

• Mechanické ložisko, pódium na grate
• Mechanické ložisko, IgM

V obidvoch prípadoch každý systém pozostáva z troch osí pohybu. Os y ponúka cestovné 1 000 mm a je umiestnená na spodnej časti žulovej konštrukcie. Os x, ktorá sa nachádza na moste zostavy s cestovaním 400 mm, nesie vertikálnu os Z so 100 mm cestovania. Toto usporiadanie je predstavované piktograficky.

Pre dizajn javiska na grate sme vybrali pre osi y pre osi y pre osi y pre osi y pre väčšiu kapacitu prenášania zaťaženia, ktorá je bežná pre mnoho aplikácií pohybu pomocou tohto usporiadania „Y/XZ Split Bridge“. Pre os X sme vybrali pro280lm, ktorý sa bežne používa ako os most v mnohých aplikáciách. Pro280LM ponúka praktickú rovnováhu medzi jeho stopou a schopnosťou niesť osi Z s užitočným zaťažením zákazníka.

V prípade návrhov IGM sme pozorne replikovali základné koncepcie a rozloženia vyššie uvedených osí, pričom primárnym rozdielom je, že osi IGM sú zabudované priamo do žulovej štruktúry, a preto chýbajú základne zložky s opracovou zložkou prítomné v javiskových dizajnoch.

V obidvoch konštrukčných prípadoch je spoločná os Z, ktorá bola vybraná ako fáza poháňaná guľôčkovým skrutkou Pro190SL. Jedná sa o veľmi populárnu os, ktorá sa používa vo vertikálnej orientácii na moste kvôli jeho veľkorysej kapacite užitočného zaťaženia a relatívne kompaktným formálnym faktorom.

Obrázok 2 zobrazuje špecifické študované systémy na gracite a systémy IgM.

Technické porovnanie

Systémy IGM sú navrhnuté pomocou rôznych techník a komponentov, ktoré sú podobné tým, ktoré sa nachádzajú v tradičných dizajnoch javiska na grate. Výsledkom je, že medzi systémami IGM a systémami na grafických systémoch na gracite existuje veľa technických vlastností. Naopak, integrácia osí pohybu priamo do žulovej štruktúry ponúka niekoľko rozlišovacích charakteristík, ktoré odlišujú systémy IGM od etapa-on-gracitných systémov.

Formálny faktor

Snáď najviditeľnejšia podobnosť začína základom stroja - žulom. Aj keď existujú rozdiely vo vlastnostiach a toleranciách medzi dizajnmi javiska na grate a IgM, celkové rozmery žulovej základne, stúpačov a mostov sú rovnocenné. Je to predovšetkým preto, že nominálne a limitné cesty sú medzi javiskom na grate a IgM rovnaké.

Výstavba

Nedostatok obrobených základov osi zložky v dizajne IGM poskytuje určité výhody oproti riešeniam na grazíne. Najmä zníženie komponentov v štrukturálnej slučke IGM pomáha zvyšovať celkovú tuhosť osi. Umožňuje tiež kratšiu vzdialenosť medzi žulou a horným povrchom vozíka. V tejto konkrétnej prípadovej štúdii ponúka návrh IGM 33% nižšiu výšku pracovného povrchu (80 mm v porovnaní s 120 mm). Táto menšia pracovná výška umožňuje nielen kompaktnejší dizajn, ale tiež znižuje kompenzáciu stroja z motora a kodéra do pracovného bodu, čo vedie k zníženiu chýb Abbe, a tým aj k zvýšeniu výkonu polohovania pracovných bodov.

Osi

Pri pohľade hlbšie do dizajnu zdieľajú riešenia javiska na grate a IGM niektoré kľúčové komponenty, ako sú lineárne motory a pozičné kódovače. Bežný výber Forcer a Magnet Track vedie k ekvivalentným schopnostiam silného výstupu. Podobne, používanie rovnakých kódovačov v oboch dizajnoch poskytuje identicky jemné rozlíšenie na umiestnenie spätnej väzby. Výsledkom je, že lineárna presnosť a výkon opakovateľnosti sa medzi riešeniami v štádiu na grate a IgM významne nelíšia. Podobné usporiadanie komponentov, vrátane separácie a tolerancie ložiska, vedie k porovnateľnému výkonu z hľadiska geometrických pohybov chýb (tj horizontálna a vertikálna priamka, výška, výška a vybočenie). Nakoniec, podporné prvky oboch návrhov, vrátane správy káblov, elektrických limitov a tvrdých, sú vo funkcii zásadne identické, hoci sa môžu trochu líšiť vo fyzickom vzhľade.

Ložiská

Pre tento konkrétny návrh je jedným z najvýznamnejších rozdielov výber lineárnych vodiacich ložísk. Aj keď sa recirkulačné guľôčkové ložiská používajú v systémoch etapy na grafe a IgM, systém IGM umožňuje začleniť väčšie, tuhšie ložiská do návrhu bez zvýšenia pracovnej výšky osi. Pretože dizajn IGM sa spolieha na žulu ako svoju základňu, na rozdiel od samostatnej zložky zložky, je možné získať späť niektoré z vertikálnych nehnuteľností, ktoré by inak konzumovali opracovanú základňu, a v podstate naplniť tento priestor väčšími ložiskami a zároveň znižuje celkovú výšku vozíka nad žulom.

Tuhosť

Použitie väčších ložísk v dizajne IGM má hlboký vplyv na uhlovú tuhosť. V prípade spodnej osi širokého tela (Y) ponúka roztok IgM viac ako o 40% väčšiu tuhosť rolu, o 30% vyššiu tuhosť tónu a 20% väčšiu tuhosť vybočenia ako zodpovedajúci konštrukcia na grafite. Podobne aj most IgM ponúka štvornásobné zvýšenie tuhosti valc, dvojnásobok tuhosti tónu a viac ako 30% vyššiu tuhosť vybočenia ako jeho náprotivok na gracite. Vyššia uhlová tuhosť je výhodná, pretože priamo prispieva k zlepšeniu dynamického výkonu, čo je kľúčom k umožneniu vyššej priepustnosti stroja.

Zaťaženie

Väčšie ložiská roztoku IGM umožňujú podstatne vyššiu kapacitu užitočného zaťaženia ako roztok na gracite. Aj keď základná os pro560lm roztoku na grafite na grate má zaťaženie 150 kg, zodpovedajúce riešenie IGM môže ubytovať užitočné zaťaženie 300 kg. Podobne osi mostu Pro280Lm na grafite na grafite podporuje 150 kg, zatiaľ čo os mostíka roztoku IGM môže mať až 200 kg.

Pohybujúca sa hmotnosť

Zatiaľ čo väčšie ložiská v mechanických osich IgM poskytujú lepšie atribúty uhlového výkonu a väčšiu kapacitu prenášania zaťaženia, prichádzajú tiež s väčšími, ťažšími nákladnými vozidlami. Okrem toho sú vozne IgM navrhnuté tak, aby sa určité opracované vlastnosti potrebné pre osi na grate (ale nevyžadujú sa osou IgM), aby sa zvýšila tuhosť časti a zjednodušila výrobu. Tieto faktory znamenajú, že os IgM má väčšiu pohybujúcu sa hmotnosť ako zodpovedajúca osi na grate. Neprejateľnou nevýhodou je, že maximálne zrýchlenie IGM je nižšie, za predpokladu, že výstup motora sily sa nezmení. V určitých situáciách však môže byť väčšia pohyblivá hmota výhodná z hľadiska, že jej väčšia zotrvačnosť môže poskytnúť väčšiu odolnosť proti poruchám, čo môže korelovať so zvýšenou stabilitou v polohe.

Štrukturálna dynamika

Vyššia tuhosť ložiska IGM a pevnejšie prepravy poskytujú ďalšie výhody, ktoré sú zjavné po použití softvérového balíka FINIT-Element Analysis (FEA) na vykonanie modálnej analýzy. V tejto štúdii sme skúmali prvú rezonanciu pohybujúceho sa vozíka kvôli jeho účinku na šírku pásma servo. Kočiari Pro560lm sa stretávajú s rezonanciou pri 400 Hz, zatiaľ čo zodpovedajúci vozík IgM má rovnaký režim pri 430 Hz. Obrázok 3 zobrazuje tento výsledok.

Vyššia rezonancia roztoku IgM v porovnaní s tradičným javiskom na grate možno čiastočne pripísať tuhšiemu dizajnu vozíka a ložiska. Vyššia rezonancia prepravy umožňuje mať väčšiu šírku pásma servo, a preto zlepšila dynamický výkon.

Prevádzkové prostredie

Axis TENALITA je takmer vždy povinná, keď sú prítomné kontaminanty, či už generované procesom používateľa alebo inak existujúce v prostredí stroja. V týchto situáciách sú v týchto situáciách obzvlášť vhodné roztoky na gramote. Napríklad pro-série lineárne fázy sú vybavené viazanými a bočnými tesneniami, ktoré chránia komponenty vnútornej fázy pred kontamináciou v primeranej miere. Tieto fázy môžu byť tiež nakonfigurované s voliteľnými stieračmi stolových dosiek, ktoré pri prechádzaní javiska prechádzajú z hornej pevnej tlaky. Na druhej strane sú pohybové platformy IGM vo svojej podstate otvorené s ložiskami, motormi a kódovačmi exponovanými. Aj keď to nie je problém v čistejších prostrediach, môže to byť problematické, keď je prítomná kontaminácia. Tento problém je možné vyriešiť začlenením špeciálneho ciest v štýle Bellows do návrhu IgM Axis, aby sa poskytla ochrana pred zvyškami. Ale ak nie je správne implementované, vlnovce môžu negatívne ovplyvniť pohyb osi tým, že odovzdajú vonkajšie sily na kočík, keď sa pohybuje celým rozsahom cestovania.

Údržba

Servisnosť je diferenciátorom medzi pohybovými platformami na grite a IgM. Lineárne motorové osi sú dobre známe svojou robustnosťou, ale niekedy je potrebné vykonávať údržbu. Určité údržbárske operácie sú relatívne jednoduché a môžu sa vykonať bez odstránenia alebo rozobrania príslušnej osi, ale niekedy je potrebné dôkladnejšie roztrhnutie. Keď sa pohybová platforma pozostáva z diskrétnych etáp namontovaných na žule, servis je primerane priamou úlohou. Najprv zosadzujte pódium z žuly, potom vykonajte potrebné údržbárske práce a znovu ju znova. Alebo ho jednoducho vymeňte za novú fázu.

Riešenia IGM môžu byť niekedy náročnejšie pri vykonávaní údržby. Aj keď nahradenie jednej magnetickej dráhy lineárneho motora je v tomto prípade veľmi jednoduché, komplikovanejšia údržba a opravy často zahŕňajú úplne rozobratie mnohých alebo všetkých komponentov obsahujúcich os, čo je časovo náročnejšie, keď sú komponenty namontované priamo na žulu. Je tiež zložitejšie vyrovnanie osí na báze žuly navzájom po vykonaní údržby-úloha, ktorá je podstatne jednoduchšia s diskrétnymi fázami.

Tabuľka 1. Zhrnutie základných technických rozdielov medzi mechanickými riešeniami fázy na grate a IgM.

Ekonomické porovnanie

Zatiaľ čo absolútne náklady na akýkoľvek pohybový systém sa budú líšiť v závislosti od niekoľkých faktorov vrátane dĺžky cestovania, presnosti osi, kapacity zaťaženia a dynamických schopností, relatívne porovnania analogických systémov IGM a fázy na grafite vykonávaných v tejto štúdii naznačujú, že riešenia IGM sú schopné ponúkať stredný až vysoko presný pohyb pri mierne nižších nákladoch ako ich pódium na grante.

Naša ekonomická štúdia pozostáva z troch základných komponentov nákladov: diely strojov (vrátane obidvoch výrobných dielov a zakúpených komponentov), ​​Zhromaždenie žuly a práca a režijné náklady.

Strojové diely

Riešenie IGM ponúka pozoruhodné úspory v rámci riešenia na grafite na grate, pokiaľ ide o časti stroja. Je to predovšetkým kvôli nedostatku zložitých opracovaných základní IGM na osi Y a X, ktoré zvyšujú zložitosť a náklady do riešení javiska na grate. Úspora nákladov ďalej možno pripísať relatívnemu zjednodušeniu iných opracovaných častí v riešení IGM, ako sú pohyblivé kočiare, ktoré môžu mať jednoduchšie vlastnosti a trochu uvoľnenejšie tolerancie, keď sú navrhnuté na použitie v systéme IGM.

Žulové zhromaždenia

Aj keď sa zdá, že zostavy žulového mostiteľského mostíka v systémoch IgM aj na grafite s javiskom majú podobný tvarový faktor a vzhľad, zostava IgM žula je okrajovo drahšia. Dôvodom je skutočnosť, že žula v roztoku IgM sa nahradí opracovanými javiskovými základňami v roztoku na grafite na grate, ktoré vyžaduje, aby žula mala všeobecne prísnejšie tolerancie v kritických oblastiach a dokonca aj ďalšie vlastnosti, ako napríklad extrudované rezy a/alebo závitové oceľové vložky. V našej prípadovej štúdii je však pridaná zložitosť žulovej štruktúry viac ako kompenzovaná zjednodušením v častiach stroja.

Práca

Kvôli mnohým podobnostiam pri zostavovaní a testovaní systémov IGM aj na stadobnom grafite nie je významný rozdiel v nákladoch na prácu a režijné náklady.

Akonáhle sa všetky tieto nákladové faktory kombinujú, špecifické mechanické IgM roztok IgM skúmané v tejto štúdii je približne o 15% menej nákladné ako mechanické riešenie, ktoré sa nachádza v štádiu na grate.

Výsledky ekonomickej analýzy samozrejme závisia nielen od atribútov, ako je dĺžka cestovania, presnosť a kapacita zaťaženia, ale aj od faktorov, ako je výber dodávateľa žuly. Okrem toho je rozumné zvážiť náklady na dopravu a logistiku spojené s obstaraním žulovej štruktúry. Obzvlášť užitočné pre veľmi veľké žulové systémy, aj keď pravdivé pre všetky veľkosti, výber kvalifikovaného dodávateľa žuly v bližšej blízkosti k umiestneniu konečnej zostavy systému môže pomôcť minimalizovať náklady.

Malo by sa tiež poznamenať, že táto analýza nezohľadňuje náklady po implementácii. Predpokladajme napríklad, že je potrebné obsluhovať pohybový systém opravou alebo výmenou osi pohybu. Stavový systém na gracite sa môže obsluhovať jednoduchým odstránením a opravou/výmenou postihnutej osi. Z dôvodu modulárnejšieho dizajnu v štýle javiska sa to dá dosiahnuť relatívnou ľahkosťou a rýchlosťou napriek vyšším počiatočným systémovým nákladom. Aj keď systémy IGM sa dajú všeobecne získať za nižšie náklady ako ich náprotivky na gracite, môžu byť náročnejšie rozobrať a slúžiť z dôvodu integrovanej povahy výstavby.

Záver

Je zrejmé, že každý typ dizajnu pohybovej platformy-pódium na grate a IGM-môže ponúknuť zreteľné výhody. Nie je však vždy zrejmé, ktorá je najdôležitejšou voľbou pre konkrétnu aplikáciu pohybu. Preto je veľmi prospešné pre partnerstvo so skúseným dodávateľom pohybu a automatizačných systémov, ako je Aerotech, ktorý ponúka zreteľne konzultačný prístup zameraný na aplikáciu na preskúmanie a poskytovanie cenného pohľadu na alternatívy riešenia k náročným aplikáciám riadenia pohybu a automatizácie. Pochopenie nielen rozdielu medzi týmito dvoma druhmi automatizačných riešení, ale aj základnými aspektmi problémov, ktoré sú potrebné na vyriešenie, je základným kľúčom k úspechu pri výbere pohybu, ktorý rieši technické aj finančné ciele projektu.

Z Aerotech.