Razlika između Stage-on-Granite i integriranog Granite Motion sustava

Odabir najprikladnije platforme linearnog gibanja na bazi granita za određenu primjenu ovisi o nizu čimbenika i varijabli.Ključno je prepoznati da svaka aplikacija ima svoj vlastiti jedinstveni skup zahtjeva koji se moraju razumjeti i odrediti prioritet kako bi se pronašlo učinkovito rješenje u smislu pokretne platforme.

Jedno od sveprisutnijih rješenja uključuje montiranje diskretnih stupnjeva za pozicioniranje na granitnu strukturu.Drugo uobičajeno rješenje integrira komponente koje čine osi gibanja izravno u sam granit.Odabir između platforme stage-on-granite i platforme Integrated-Granite Motion (IGM) jedna je od ranijih odluka koje treba donijeti u procesu odabira.Postoje jasne razlike između obje vrste 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 temeljna dizajna platforme linearnog gibanja — tradicionalnog rješenja pozornice na granitu i IGM rješenja — iz tehničke i financijske perspektive u obliku mehaničkog studija slučaja ležaja.

Pozadina

Kako bismo istražili sličnosti i razlike između IGM sustava i tradicionalnih sustava pozornice na granitu, generirali smo dva dizajna testnog slučaja:

• Mehanički ležaj, pozornica na granitu
• Mehanički ležaj, IGM

U oba slučaja svaki sustav se sastoji od tri osi gibanja.Y os nudi 1000 mm hoda i nalazi se na dnu granitne strukture.Os X, smještena na mostu sklopa s 400 mm hoda, nosi okomitu Z-os s 100 mm hoda.Ovaj raspored je slikovito prikazan.

Za dizajn pozornice na granitu odabrali smo PRO560LM pozornicu širokog tijela za os Y zbog većeg kapaciteta nosivosti, uobičajenog za mnoge aplikacije kretanja koje koriste ovaj raspored "Y/XZ podijeljenog mosta".Za os X odabrali smo PRO280LM, koji se obično koristi kao os mosta u mnogim primjenama.PRO280LM nudi praktičnu ravnotežu između svog otiska i sposobnosti nošenja osi Z s teretom kupca.

Za IGM dizajne, pomno smo replicirali temeljne koncepte dizajna i rasporede gore navedenih osi, s osnovnom razlikom što su IGM osi ugrađene izravno u granitnu strukturu, te stoga nemaju baze strojno obrađenih komponenti koje su prisutne u fazi postavljanja. -granitni dizajni.

Zajednička u oba slučaja dizajna je Z os, koja je odabrana da bude PRO190SL stupanj pokretan kugličnim navojem.Ovo je vrlo popularna osovina za korištenje u vertikalnoj orijentaciji na mostu zbog svoje velikodušne nosivosti i relativno kompaktnog oblika.

Slika 2 ilustrira proučavane specifične sustave pozornice na granitu i IGM.

Tehnička usporedba

IGM sustavi dizajnirani su korištenjem različitih tehnika i komponenti koje su slične onima koje se nalaze u tradicionalnim dizajnom pozornice na granitu.Kao rezultat toga, postoje brojna zajednička tehnička svojstva između IGM sustava i sustava pozornice na granitu.Suprotno tome, integracija osi gibanja izravno u granitnu strukturu nudi nekoliko razlikovnih karakteristika koje razlikuju IGM sustave od sustava pozornice na granitu.

Form Factor

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 prije svega zato što su nazivni i granični hod identični između stupnja na granitu i IGM-a.

Izgradnja

Nedostatak baza osi strojno obrađenih komponenti u IGM dizajnu daje određene prednosti u odnosu na rješenja na granitu.Konkretno, smanjenje komponenti u strukturnoj petlji IGM-a pomaže u povećanju ukupne krutosti osi.Također omogućuje kraći razmak između granitne baze i gornje površine kolica.U ovoj konkretnoj studiji slučaja, IGM dizajn nudi 33% manju visinu radne površine (80 mm u usporedbi sa 120 mm).Ne samo da ova manja radna visina omogućuje kompaktniji dizajn, već također smanjuje pomake stroja od motora i enkodera do radne točke, što rezultira smanjenim Abbeovim pogreškama i stoga poboljšanim performansama pozicioniranja radne točke.

Komponente osi

Gledajući dublje u dizajn, stage-on-granite i IGM rješenja dijele neke ključne komponente, kao što su linearni motori i enkoderi položaja.Zajednički odabir sile i magnetske staze dovodi do ekvivalentnih mogućnosti izlazne sile.Isto tako, korištenje istih kodera u oba dizajna daje identično finu rezoluciju za povratnu informaciju o pozicioniranju.Kao rezultat toga, performanse linearne točnosti i ponovljivosti ne razlikuju se značajno između rješenja na granitu i IGM rješenja.Sličan raspored komponenti, uključujući odvajanje ležajeva i toleranciju, dovodi do usporedivih performansi u smislu geometrijskih pogrešnih gibanja (tj. vodoravna i okomita ravnost, nagib, kotrljanje i skretanje).Konačno, potporni elementi oba dizajna, uključujući upravljanje kabelima, električne graničnike i čvrste graničnike, u osnovi su identični u funkciji, iako se mogu donekle razlikovati u fizičkom izgledu.

Ležajevi

Za ovu konkretnu konstrukciju, jedna od najznačajnijih razlika je odabir linearnih vodećih ležajeva.Iako se recirkulirajući kuglični ležajevi koriste iu sustavima stage-on-granite iu IGM sustavima, IGM sustav omogućuje ugradnju većih, čvršćih ležajeva u dizajn bez povećanja radne visine osi.Budući da se dizajn IGM-a oslanja na granit kao bazu, za razliku od odvojene baze od strojno obrađenih komponenti, moguće je povratiti neke od okomitih nekretnina koje bi inače bile zauzete strojno obrađenom bazom, i u biti ispuniti ovaj prostor većim ležajeve dok još uvijek smanjuje ukupnu visinu kolica iznad granita.

Krutost

Korištenje većih ležajeva u dizajnu IGM-a ima veliki utjecaj na kutnu krutost.U slučaju donje osi širokog tijela (Y), IGM rješenje nudi preko 40% veću krutost na kotrljanju, 30% veću krutost nagiba i 20% veću krutost na skretanje od odgovarajućeg dizajna na granitu.Slično tome, IGM-ov most nudi četverostruko povećanje krutosti kotrljanja, dvostruku krutost nagiba i više od 30% veću krutost skretanja od svog parnjaka na granitu.Veća kutna krutost je prednost jer izravno doprinosi poboljšanim dinamičkim performansama, što je ključno za omogućavanje veće propusnosti stroja.

Pun kapacitet

Veći ležajevi rješenja IGM-a omogućuju znatno veću nosivost od rješenja na granitu.Iako PRO560LM osnovna os rješenja pozornice na granitu ima nosivost od 150 kg, odgovarajuće IGM rješenje može primiti teret od 300 kg.Slično tome, osovina mosta PRO280LM platforme stage-on-granite podržava 150 kg, dok osovina mosta IGM rješenja može nositi do 200 kg.

Pokretna misa

Dok veći ležajevi u IGM osovinama s mehaničkim ležajevima nude bolje kutne karakteristike i veću nosivost, oni također dolaze s većim, težim kamionima.Dodatno, IGM kolica su dizajnirana tako da su određene strojno obrađene značajke neophodne za os postolja na granitu (ali nisu potrebne za IGM os) kako bi se povećala krutost dijela i pojednostavila proizvodnja.Ovi faktori znače da IGM os ima veću pokretnu masu od odgovarajuće osi postolja na granitu.Neosporna mana je da je maksimalno ubrzanje IGM-a manje, pod pretpostavkom da je snaga motora nepromijenjena.Ipak, u određenim situacijama, veća pokretna masa može biti korisna iz perspektive da njena veća inercija može pružiti veću otpornost na smetnje, što može korelirati s povećanom stabilnošću u položaju.

Strukturna dinamika

Veća krutost ležaja IGM sustava i čvršći nosač pružaju dodatne prednosti koje su očite nakon korištenja softverskog paketa za analizu konačnih elemenata (FEA) za izvođenje modalne analize.U ovoj smo studiji ispitali prvu rezonanciju pokretnog nosača zbog njezina utjecaja na propusnost servo uređaja.PRO560LM nosač nailazi na rezonanciju na 400 Hz, dok odgovarajući IGM nosač doživljava isti način rada na 430 Hz.Slika 3 ilustrira ovaj rezultat.

Veća rezonancija IGM rješenja, u usporedbi s tradicionalnom pozornicom na granitu, može se djelomično pripisati krućem nosaču i dizajnu ležaja.Veća rezonancija nosača omogućuje veću propusnost servoa i stoga poboljšanu dinamičku izvedbu.

Radno okruženje

Mogućnost brtvljenja osi gotovo je uvijek obavezna kada su prisutni kontaminanti, bilo da nastaju kroz korisnički proces ili na drugi način postoje u okruženju stroja.Rješenja pozornice na granitu posebno su prikladna u ovim situacijama zbog inherentno zatvorene prirode osi.Na primjer, linearni stupovi PRO-serije dolaze opremljeni tvrdim koricama i bočnim brtvama koje štite unutarnje komponente pozornice od kontaminacije u razumnoj mjeri.Ove se pozornice također mogu konfigurirati s opcijskim brisačima na stolu za brisanje krhotina s gornjeg tvrdog uveza dok se pozornica pomiče.S druge strane, IGM pokretne platforme su same po sebi otvorene, s izloženim ležajevima, motorima i koderima.Iako nije problem u čistijim okruženjima, to može biti problematično kada je prisutna kontaminacija.Moguće je riješiti ovaj problem ugradnjom posebnog poklopca u obliku mijeha u dizajn osi IGM kako bi se pružila zaštita od krhotina.Ali ako se ne implementira ispravno, mijeh može negativno utjecati na kretanje osi djelovanjem vanjskih sila na kolica dok se pomiču kroz svoj puni raspon hoda.

Održavanje

Mogućnost servisiranja je razlika između platformi za kretanje na pozornici na granitu i IGM platformi.Osovine s linearnim motorom dobro su 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 osovine, ali ponekad je potrebno temeljitije rastavljanje.Kada se pokretna platforma sastoji od diskretnih stupnjeva montiranih na granitu, servisiranje je relativno jednostavan zadatak.Najprije demontirajte pozornicu s granita, zatim obavite potrebne radove održavanja i ponovno je montirajte.Ili ga jednostavno zamijenite novim stupnjem.

Rješenja IGM-a ponekad mogu biti izazovnija pri održavanju.Iako je zamjena jedne magnetne staze linearnog motora u ovom slučaju vrlo jednostavna, kompliciranije održavanje i popravci često uključuju potpuno rastavljanje mnogih ili svih komponenti koje sačinjavaju os, što oduzima više vremena kada se komponente montiraju izravno na granit.Također je teže ponovno poravnati osi temeljene na granitu jednu prema drugoj nakon održavanja — zadatak koji je znatno jednostavniji s diskretnim fazama.

Tablica 1. Sažetak temeljnih tehničkih razlika između mehaničkih nosivih postolja na granitu i IGM rješenja.

Ekonomska usporedba

Iako će apsolutni trošak bilo kojeg sustava gibanja varirati na temelju nekoliko čimbenika uključujući duljinu putovanja, preciznost osi, nosivost i dinamičke mogućnosti, relativne usporedbe analognih IGM i sustava gibanja pozornice na granitu provedene u ovoj studiji sugeriraju da su IGM rješenja sposobni ponuditi kretanje srednje do visoke preciznosti po umjereno nižim troškovima od svojih parnjaka na pozornici na granitu.

Naša ekonomska studija sastoji se od tri temeljne troškovne komponente: dijelovi strojeva (uključujući i proizvedene dijelove i kupljene komponente), montaža granita te rad i opći troškovi.

Dijelovi stroja

IGM rješenje nudi značajne uštede u odnosu na rješenje pozornice na granitu u pogledu dijelova stroja.To je prije svega zbog toga što IGM nema zamršeno strojno obrađenih baza pozornica na osi Y i X, što dodaje složenost i cijenu rješenjima pozornice na granitu.Nadalje, ušteda se može pripisati relativnom pojednostavljenju drugih strojno obrađenih dijelova na IGM rješenju, kao što su pokretna kolica, koja mogu imati jednostavnije značajke i nešto opuštenije tolerancije kada su dizajnirani za korištenje u IGM sustavu.

Granitni sklopovi

Iako se čini da granitni sklopovi baza-uspon-most u oba sustava IGM i sustav pozornice 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 postolja u rješenju stage-on-granite, što zahtijeva da granit ima općenito strože tolerancije u kritičnim područjima, pa čak i dodatne značajke, 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 strojnih dijelova.

Rad i režijski troškovi

Zbog mnogih sličnosti u sastavljanju i testiranju sustava IGM i sustava pozornice na granitu, nema značajne razlike u troškovima rada i režijskim troškovima.

Nakon što se svi ovi čimbenici troškova kombiniraju, specifično IGM rješenje s mehaničkim ležajem ispitano u ovoj studiji približno je 15% jeftinije od rješenja s mehaničkim ležajem, postoljem 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, mudro je uzeti u obzir troškove dostave i logistike povezane s nabavom granitne strukture.Posebno korisno za vrlo velike granitne sustave, iako vrijedi za sve veličine, odabir kvalificiranog dobavljača granita u neposrednoj blizini mjesta konačnog sklapanja sustava također može pomoći u smanjenju troškova.

Također treba napomenuti da ova analiza ne uzima u obzir troškove nakon implementacije.Na primjer, pretpostavimo da je potrebno servisirati sustav gibanja popravkom ili zamjenom osi gibanja.Sustav stage-on-granite može se servisirati jednostavnim uklanjanjem i popravkom/zamjenom zahvaćene osi.Zbog više modularnog dizajna u stilu pozornice, to se može učiniti s relativnom lakoćom i brzinom, unatoč višoj početnoj cijeni sustava.Iako se IGM sustavi općenito mogu nabaviti po nižoj cijeni od njihovih parnjaka na pozornici na granitu, može biti zahtjevnije za rastavljanje i servisiranje zbog integrirane prirode konstrukcije.

Zaključak

Jasno je da svaka vrsta dizajna pokretne platforme — pozornica na granitu i IGM — može ponuditi različite prednosti.Međutim, nije uvijek očito koji je najidealniji izbor za određenu aplikaciju kretanja.Stoga je vrlo korisno surađivati ​​s iskusnim dobavljačem sustava za kretanje i automatizaciju, kao što je Aerotech, koji nudi jasno usmjeren na primjenu, savjetodavni pristup za istraživanje i pružanje dragocjenog uvida u rješenja alternativa izazovnim aplikacijama za kontrolu kretanja i automatizaciju.Razumijevanje ne samo razlika između ove dvije vrste rješenja za automatizaciju, već i temeljnih aspekata problema koje treba riješiti, temeljni je ključ uspjeha u odabiru sustava kretanja koji se bavi i tehničkim i financijskim ciljevima projekta.

Iz AEROTECH-a.