Różnica między etapem na granicie a zintegrowanymi systemami ruchu granitu

Wybór najbardziej odpowiedniej liniowej platformy ruchu na bazie granitu dla danej aplikacji zależy od wielu czynników i zmiennych. Ważne jest, aby uznać, że każda aplikacja ma swój własny unikalny zestaw wymagań, które należy zrozumieć i priorytetowo ustalić, aby realizować skuteczne rozwiązanie pod względem platformy ruchu.

Jedno z bardziej wszechobecnych roztworów polega na montażu dyskretnych etapów pozycjonowania na granitowej strukturze. Inne powszechne rozwiązanie integruje komponenty zawierające osie ruchu bezpośrednio do samego granitu. Wybór między platformą etapu na granatu a platformą zintegrowanego ruchu Granite (IGM) jest jedną z wcześniejszych decyzji, które należy podjąć w procesie selekcji. Istnieją wyraźne rozróżnienia między oboma typami rozwiązań, a oczywiście każdy ma swoje własne zalety - i zastrzeżenia - które należy dokładnie zrozumieć i rozważyć.

Aby zaoferować lepszy wgląd w ten proces decyzyjny, oceniamy różnice między dwoma podstawowymi projektami platform ruchu liniowego-tradycyjnym rozwiązaniem na etapie granatu i rozwiązaniem IGM-zarówno z perspektywy technicznej, jak i finansowej w postaci mechanicznego studium przypadku.

Tło

Aby zbadać podobieństwa i różnice między systemami IgM a tradycyjnymi systemami na granatu, wygenerowaliśmy dwa projekty testów:

• Łożysko mechaniczne, etap-granit
• Łożysko mechaniczne, IgM

W obu przypadkach każdy system składa się z trzech osi ruchu. Oś Y oferuje 1000 mm podróży i znajduje się na podstawie struktury granitowej. Oś X, znajdująca się na moście zespołu o 400 mm podróży, przenosi pionową oś Z z 100 mm podróży. To układ jest reprezentowany piktograficznie.

Do konstrukcji sceni-na-granitu wybraliśmy etap szerokiego ciała PRO560LM dla osi Y ze względu na jego większą pojemność nośnikową, powszechną dla wielu aplikacji ruchowych przy użyciu tego układu „Y/Xz podzielonego mostka”. W przypadku osi X wybraliśmy PRO280LM, który jest powszechnie używany jako oś mostka w wielu zastosowaniach. Pro280LM oferuje praktyczną równowagę między jego śladem a zdolnością do przenoszenia osi Z ładownością klienta.

W przypadku projektów IGM ściśle powtórzyliśmy fundamentalne koncepcje projektowe i układy powyższych osi, przy czym podstawową różnicą jest to, że osie IGM są wbudowane bezpośrednio w strukturę granitową, a zatem brakuje podstaw komponentów obrabianych obecnych w projektach sceni-na-granitu.

W obu przypadkach powszechnych jest oś Z, która została wybrana jako etap napędzany piłką PRO190SL. Jest to bardzo popularna oś do użycia w orientacji pionowej na moście ze względu na jego dużą pojemność ładunku i stosunkowo kompaktową formę.

Ryc. 2 ilustruje specyficzne badane systemy etap-granitu i IgM.

Porównanie techniczne

Systemy IGM są zaprojektowane przy użyciu różnych technik i komponentów, które są podobne do tych znalezionych w tradycyjnych projektach sceni-na-granitu. W rezultacie istnieje wiele właściwości technicznych wspólnych między systemami IGM i systemami sceniczno-granicy. I odwrotnie, integracja osi ruchu bezpośrednio z strukturą granitową oferuje kilka wyróżniających się cech, które odróżnia systemy IgM od systemów scenicznych na granicie.

Forma

Być może najbardziej oczywiste podobieństwo zaczyna się od podstawy maszyny - granitu. Chociaż istnieją różnice w cechach i tolerancjach między projektami etapu na granicie i IgM, ogólne wymiary granitowej podstawy, piór i mostu są równoważne. Wynika to przede wszystkim, ponieważ podróże nominalne i graniczne są identyczne między etapem na granicie a IgM.

Budowa

Brak zasad osi komponentu obrabianego w projekcie IGM zapewnia pewne zalety w zakresie roztworów sceni-na-granitu. W szczególności zmniejszenie składników w pętli strukturalnej IGM pomaga zwiększyć całkowitą sztywność osi. Umożliwia także krótszą odległość między podstawą granitową a górną powierzchnią wózka. W tym konkretnym studium przypadku konstrukcja IGM oferuje 33% niższą wysokość powierzchni pracy (80 mm w porównaniu do 120 mm). Ta mniejsza wysokość robocza nie tylko pozwala na bardziej kompaktową konstrukcję, ale także zmniejsza przesunięcia maszyny z silnika i enkodera do punktu roboczego, co powoduje zmniejszenie błędów Abbe, a tym samym zwiększoną wydajność pozycjonowania punktu pracy.

Składniki osi

Patrząc głębiej w projekt, roztwory etap-granite i IGM mają niektóre kluczowe elementy, takie jak silniki liniowe i kodery pozycji. Wspólny wybór toru forcer i magnesów prowadzi do równoważnych możliwości wyjściowych siły. Podobnie, użycie tych samych enkoderów w obu projektach zapewnia identycznie drobną rozdzielczość do pozycjonowania sprzężenia zwrotnego. W rezultacie dokładność liniowa i wydajność powtarzalności nie różnią się znacząco między rozwiązaniami etapu na granicie i IgM. Podobny układ komponentów, w tym separacja i tolerancja łożyska, prowadzi do porównywalnej wydajności pod względem ruchów błędów geometrycznych (tj. Prostość pozioma i pionowa, skok, rolka i odchylenie). Wreszcie, elementy podtrzymujące oba projekty, w tym zarządzanie kablami, granice elektryczne i twarde, są zasadniczo identyczne pod względem funkcji, chociaż mogą się nieco różnić w wyglądzie fizycznym.

Namiar

W przypadku tego konkretnego projektu jedną z najbardziej znaczących różnic jest wybór łożysk liniowych przewodników. Chociaż łożyska kulkowe recyrkulacyjne są stosowane zarówno w systemach etapowych na granicie, jak i IgM, system IGM umożliwia włączenie większych, sztywniejszych łożyska do projektu bez zwiększania wysokości pracy osi. Ponieważ konstrukcja IGM opiera się na granicie jako jego podstawie, w przeciwieństwie do oddzielnej podstawy składników obrabianych, możliwe jest odzyskanie niektórych pionowych nieruchomości, które w innym przypadku byłyby zużyte przez bazę obrabianą, i zasadniczo wypełni tę przestrzeń większymi łożyskami, jednocześnie zmniejszając ogólną wysokość karetki powyżej granitu.

Sztywność

Zastosowanie większych łożysk w projekcie IGM ma głęboki wpływ na sztywność kątową. W przypadku dolnej osi szerokokadłubowej (Y) roztwór IGM oferuje ponad 40% większą sztywność rolki, 30% większą sztywność tonu i 20% większą sztywność odchylenia niż odpowiadająca konstrukcja etapu na granicie. Podobnie most IGM oferuje czterokrotny wzrost sztywności rolki, dwukrotnie sztywność wysokości skoku i ponad 30% większą sztywność odchylenia niż jego odpowiedniek na granicie. Wyższa sztywność kątowa jest korzystna, ponieważ bezpośrednio przyczynia się do poprawy wydajności dynamicznej, co jest kluczem do umożliwienia wyższej przepustowości maszyn.

Pojemność ładowania

Większe łożyska rozwiązania IGM pozwalają na znacznie wyższą pojemność ładunku niż rozwiązanie etap-granite. Chociaż osi podstawowy PRO560LM roztworu etap-na-granitu ma pojemność obciążenia 150 kg, odpowiadające rozwiązanie IGM może pomieścić ładunek 300 kg. Podobnie osi mostu PRO280LM w Granicie na Granicie obsługuje 150 kg, podczas gdy oś mostka roztworu IGM może przenieść do 200 kg.

Poruszająca się masa

Podczas gdy większe łożyska w mechanicznych osiach IGM oferują lepsze atrybuty wydajności kątowej i większą pojemność nośności, są również wyposażone w większe, cięższe ciężarówki. Ponadto wagony IGM zostały zaprojektowane tak, aby niektóre obrabiane cechy niezbędne do osi etap-granitu (ale nie wymagane przez osą IGM) zostały usunięte w celu zwiększenia sztywności części i uproszczenia produkcji. Czynniki te oznaczają, że oś IgM ma większą ruchomą masę niż odpowiednia oś stadion na granicie. Niedopuszczalnym minusem jest to, że maksymalne przyspieszenie IGM jest niższe, zakładając, że wyjście siły motorycznej pozostaje niezmieniona. Jednak w niektórych sytuacjach większa ruchomą masę może być korzystna z perspektywy, że jej większa bezwładność może zapewnić większą odporność na zaburzenia, co może korelować ze zwiększoną stabilnością pozycji.

Dynamika strukturalna

Wyższa sztywność łożyska systemu IGM i bardziej sztywny wózek zapewniają dodatkowe korzyści, które są widoczne po zastosowaniu pakietu oprogramowania analizy element skończonych (FEA) do przeprowadzenia analizy modalnej. W tym badaniu zbadaliśmy pierwszy rezonans poruszającego się wózka ze względu na jego wpływ na przepustowość serwomechanizmu. Wóz PRO560LM napotyka rezonans przy 400 Hz, podczas gdy odpowiedni powóz IGM doświadcza tego samego trybu przy 430 Hz. Rysunek 3 ilustruje ten wynik.

Wyższy rezonans roztworu IGM, w porównaniu z tradycyjnym etapem na granicie, można częściowo przypisać sztywniejszej konstrukcji przewozu i łożyska. Wyższy rezonans przewozu umożliwia większą przepustowość serwo, a tym samym poprawić dynamiczną wydajność.

Środowisko operacyjne

Uszczelność osi jest prawie zawsze obowiązkowa, gdy są obecne zanieczyszczenia, niezależnie od tego, czy są generowane w procesie użytkownika, czy też istnieją w środowisku maszyny. Rozwiązania etap-granite są szczególnie odpowiednie w tych sytuacjach ze względu na z natury zamknięty charakter osi. Na przykład sceny liniowe pro-serialu są wyposażone w twarde i uszczelki boczne, które chronią wewnętrzne elementy etapu przed zanieczyszczeniem w rozsądnym stopniu. Etapy te można również skonfigurować z opcjonalnymi wycieraczkami tabletu w celu zamiatania resztek z górnej twardej okładki, gdy scena się przemierza. Z drugiej strony platformy ruchu IGM są z natury otwarte z natury, z odsłoniętymi łożyskami, silnikami i koderami. Chociaż nie stanowi problemu w czystszych środowiskach, może to być problematyczne, gdy występuje zanieczyszczenie. Możliwe jest rozwiązanie tego problemu, wprowadzając specjalną okładkę w stylu mieszka do projektu osi IGM w celu zapewnienia ochrony przed gruzem. Ale jeśli nie zostaną poprawnie zaimplementowane, mieszki mogą negatywnie wpłynąć na ruch osi, przekazując siły zewnętrzne na karetkę, gdy porusza się przez pełny zakres podróży.

Konserwacja

Obligacja jest odróżnikiem między platformami ruchu na granatu i IGM. Osie liniowe MOTOR są dobrze znane ze swojej odporności, ale czasami konieczne jest przeprowadzanie konserwacji. Niektóre operacje konserwacyjne są stosunkowo proste i można je wykonać bez usunięcia lub demontażu danej osi, ale czasami wymagane jest dokładniejsze rozkład. Gdy platforma ruchu składa się z dyskretnych etapów zamontowanych na granicie, serwisowanie jest dość prostym zadaniem. Najpierw zsiadaj scenę z granitu, a następnie wykonaj niezbędne prace konserwacyjne i ponownie je ponownie. Lub po prostu zastąp go nowym etapem.

Rozwiązania IGM mogą czasami być trudniejsze podczas przeprowadzania konserwacji. Chociaż zastąpienie pojedynczej ścieżki magnesu silnika liniowego jest w tym przypadku bardzo proste, bardziej skomplikowana konserwacja i naprawy często wymagają całkowitego demontażu wielu lub wszystkich komponentów zawierających oś, która jest bardziej czasochłonna, gdy komponenty są zamontowane bezpośrednio na granit. Trudniej jest również wyrównać sobie nawzajem osie granitu po przeprowadzeniu konserwacji-zadanie, które jest znacznie prostsze z dyskretnymi etapami.

Tabela 1. Podsumowanie podstawowych różnic technicznych między roztworami etapu na granicie i IgM.

Porównanie gospodarcze

Podczas gdy bezwzględny koszt dowolnego systemu ruchu będzie się różnić w zależności od kilku czynników, w tym długości podróży, precyzji osi, pojemności obciążenia i możliwości dynamicznych, względne porównania analogicznych systemów ruchu IgM i stadion-na-granatu w tym badaniu sugerują, że roztwory IGM są zdolne do oferowania ruchu średniego do wysokiej precyzyjnej przy umiarkowanych kosztach niższych niższych niższych kosztach stadium-granicy.

Nasze badanie ekonomiczne składa się z trzech podstawowych elementów kosztów: części maszynowych (w tym zarówno części wyprodukowanych, jak i kupowanych komponentów), montażu granitu oraz siły roboczej i kosztów ogólnych.

Części maszynowe

Rozwiązanie IGM oferuje godne uwagi oszczędności nad rozwiązaniem etap-na-granitu pod względem części maszynowych. Wynika to głównie z braku misternie obrabianych podstaw IGM na osiach Y i X, które dodają złożoności i kosztów roztworom sceni-na-granitu. Ponadto oszczędności kosztów można przypisać względnym uproszczeniu innych obrabianych części na rozwiązaniu IGM, takich jak poruszające wagony, które mogą mieć prostsze cechy i nieco bardziej zrelaksowane tolerancje, gdy są przeznaczone do użytku w systemie IGM.

Zespoły granitowe

Chociaż zespoły granitowego mostka bazowego w systemach IgM i Stage-on-Granite wydają się mieć podobny wzór i wygląd, zespół granitu IGM jest nieznacznie droższy. Wynika to z faktu, że granit w roztworze IGM zajmuje miejsce obrabianych podstawy w roztworze sceni-na-granitu, który wymaga, aby granit miał ogólnie ściślejsze tolerancje w krytycznych regionach, a nawet dodatkowe cechy, takie jak wytłaczane cięcia i/lub gwintowane wkładki stalowe. Jednak w naszym studium przypadku dodatkowa złożoność struktury granitowej jest bardziej niż zrównoważenie przez uproszczenie w częściach maszyn.

Partia pracy i koszty ogólne

Ze względu na wiele podobieństw w montażu i testowaniu systemów IgM i Stage-on-Granite, nie ma znaczącej różnicy w kosztach pracy i kosztach ogólnych.

Po połączeniu wszystkich tych czynników kosztów specyficzne mechaniczne roztwór IGM badane w tym badaniu jest około 15% mniej kosztowne niż mechaniczne roztwór na stadium na granicie.

Oczywiście wyniki analizy ekonomicznej zależą nie tylko od atrybutów, takich jak długość podróży, precyzja i pojemność obciążenia, ale także od czynników takich jak wybór dostawcy granitu. Ponadto rozsądne jest rozważenie kosztów wysyłki i logistyki związanych z pozyskiwaniem struktury granitowej. Szczególnie pomocne dla bardzo dużych systemów granitowych, choć prawdziwe dla wszystkich rozmiarów, wybór wykwalifikowanego dostawcy granitu w pobliżu lokalizacji końcowego zespołu systemu może również pomóc w zminimalizowaniu kosztów.

Należy również zauważyć, że ta analiza nie uwzględnia kosztów po implementacji. Załóżmy na przykład, że konieczne jest obsługa systemu ruchu poprzez naprawę lub wymianę osi ruchu. System etapu-granitu można serwisować, po prostu usuwając i naprawiając/zastępując dotkniętą oś. Ze względu na bardziej modułowy projekt w stylu scenicznym można to zrobić ze względną łatwością i prędkością, pomimo wyższych początkowych kosztów systemu. Chociaż systemy IGM można ogólnie uzyskać przy niższych kosztach niż ich odpowiedniki na etapie granitu, mogą być trudniejsze do demontażu i obsługi ze względu na zintegrowany charakter budowy.

Wniosek

Oczywiście każdy rodzaj projektowania platformy ruchowej-etap-na-granis i IGM-może oferować wyraźne korzyści. Nie zawsze jest to oczywiste, co jest najbardziej idealnym wyborem dla konkretnej aplikacji ruchu. Dlatego bardzo korzystne jest współpraca z doświadczonym dostawcą systemów ruchu i automatyzacji, takim jak Aerotech, który oferuje wyraźnie zorientowane na aplikacje podejście konsultacyjne w celu odkrycia i zapewnienia cennego wglądu w rozwiązania alternatyw dla trudnych aplikacji kontroli ruchu i automatyzacji. Zrozumienie nie tylko różnicy między tymi dwiema odmianami rozwiązań automatyki, ale także podstawowe aspekty problemów, które są wymagane do rozwiązania, jest podstawowym kluczem do sukcesu w wyborze systemu ruchu, który dotyczy zarówno celów technicznych, jak i finansowych projektu.

Z Aerotech.