Die keuse van die mees geskikte graniet-gebaseerde lineêre bewegingsplatform vir 'n gegewe toepassing hang af van 'n aantal faktore en veranderlikes. Dit is van kardinale belang om te erken dat elke toepassing sy eie unieke stel vereistes het wat verstaan en geprioritiseer moet word om 'n effektiewe oplossing in terme van 'n bewegingsplatform na te streef.
Een van die meer algemene oplossings behels die montering van diskrete posisioneringsfases op 'n granietstruktuur. Nog 'n algemene oplossing integreer die komponente wat die bewegingsasse uitmaak direk in die graniet self. Die keuse tussen 'n verhoog-op-graniet en 'n geïntegreerde-granietbewegingsplatform (IGM) is een van die vroeëre besluite wat in die keuringsproses geneem moet word. Daar is duidelike onderskeidings tussen beide oplossingstipes, en natuurlik het elkeen sy eie meriete - en voorbehoude - wat noukeurig verstaan en oorweeg moet word.
Om beter insig in hierdie besluitnemingsproses te bied, evalueer ons die verskille tussen twee fundamentele lineêre bewegingsplatformontwerpe — 'n tradisionele verhoog-op-graniet-oplossing en 'n IGM-oplossing — vanuit beide tegniese en finansiële perspektiewe in die vorm van 'n gevallestudie met meganiese laers.
Agtergrond
Om die ooreenkomste en verskille tussen IGM-stelsels en tradisionele verhoog-op-graniet-stelsels te ondersoek, het ons twee toetsgevalontwerpe gegenereer:
- Meganiese laer, stadium-op-graniet
- Meganiese laer, IGM
In beide gevalle bestaan elke stelsel uit drie bewegingsasse. Die Y-as bied 1000 mm beweging en is op die basis van die granietstruktuur geleë. Die X-as, wat op die brug van die samestelling met 400 mm beweging geleë is, dra die vertikale Z-as met 100 mm beweging. Hierdie rangskikking word piktografies voorgestel.
Vir die verhoog-op-graniet-ontwerp het ons 'n PRO560LM wye-liggaam-verhoog vir die Y-as gekies vanweë sy groter dravermoë, algemeen vir baie bewegingstoepassings wat hierdie "Y/XZ-splitbrug"-reëling gebruik. Vir die X-as het ons 'n PRO280LM gekies, wat algemeen as 'n brugas in baie toepassings gebruik word. Die PRO280LM bied 'n praktiese balans tussen sy voetspoor en sy vermoë om 'n Z-as met 'n kliënt se vrag te dra.
Vir die IGM-ontwerpe het ons die fundamentele ontwerpkonsepte en uitlegte van die bogenoemde asse noukeurig nageboots, met die primêre verskil dat die IGM-asse direk in die granietstruktuur ingebou is, en dus nie die bewerkte komponentbasisse het wat in die verhoog-op-graniet-ontwerpe teenwoordig is nie.
Gemeen in beide ontwerpgevalle is die Z-as, wat gekies is as 'n PRO190SL-kogelskroefgedrewe verhoog. Dit is 'n baie gewilde as om in die vertikale oriëntasie op 'n brug te gebruik as gevolg van sy ruim vragkapasiteit en relatief kompakte vormfaktor.
Figuur 2 illustreer die spesifieke stadium-op-graniet- en IGM-stelsels wat bestudeer is.
Tegniese vergelyking
IGM-stelsels word ontwerp met behulp van 'n verskeidenheid tegnieke en komponente wat soortgelyk is aan dié wat in tradisionele verhoog-op-graniet-ontwerpe gevind word. Gevolglik is daar talle tegniese eienskappe in gemeen tussen IGM-stelsels en verhoog-op-graniet-stelsels. Omgekeerd bied die integrasie van die bewegingsasse direk in die granietstruktuur verskeie onderskeidende eienskappe wat IGM-stelsels van verhoog-op-graniet-stelsels onderskei.
Vormfaktor
Miskien begin die mees voor die hand liggende ooreenkoms met die masjien se fondament - die graniet. Alhoewel daar verskille in die kenmerke en toleransies tussen verhoog-op-graniet en IGM-ontwerpe is, is die algehele afmetings van die granietbasis, stygers en brug ekwivalent. Dit is hoofsaaklik omdat die nominale en limietbewegings identies is tussen verhoog-op-graniet en IGM.
Konstruksie
Die gebrek aan gemasjineerde komponent-asbasisse in die IGM-ontwerp bied sekere voordele bo stadium-op-graniet-oplossings. In die besonder help die vermindering van komponente in die IGM se strukturele lus om die algehele asstyfheid te verhoog. Dit maak ook voorsiening vir 'n korter afstand tussen die granietbasis en die boonste oppervlak van die wa. In hierdie spesifieke gevallestudie bied die IGM-ontwerp 'n 33% laer werkoppervlakhoogte (80 mm in vergelyking met 120 mm). Hierdie kleiner werkhoogte maak nie net voorsiening vir 'n meer kompakte ontwerp nie, maar dit verminder ook die masjienverskuiwings vanaf die motor en kodeerder na die werkpunt, wat lei tot verminderde Abbe-foute en dus verbeterde werkpuntposisioneringsprestasie.
Askomponente
As ons dieper in die ontwerp kyk, deel die stadium-op-graniet en IGM-oplossings 'n paar sleutelkomponente, soos lineêre motors en posisie-enkodeerders. Gemeenskaplike forcer- en magneetbaankeuse lei tot ekwivalente kraguitsetvermoëns. Net so bied die gebruik van dieselfde enkodeerders in beide ontwerpe 'n identies fyn resolusie vir posisioneringsterugvoer. Gevolglik verskil die lineêre akkuraatheid en herhaalbaarheidsprestasie nie beduidend tussen stadium-op-graniet en IGM-oplossings nie. Soortgelyke komponentuitleg, insluitend laerskeiding en toleransie, lei tot vergelykbare prestasie in terme van geometriese foutbewegings (d.w.s. horisontale en vertikale reguitheid, helling, rol en gier). Laastens is beide ontwerpe se ondersteunende elemente, insluitend kabelbestuur, elektriese limiete en hardstops, fundamenteel identies in funksie, hoewel hulle ietwat in fisiese voorkoms kan verskil.
Laers
Vir hierdie spesifieke ontwerp is een van die mees noemenswaardige verskille die keuse van lineêre geleidingslaers. Alhoewel hersirkulerende kogellagers in beide stadium-op-graniet en IGM-stelsels gebruik word, maak die IGM-stelsel dit moontlik om groter, stywer laers in die ontwerp in te sluit sonder om die werkhoogte van die as te verhoog. Omdat die IGM-ontwerp op die graniet as basis staatmaak, in teenstelling met 'n aparte bewerkte komponentbasis, is dit moontlik om van die vertikale ruimte terug te eis wat andersins deur 'n bewerkte basis verbruik sou word, en hierdie ruimte in wese met groter laers te vul terwyl die algehele sleephoogte bo die graniet steeds verminder word.
Styfheid
Die gebruik van groter laers in die IGM-ontwerp het 'n diepgaande impak op hoekstyfheid. In die geval van die wye-liggaam onderste as (Y), bied die IGM-oplossing meer as 40% groter rolstyfheid, 30% groter hellingsstyfheid en 20% groter gierstyfheid as 'n ooreenstemmende verhoog-op-graniet-ontwerp. Net so bied die IGM se brug 'n viervoudige toename in rolstyfheid, dubbel die hellingsstyfheid en meer as 30% groter gierstyfheid as sy verhoog-op-graniet-eweknie. Hoër hoekstyfheid is voordelig omdat dit direk bydra tot verbeterde dinamiese werkverrigting, wat die sleutel is tot hoër masjiendeurset.
Laaikapasiteit
Die IGM-oplossing se groter laers maak voorsiening vir 'n aansienlik hoër vragkapasiteit as 'n verhoog-op-graniet-oplossing. Alhoewel die PRO560LM-basisas van die verhoog-op-graniet-oplossing 'n vragkapasiteit van 150 kg het, kan die ooreenstemmende IGM-oplossing 'n vrag van 300 kg akkommodeer. Net so ondersteun die verhoog-op-graniet se PRO280LM-brugas 150 kg, terwyl die IGM-oplossing se brugas tot 200 kg kan dra.
Bewegende massa
Terwyl die groter laers in die meganiese-laer IGM-asse beter hoekprestasie-eienskappe en groter dravermoë bied, kom hulle ook met groter, swaarder vragmotors. Daarbenewens is die IGM-waens so ontwerp dat sekere bewerkte kenmerke wat nodig is vir 'n verhoog-op-graniet-as (maar nie vereis word deur 'n IGM-as nie) verwyder word om die styfheid van die onderdeel te verhoog en vervaardiging te vereenvoudig. Hierdie faktore beteken dat die IGM-as 'n groter bewegende massa het as 'n ooreenstemmende verhoog-op-graniet-as. 'n Onbetwisbare nadeel is dat die IGM se maksimum versnelling laer is, as ons aanvaar dat die motorkraguitset onveranderd bly. Tog kan 'n groter bewegende massa in sekere situasies voordelig wees vanuit die perspektief dat die groter traagheid groter weerstand teen steurnisse kan bied, wat kan korreleer met verhoogde stabiliteit in posisie.
Strukturele Dinamika
Die IGM-stelsel se hoër laerstyfheid en meer rigiede slee bied bykomende voordele wat duidelik is na die gebruik van 'n eindige-elementanalise (FEA) sagtewarepakket om 'n modale analise uit te voer. In hierdie studie het ons die eerste resonansie van die bewegende slee ondersoek as gevolg van die effek daarvan op servobandwydte. Die PRO560LM-slee teëkom 'n resonansie teen 400 Hz, terwyl die ooreenstemmende IGM-slee dieselfde modus teen 430 Hz ervaar. Figuur 3 illustreer hierdie resultaat.
Die hoër resonansie van die IGM-oplossing, in vergelyking met tradisionele verhoog-op-graniet, kan deels toegeskryf word aan die stywer sleep- en laerontwerp. 'n Hoër sleepresonansie maak dit moontlik om 'n groter servobandwydte te hê en dus verbeterde dinamiese werkverrigting.
Bedryfsomgewing
As-verseëlbaarheid is amper altyd verpligtend wanneer kontaminante teenwoordig is, of dit nou deur die gebruiker se proses gegenereer word of andersins in die masjien se omgewing bestaan. Stadium-op-graniet-oplossings is veral geskik in hierdie situasies as gevolg van die inherent geslote aard van die as. PRO-reeks lineêre stadiums, byvoorbeeld, is toegerus met harde deksels en syseëls wat die interne stadiumkomponente tot 'n redelike mate teen kontaminasie beskerm. Hierdie stadiums kan ook gekonfigureer word met opsionele tafelblad-veeërs om puin van die boonste harde deksel af te vee terwyl die stadium beweeg. Aan die ander kant is IGM-bewegingsplatforms inherent oop van aard, met die laers, motors en enkodeerders blootgestel. Alhoewel dit nie 'n probleem in skoner omgewings is nie, kan dit problematies wees wanneer kontaminasie teenwoordig is. Dit is moontlik om hierdie probleem aan te spreek deur 'n spesiale blaasbalg-styl wegbedekking in 'n IGM-asontwerp in te sluit om beskerming teen puin te bied. Maar indien dit nie korrek geïmplementeer word nie, kan die blaasbalg die as se beweging negatief beïnvloed deur eksterne kragte op die wa uit te oefen terwyl dit deur sy volle bewegingsreeks beweeg.
Onderhoud
Onderhoudsbaarheid is 'n onderskeidende faktor tussen verhoog-op-graniet en IGM-bewegingsplatforms. Lineêre motorasse is bekend vir hul robuustheid, maar soms word dit nodig om onderhoud uit te voer. Sekere onderhoudsoperasies is relatief eenvoudig en kan uitgevoer word sonder om die betrokke as te verwyder of te demonteer, maar soms is 'n meer deeglike afbreek nodig. Wanneer die bewegingsplatform uit afsonderlike verhoogs bestaan wat op graniet gemonteer is, is onderhoud 'n redelik eenvoudige taak. Demonteer eers die verhoog van die graniet, voer dan die nodige onderhoudswerk uit en monteer dit weer. Of vervang dit eenvoudig met 'n nuwe verhoog.
IGM-oplossings kan soms meer uitdagend wees wanneer onderhoud uitgevoer word. Alhoewel die vervanging van 'n enkele magneetbaan van die lineêre motor in hierdie geval baie eenvoudig is, behels meer ingewikkelde onderhoud en herstelwerk dikwels die volledige demontage van baie of al die komponente wat die as uitmaak, wat meer tydrowend is wanneer komponente direk op graniet gemonteer word. Dit is ook moeiliker om die graniet-gebaseerde asse weer op mekaar te belyn na onderhoud - 'n taak wat aansienlik meer eenvoudig is met afsonderlike stadiums.
Tabel 1. 'n Opsomming van die fundamentele tegniese verskille tussen meganiese-laer stadium-op-graniet en IGM-oplossings.
| Beskrywing | Stadium-op-Graniet-stelsel, Meganiese Laer | IGM-stelsel, meganiese laer | |||
| Basisas (Y) | Brugas (X) | Basisas (Y) | Brugas (X) | ||
| Genormaliseerde Styfheid | Vertikaal | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.1 |
| Lateraal | 1.5 | ||||
| Toonhoogte | 1.3 | 2.0 | |||
| Rol | 1.4 | 4.1 | |||
| Gier | 1.2 | 1.3 | |||
| Laaivermoë (kg) | 150 | 150 | 300 | 200 | |
| Bewegende massa (kg) | 25 | 14 | 33 | 19 | |
| Tafelbladhoogte (mm) | 120 | 120 | 80 | 80 | |
| Seëlbaarheid | Harde deksel en syseëls bied beskerming teen puin wat die as binnedring. | IGM is gewoonlik 'n oop ontwerp. Verseëling vereis die byvoeging van 'n balgwegdeksel of soortgelyk. | |||
| Diensbaarheid | Komponentfases kan verwyder en maklik onderhou of vervang word. | Byle is inherent in die granietstruktuur ingebou, wat onderhoud moeiliker maak. | |||
Ekonomiese Vergelyking
Alhoewel die absolute koste van enige bewegingstelsel sal wissel na gelang van verskeie faktore, insluitend reislengte, as-presisie, laaikapasiteit en dinamiese vermoëns, dui die relatiewe vergelykings van analoog IGM- en verhoog-op-graniet-bewegingstelsels wat in hierdie studie uitgevoer is, daarop dat IGM-oplossings in staat is om medium- tot hoë-presisie-beweging teen matig laer koste as hul verhoog-op-graniet-eweknieë te bied.
Ons ekonomiese studie bestaan uit drie fundamentele kostekomponente: masjienonderdele (insluitend beide vervaardigde onderdele en aangekoopte komponente), die granietmontering, en arbeid en oorhoofse koste.
Masjienonderdele
'n IGM-oplossing bied noemenswaardige besparings bo 'n verhoog-op-graniet-oplossing in terme van masjienonderdele. Dit is hoofsaaklik te wyte aan die IGM se gebrek aan ingewikkeld bewerkte verhoogbasisse op die Y- en X-asse, wat kompleksiteit en koste by die verhoog-op-graniet-oplossings voeg. Verder kan kostebesparings toegeskryf word aan die relatiewe vereenvoudiging van ander bewerkte onderdele op die IGM-oplossing, soos die bewegende waens, wat eenvoudiger kenmerke en ietwat meer ontspanne toleransies kan hê wanneer dit ontwerp is vir gebruik in 'n IGM-stelsel.
Graniet-samestellings
Alhoewel die granietbasis-opstandbrug-samestellings in beide die IGM- en verhoog-op-graniet-stelsels 'n soortgelyke vormfaktor en voorkoms het, is die IGM-graniet-samestelling effens duurder. Dit is omdat die graniet in die IGM-oplossing die plek van die bewerkte verhoogbasisse in die verhoog-op-graniet-oplossing inneem, wat vereis dat die graniet oor die algemeen strenger toleransies in kritieke gebiede het, en selfs bykomende kenmerke, soos byvoorbeeld geëxtrudeerde snitte en/of geskroefde staalinsetsels. In ons gevallestudie word die bykomende kompleksiteit van die granietstruktuur egter meer as geneutraliseer deur die vereenvoudiging in masjienonderdele.
Arbeid en Oorhoofse Koste
As gevolg van die vele ooreenkomste in die samestelling en toetsing van beide die IGM- en stadium-op-graniet-stelsels, is daar nie 'n beduidende verskil in arbeids- en oorhoofse koste nie.
Sodra al hierdie kostefaktore gekombineer word, is die spesifieke meganiese-draende IGM-oplossing wat in hierdie studie ondersoek is, ongeveer 15% minder duur as die meganiese-draende, stadium-op-graniet-oplossing.
Natuurlik hang die resultate van die ekonomiese analise nie net af van eienskappe soos reislengte, presisie en laaikapasiteit nie, maar ook van faktore soos die keuse van die granietverskaffer. Daarbenewens is dit verstandig om die verskepings- en logistieke koste verbonde aan die verkryging van 'n granietstruktuur in ag te neem. Veral nuttig vir baie groot granietstelsels, hoewel dit vir alle groottes waar is, kan die keuse van 'n gekwalifiseerde granietverskaffer nader aan die ligging van die finale stelselmontering ook help om koste te verminder.
Daar moet ook op gelet word dat hierdie analise nie na-implementeringskoste in ag neem nie. Gestel byvoorbeeld dat dit nodig word om die bewegingstelsel te diens deur 'n bewegingsas te herstel of te vervang. 'n Stadium-op-graniet-stelsel kan diens word deur eenvoudig die betrokke as te verwyder en te herstel/vervang. As gevolg van die meer modulêre stadiumstyl-ontwerp, kan dit relatief maklik en vinnig gedoen word, ten spyte van die hoër aanvanklike stelselkoste. Alhoewel IGM-stelsels oor die algemeen teen 'n laer koste as hul stadium-op-graniet-eweknieë verkry kan word, kan hulle meer uitdagend wees om uitmekaar te haal en te diens as gevolg van die geïntegreerde aard van konstruksie.
Gevolgtrekking
Dit is duidelik dat elke tipe bewegingsplatformontwerp – verhoog-op-graniet en IGM – verskillende voordele kan bied. Dit is egter nie altyd voor die hand liggend watter een die ideale keuse vir 'n spesifieke bewegingstoepassing is nie. Daarom is dit baie voordelig om saam te werk met 'n ervare verskaffer van bewegings- en outomatiseringstelsels, soos Aerotech, wat 'n duidelik toepassingsgefokusde, konsulterende benadering bied om alternatiewe oplossings vir uitdagende bewegingsbeheer- en outomatiseringstoepassings te verken en waardevolle insig daarin te bied. Om nie net die verskil tussen hierdie twee soorte outomatiseringsoplossings te verstaan nie, maar ook die fundamentele aspekte van die probleme wat hulle moet oplos, is die onderliggende sleutel tot sukses in die keuse van 'n bewegingstelsel wat beide die tegniese en finansiële doelwitte van die projek aanspreek.
Van AEROTECH.
Plasingstyd: 31 Desember 2021