Razlika med Stage-on-Granite in Integrated Granite Motion Systems

Izbira najprimernejše platforme linearnega gibanja na osnovi granita za določeno aplikacijo je odvisna od množice dejavnikov in spremenljivk.Ključnega pomena je zavedanje, da ima vsaka aplikacija svoj edinstven nabor zahtev, ki jih je treba razumeti in jim dati prednost, da lahko zasledujemo učinkovito rešitev v smislu gibalne platforme.

Ena bolj vseprisotnih rešitev vključuje namestitev diskretnih stopenj za pozicioniranje na granitno strukturo.Druga običajna rešitev vključuje komponente, ki sestavljajo osi gibanja, neposredno v sam granit.Izbira med platformo stage-on-granite in platformo Integrated-Granite Motion (IGM) je ena od prejšnjih odločitev, ki jih je treba sprejeti v izbirnem postopku.Obstajajo jasne razlike med obema vrstama rešitev in seveda ima vsaka svoje prednosti - in opozorila -, ki jih je treba natančno razumeti in upoštevati.

Da bi ponudili boljši vpogled v ta proces odločanja, ocenjujemo razlike med dvema temeljnima zasnovama platforme linearnega gibanja – tradicionalno rešitvijo odra na granitu in rešitvijo IGM – s tehničnega in finančnega vidika v obliki mehanskega študija primera ležaja.

Ozadje

Da bi raziskali podobnosti in razlike med sistemi IGM in tradicionalnimi sistemi odra na granitu, smo ustvarili dva testna modela:

• Mehanski ležaj, stopnica na granitu
• Mehanski ležaj, IGM

V obeh primerih je vsak sistem sestavljen iz treh osi gibanja.Os Y ponuja 1000 mm giba in se nahaja na dnu granitne strukture.Os X, ki se nahaja na mostu sklopa s 400 mm hoda, nosi navpično Z-os s 100 mm hoda.Ta ureditev je predstavljena slikovno.

Za zasnovo odra na granitu smo izbrali oder s širokim telesom PRO560LM za os Y zaradi njegove večje nosilnosti, ki je običajna za številne aplikacije gibanja, ki uporabljajo to razporeditev »razdeljenega mostu Y/XZ«.Za os X smo izbrali PRO280LM, ki se običajno uporablja kot os mostu v številnih aplikacijah.PRO280LM ponuja praktično ravnotežje med svojim odtisom in zmožnostjo prenašanja osi Z s tovorom stranke.

Pri zasnovah IGM smo natančno posnemali temeljne koncepte oblikovanja in postavitve zgornjih osi, pri čemer je glavna razlika ta, da so osi IGM vgrajene neposredno v granitno strukturo in zato nimajo podlag s strojno obdelanimi komponentami, ki so prisotne v fazi namestitve. - granitni modeli.

Skupna v obeh primerih zasnove je os Z, ki je bila izbrana za stopnjo PRO190SL s krogličnim vijakom.To je zelo priljubljena os za uporabo v navpični orientaciji na mostu zaradi velike nosilnosti in razmeroma kompaktne oblike.

Slika 2 ponazarja posebne proučevane sisteme oder na granitu in IGM.

Tehnična primerjava

Sistemi IGM so zasnovani z uporabo različnih tehnik in komponent, ki so podobne tistim v tradicionalnih oblikah odra na granitu.Posledično obstajajo številne skupne tehnične lastnosti med sistemi IGM in sistemi odra na granitu.Nasprotno pa integracija osi gibanja neposredno v granitno strukturo ponuja več razlikovalnih značilnosti, po katerih se sistemi IGM razlikujejo od sistemov oder na granitu.

Faktor oblike

Morda se najbolj očitna podobnost začne pri temelju stroja – granitu.Čeprav obstajajo razlike v značilnostih in tolerancah med zasnovami odra na granitu in IGM, so splošne dimenzije granitnega podnožja, dvižnih vodov in mostu enakovredne.To je predvsem zato, ker so nazivni in mejni gibi enaki pri stopnji na granitu in IGM.

Gradnja

Pomanjkanje baznih osi strojno obdelanih komponent v zasnovi IGM zagotavlja določene prednosti pred rešitvami na odru na granitu.Zlasti zmanjšanje komponent v strukturni zanki IGM pomaga povečati skupno togost osi.Omogoča tudi krajšo razdaljo med granitnim podnožjem in zgornjo površino vozička.V tej posebni študiji primera zasnova IGM ponuja 33 % nižjo višino delovne površine (80 mm v primerjavi s 120 mm).Ne samo, da ta manjša delovna višina omogoča bolj kompaktno zasnovo, ampak tudi zmanjša odmike stroja od motorja in dajalnika do delovne točke, kar ima za posledico manjše Abbejeve napake in s tem izboljšano zmogljivost pozicioniranja delovne točke.

Komponente osi

Če pogledamo globlje v zasnovo, sta rešitvi stage-on-granite in IGM skupne nekatere ključne komponente, kot so linearni motorji in dajalniki položaja.Skupna izbira prisilne in magnetne proge vodi do enakovrednih zmogljivosti izhodne sile.Podobno uporaba istih kodirnikov v obeh oblikah zagotavlja enako dobro ločljivost za povratne informacije o položaju.Posledično se linearna natančnost in zmogljivost ponovljivosti bistveno ne razlikujeta med rešitvami odra na granitu in rešitvami IGM.Podobna postavitev komponent, vključno z ločevanjem ležajev in toleranco, vodi do primerljive učinkovitosti v smislu geometrijskih napak (tj. vodoravne in navpične naravnosti, nagiba, zasuka in nihanja).Nazadnje, podporni elementi obeh zasnov, vključno z upravljanjem kablov, električnimi omejitvami in trdimi zaporami, so v osnovi enaki po funkciji, čeprav se lahko nekoliko razlikujejo po fizičnem videzu.

Ležaji

Pri tej posebni zasnovi je ena najbolj opaznih razlik izbira linearnih vodilnih ležajev.Čeprav se krožni kroglični ležaji uporabljajo tako v sistemih oder na granitu kot v sistemih IGM, sistem IGM omogoča vključitev večjih, trših ležajev v zasnovo brez povečanja delovne višine osi.Ker se zasnova IGM opira na granit kot osnovo, v nasprotju z ločeno osnovo iz strojno obdelanih komponent, je mogoče povrniti nekaj navpičnih nepremičnin, ki bi jih sicer porabila strojno obdelana osnova, in ta prostor v bistvu zapolniti z večjimi ležaje, medtem ko še vedno zmanjšuje skupno višino vozička nad granitom.

togost

Uporaba večjih ležajev v konstrukciji IGM močno vpliva na kotno togost.V primeru spodnje osi širokega trupa (Y) ponuja rešitev IGM več kot 40 % večjo togost kotaljenja, 30 % večjo togost nagiba in 20 % večjo togost nihanja kot ustrezna zasnova stopničke na granitu.Podobno ponuja IGM-ov most štirikrat večjo togost kotaljenja, dvojno togost nagiba in več kot 30 % večjo togost pri nihanju kot njegov primerek pri stopnji na granitu.Večja kotna togost je ugodna, ker neposredno prispeva k izboljšani dinamični zmogljivosti, ki je ključna za omogočanje večje prepustnosti stroja.

Nosilnost

Večji ležaji rešitve IGM omogočajo bistveno večjo nosilnost kot rešitev stopenj na granitu.Čeprav ima osnovna os PRO560LM rešitve stage-on-granite nosilnost 150 kg, lahko ustrezna rešitev IGM sprejme 300 kg tovora.Podobno os mostnega mostu PRO280LM za oder na granitu podpira 150 kg, medtem ko lahko os mostnega mostu rešitve IGM prenese do 200 kg.

Gibljiva maša

Medtem ko večji ležaji v oseh IGM z mehanskimi ležaji ponujajo boljše lastnosti kotne zmogljivosti in večjo nosilnost, prihajajo tudi z večjimi, težjimi tovornjaki.Poleg tega so vozički IGM zasnovani tako, da so določene strojno obdelane lastnosti, ki so potrebne za os stopenj na granitu (ki jih os IGM ne zahteva), odstranjene, da se poveča togost delov in poenostavi proizvodnja.Ti dejavniki pomenijo, da ima os IGM večjo gibljivo maso kot ustrezna os odra na granitu.Nesporna slabost je, da je največji pospešek IGM nižji, ob predpostavki, da je moč motorja nespremenjena.Vendar pa je lahko v določenih situacijah večja gibljiva masa ugodna z vidika, da lahko njena večja vztrajnost zagotovi večjo odpornost na motnje, kar je lahko povezano s povečano stabilnostjo v položaju.

Strukturna dinamika

Večja togost ležaja sistema IGM in bolj tog nosilec zagotavljata dodatne prednosti, ki so očitne po uporabi programskega paketa za analizo končnih elementov (FEA) za izvedbo modalne analize.V tej študiji smo preučili prvo resonanco premikajočega se vozička zaradi njenega vpliva na pasovno širino servo.Voziček PRO560LM naleti na resonanco pri 400 Hz, medtem ko ustrezen nosilec IGM doživi enak način pri 430 Hz.Slika 3 prikazuje ta rezultat.

Večjo resonanco rešitve IGM v primerjavi s tradicionalnim odrom na granitu lahko delno pripišemo tršemu nosilcu in zasnovi ležaja.Višja resonanca vozička omogoča večjo pasovno širino servo in s tem izboljšano dinamično zmogljivost.

Delovno okolje

Tesnitev osi je skoraj vedno obvezna, kadar so prisotni onesnaževalci, ne glede na to, ali nastanejo v uporabnikovem procesu ali kako drugače obstajajo v okolju stroja.Rešitve odra na granitu so še posebej primerne v teh situacijah zaradi same po sebi zaprte narave osi.Linearni odri serije PRO so na primer opremljeni s trdimi platnicami in stranskimi tesnili, ki do razumne mere ščitijo notranje komponente odra pred kontaminacijo.Te stopnje je mogoče konfigurirati tudi z izbirnimi namiznimi brisalci, ki pometajo ostanke z zgornje trde platnice, ko se stopnica premika.Po drugi strani so gibalne platforme IGM same po sebi odprte, z izpostavljenimi ležaji, motorji in dajalniki.Čeprav to ni težava v čistejših okoljih, je to lahko problematično, če je prisotna kontaminacija.To težavo je mogoče rešiti z vključitvijo posebnega pokrova v obliki meha v zasnovo osi IGM, ki zagotavlja zaščito pred naplavinami.Toda če ni pravilno izveden, lahko meh negativno vpliva na gibanje osi, tako da prenaša zunanje sile na voziček, ko se ta premika skozi celoten obseg potovanja.

Vzdrževanje

Možnost servisiranja je razlika med gibljivimi platformami stage-on-granite in IGM.Osi z linearnim motorjem so znane po svoji robustnosti, vendar je včasih potrebno izvesti vzdrževanje.Določena vzdrževalna dela so razmeroma preprosta in jih je mogoče izvesti brez odstranitve ali razstavljanja zadevne osi, včasih pa je potrebna temeljitejša razgradnja.Ko je gibljiva platforma sestavljena iz ločenih odrov, nameščenih na granitu, je servisiranje razmeroma preprosto opravilo.Najprej odstranite oder z granita, nato opravite potrebna vzdrževalna dela in ga ponovno namestite.Ali pa ga preprosto zamenjajte z novo stopnjo.

Rešitve IGM so lahko včasih večji izziv pri izvajanju vzdrževanja.Čeprav je zamenjava ene same magnetne proge linearnega motorja v tem primeru zelo preprosta, bolj zapleteno vzdrževanje in popravila pogosto vključujejo popolno razstavljanje več ali vseh komponent, ki sestavljajo os, kar je zamudnejše, če so komponente nameščene neposredno na granit.Prav tako je težje ponovno poravnati granitne osi med seboj po opravljenem vzdrževanju – naloga, ki je z ločenimi stopnjami precej enostavnejša.

Tabela 1. Povzetek temeljnih tehničnih razlik med mehansko nosilnimi rešitvami odra na granitu in rešitvami IGM.

Ekonomska primerjava

Medtem ko se bodo absolutni stroški katerega koli gibalnega sistema razlikovali glede na več dejavnikov, vključno z dolžino potovanja, natančnostjo osi, nosilnostjo in dinamičnimi zmogljivostmi, relativne primerjave analognih sistemov gibanja IGM in sistemov gibanja oder na granitu, izvedene v tej študiji, kažejo, da so rešitve IGM sposobni ponuditi srednje do visoko natančno gibanje po zmerno nižjih stroških kot njihovi primerki na odru na granitu.

Naša ekonomska študija je sestavljena iz treh temeljnih komponent stroškov: delov strojev (vključno z izdelanimi deli in kupljenimi komponentami), sestave granita ter dela in režijskih stroškov.

Strojni deli

Rešitev IGM ponuja omembe vredne prihranke v primerjavi z rešitvijo odra na granitu v smislu strojnih delov.To je predvsem posledica tega, da IGM nima zapleteno strojno obdelanih podstavkov za oder na oseh Y in X, kar dodaja kompleksnost in stroške rešitvam odra na granitu.Poleg tega lahko prihranek pri stroških pripišemo relativni poenostavitvi drugih strojno obdelanih delov na rešitvi IGM, kot so gibljivi vozički, ki imajo lahko enostavnejše funkcije in nekoliko bolj sproščena toleranca, ko so zasnovani za uporabo v sistemu IGM.

Granitne montaže

Čeprav se zdi, da imajo granitni sklopi osnova-dvižni vod-most tako v sistemu IGM kot v sistemu oder na granitu podobno obliko in videz, je granitni sklop IGM nekoliko dražji.To je zato, ker granit v rešitvi IGM prevzame mesto strojno obdelanih podstavkov stopenj v rešitvi stopenj na granitu, ki zahteva, da ima granit na splošno strožje tolerance na kritičnih območjih in celo dodatne funkcije, kot so ekstrudirani rezi in/ ali jekleni vložki z navojem, na primer.Vendar pa je v naši študiji primera dodana kompleksnost granitne strukture več kot izravnana s poenostavitvijo strojnih delov.

Delo in režijski stroški

Zaradi številnih podobnosti pri sestavljanju in testiranju sistema IGM in sistema oder na granitu ni bistvene razlike v stroških dela in režijskih stroških.

Ko so vsi ti stroškovni dejavniki združeni, je specifična rešitev IGM z mehanskimi ležaji, ki je bila preučena v tej študiji, približno 15 % cenejša od rešitve z mehanskimi ležaji in stopnicami na granitu.

Seveda rezultati ekonomske analize niso odvisni le od lastnosti, kot so dolžina potovanja, natančnost in nosilnost, ampak tudi od dejavnikov, kot je izbira dobavitelja granita.Poleg tega je preudarno upoštevati stroške pošiljanja in logistike, povezane z nabavo granitne strukture.Še posebej koristno za zelo velike granitne sisteme, čeprav velja za vse velikosti, lahko izbira kvalificiranega dobavitelja granita v neposredni bližini lokacije končne montaže sistema pomaga tudi zmanjšati stroške.

Prav tako je treba opozoriti, da ta analiza ne upošteva stroškov po uvedbi.Recimo, da je treba servisirati sistem gibanja s popravilom ali zamenjavo osi gibanja.Sistem stage-on-granite je mogoče servisirati tako, da preprosto odstranite in popravite/zamenjate prizadeto os.Zaradi bolj modularne zasnove v odrskem slogu je to mogoče narediti razmeroma preprosto in hitro, kljub višjim začetnim stroškom sistema.Čeprav je mogoče sisteme IGM na splošno dobiti po nižji ceni kot njihove primerke za oder na granitu, jih je zaradi integrirane narave konstrukcije lahko težje razstaviti in servisirati.

Zaključek

Jasno je, da lahko vsaka vrsta zasnove gibljive platforme – oder na granitu in IGM – nudi različne prednosti.Vendar pa ni vedno očitno, katera je najbolj idealna izbira za določeno aplikacijo gibanja.Zato je zelo koristno sodelovati z izkušenim dobaviteljem sistemov gibanja in avtomatizacije, kot je Aerotech, ki ponuja izrazito na aplikacijo osredotočen svetovalni pristop za raziskovanje in zagotavljanje dragocenega vpogleda v rešitve, ki so alternative zahtevnim aplikacijam za nadzor gibanja in avtomatizacijo.Razumevanje ne le razlike med tema dvema različicama avtomatizacijskih rešitev, temveč tudi temeljnih vidikov težav, ki jih morata rešiti, je temeljni ključ do uspeha pri izbiri gibalnega sistema, ki obravnava tako tehnične kot finančne cilje projekta.

Od AEROTECH.