Rozdiel medzi Stage-on-Granite a integrovanými granitovými pohybovými systémami

Výber najvhodnejšej platformy lineárneho pohybu na báze žuly pre danú aplikáciu závisí od množstva faktorov a premenných.Je dôležité si uvedomiť, že každá aplikácia má svoj vlastný jedinečný súbor požiadaviek, ktoré musia byť pochopené a uprednostnené, aby bolo možné dosiahnuť efektívne riešenie z hľadiska pohybovej platformy.

Jedno z najrozšírenejších riešení zahŕňa montáž diskrétnych polohovacích stupňov na žulovú konštrukciu.Ďalšie bežné riešenie integruje komponenty, ktoré tvoria osi pohybu, priamo do samotnej žuly.Voľba medzi platformou stage-on-granite a integrovanou granitovou pohybovou (IGM) platformou je jedným z predchádzajúcich rozhodnutí, ktoré treba urobiť vo výberovom procese.Existujú jasné rozdiely medzi oboma typmi riešení a samozrejme, každé má svoje vlastné prednosti – a výhrady – ktoré je potrebné dôkladne pochopiť a zvážiť.

Aby sme poskytli lepší prehľad o tomto rozhodovacom procese, vyhodnocujeme rozdiely medzi dvoma základnými návrhmi platforiem s lineárnym pohybom – tradičným riešením typu stage-on-granite a riešením IGM – z technického aj finančného hľadiska vo forme mechanickej- nosná prípadová štúdia.

Pozadie

Aby sme preskúmali podobnosti a rozdiely medzi systémami IGM a tradičnými systémami typu stage-on-granite, vytvorili sme dva návrhy testovacích prípadov:

• Mechanické ložisko, stupeň na žule
• Mechanické ložisko, IGM

V oboch prípadoch sa každý systém skladá z troch osí pohybu.Os Y ponúka zdvih 1000 mm a je umiestnená na základni žulovej konštrukcie.Os X, umiestnená na mostíku zostavy so zdvihom 400 mm, nesie vertikálnu os Z so zdvihom 100 mm.Toto usporiadanie je znázornené piktograficky.

Pre dizajn stolíka na žule sme pre os Y vybrali stolík so širokým telom PRO560LM z dôvodu jeho väčšej nosnosti, ktorá je spoločná pre mnohé pohybové aplikácie využívajúce toto usporiadanie „rozdeleného mostíka Y/XZ“.Pre os X sme zvolili PRO280LM, ktorý sa bežne používa ako mostová os v mnohých aplikáciách.PRO280LM ponúka praktickú rovnováhu medzi svojim pôdorysom a schopnosťou niesť os Z s užitočným zaťažením zákazníka.

Pri návrhoch IGM sme úzko replikovali základné konštrukčné koncepty a rozloženia vyššie uvedených osí, pričom hlavným rozdielom je, že osi IGM sú zabudované priamo do žulovej konštrukcie, a preto im chýbajú základne opracovaných komponentov prítomné v nábehu. - žulové vzory.

Spoločná v oboch konštrukčných prípadoch je os Z, ktorá bola zvolená ako stupeň PRO190SL poháňaný guľovou skrutkou.Toto je veľmi populárna os na použitie vo vertikálnej orientácii na moste kvôli jej veľkorysej nosnosti a relatívne kompaktnému tvaru.

Obrázok 2 ilustruje špecifické študované systémy štádia na žule a IGM.

Technické porovnanie

Systémy IGM sú navrhnuté pomocou rôznych techník a komponentov, ktoré sú podobné tým, ktoré sa nachádzajú v tradičných dizajnoch typu stage-on-granite.Výsledkom je, že medzi systémami IGM a systémami typu stage-on-granite je mnoho spoločných technických vlastností.Naopak, integrácia osí pohybu priamo do žulovej štruktúry ponúka niekoľko charakteristických charakteristík, ktoré odlišujú systémy IGM od systémov typu stage-on-granite.

Form Factor

Snáď najzrejmejšia podobnosť začína základom stroja — žulou.Aj keď existujú rozdiely vo vlastnostiach a toleranciách medzi návrhmi typu stage-on-granite a IGM, celkové rozmery žulovej základne, stúpačiek a mosta sú ekvivalentné.Je to predovšetkým preto, že nominálne a limitné dráhy sú identické medzi fázou na žule a IGM.

Stavebníctvo

Neprítomnosť osových základov opracovaných komponentov v dizajne IGM poskytuje určité výhody oproti riešeniam typu stage-on-granite.Najmä redukcia komponentov v štrukturálnej slučke IGM pomáha zvýšiť celkovú tuhosť osi.Umožňuje tiež kratšiu vzdialenosť medzi žulovou základňou a horným povrchom vozíka.V tejto konkrétnej prípadovej štúdii ponúka dizajn IGM o 33 % nižšiu výšku pracovnej plochy (80 mm v porovnaní so 120 mm).Nielenže táto menšia pracovná výška umožňuje kompaktnejšiu konštrukciu, ale tiež znižuje odchýlky stroja od motora a kódovača k pracovnému bodu, čo vedie k zníženiu chýb Abbe a tým k zlepšenému výkonu polohovania pracovného bodu.

Komponenty osi

Ak sa pozrieme hlbšie do dizajnu, riešenia stage-on-granite a IGM zdieľajú niektoré kľúčové komponenty, ako sú lineárne motory a snímače polohy.Spoločný výber sily a magnetickej dráhy vedie k ekvivalentným sila-výstupom.Podobne použitie rovnakých kódovačov v oboch dizajnoch poskytuje identicky jemné rozlíšenie pre spätnú väzbu o polohe.Výsledkom je, že lineárna presnosť a opakovateľnosť sa výrazne nelíši medzi riešeniami typu stage-on-granite a IGM.Podobné rozloženie komponentov, vrátane separácie ložísk a tolerancií, vedie k porovnateľnému výkonu, pokiaľ ide o pohyby geometrických chýb (tj horizontálnu a vertikálnu priamosť, sklon, nakláňanie a vybočenie).Napokon, podporné prvky oboch dizajnov, vrátane vedenia káblov, elektrických limitov a pevných dorazov, sú v zásade identické vo funkcii, hoci sa môžu trochu líšiť vo fyzickom vzhľade.

Ložiská

Pre tento konkrétny dizajn je jedným z najvýraznejších rozdielov výber lineárnych vodiacich ložísk.Hoci sa recirkulačné guľôčkové ložiská používajú v systémoch stage-on-granite aj IGM, systém IGM umožňuje začleniť do konštrukcie väčšie, tuhšie ložiská bez zvýšenia pracovnej výšky osi.Pretože dizajn IGM sa spolieha na žulu ako základňu, na rozdiel od samostatnej základne opracovaných komponentov, je možné získať späť časť vertikálnych nehnuteľností, ktoré by inak spotrebovala opracovaná základňa, a v podstate vyplniť tento priestor väčším ložiská pri súčasnom znížení celkovej výšky vozíka nad žulou.

Tuhosť

Použitie väčších ložísk v dizajne IGM má zásadný vplyv na uhlovú tuhosť.V prípade spodnej osi širokej karosérie (Y) ponúka riešenie IGM o viac ako 40 % väčšiu tuhosť nakláňania, o 30 % väčšiu tuhosť stúpania a o 20 % väčšiu tuhosť v natáčaní ako zodpovedajúca konštrukcia typu stage-on-granite.Podobne most IGM ponúka štvornásobné zvýšenie tuhosti nakláňania, dvojnásobnú tuhosť stúpania a o viac ako 30 % väčšiu tuhosť natáčania ako jeho náprotivok na žule.Vyššia uhlová tuhosť je výhodná, pretože priamo prispieva k zlepšeniu dynamického výkonu, čo je kľúčové pre umožnenie vyššej priepustnosti stroja.

Nosnosť

Väčšie ložiská riešenia IGM umožňujú podstatne vyššiu nosnosť ako riešenie typu stage-on-granite.Hoci základná os PRO560LM riešenia stage-on-granite má nosnosť 150 kg, zodpovedajúce riešenie IGM dokáže pojať 300 kg užitočného zaťaženia.Podobne, os mostíka PRO280LM stage-on-granite unesie 150 kg, zatiaľ čo os mosta riešenia IGM unesie až 200 kg.

Pohyblivá omša

Zatiaľ čo väčšie ložiská v osiach IGM s mechanickými ložiskami ponúkajú lepšie vlastnosti uhlového výkonu a väčšiu nosnosť, prichádzajú aj s väčšími a ťažšími nákladnými vozidlami.Okrem toho sú vozíky IGM navrhnuté tak, že určité opracované prvky potrebné pre os granitu (ale nie sú vyžadované osou IGM) sú odstránené, aby sa zvýšila tuhosť dielu a zjednodušila sa výroba.Tieto faktory znamenajú, že os IGM má väčšiu pohyblivú hmotnosť ako zodpovedajúca os granitu.Nespornou nevýhodou je, že maximálne zrýchlenie IGM je nižšie, za predpokladu, že výstupná sila motora je nezmenená.V určitých situáciách však môže byť väčšia pohyblivá hmota výhodná z hľadiska, že jej väčšia zotrvačnosť môže poskytnúť väčšiu odolnosť voči poruchám, ktoré môžu korelovať so zvýšenou stabilitou polohy.

Štrukturálna dynamika

Vyššia tuhosť ložísk systému IGM a pevnejší vozík poskytujú ďalšie výhody, ktoré sú zrejmé po použití softvérového balíka analýzy konečných prvkov (FEA) na vykonanie modálnej analýzy.V tejto štúdii sme skúmali prvú rezonanciu pohyblivého vozíka kvôli jej vplyvu na šírku pásma serva.Vozík PRO560LM sa stretáva s rezonanciou pri 400 Hz, zatiaľ čo zodpovedajúci vozík IGM zažíva rovnaký režim pri 430 Hz.Obrázok 3 znázorňuje tento výsledok.

Vyššiu rezonanciu riešenia IGM v porovnaní s tradičným javiskom na žule možno čiastočne pripísať tuhšiemu dizajnu vozíka a ložísk.Vyššia rezonancia vozíka umožňuje dosiahnuť väčšiu šírku pásma servopohonov, a tým zlepšiť dynamický výkon.

Operačné prostredie

Utesnenie osí je takmer vždy povinné, keď sú prítomné kontaminanty, či už sú generované procesom používateľa, alebo existujú inak v prostredí stroja.V týchto situáciách sú zvlášť vhodné riešenia typu Stage-on-granite, pretože os je vo svojej podstate uzavretá.Napríklad lineárne stolíky série PRO sú vybavené pevnými krytmi a bočnými tesneniami, ktoré v primeranej miere chránia vnútorné komponenty stolíka pred kontamináciou.Tieto stupne môžu byť tiež nakonfigurované s voliteľnými stieračmi na stolové dosky na zmietnutie nečistôt z hornej pevnej dosky pri prechode stolíka.Na druhej strane, pohybové platformy IGM sú prirodzene otvorené, s odkrytými ložiskami, motormi a kódovačmi.Hoci to nie je problém v čistejšom prostredí, môže to byť problematické, keď je prítomná kontaminácia.Tento problém je možné vyriešiť začlenením špeciálneho vlnovcového krytu do konštrukcie osi IGM, ktorý poskytuje ochranu pred úlomkami.Ak však nie je správne implementovaný, vlnovec môže negatívne ovplyvniť pohyb osi pôsobením vonkajších síl na vozík, keď sa pohybuje v celom rozsahu svojho pohybu.

Údržba

Obslužnosť je rozlišovacím znakom medzi platformami pohybu typu stage-on-granite a IGM.Osi s lineárnym motorom sú dobre známe svojou robustnosťou, ale niekedy je potrebné vykonať údržbu.Určité operácie údržby sú relatívne jednoduché a možno ich vykonať bez odstránenia alebo rozobratia príslušnej osi, ale niekedy je potrebné dôkladnejšie roztrhnutie.Keď sa pohybová plošina skladá z diskrétnych stupňov namontovaných na žule, je servis pomerne jednoduchou úlohou.Najprv demontujte stolík zo žuly, potom vykonajte potrebné údržbárske práce a znova ho namontujte.Alebo ho jednoducho vymeňte za nový stupeň.

Riešenia IGM môžu byť niekedy náročnejšie pri vykonávaní údržby.Hoci výmena jednej magnetickej dráhy lineárneho motora je v tomto prípade veľmi jednoduchá, komplikovanejšia údržba a opravy často zahŕňajú úplnú demontáž mnohých alebo všetkých komponentov tvoriacich os, čo je časovo náročnejšie, keď sú komponenty montované priamo na žulu.Po vykonaní údržby je tiež zložitejšie vzájomne zarovnať osi na báze žuly, čo je úloha, ktorá je s diskrétnymi fázami podstatne jednoduchšia.

Tabuľka 1. Súhrn základných technických rozdielov medzi riešeniami mechanického ložiska na žule a IGM.

Ekonomické porovnanie

Zatiaľ čo absolútna cena akéhokoľvek pohybového systému sa bude líšiť v závislosti od niekoľkých faktorov vrátane dĺžky dráhy, presnosti osí, nosnosti a dynamických schopností, relatívne porovnania analogických systémov IGM a pohybových systémov na úrovni žuly uskutočnené v tejto štúdii naznačujú, že riešenia IGM sú schopné ponúknuť stredne až vysoko presný pohyb pri mierne nižších nákladoch ako ich náprotivky na javisku.

Naša ekonomická štúdia pozostáva z troch základných nákladových komponentov: strojných súčiastok (vrátane vyrobených a nakupovaných súčiastok), granitovej zostavy a práce a réžie.

Časti strojov

Riešenie IGM ponúka pozoruhodné úspory v porovnaní s riešením typu stage-on-granite, pokiaľ ide o časti strojov.Je to predovšetkým kvôli nedostatku zložito opracovaných podstavcov na osiach Y a X na IGM, čo zvyšuje zložitosť a náklady na riešenia typu stage-on-granite.Ďalej, úspory nákladov možno pripísať relatívnemu zjednodušeniu iných obrábaných dielov na riešení IGM, ako sú pohyblivé vozíky, ktoré môžu mať jednoduchšie vlastnosti a trochu voľnejšie tolerancie, keď sú navrhnuté na použitie v systéme IGM.

Žulové zostavy

Hoci sa zdá, že zostavy žulovej základne-stupacieho mostíka v systémoch IGM aj v systémoch typu stage-on-granite majú podobný tvarový faktor a vzhľad, zostava žula IGM je o niečo drahšia.Je to preto, že žula v riešení IGM zaberá miesto opracovaných podstavcov v riešení podstavca na žule, čo vyžaduje, aby žula mala vo všeobecnosti užšie tolerancie v kritických oblastiach a dokonca aj ďalšie prvky, ako sú extrudované rezy a/alebo alebo napríklad oceľové vložky so závitom.V našej prípadovej štúdii je však pridaná zložitosť žulovej štruktúry viac ako kompenzovaná zjednodušením strojných častí.

Práca a réžia

Kvôli mnohým podobnostiam pri montáži a testovaní systémov IGM aj systémov stage-on-granite nie je významný rozdiel v mzdových a režijných nákladoch.

Keď sa skombinujú všetky tieto nákladové faktory, špecifické riešenie IGM s mechanickými ložiskami skúmané v tejto štúdii je približne o 15 % lacnejšie ako riešenie s mechanickým ložiskom na úrovni žuly.

Samozrejme, výsledky ekonomickej analýzy nezávisia len od atribútov, akými sú dĺžka jazdy, presnosť a nosnosť, ale aj od faktorov, ako je výber dodávateľa žuly.Okrem toho je rozumné zvážiť prepravné a logistické náklady spojené s obstarávaním žulovej konštrukcie.Obzvlášť užitočné pre veľmi veľké žulové systémy, hoci platí pre všetky veľkosti, výber kvalifikovaného dodávateľa žuly v tesnej blízkosti miesta montáže finálneho systému môže tiež pomôcť minimalizovať náklady.

Treba tiež poznamenať, že táto analýza nezohľadňuje náklady po implementácii.Predpokladajme napríklad, že je potrebné vykonať servis pohybového systému opravou alebo výmenou osi pohybu.Systém stage-on-granite môže byť servisovaný jednoduchým odstránením a opravou/nahradením postihnutej osi.Vďaka modulárnejšiemu dizajnu javiskového štýlu sa to dá urobiť relatívne jednoducho a rýchlo, a to aj napriek vyšším počiatočným nákladom na systém.Hoci systémy IGM možno vo všeobecnosti získať za nižšie náklady ako ich náprotivky na žule, môže byť náročnejšie ich rozoberať a servisovať kvôli integrovanej povahe konštrukcie.

Záver

Je zrejmé, že každý typ konštrukcie pohybovej platformy – stage-on-granite a IGM – môže ponúknuť odlišné výhody.Nie je však vždy jasné, ktorá voľba je pre konkrétnu aplikáciu pohybu najideálnejšia.Preto je veľmi prospešné partnerstvo so skúseným dodávateľom pohybových a automatizačných systémov, ako je Aerotech, ktorý ponúka konzultačný prístup výrazne zameraný na aplikáciu na preskúmanie a poskytnutie cenného prehľadu o alternatívach riešení k náročným aplikáciám riadenia pohybu a automatizácie.Pochopenie nielen rozdielu medzi týmito dvoma typmi automatizačných riešení, ale aj základných aspektov problémov, ktoré je potrebné vyriešiť, je základným kľúčom k úspechu pri výbere pohybového systému, ktorý sa zameriava na technické aj finančné ciele projektu.

Od spoločnosti AEROTECH.