Razlika između pozornice na granitu i integriranih sustava za kretanje granita

Odabir najprikladnije linearne platforme za kretanje na bazi granita za određenu primjenu ovisi o nizu čimbenika i varijabli. Ključno je prepoznati da svaka primjena ima svoj jedinstveni skup zahtjeva koje treba razumjeti i odrediti prioritete kako bi se pronašlo učinkovito rješenje u smislu platforme za kretanje.

Jedno od sveprisutnijih rješenja uključuje montažu diskretnih pozicionerskih pozornica na granitnu strukturu. Drugo uobičajeno rješenje integrira komponente koje čine osi gibanja izravno u sam granit. Odabir između pozornice na granitu i platforme s integriranim granitnim gibanjem (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 pružili bolji uvid u ovaj proces donošenja odluka, procjenjujemo razlike između dva temeljna dizajna linearne platforme za gibanje - tradicionalnog rješenja s pozornicom na granitu i IGM rješenja - s tehničke i financijske perspektive u obliku studije slučaja mehaničkih ležajeva.

Pozadina

Kako bismo istražili sličnosti i razlike između IGM sustava i tradicionalnih sustava s pozornicom na granitu, generirali smo dva testna primjera:

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

U oba slučaja, svaki sustav sastoji se od tri osi gibanja. Os Y nudi hod od 1000 mm i nalazi se na podnožju granitne strukture. Os X, smještena na mostu sklopa s hodom od 400 mm, nosi vertikalnu os Z s hodom od 100 mm. Ovaj raspored je prikazan piktografski.

Za dizajn s pozornicom na granitu, odabrali smo PRO560LM široku pozornicu za Y os zbog njezine veće nosivosti, uobičajene za mnoge primjene gibanja koje koriste ovaj raspored "Y/XZ podijeljenog mosta". Za X os odabrali smo PRO280LM, koji se često koristi kao mostna os u mnogim primjenama. PRO280LM nudi praktičnu ravnotežu između svog prostora i mogućnosti nošenja Z osi s korisnim teretom kupca.

Za IGM dizajne, vjerno smo replicirali temeljne koncepte dizajna i rasporede gore navedenih osi, s primarnom razlikom što su IGM osi ugrađene izravno u granitnu strukturu te stoga nemaju baze s strojno obrađenim komponentama prisutne u dizajnima pozornice na granitu.

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

Slika 2 ilustrira specifične proučavane sustave faza-na-granitu i IGM.

Tehnička usporedba

IGM sustavi su dizajnirani korištenjem raznih tehnika i komponenti koje su slične onima koje se nalaze u tradicionalnim dizajnima pozornica na granitu. Kao rezultat toga, postoje brojna tehnička svojstva zajednička između IGM sustava i sustava pozornica na granitu. Suprotno tome, integriranje osi kretanja izravno u granitnu strukturu nudi nekoliko karakteristika koje razlikuju IGM sustave od sustava pozornica na granitu.

Faktor oblika

Možda najočitija sličnost počinje s temeljem stroja - granitom. Iako postoje razlike u značajkama 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 s obrađenim komponentama u IGM dizajnu pruža određene prednosti u odnosu na rješenja s pozornicom na granitu. Konkretno, smanjenje komponenti u strukturnoj petlji IGM-a pomaže povećati ukupnu krutost osi. Također omogućuje 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 usporedbi sa 120 mm). Ova manja radna visina ne samo da omogućuje kompaktniji dizajn, već i smanjuje pomake stroja od motora i enkodera do radne točke, što rezultira smanjenim Abbeovim pogreškama i stoga poboljšanim performansama pozicioniranja radne točke.

Komponente osi

Dubljim promatranjem dizajna, rješenja s pozornicom na granitu i IGM dijele neke ključne komponente, poput linearnih motora i enkodera položaja. Zajednički odabir sile i magnetske 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 točnost i ponovljivost se ne razlikuju značajno između rješenja s pozornicom na granitu i IGM. Sličan raspored komponenti, uključujući razmak ležajeva i tolerancije, dovodi do usporedivih performansi u smislu geometrijskih pogrešaka gibanja (tj. horizontalna i vertikalna pravocrtnost, nagib, kotrljanje i skretanje). Konačno, potporni elementi oba dizajna, uključujući upravljanje kabelima, električne graničnike i tvrde graničnike, u osnovi su identični po funkciji, iako se mogu donekle razlikovati po fizičkom izgledu.

Ležajevi

Za ovaj konkretan dizajn, jedna od najznačajnijih razlika je odabir linearnih vodilica. Iako se recirkulirajući kuglični ležajevi koriste i u sustavima pozornice na granitu i u IGM sustavima, IGM sustav omogućuje ugradnju većih, krućih ležajeva u dizajn bez povećanja radne visine osi. Budući da se IGM dizajn oslanja na granit kao bazu, za razliku od zasebne baze od strojno obrađenih komponenti, moguće je povratiti dio vertikalnog prostora koji bi inače zauzela strojno obrađena baza i u biti popuniti taj prostor većim ležajevima, a istovremeno smanjiti ukupnu visinu kolica iznad granita.

Ukočenost

Korištenje većih ležajeva u IGM dizajnu ima značajan utjecaj na kutnu krutost. U slučaju donje osi (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 kutna krutost je prednost jer izravno doprinosi poboljšanim dinamičkim performansama, što je ključno za omogućavanje većeg protoka stroja.

Nosivost

Veći ležajevi IGM rješenja omogućuju znatno veći nosivi kapacitet od rješenja 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 mehanički uležištenim IGM osima nude bolje kutne performanse i veću nosivost, oni također dolaze s većim i težim kolicima. Osim toga, IGM kolica su dizajnirana tako da se određene strojno obrađene značajke potrebne za os pozornice na granitu (ali koje nisu potrebne za IGM os) uklanjaju kako bi se povećala krutost dijela i pojednostavila proizvodnja. Ti čimbenici znače da IGM os ima veću pokretnu masu od odgovarajuće osi pozornice na granitu. Neosporni 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 s gledišta da njezina veća inercija može pružiti veći otpor na poremećaje, što se može povezati s povećanom stabilnošću u položaju.

Strukturna dinamika

Veća krutost ležaja i kruća kolica IGM sustava pružaju dodatne prednosti koje su vidljive nakon korištenja softverskog paketa za analizu konačnih elemenata (FEA) za provođenje modalne analize. U ovoj studiji ispitali smo prvu rezonanciju pokretnih kolica zbog njihovog utjecaja na propusnost servo motora. Kolica PRO560LM doživljavaju rezonanciju na 400 Hz, dok odgovarajuća IGM kolica doživljavaju isti mod na 430 Hz. Slika 3 ilustrira ovaj rezultat.

Veća rezonancija IGM rješenja, u usporedbi s tradicionalnom pozornicom na granitu, može se djelomično pripisati krućem dizajnu kolica i ležaja. Veća rezonancija kolica omogućuje veću propusnost servo motora i time poboljšane dinamičke performanse.

Radno okruženje

Brtvljenje osi gotovo je uvijek obavezno kada su prisutni onečišćujući materijali, bilo da su nastali tijekom korisničkog procesa ili na neki drugi način postoje u okruženju stroja. Rješenja s platformom na granitu posebno su prikladna u tim situacijama zbog inherentno zatvorene prirode osi. Linearne platforme PRO serije, na primjer, opremljene su tvrdim poklopcima i bočnim brtvama koje štite unutarnje komponente platforme od onečišćenja u razumnoj mjeri. Ove platforme mogu se konfigurirati i s opcionalnim brisačima stola za brisanje krhotina s gornjeg tvrdog poklopca dok se platforma pomiče. S druge strane, IGM platforme za kretanje su inherentno otvorene prirode, s izloženim ležajevima, motorima i enkoderima. Iako to nije problem u čistijim okruženjima, to može biti problematično kada je prisutna onečišćenje. Moguće je riješiti ovaj problem ugradnjom posebnog poklopca u obliku mijeha u dizajn IGM osi kako bi se osigurala zaštita od krhotina. Ali ako se ne implementira ispravno, 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. Osi s linearnim motorima poznate su po svojoj robusnosti, ali ponekad je potrebno provesti održavanje. Određene operacije održavanja relativno su jednostavne i mogu se obaviti 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 ponovno je montirajte. Ili je jednostavno zamijenite novom pozornicom.

IGM rješenja ponekad mogu biti izazovnija prilikom održavanja. Iako je zamjena jedne magnetske staze linearnog motora u ovom slučaju vrlo jednostavna, složenije održavanje i popravci često uključuju potpuno rastavljanje mnogih ili svih komponenti koje čine os, što oduzima više vremena kada su komponente montirane izravno na granit. Također je teže ponovno poravnati osi na bazi granita jednu s drugom nakon održavanja - zadatak koji je znatno jednostavniji s diskretnim fazama.

Tablica 1. Sažetak temeljnih tehničkih razlika između mehaničkih ležišta na granitnim pločama i IGM rješenja.

Ekonomska usporedba

Iako će apsolutni trošak bilo kojeg sustava gibanja varirati ovisno o nekoliko čimbenika, uključujući duljinu hoda, preciznost osi, nosivost i dinamičke mogućnosti, relativne usporedbe analognih IGM i sustava gibanja pozornice na granitu provedene u ovoj studiji sugeriraju da IGM rješenja mogu ponuditi gibanje srednje do visoke preciznosti uz umjereno niže troškove od svojih pandana na pozornici na granitu.

Naša ekonomska studija sastoji se od tri temeljne komponente troškova: strojnih dijelova (uključujući i proizvedene dijelove i kupljene komponente), montaže granita te rada i režijskih troškova.

Dijelovi stroja

IGM rješenje nudi značajne uštede u odnosu na rješenje s pozornicom na granitu u smislu strojnih dijelova. To je prvenstveno zbog nedostatka složeno obrađenih baza pozornice na osima Y i X 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, poput pokretnih kolica, koja mogu imati jednostavnije značajke i nešto opuštenije tolerancije kada su dizajnirana za upotrebu u IGM sustavu.

Granitni sklopovi

Iako sklopovi granitne baze-uspon-mosta i u IGM sustavu i u sustavu pozornice na granitu izgledaju sličnog oblika i izgleda, IGM granitni sklop je neznatno skuplji. To je zato što granit u IGM rješenju zamjenjuje strojno obrađene baze pozornice u rješenju pozornice na granitu, što zahtijeva da granit općenito ima strože tolerancije u kritičnim područjima, pa čak i dodatne značajke, poput ekstrudiranih rezova i/ili navojnih čeličnih umetaka, na primjer. Međutim, u našoj studiji slučaja, dodana složenost granitne strukture više je nego nadoknađena pojednostavljenjem strojnih dijelova.

Rad i režijski troškovi

Zbog mnogih sličnosti u sastavljanju i testiranju IGM-a i sustava s pozornicom na granitu, ne postoji značajna razlika u troškovima rada i režijskih troškova.

Nakon što se svi ovi faktori troškova kombiniraju, specifično IGM rješenje s mehaničkim ležajevima ispitano u ovoj studiji je otprilike 15% jeftinije od rješenja s mehaničkim ležajevima, pozornicom na granitu.

Naravno, rezultati ekonomske analize ne ovise samo o atributima kao što su duljina putovanja, preciznost i nosivost, već i o čimbenicima kao što je odabir dobavljača granita. Osim toga, razborito je uzeti u obzir troškove dostave i logistike povezane s nabavom granitne konstrukcije. Posebno je korisno za vrlo velike granitne sustave, iako vrijedi za sve veličine, odabir kvalificiranog dobavljača granita u blizini lokacije konačne montaže sustava također može pomoći u smanjenju troškova.

Također treba napomenuti da ova analiza ne uzima u obzir troškove nakon implementacije. Na primjer, pretpostavimo da postane potrebno servisirati sustav gibanja popravkom ili zamjenom osi gibanja. Sustav pozornice na granitu može se servisirati jednostavnim uklanjanjem i popravkom/zamjenom oštećene osi. Zbog modularnijeg dizajna u stilu pozornice, to se može učiniti relativno lako i brzo, unatoč višim početnim troškovima sustava. Iako se IGM sustavi općenito 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 očito koji je najidealniji izbor za određenu primjenu gibanja. Stoga je vrlo korisno surađivati ​​s iskusnim dobavljačem sustava za kretanje i automatizaciju, kao što je Aerotech, koji nudi izrazito usmjeren na primjenu, savjetodavni pristup kako bi se istražili i pružio vrijedan uvid u alternativna rješenja za izazovne primjene upravljanja gibanjem i automatizacije. Razumijevanje ne samo razlike između ove dvije vrste rješenja za automatizaciju, već i temeljnih aspekata problema koje trebaju riješiti, temeljni je ključ uspjeha u odabiru sustava za kretanje koji adresira i tehničke i financijske ciljeve projekta.

Iz AEROTECH-a.