Razlika između Stage-on-Granita i Integrated Granite Motion Systems

Odabir najpogodnije platforme za linearno kretanje zasnovane na granitu za datu primjenu ovisi o nizu faktora i varijabli.Ključno je prepoznati da svaka aplikacija ima svoj jedinstveni skup zahtjeva koji se moraju razumjeti i dati im prioritet kako bi se slijedilo efikasno rješenje u smislu platforme za kretanje.

Jedno od sveprisutnijih rješenja uključuje montažu diskretnih stepenica za pozicioniranje na granitnu strukturu.Drugo uobičajeno rješenje integrira komponente koje čine osi kretanja direktno u sam granit.Odabir između platforme pozornice na granitu i platforme integrirane granitne pokretne (IGM) jedna je od ranijih odluka koju treba donijeti u procesu odabira.Postoje jasne razlike između oba tipa rješenja i, naravno, svako ima svoje prednosti – i upozorenja – koje treba pažljivo razumjeti i razmotriti.

Kako bismo ponudili bolji uvid u ovaj proces donošenja odluka, procjenjujemo razlike između dva fundamentalna dizajna platformi za linearno kretanje — tradicionalnog rješenja pozornice na granitu i IGM rješenja — iz tehničke i finansijske perspektive u obliku mehaničke studija slučaja ležaja.

Pozadina

Da bismo istražili sličnosti i razlike između IGM sistema i tradicionalnih sistema pozornice na granitu, napravili smo dva dizajna testnih slučajeva:

• Mehanički ležaj, stepen na granitu
• Mehanički ležaj, IGM

U oba slučaja, svaki sistem se sastoji od tri ose kretanja.Y os nudi 1000 mm hoda i nalazi se na bazi granitne konstrukcije.X osa, koja se nalazi na mostu sklopa sa 400 mm hoda, nosi vertikalnu Z-os sa 100 mm hoda.Ovaj raspored je predstavljen piktografski.

Za dizajn pozornice na granitu, odabrali smo PRO560LM stepen sa širokim tijelom za Y osu zbog njegovog većeg kapaciteta nosivosti, uobičajenog za mnoge primjene kretanja koristeći ovaj “Y/XZ podijeljeni most” aranžman.Za os X odabrali smo PRO280LM, koji se obično koristi kao mostna os u mnogim aplikacijama.PRO280LM nudi praktičnu ravnotežu između svog otiska i njegove sposobnosti da nosi Z ose s korisnim teretom.

Za IGM dizajne, usko smo replicirali fundamentalne koncepte dizajna i rasporede gornjih osa, s primarnom razlikom što su IGM ose ugrađene direktno u granitnu strukturu, te stoga nemaju baze od obrađenih komponenti prisutne u fazi nastavka. - granit dizajn.

Uobičajena u oba slučaja dizajna je Z osa, koja je odabrana da bude PRO190SL stepen sa kugličnim vijkom.Ovo je vrlo popularna osovina za korištenje u vertikalnoj orijentaciji na mostu zbog svoje izdašne nosivosti i relativno kompaktnog oblika.

Slika 2 ilustruje specifične sisteme pozornice na granitu i IGM proučavane.

Tehničko poređenje

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

Form Factor

Možda najočitija sličnost počinje sa osnovom mašine — granitom.Iako postoje razlike u karakteristikama i tolerancijama između Stage-on-granita i IGM dizajna, ukupne dimenzije granitne baze, uspona i mosta su ekvivalentne.Ovo je prvenstveno zato što su nominalni i granični hoda identični između pozornice na granitu i IGM.

Izgradnja

Nedostatak osnova osovine obrađenih komponenti u IGM dizajnu daje određene prednosti u odnosu na rješenja pozornice na granitu.Konkretno, smanjenje komponenti u strukturnoj petlji IGM-a pomaže da se poveća ukupna krutost ose.Također omogućava kraći razmak između granitne osnove i gornje površine vagona.U ovoj konkretnoj studiji slučaja, IGM dizajn nudi 33% nižu visinu radne površine (80 mm u odnosu na 120 mm).Ne samo da ova manja radna visina omogućava kompaktniji dizajn, već i smanjuje pomake stroja od motora i kodera do radne točke, što rezultira smanjenim Abbe greškama i samim tim poboljšanim performansama pozicioniranja radne točke.

Axis Components

Gledajući dublje u dizajn, rješenja pozornice na granitu i IGM dijele neke ključne komponente, kao što su linearni motori i enkoderi položaja.Zajednički izbor sile i magneta vodi do ekvivalentnih mogućnosti izlaza sile.Isto tako, korištenje istih enkodera u oba dizajna daje identično finu rezoluciju za povratnu informaciju o pozicioniranju.Kao rezultat, linearna preciznost i performanse ponovljivosti se ne razlikuju značajno između Stage-on-granita i IGM rješenja.Sličan raspored komponenti, uključujući odvajanje ležajeva i tolerancije, dovodi do uporedivih performansi u smislu geometrijskih grešaka pomeranja (tj. horizontalne i vertikalne ravnosti, nagiba, kotrljanja i skretanja).Konačno, potporni elementi oba dizajna, uključujući upravljanje kablovima, električna ograničenja i graničnike, u osnovi su identični u funkciji, iako se mogu donekle razlikovati u fizičkom izgledu.

Ležajevi

Za ovaj konkretan dizajn, jedna od najuočljivijih razlika je izbor linearnih vodilica.Iako se kružni kuglični ležajevi koriste i u sistemima na granitu i u IGM sistemima, IGM sistem omogućava ugradnju većih, tvrđih ležajeva u dizajn bez povećanja radne visine ose.Budući da se IGM dizajn oslanja na granit kao svoju osnovu, za razliku od odvojene podloge od obrađenih komponenti, moguće je povratiti dio vertikalnih nekretnina koje bi inače koristila obrađena baza, i u suštini ispuniti ovaj prostor većim ležajeva uz istovremeno smanjenje ukupne visine nosača iznad granita.

Ukočenost

Upotreba većih ležajeva u IGM dizajnu ima dubok utjecaj na kutnu krutost.U slučaju donje ose (Y) širokog karoserije, IGM rješenje nudi preko 40% veću krutost pri kotrljanju, 30% veću krutost po nagibu i 20% veću krutost pri skretanju od odgovarajućeg dizajna pozornice na granitu.Slično, IGM-ov most nudi četverostruko povećanje krutosti pri kotrljanju, dvostruko veću krutost po nagibu i više od 30% veću krutost pri skretanju u odnosu na njegov kolega na pozornici na granitu.Veća kutna krutost je prednost jer direktno doprinosi poboljšanim dinamičkim performansama, što je ključno za omogućavanje veće propusnosti stroja.

Kapacitet opterećenja

Veći ležajevi IGM rješenja omogućavaju znatno veću nosivost od rješenja na pozornici na granitu.Iako PRO560LM osnovna os rješenja pozornice na granitu ima nosivost od 150 kg, odgovarajuće IGM rješenje može prihvatiti 300 kg korisnog tereta.Slično, osovina mosta PRO280LM na pozornici na granitu podržava 150 kg, dok osovina mosta IGM rješenja može nositi do 200 kg.

Pokretna masa

Dok veći ležajevi u osovinama IGM s mehaničkim ležajevima nude bolje atribute ugaonih performansi i veći kapacitet nosivosti, oni također dolaze s većim, težim kamionima.Dodatno, IGM kolica su dizajnirana tako da su određene mašinski obrađene karakteristike neophodne za osovinu etape na granitu (ali nije potrebna za IGM osovinu) da bi se povećala krutost dela i pojednostavila proizvodnja.Ovi faktori znače da osovina IGM-a ima veću pokretnu masu od odgovarajuće osi pozornice na granitu.Neosporna mana je to što je maksimalno ubrzanje IGM-a niže, pod pretpostavkom da je izlazna snaga motora nepromijenjena.Ipak, u određenim situacijama, veća pokretna masa može biti od prednosti iz perspektive da njena veća inercija može pružiti veću otpornost na smetnje, što može biti povezano s povećanom stabilnošću u položaju.

Structural Dynamics

Veća krutost ležaja IGM sistema i čvršći nosač pružaju dodatne prednosti koje su očigledne nakon upotrebe softverskog paketa za analizu konačnih elemenata (FEA) za izvođenje modalne analize.U ovoj studiji smo ispitali prvu rezonanciju pokretnog nosača zbog njegovog uticaja na propusni opseg servo sistema.PRO560LM nosač nailazi na rezonanciju na 400 Hz, dok odgovarajući IGM nosač doživljava isti način rada na 430 Hz.Slika 3 ilustruje ovaj rezultat.

Veća rezonanca IGM rješenja, u poređenju sa tradicionalnim stupnjem na granitu, može se dijelom pripisati čvršćoj konstrukciji nosača i ležaja.Veća rezonanca nosača omogućava veći propusni opseg servo i samim tim poboljšane dinamičke performanse.

Operativno okruženje

Zaptivanje osovine je gotovo uvijek obavezno kada su prisutni zagađivači, bilo da nastaju kroz proces korisnika ili na drugi način postoje u okruženju mašine.Rješenja za pozornicu na granitu su posebno prikladna u ovim situacijama zbog inherentno zatvorene prirode osovine.Linearni stepeni PRO-serije, na primjer, dolaze opremljeni tvrdim omotima i bočnim zaptivkama koje štite unutrašnje komponente stepena od kontaminacije u razumnoj mjeri.Ove stepenice se takođe mogu konfigurisati sa opcionim stolnim brisačima za brisanje ostataka sa gornjeg tvrdog uveza dok faza prolazi.S druge strane, IGM pokretne platforme su po prirodi otvorene, s izloženim ležajevima, motorima i enkoderima.Iako to nije problem u čistijim sredinama, to može biti problematično kada je prisutna kontaminacija.Moguće je riješiti ovaj problem ugradnjom posebnog poklopca u obliku mijeha u dizajn osovine IGM kako bi se osigurala zaštita od krhotina.Ali ako se ne implementiraju ispravno, mijeh može negativno utjecati na kretanje ose dajući vanjske sile na nosač dok se kreće kroz svoj puni raspon kretanja.

Održavanje

Lakoća servisiranja je razlika između platformi na pozornici na granitu i IGM pokretnih platformi.Osovine sa linearnim motorom su dobro poznate po svojoj robusnosti, ali ponekad je potrebno izvršiti održavanje.Određene operacije održavanja su relativno jednostavne i mogu se postići bez uklanjanja ili rastavljanja osi o kojoj je riječ, ali ponekad je potrebno temeljitije rastavljanje.Kada se platforma za kretanje sastoji od diskretnih stepenica postavljenih na granitu, servisiranje je prilično jednostavan zadatak.Prvo demontirajte binu sa granita, zatim izvršite potrebne radove na održavanju i ponovo je montirajte.Ili ga jednostavno zamijenite novom fazom.

IGM rješenja ponekad mogu biti izazovnija pri održavanju.Iako je zamjena jednog magneta linearnog motora vrlo jednostavna u ovom slučaju, složenije održavanje i popravke često uključuju potpuno rastavljanje mnogih ili svih komponenti koje čine osovinu, što je dugotrajnije kada se komponente montiraju direktno na granit.Također je teže preusmjeriti osovine zasnovane na granitu jedna s drugom nakon obavljanja održavanja - zadatak koji je znatno jednostavniji s diskretnim fazama.

Tabela 1. Sažetak temeljnih tehničkih razlika između mehaničkih ležajeva stupnja na granitu i IGM rješenja.

Ekonomsko poređenje

Dok će apsolutni trošak bilo kojeg sistema za kretanje varirati na osnovu nekoliko faktora, uključujući dužinu putovanja, preciznost osovine, kapacitet opterećenja i dinamičke mogućnosti, relativna poređenja analognih IGM i sistema pokreta na granitu provedena u ovoj studiji sugeriraju da su IGM rješenja sposobne da ponude kretanje srednje do visoke preciznosti po umjereno nižim troškovima od svojih kolega na pozornici na granitu.

Naša ekonomska studija sastoji se od tri osnovne komponente troškova: mašinskih dijelova (uključujući i proizvedene dijelove i kupljene komponente), sklopa od granita i rada i režijskih troškova.

Machine Parts

IGM rješenje nudi značajne uštede u odnosu na rješenje za pozornicu na granitu u smislu dijelova strojeva.Ovo je prvenstveno zbog IGM-ovog nedostatka zamršeno obrađenih baza pozornice na Y i X osi, koje dodaju složenost i cijenu rješenjima pozornice na granitu.Dalje, uštede se mogu pripisati relativnom pojednostavljenju drugih mašinski obrađenih delova na IGM rešenju, kao što su pokretna kolica, koja mogu imati jednostavnije karakteristike i nešto opuštenije tolerancije kada su dizajnirane za upotrebu u IGM sistemu.

Granite Assemblies

Iako se čini da sklopovi od granita baza-uzlazni most u IGM-u i sistemima pozornica-na-granitu imaju sličan faktor oblika i izgled, IGM granitni sklop je neznatno skuplji.To je zato što granit u IGM rješenju zauzima mjesto strojno obrađenih baza pozornica u rješenju pozornica na granitu, što zahtijeva da granit ima generalno čvršće tolerancije u kritičnim područjima, pa čak i dodatne karakteristike, kao što su ekstrudirani rezovi i/ ili čelični umetci s navojem, na primjer.Međutim, u našoj studiji slučaja, dodatna složenost granitne strukture više je nego nadoknađena pojednostavljenjem dijelova strojeva.

Rad i režijski troškovi

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

Kada se kombinuju svi ovi faktori troškova, specifično rešenje IGM sa mehaničkim ležajevima koje je ispitano u ovoj studiji je približno 15% jeftinije od rešenja sa mehaničkim ležajevima, stepen na granitu.

Naravno, rezultati ekonomske analize ne zavise samo od atributa kao što su dužina putovanja, preciznost i nosivost, već i od faktora kao što je izbor dobavljača granita.Uz to, razumno je uzeti u obzir troškove dostave i logistike povezane s nabavkom granitne strukture.Posebno je korisno za vrlo velike granitne sisteme, iako vrijedi za sve veličine, odabir kvalifikovanog dobavljača granita u bližoj blizini lokacije završne montaže sistema može pomoći da se minimiziraju i troškovi.

Također treba napomenuti da ova analiza ne uzima u obzir troškove nakon implementacije.Na primjer, pretpostavimo da postaje neophodno servisirati sistem kretanja popravkom ili zamjenom ose kretanja.Sistem bine na granitu može se servisirati jednostavnim uklanjanjem i popravkom/zamjenom zahvaćene osovine.Zbog modularnijeg dizajna u stilu pozornice, ovo se može učiniti relativno lako i brzo, uprkos većoj početnoj cijeni sistema.Iako se IGM sistemi generalno mogu nabaviti po nižoj cijeni od svojih kolega na pozornici na granitu, oni mogu biti izazovniji za rastavljanje i servisiranje zbog integrirane prirode konstrukcije.

Zaključak

Jasno je da svaki tip dizajna pokretne platforme - pozornica na granitu i IGM - može ponuditi različite prednosti.Međutim, nije uvijek očito koji je najidealniji izbor za određenu primjenu pokreta.Stoga je od velike koristi imati partnerstvo sa iskusnim dobavljačem sistema za kretanje i automatizaciju, kao što je Aerotech, koji nudi jasno fokusiran na aplikacije, konsultativni pristup za istraživanje i pružanje dragocjenog uvida u alternative rješenja za izazovne aplikacije za kontrolu kretanja i automatizaciju.Razumijevanje ne samo razlike između ove dvije varijante rješenja za automatizaciju, već i fundamentalnih aspekata problema koje oni moraju riješiti, osnovni je ključ uspjeha u odabiru sistema kretanja koji se bavi tehničkim i finansijskim ciljevima projekta.

Od AEROTECH.