Różnica między sceną na granicie a zintegrowanymi systemami ruchu granitu

Wybór najodpowiedniejszej platformy ruchu liniowego na bazie granitu dla danego zastosowania zależy od wielu czynników i zmiennych.Należy pamiętać, że każda aplikacja ma swój własny, unikalny zestaw wymagań, które należy zrozumieć i ustalić priorytety, aby znaleźć skuteczne rozwiązanie w zakresie platformy ruchu.

Jednym z bardziej powszechnych rozwiązań jest montaż dyskretnych stopni pozycjonujących na granitowej konstrukcji.Inne powszechne rozwiązanie integruje komponenty tworzące osie ruchu bezpośrednio z samym granitem.Wybór pomiędzy platformą sceniczną na granicie a platformą ze zintegrowanym granitem (IGM) jest jedną z wcześniejszych decyzji, które należy podjąć w procesie selekcji.Istnieją wyraźne różnice między obydwoma typami rozwiązań i oczywiście każde z nich ma swoje zalety — i zastrzeżenia — które należy dokładnie zrozumieć i rozważyć.

Aby zapewnić lepszy wgląd w ten proces decyzyjny, oceniamy różnice między dwoma podstawowymi projektami platform ruchu liniowego — tradycyjnym rozwiązaniem scenicznym na granicie i rozwiązaniem IGM — zarówno z perspektywy technicznej, jak i finansowej, w postaci mechanicznej studium przypadku łożyska.

Tło

Aby zbadać podobieństwa i różnice między systemami IGM a tradycyjnymi systemami scenicznymi na granicie, wygenerowaliśmy dwa projekty przypadków testowych:

• Łożysko mechaniczne, scena na granicie
• Łożysko mechaniczne, IGM

W obu przypadkach każdy układ składa się z trzech osi ruchu.Oś Y oferuje przesuw 1000 mm i jest umieszczona na podstawie granitowej konstrukcji.Oś X, znajdująca się na mostku zespołu, o przesuwie 400 mm, przenosi pionową oś Z o przesuwie 100 mm.Układ ten jest przedstawiony ilustracyjnie.

Do konstrukcji sceny na granicie wybraliśmy szerokokadłubowy stolik PRO560LM dla osi Y ze względu na jego większą nośność, typową dla wielu zastosowań związanych z ruchem, w których wykorzystuje się układ „dzielonego mostka Y/XZ”.W przypadku osi X wybraliśmy PRO280LM, który jest powszechnie używany jako oś mostkowa w wielu zastosowaniach.PRO280LM oferuje praktyczną równowagę pomiędzy zajmowaną powierzchnią a możliwością przenoszenia osi Z z ładunkiem klienta.

W przypadku projektów IGM dokładnie odtworzyliśmy podstawowe koncepcje projektowe i układy powyższych osi, z podstawową różnicą polegającą na tym, że osie IGM są wbudowane bezpośrednio w granitową konstrukcję i dlatego brakuje im podstaw z komponentów obrabianych obecnych na scenie -projekty granitowe.

Wspólną cechą w obu przypadkach konstrukcyjnych jest oś Z, która została wybrana jako stopień napędzany śrubą kulową PRO190SL.Jest to bardzo popularna oś do stosowania w orientacji pionowej na moście ze względu na jej dużą nośność i stosunkowo kompaktową obudowę.

Rysunek 2 ilustruje badane konkretne systemy sceniczne na granicie i IGM.

Porównanie techniczne

Systemy IGM są projektowane przy użyciu różnych technik i komponentów podobnych do tych, które można znaleźć w tradycyjnych konstrukcjach scenicznych na granicie.W rezultacie istnieje wiele wspólnych właściwości technicznych systemów IGM i systemów scenicznych na granicie.I odwrotnie, zintegrowanie osi ruchu bezpośrednio ze strukturą granitu oferuje kilka charakterystycznych cech, które odróżniają systemy IGM od systemów scenicznych na granicie.

Współczynnik kształtu

Być może najbardziej oczywiste podobieństwo zaczyna się od fundamentu maszyny – granitu.Chociaż istnieją różnice w cechach i tolerancjach między konstrukcjami sceny na granicie i konstrukcjami IGM, całkowite wymiary granitowej podstawy, pionów i mostu są równoważne.Dzieje się tak przede wszystkim dlatego, że skoki nominalne i graniczne są identyczne w przypadku scen na granicie i IGM.

Budowa

Brak podstaw osi z elementów obrabianych w konstrukcji IGM zapewnia pewne zalety w porównaniu z rozwiązaniami scenicznymi na granicie.W szczególności redukcja elementów pętli strukturalnej IGM pomaga zwiększyć ogólną sztywność osi.Pozwala także na uzyskanie krótszego dystansu pomiędzy granitową podstawą a górną powierzchnią powozu.W tym konkretnym przypadku konstrukcja IGM oferuje o 33% niższą wysokość powierzchni roboczej (80 mm w porównaniu do 120 mm).Ta mniejsza wysokość robocza nie tylko pozwala na bardziej zwartą konstrukcję, ale także zmniejsza przesunięcia maszyny od silnika i enkodera do punktu roboczego, co skutkuje redukcją błędów Abbego, a tym samym lepszą wydajnością pozycjonowania punktu roboczego.

Komponenty osi

Patrząc głębiej na projekt, rozwiązania sceniczne na granicie i IGM mają wspólne niektóre kluczowe komponenty, takie jak silniki liniowe i enkodery położenia.Wybór wspólnego toru wymuszającego i magnetycznego prowadzi do równoważnych możliwości wytwarzania siły.Podobnie użycie tych samych enkoderów w obu konstrukcjach zapewnia identyczną rozdzielczość w przypadku sprzężenia zwrotnego pozycjonowania.W rezultacie dokładność liniowa i powtarzalność nie różnią się znacząco w przypadku rozwiązań scenicznych na granicie i rozwiązań IGM.Podobny układ komponentów, łącznie z separacją łożysk i tolerancją, prowadzi do porównywalnych wyników pod względem geometrycznych ruchów błędów (tj. prostoliniowości poziomej i pionowej, nachylenia, przechyłu i odchylenia).Wreszcie elementy nośne obu projektów, w tym zarządzanie kablami, ograniczniki elektryczne i ograniczniki twarde, mają zasadniczo identyczne działanie, chociaż mogą nieco różnić się wyglądem fizycznym.

Namiar

W przypadku tej konkretnej konstrukcji jedną z najbardziej zauważalnych różnic jest wybór łożysk prowadzących liniowych.Chociaż łożyska kulkowe obiegowe są stosowane zarówno w systemach scenicznych na granitach, jak i w systemach IGM, system IGM umożliwia włączenie do konstrukcji większych, sztywniejszych łożysk bez zwiększania wysokości roboczej osi.Ponieważ konstrukcja IGM opiera się na granicie jako podstawie, a nie na oddzielnej podstawie z komponentów obrabianych, możliwe jest odzyskanie części pionowej powierzchni, która w przeciwnym razie zostałaby wykorzystana przez podstawę obrobioną i zasadniczo wypełnienie tej przestrzeni większymi łożyska, jednocześnie zmniejszając całkowitą wysokość wózka nad granitem.

Sztywność

Zastosowanie większych łożysk w konstrukcji IGM ma ogromny wpływ na sztywność kątową.W przypadku szerokiej dolnej osi (Y) rozwiązanie IGM zapewnia o ponad 40% większą sztywność przy przechylaniu, o 30% większą sztywność pochylenia i o 20% większą sztywność odchylenia niż odpowiednia konstrukcja sceniczna na granicie.Podobnie mostek IGM oferuje czterokrotny wzrost sztywności przy przechylaniu, dwukrotnie większą sztywność pochylenia i ponad 30% większą sztywność przy odchylaniu niż jego odpowiednik sceniczny na granicie.Wyższa sztywność kątowa jest korzystna, ponieważ bezpośrednio przyczynia się do poprawy wydajności dynamicznej, co jest kluczem do umożliwienia wyższej przepustowości maszyny.

Ładowność

Większe łożyska rozwiązania IGM pozwalają na znacznie większą nośność niż rozwiązanie sceniczne na granicie.Chociaż oś podstawowa PRO560LM rozwiązania scenicznego na granicie ma nośność 150 kg, odpowiednie rozwiązanie IGM może pomieścić ładunek o masie 300 kg.Podobnie oś mostu PRO280LM do sceny na granicie wytrzymuje obciążenie 150 kg, podczas gdy oś mostu rozwiązania IGM może udźwignąć do 200 kg.

Ruchoma Msza

Chociaż większe łożyska w osiach IGM z łożyskami mechanicznymi zapewniają lepsze właściwości kątowe i większą nośność, są one również dostarczane z większymi i cięższymi wózkami.Dodatkowo wózki IGM są zaprojektowane w taki sposób, że pewne elementy obrabiane niezbędne w przypadku osi sceny na granicie (ale niewymagane w przypadku osi IGM) zostały usunięte, aby zwiększyć sztywność części i uprościć produkcję.Czynniki te oznaczają, że oś IGM ma większą masę ruchomą niż odpowiadająca jej oś sceny na granicie.Niewątpliwą wadą jest to, że maksymalne przyspieszenie IGM jest mniejsze, przy założeniu, że moc wyjściowa silnika nie ulegnie zmianie.Jednak w pewnych sytuacjach większa ruchoma masa może być korzystna z punktu widzenia tego, że jej większa bezwładność może zapewnić większą odporność na zakłócenia, co może korelować ze zwiększoną stabilnością położenia.

Dynamika strukturalna

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

Wyższy rezonans rozwiązania IGM w porównaniu z tradycyjną sceną na granicie można częściowo przypisać sztywniejszej konstrukcji wózka i łożyska.Wyższy rezonans karetki umożliwia większą szerokość pasma serwomechanizmu, a tym samym lepszą dynamikę.

Środowisko działania

Uszczelnianie osi jest prawie zawsze obowiązkowe, gdy obecne są zanieczyszczenia, niezależnie od tego, czy powstają w procesie użytkownika, czy w inny sposób występują w środowisku maszyny.W takich sytuacjach szczególnie odpowiednie są rozwiązania sceniczne na granicie ze względu na zamknięty charakter osi.Na przykład stopnie liniowe serii PRO są wyposażone w twarde okładki i uszczelki boczne, które w rozsądnym stopniu chronią wewnętrzne elementy sceny przed zanieczyszczeniem.Sceny te można również skonfigurować z opcjonalnymi wycieraczkami stołowymi, które usuwają zanieczyszczenia z górnej twardej oprawy podczas przemieszczania się po scenie.Z drugiej strony platformy ruchu IGM mają z natury otwarty charakter, z odsłoniętymi łożyskami, silnikami i enkoderami.Chociaż nie stanowi to problemu w czystszym środowisku, może to być problematyczne, gdy występuje zanieczyszczenie.Można rozwiązać ten problem, włączając specjalną osłonę mieszkową do konstrukcji osi IGM, aby zapewnić ochronę przed zanieczyszczeniami.Jeśli jednak nie zostaną prawidłowo zaimplementowane, mieszek może negatywnie wpłynąć na ruch osi, wywierając siły zewnętrzne na wózek poruszający się w pełnym zakresie ruchu.

Konserwacja

Łatwość serwisowania to cecha wyróżniająca platformę ruchową IGM i scenę na granicie.Osie silników liniowych są dobrze znane ze swojej wytrzymałości, ale czasami konieczne jest wykonanie konserwacji.Niektóre operacje konserwacyjne są stosunkowo proste i można je wykonać bez usuwania lub demontażu danej osi, ale czasami wymagany jest dokładniejszy demontaż.Gdy platforma ruchu składa się z dyskretnych stopni zamontowanych na granicie, serwisowanie jest stosunkowo prostym zadaniem.W pierwszej kolejności zdemontuj scenę z granitu, następnie wykonaj niezbędne prace konserwacyjne i ponownie ją zamontuj.Lub po prostu zastąp go nowym stopniem.

Rozwiązania IGM mogą czasami stanowić większe wyzwanie podczas konserwacji.Chociaż wymiana pojedynczego toru magnetycznego silnika liniowego jest w tym przypadku bardzo prosta, bardziej skomplikowane konserwacje i naprawy często wiążą się z całkowitym demontażem wielu lub wszystkich elementów składających się na oś, co jest bardziej czasochłonne, gdy elementy są montowane bezpośrednio do granitu.Trudniejsze jest także ponowne dopasowanie osi wykonanych z granitu względem siebie po przeprowadzeniu konserwacji – zadanie to jest znacznie prostsze w przypadku dyskretnych etapów.

Tabela 1. Zestawienie podstawowych różnic technicznych pomiędzy podestami mechanicznie łożyskowanymi na granicie a rozwiązaniami IGM.

Porównanie ekonomiczne

Chociaż całkowity koszt dowolnego systemu ruchu będzie się różnić w zależności od kilku czynników, w tym długości przesuwu, precyzji osi, nośności i możliwości dynamicznych, względne porównania analogicznych systemów ruchu IGM i systemów ruchu na scenie na granicie przeprowadzone w tym badaniu sugerują, że rozwiązania IGM są w stanie zapewnić ruch od średniej do wysokiej precyzji przy umiarkowanie niższych kosztach niż ich odpowiedniki sceniczne na granicie.

Nasze badanie ekonomiczne składa się z trzech podstawowych składników kosztów: części maszyn (w tym zarówno części wyprodukowanych, jak i komponentów zakupionych), montażu granitu oraz robocizny i kosztów ogólnych.

Części maszyny

Rozwiązanie IGM oferuje godne uwagi oszczędności w zakresie części maszyn w porównaniu z rozwiązaniem scenicznym na granicie.Wynika to przede wszystkim z braku w firmie IGM misternie obrobionych podstaw scenicznych w osiach Y i X, co zwiększa złożoność i koszty rozwiązań scen na granicie.Co więcej, oszczędności kosztów można przypisać względnemu uproszczeniu innych części obrabianych w rozwiązaniu IGM, takich jak ruchome wózki, które mogą mieć prostsze funkcje i nieco luźniejsze tolerancje, gdy są zaprojektowane do stosowania w systemie IGM.

Zespoły granitowe

Chociaż granitowe zespoły podstawa-podnośnik-most zarówno w systemach IGM, jak i scena na granicie wydają się mieć podobny kształt i wygląd, granitowy zespół IGM jest nieznacznie droższy.Dzieje się tak dlatego, że granit w rozwiązaniu IGM zastępuje obrobione maszynowo podstawy sceny w rozwiązaniu scena na granicie, co wymaga, aby granit miał ogólnie węższe tolerancje w krytycznych obszarach, a nawet dodatkowe cechy, takie jak wytłaczane nacięcia i/lub lub gwintowane wkładki stalowe, na przykład.Jednak w naszym studium przypadku dodatkowa złożoność struktury granitu jest więcej niż kompensowana przez uproszczenie części maszyn.

Praca i koszty ogólne

Ze względu na wiele podobieństw w montażu i testowaniu zarówno systemów IGM, jak i systemów scenicznych na granicie, nie ma znaczących różnic w kosztach robocizny i ogólnych.

Po połączeniu wszystkich tych czynników kosztowych konkretne rozwiązanie IGM z łożyskami mechanicznymi zbadane w tym badaniu jest o około 15% tańsze niż rozwiązanie z łożyskiem mechanicznym i sceną na granicie.

Oczywiście wyniki analizy ekonomicznej zależą nie tylko od takich atrybutów, jak długość przesuwu, precyzja i nośność, ale także od takich czynników, jak wybór dostawcy granitu.Ponadto rozsądne jest uwzględnienie kosztów wysyłki i logistyki związanych z zakupem konstrukcji granitowej.Szczególnie przydatny w przypadku bardzo dużych systemów granitowych, chociaż sprawdza się w przypadku wszystkich rozmiarów, wybór wykwalifikowanego dostawcy granitu znajdującego się bliżej miejsca końcowego montażu systemu może również pomóc w zminimalizowaniu kosztów.

Należy również zaznaczyć, że w analizie tej nie uwzględniono kosztów po wdrożeniowych.Załóżmy na przykład, że konieczne staje się serwisowanie układu ruchu poprzez naprawę lub wymianę osi ruchu.System sceny na granicie można serwisować po prostu demontując i naprawiając/wymieniając uszkodzoną oś.Ze względu na bardziej modułową konstrukcję przypominającą scenę, można to zrobić stosunkowo łatwo i szybko, pomimo wyższych początkowych kosztów systemu.Chociaż systemy IGM można ogólnie nabyć po niższych kosztach niż ich odpowiedniki na scenie na granicie, ich demontaż i serwisowanie mogą być trudniejsze ze względu na zintegrowany charakter konstrukcji.

Wniosek

Jest oczywiste, że każdy rodzaj konstrukcji platformy ruchomej – scena na granicie i IGM – może oferować różne korzyści.Jednak nie zawsze jest oczywiste, który z nich jest najbardziej idealny dla konkretnego zastosowania związanego z ruchem.Dlatego bardzo korzystna jest współpraca z doświadczonym dostawcą systemów ruchu i automatyki, takim jak Aerotech, który oferuje wyraźnie skoncentrowane na aplikacji podejście konsultacyjne w celu zbadania i zapewnienia cennego wglądu w alternatywne rozwiązania dla wymagających aplikacji sterowania ruchem i automatyzacji.Zrozumienie nie tylko różnicy między tymi dwoma odmianami rozwiązań automatyki, ale także podstawowych aspektów problemów, które muszą rozwiązać, jest kluczem do sukcesu w wyborze systemu ruchu, który uwzględnia zarówno cele techniczne, jak i finansowe projektu.

Od AEROTECH.