Razlika između sistema za kretanje pozornice na granitu i integrisanih sistema za kretanje granita

Izbor najprikladnije linearne platforme za kretanje na bazi granita za datu primjenu zavisi od mnoštva faktora i varijabli. Ključno je prepoznati da svaka primjena ima svoj jedinstveni skup zahtjeva koje treba razumjeti i prioritizirati kako bi se pronašlo efikasno rješenje u smislu platforme za kretanje.

Jedno od sveprisutnijih rješenja uključuje montiranje diskretnih platformi za pozicioniranje na granitnu strukturu. Drugo uobičajeno rješenje integrira komponente koje čine ose kretanja direktno u sam granit. Izbor između platforme za platformu na granitu i platforme za integrirano granitno kretanje (IGM) jedna je od ranijih odluka koje treba donijeti u procesu odabira. Postoje jasne razlike između obje vrste rješenja i, naravno, svaka ima svoje prednosti - i ograničenja - koje treba pažljivo razumjeti i razmotriti.

Kako bismo ponudili bolji uvid u ovaj proces donošenja odluka, procjenjujemo razlike između dva osnovna dizajna platformi za linearno kretanje - tradicionalnog rješenja s pozornicom na granitu i IGM rješenja - iz tehničke i finansijske perspektive u obliku studije slučaja mehaničkih ležajeva.

Pozadina

Kako bismo istražili sličnosti i razlike između IGM sistema i tradicionalnih sistema s pozornicom na granitu, generirali smo dva dizajna testnih slučajeva:

• Mehanički ležaj, pozornica na granitnoj podlozi
• Mehanički ležaj, IGM

U oba slučaja, svaki sistem se sastoji od tri ose kretanja. Y osa nudi hod od 1000 mm i nalazi se na podnožju granitne strukture. X osa, smještena na mostu sklopa sa hodom od 400 mm, nosi vertikalnu Z-osu sa hodom od 100 mm. Ovaj raspored je predstavljen piktografski.

Za dizajn pozornice na granitu, odabrali smo PRO560LM široku pozornicu za Y osu zbog njene veće nosivosti, uobičajene za mnoge primjene kretanja koje koriste ovaj raspored "Y/XZ split-most". Za X osu smo odabrali PRO280LM, koja se često koristi kao mostna osa u mnogim primjenama. PRO280LM nudi praktičnu ravnotežu između svog prostora i mogućnosti nošenja Z ose s korisnim teretom kupca.

Za IGM dizajne, vjerno smo replicirali osnovne koncepte dizajna i rasporede gore navedenih osa, s primarnom razlikom što su IGM ose ugrađene direktno u granitnu strukturu, te stoga nemaju baze od strojno obrađenih komponenti prisutne u dizajnima pozornice na granitu.

Zajednička u oba slučaja dizajna je Z osa, koja je odabrana da bude PRO190SL pozornica s kugličnim vijčanim pogonom. Ovo je vrlo popularna osa za korištenje u vertikalnoj orijentaciji na mostu zbog svog velikog korisnog kapaciteta i relativno kompaktnog oblika.

Slika 2 ilustruje specifične proučavane sisteme faza-na-granitu i IGM sisteme.

Tehnička usporedba

IGM sistemi su dizajnirani korištenjem različitih tehnika i komponenti koje su slične onima koje se nalaze u tradicionalnim dizajnima pozornica na granitu. Kao rezultat toga, postoje brojna zajednička tehnička svojstva između IGM sistema i sistema pozornica na granitu. Suprotno tome, integracija osa kretanja direktno u granitnu strukturu nudi nekoliko karakteristika koje razlikuju IGM sisteme od sistema pozornica na granitu.

Faktor oblika

Možda najočiglednija sličnost počinje s temeljem mašine - granitom. Iako postoje razlike u karakteristikama i tolerancijama između dizajna pozornice na granitu i IGM-a, ukupne dimenzije granitne baze, uspona i mosta su ekvivalentne. To je prvenstveno zato što su nominalni i granični hodovi identični između pozornice na granitu i IGM-a.

Građevinarstvo

Nedostatak osnova osi od mašinski obrađenih komponenti u IGM dizajnu pruža određene prednosti u odnosu na rješenja sa pozornicom na granitu. Konkretno, smanjenje komponenti u strukturnoj petlji IGM-a pomaže u povećanju ukupne krutosti osi. Također omogućava kraću udaljenost između granitne baze i gornje površine kolica. U ovoj konkretnoj studiji slučaja, IGM dizajn nudi 33% nižu visinu radne površine (80 mm u poređenju sa 120 mm). Ova manja radna visina ne samo da omogućava kompaktniji dizajn, već i smanjuje pomake mašine od motora i enkodera do radne tačke, što rezultira smanjenim Abbe greškama i stoga poboljšanim performansama pozicioniranja radne tačke.

Komponente ose

Dubljim analiziranjem dizajna, rješenja "scena na granitu" i IGM dijele neke ključne komponente, kao što su linearni motori i enkoderi položaja. Zajednički odabir sila i magnetne staze dovodi do ekvivalentnih mogućnosti izlazne sile. Slično tome, korištenje istih enkodera u oba dizajna pruža identično finu rezoluciju za povratne informacije o pozicioniranju. Kao rezultat toga, linearna tačnost i ponovljivost se ne razlikuju značajno između rješenja "scena na granitu" i IGM. Sličan raspored komponenti, uključujući razdvajanje ležajeva i tolerancije, dovodi do uporedivih performansi u smislu geometrijskih grešaka kretanja (tj. horizontalna i vertikalna pravolinijost, nagib, ljuljanje i skretanje). Konačno, potporni elementi oba dizajna, uključujući upravljanje kablovima, električne graničnike i tvrde graničnike, u osnovi su identični po funkciji, iako se mogu donekle razlikovati po fizičkom izgledu.

Ležajevi

Kod ovog konkretnog dizajna, jedna od najznačajnijih razlika je odabir linearnih vodilica. Iako se recirkulirajući kuglični ležajevi koriste i u sistemima pozornica na granitu i u IGM sistemima, IGM sistem omogućava ugradnju većih, krućih ležajeva u dizajn bez povećanja radne visine ose. Budući da se IGM dizajn oslanja na granit kao osnovu, za razliku od odvojene baze od mašinski obrađenih komponenti, moguće je povratiti dio vertikalnog prostora koji bi inače zauzela mašinski obrađena baza, i u suštini popuniti ovaj prostor većim ležajevima, a istovremeno smanjiti ukupnu visinu kolica iznad granita.

Krutost

Upotreba većih ležajeva u IGM dizajnu ima značajan utjecaj na ugaonu krutost. U slučaju donje ose (Y) širokog tijela, IGM rješenje nudi preko 40% veću krutost kotrljanja, 30% veću krutost nagiba i 20% veću krutost skretanja od odgovarajućeg dizajna s pozornicom na granitu. Slično tome, IGM-ov most nudi četverostruko povećanje krutosti kotrljanja, dvostruku krutost nagiba i više od 30% veću krutost skretanja od svog ekvivalenta s pozornicom na granitu. Veća ugaona krutost je prednost jer direktno doprinosi poboljšanim dinamičkim performansama, što je ključno za omogućavanje većeg protoka mašine.

Nosivost

Veći ležajevi IGM rješenja omogućavaju znatno veći nosivi kapacitet u odnosu na rješenje s pozornicom na granitu. Iako osnovna osovina PRO560LM rješenja s pozornicom na granitu ima nosivost od 150 kg, odgovarajuće IGM rješenje može primiti nosivi teret od 300 kg. Slično tome, mostna osovina PRO280LM rješenja s pozornicom na granitu podržava 150 kg, dok mostna osovina IGM rješenja može nositi do 200 kg.

Pokretna masa

Iako veći ležajevi u IGM osama sa mehaničkim ležajevima nude bolje ugaone performanse i veću nosivost, oni također dolaze s većim i težim kolicima. Osim toga, IGM kolica su dizajnirana tako da se određene mašinski obrađene karakteristike potrebne za osu pozornice na granitu (ali koje nisu potrebne za IGM osu) uklanjaju kako bi se povećala krutost dijela i pojednostavila proizvodnja. Ovi faktori znače da IGM osa ima veću pokretnu masu od odgovarajuće ose pozornice na granitu. Nesporni nedostatak je što je maksimalno ubrzanje IGM-a niže, pod pretpostavkom da je izlazna sila motora nepromijenjena. Ipak, u određenim situacijama, veća pokretna masa može biti prednost iz perspektive da njena veća inercija može pružiti veći otpor na poremećaje, što može biti u korelaciji s povećanom stabilnošću u položaju.

Strukturna dinamika

Veća krutost ležajeva i krući kolica IGM sistema pružaju dodatne prednosti koje su očigledne nakon korištenja softverskog paketa za analizu konačnih elemenata (FEA) za izvođenje modalne analize. U ovoj studiji ispitali smo prvu rezonancu pokretnih kolica zbog njenog utjecaja na propusni opseg servo motora. Kolica PRO560LM doživljavaju rezonancu na 400 Hz, dok odgovarajuća IGM kolica doživljavaju isti mod na 430 Hz. Slika 3 ilustruje ovaj rezultat.

Veća rezonanca IGM rješenja, u poređenju sa tradicionalnom pozornicom na granitu, može se dijelom pripisati krućem dizajnu kolica i ležaja. Veća rezonanca kolica omogućava veći propusni opseg servo motora i time poboljšane dinamičke performanse.

Radno okruženje

Zaptivanje osi je gotovo uvijek obavezno kada su prisutni zagađivači, bilo da su generirani tokom korisničkog procesa ili na drugi način postoje u okruženju mašine. Rješenja sa platformom na granitu su posebno pogodna u ovim situacijama zbog inherentno zatvorene prirode osi. Linearne platforme PRO serije, na primjer, dolaze opremljene tvrdim poklopcima i bočnim zaptivkama koje štite unutrašnje komponente platforme od kontaminacije u razumnoj mjeri. Ove platforme se također mogu konfigurirati s opcionalnim brisačima stola za brisanje ostataka s gornjeg tvrdog poklopca dok se platforma kreće. S druge strane, IGM platforme za kretanje su inherentno otvorene prirode, s izloženim ležajevima, motorima i enkoderima. Iako to nije problem u čistijim okruženjima, ovo može biti problematično kada je prisutna kontaminacija. Moguće je riješiti ovaj problem ugradnjom posebnog poklopca u obliku mijeha u dizajn IGM osi kako bi se obezbijedila zaštita od ostataka. Ali ako se ne implementira pravilno, mijeh može negativno utjecati na kretanje osi prenoseći vanjske sile na kolica dok se kreću kroz puni raspon kretanja.

Održavanje

Mogućnost servisiranja je razlika između platformi za kretanje s pozornicom na granitu i IGM platformi za kretanje. Osovine linearnih motora su dobro poznate po svojoj robusnosti, ali ponekad je potrebno izvršiti održavanje. Određene operacije održavanja su relativno jednostavne i mogu se izvršiti bez uklanjanja ili rastavljanja dotične osi, ali ponekad je potrebno temeljitije rastavljanje. Kada se platforma za kretanje sastoji od zasebnih pozornica montiranih na granit, servisiranje je relativno jednostavan zadatak. Prvo, demontirajte pozornicu s granita, zatim izvršite potrebne radove održavanja i ponovo je montirajte. Ili je jednostavno zamijenite novom pozornicom.

IGM rješenja ponekad mogu biti izazovnija prilikom održavanja. Iako je zamjena jedne magnetne staze linearnog motora u ovom slučaju vrlo jednostavna, složenije održavanje i popravke često uključuju potpuno rastavljanje mnogih ili svih komponenti koje čine osu, što oduzima više vremena kada se komponente montiraju direktno na granit. Također je teže ponovo poravnati ose na bazi granita jednu s drugom nakon održavanja - zadatak koji je znatno jednostavniji kod diskretnih faza.

Tabela 1. Sažetak osnovnih tehničkih razlika između rješenja za platformu s mehaničkim ležajevima na granitu i IGM rješenja.

Ekonomska usporedba

Iako apsolutni trošak bilo kojeg sistema za kretanje varira na osnovu nekoliko faktora, uključujući dužinu kretanja, preciznost ose, nosivost i dinamičke mogućnosti, relativna poređenja analognih IGM i sistema za kretanje na sceni-na-granitu, provedena u ovoj studiji, sugeriraju da su IGM rješenja sposobna da ponude kretanje srednje do visoke preciznosti po umjereno nižim troškovima od svojih ekvivalenata na sceni-na-granitu.

Naša ekonomska studija sastoji se od tri osnovne komponente troškova: dijelovi mašina (uključujući i proizvedene dijelove i kupljene komponente), montaža granita te rad i režijski troškovi.

Dijelovi mašina

IGM rješenje nudi značajne uštede u odnosu na rješenje s pozornicom na granitu u pogledu dijelova mašina. To je prvenstveno zbog nedostatka složeno obrađenih baza pozornice na Y i X osama kod IGM-a, što dodaje složenost i troškove rješenjima s pozornicom na granitu. Nadalje, uštede troškova mogu se pripisati relativnom pojednostavljenju drugih obrađenih dijelova na IGM rješenju, kao što su pokretni kolica, koja mogu imati jednostavnije karakteristike i donekle opuštenije tolerancije kada su dizajnirana za upotrebu u IGM sistemu.

Granitni sklopovi

Iako sklopovi granitne baze-uspon-mosta i u IGM i u sistemima pozornica na granitu izgledaju sličnog oblika i izgleda, IGM granitni sklop je neznatno skuplji. To je zato što granit u IGM rješenju zamjenjuje mašinski obrađene baze pozornice u rješenju pozornica na granitu, što zahtijeva da granit ima generalno strože tolerancije u kritičnim područjima, pa čak i dodatne karakteristike, kao što su ekstrudirani rezovi i/ili navojni čelični umeci, na primjer. Međutim, u našoj studiji slučaja, dodatna složenost granitne strukture je više nego nadoknađena pojednostavljenjem mašinskih dijelova.

Rad i režijski troškovi

Zbog mnogih sličnosti u sastavljanju i testiranju IGM i sistema pozornice na granitu, ne postoji značajna razlika u troškovima rada i režijskih troškova.

Kada se svi ovi faktori troškova kombiniraju, specifično IGM rješenje s mehaničkim ležajevima koje je ispitano u ovoj studiji je otprilike 15% jeftinije od rješenja s mehaničkim ležajevima, odnosno platformom na granitu.

Naravno, rezultati ekonomske analize ne zavise samo od atributa kao što su dužina kretanja, preciznost i nosivost, već i od faktora kao što je izbor dobavljača granita. Pored toga, razumno je uzeti u obzir troškove dostave i logistike povezane s nabavkom granitne konstrukcije. Posebno je korisno za vrlo velike granitne sisteme, iako važi za sve veličine, odabir kvalifikovanog dobavljača granita u blizini lokacije konačne montaže sistema može pomoći i u smanjenju troškova.

Također treba napomenuti da ova analiza ne uzima u obzir troškove nakon implementacije. Na primjer, pretpostavimo da postane neophodno servisirati sistem kretanja popravkom ili zamjenom ose kretanja. Sistem pozornice na granitu može se servisirati jednostavnim uklanjanjem i popravkom/zamjenom oštećene ose. Zbog modularnijeg dizajna u stilu pozornice, to se može učiniti relativno lako i brzo, uprkos višim početnim troškovima sistema. Iako se IGM sistemi uglavnom mogu nabaviti po nižoj cijeni od svojih pandana na granitu, mogu biti izazovniji za rastavljanje i servisiranje zbog integrirane prirode konstrukcije.

Zaključak

Jasno je da svaka vrsta dizajna platforme za kretanje - pozornica na granitu i IGM - može ponuditi različite prednosti. Međutim, nije uvijek očigledno koji je najidealniji izbor za određenu primjenu kretanja. Stoga je od velike koristi partnerstvo s iskusnim dobavljačem sistema za kretanje i automatizaciju, kao što je Aerotech, koji nudi izrazito usmjeren na primjenu, konsultativni pristup kako bi se istražili i pružio vrijedan uvid u alternativna rješenja za izazovne primjene upravljanja kretanjem i automatizacije. Razumijevanje ne samo razlike između ove dvije vrste rješenja za automatizaciju, već i fundamentalnih aspekata problema koje trebaju riješiti, osnovni je ključ uspjeha u odabiru sistema za kretanje koji se bavi i tehničkim i finansijskim ciljevima projekta.

Iz AEROTECH-a.