Die keuse van die mees geskikte graniet-gebaseerde lineêre bewegingsplatform vir 'n gegewe toepassing hang af van 'n magdom 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 alomteenwoordige oplossings behels die montering van diskrete posisioneringstappe 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-graniet beweging (IGM) platform is een van die vroeëre besluite wat geneem moet word in die keuringsproses.Daar is duidelike onderskeid tussen beide oplossingtipes, en elkeen het natuurlik sy eie meriete - en waarskuwings - 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 meganiese- draende gevallestudie.
Agtergrond
Om die ooreenkomste en verskille tussen IGM-stelsels en tradisionele verhoog-op-granietstelsels te verken, het ons twee toetsgevalle-ontwerpe gegenereer:
- Meganiese laer, verhoog-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, geleë op die brug van die samestelling met 400 mm beweging, dra die vertikale Z-as met 100 mm beweging.Hierdie rangskikking word piktografies voorgestel.
Vir die verhoog-op-graniet-ontwerp het ons 'n PRO560LM-breëliggaam-verhoog vir die Y-as gekies vanweë sy groter lasdravermoë, algemeen vir baie bewegingstoepassings wat hierdie "Y/XZ-spleetbrug"-rangskikking gebruik.Vir die X-as het ons 'n PRO280LM gekies, wat algemeen gebruik word as 'n brug-as in baie toepassings.Die PRO280LM bied 'n praktiese balans tussen sy voetspoor en sy vermoë om 'n Z-as met 'n kliënt se loonvrag te dra.
Vir die IGM-ontwerpe het ons die fundamentele ontwerpkonsepte en -uitlegte van die bogenoemde asse noukeurig herhaal, met die primêre verskil dat die IGM-asse direk in die granietstruktuur ingebou is en dus nie die gemasjineerde komponentbasisse teenwoordig is in die verhoog-op -graniet ontwerpe.
Algemeen in beide ontwerpgevalle is die Z-as, wat gekies is om 'n PRO190SL bal-skroefgedrewe verhoog te wees.Dit is 'n baie gewilde as om in die vertikale oriëntasie op 'n brug te gebruik as gevolg van sy ruim loonvragvermoë en relatief kompakte vormfaktor.
Figuur 2 illustreer die spesifieke verhoog-op-graniet- en IGM-stelsels wat bestudeer is.
Tegniese Vergelyking
IGM-stelsels word ontwerp deur 'n verskeidenheid tegnieke en komponente te gebruik wat soortgelyk is aan dié wat in tradisionele verhoog-op-graniet-ontwerpe voorkom.Gevolglik is daar talle tegniese eienskappe gemeen tussen IGM-stelsels en verhoog-op-granietstelsels.Omgekeerd bied die integrasie van die bewegingsasse direk in die granietstruktuur verskeie onderskeidende eienskappe wat IGM-stelsels van verhoog-op-granietstelsels onderskei.
Vormfaktor
Miskien begin die mees ooglopende ooreenkoms by 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 gelykstaande.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 verhoog-op-graniet-oplossings.Veral die vermindering van komponente in die IGM se strukturele lus help 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 enkodeerder na die werkpunt, wat lei tot verminderde Abbe-foute en dus verbeterde werkpuntposisioneringswerkverrigting.
Askomponente
As ons dieper na die ontwerp kyk, deel die verhoog-op-graniet- en IGM-oplossings 'n paar sleutelkomponente, soos lineêre motors en posisie-enkodeerders.Algemene krag- en magneetspoorkeuse lei tot ekwivalente kraguitsetvermoë.Net so bied die gebruik van dieselfde enkodeerders in beide ontwerpe identiese fyn resolusie vir posisionering van terugvoer.Gevolglik verskil die lineêre akkuraatheid en herhaalbaarheidsprestasie nie beduidend tussen verhoog-op-graniet- en IGM-oplossings nie.Soortgelyke komponent-uitleg, insluitend laerskeiding en toleransie, lei tot vergelykbare werkverrigting in terme van meetkundige foutbewegings (dws horisontale en vertikale reguitheid, steek, rol en swaai).Laastens, beide ontwerpe se ondersteunende elemente, insluitend kabelbestuur, elektriese limiete en hardstops, is 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 verhoog-op-graniet- en IGM-stelsels gebruik word, maak die IGM-stelsel dit moontlik om groter, stywer laers in die ontwerp te inkorporeer sonder om die werkhoogte van die as te verhoog.Omdat die IGM-ontwerp staatmaak op die graniet as sy basis, in teenstelling met 'n afsonderlike gemasjineerde komponent basis, is dit moontlik om van die vertikale eiendom wat andersins deur 'n gemasjineerde basis verbruik sou word, terug te eis, en in wese hierdie spasie te vul met groter laers terwyl dit steeds die algehele wahoogte bo die graniet verminder.
Styfheid
Die gebruik van groter laers in die IGM-ontwerp het 'n groot impak op hoekstyfheid.In die geval van die breë-liggaam-onder-as (Y), bied die IGM-oplossing meer as 40% groter rolstyfheid, 30% groter steekstyfheid 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 steekstyfheid 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 om hoër masjiendeurset moontlik te maak.
Laai kapasiteit
Die IGM-oplossing se groter laers maak voorsiening vir 'n aansienlik hoër loonvragvermoë as 'n verhoog-op-graniet oplossing.Alhoewel die PRO560LM basis-as van die verhoog-op-graniet oplossing 'n vragvermoë van 150 kg het, kan die ooreenstemmende IGM oplossing 'n 300 kg loonvrag akkommodeer.Net so dra die verhoog-op-graniet se PRO280LM-brug-as 150 kg, terwyl die IGM-oplossing se brug-as tot 200 kg kan dra.
Bewegende massa
Terwyl die groter laers in die meganies-draende IGM-asse beter hoekverrigting-eienskappe en groter vragdravermoë bied, kom hulle ook met groter, swaarder vragmotors.Boonop is die IGM-waens so ontwerp dat sekere gemasjineerde kenmerke wat nodig is vir 'n verhoog-op-graniet-as (maar nie deur 'n IGM-as vereis word nie) verwyder word om die styfheid van die deel te verhoog en die vervaardiging te vereenvoudig.Hierdie faktore beteken dat die IGM-as 'n groter bewegende massa het as 'n ooreenstemmende stadium-op-graniet-as.’n Onbetwisbare nadeel is dat die IGM se maksimum versnelling laer is, in die veronderstelling dat die motorkraguitset onveranderd is.Tog, in sekere situasies, kan 'n groter bewegende massa voordelig wees vanuit die oogpunt dat sy groter traagheid groter weerstand teen versteurings kan bied, wat kan korreleer met verhoogde in-posisie stabiliteit.
Strukturele dinamika
Die IGM-stelsel se hoër laerstyfheid en meer rigiede slede bied bykomende voordele wat duidelik is na die gebruik van 'n eindige-element analise (FEA) sagteware pakket om 'n modale analise uit te voer.In hierdie studie het ons die eerste resonansie van die bewegende wa ondersoek as gevolg van die effek daarvan op servobandwydte.Die PRO560LM-wa kry 'n resonansie by 400 Hz, terwyl die ooreenstemmende IGM-wa dieselfde modus by 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 waentjie- en laerontwerp.'n Hoër wagenresonansie maak dit moontlik om 'n groter servobandwydte te hê en dus verbeterde dinamiese werkverrigting.
Bedryfsomgewing
As-seëlbaarheid is byna altyd verpligtend wanneer kontaminante teenwoordig is, hetsy gegenereer deur die gebruiker se proses of andersins in die masjien se omgewing bestaan.Verhoog-op-graniet oplossings is veral geskik in hierdie situasies as gevolg van die inherent afgeslote aard van die as.PRO-reeks lineêre stadiums, byvoorbeeld, is toegerus met hardebande en syseëls wat die interne verhoogkomponente tot 'n redelike mate teen besoedeling beskerm.Hierdie stadiums kan ook gekonfigureer word met opsionele tafelbladveërs om rommel van die boonste hardeband af te vee soos die verhoog deurkruis.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 besoedeling teenwoordig is.Dit is moontlik om hierdie probleem aan te spreek deur 'n spesiale balgstyl-wegdeksel in 'n IGM-asontwerp in te sluit om beskerming teen puin te bied.Maar as dit nie korrek geïmplementeer word nie, kan die blaasbalk die as se beweging negatief beïnvloed deur eksterne kragte op die wa oor te dra terwyl dit deur sy volle bewegingsreeks beweeg.
Onderhoud
Diensbaarheid is 'n onderskeid tussen verhoog-op-graniet en IGM-bewegingsplatforms.Lineêr-motoriese asse is welbekend vir hul robuustheid, maar soms word dit nodig om instandhouding uit te voer.Sekere instandhoudingsoperasies is relatief eenvoudig en kan bewerkstellig word sonder om die betrokke as te verwyder of uitmekaar te haal, maar soms is 'n meer deeglike afbreek nodig.Wanneer die bewegingsplatform bestaan uit afsonderlike trappe wat op graniet gemonteer is, is diens 'n redelik eenvoudige taak.Trek eers die verhoog van die graniet af, voer dan die nodige instandhoudingswerk 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 instandhouding en herstelwerk dikwels die heeltemal uitmekaar haal 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 na mekaar te herbelyn nadat onderhoud uitgevoer is - 'n taak wat aansienlik meer eenvoudig is met diskrete stadiums.
Tabel 1. 'n Opsomming van die fundamentele tegniese verskille tussen meganies-draende verhoog-op-graniet en IGM oplossings.
| Beskrywing | Verhoog-op-graniet-stelsel, meganiese laer | IGM-stelsel, meganiese laer | |||
| Basis-as (Y) | Brug-as (X) | Basis-as (Y) | Brug-as (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 | |||
| Sjoe | 1.2 | 1.3 | |||
| Loonvragkapasiteit (kg) | 150 | 150 | 300 | 200 | |
| Bewegende massa (kg) | 25 | 14 | 33 | 19 | |
| Hoogte van tafelblad (mm) | 120 | 120 | 80 | 80 | |
| Seëlbaarheid | Hardeband en syseëls bied beskerming teen rommel wat die as binnedring. | IGM is gewoonlik 'n oop ontwerp.Verseëling vereis die byvoeging van 'n blaasdeksel of soortgelyke. | |||
| Diensbaarheid | Komponente kan verwyder word en maklik gediens of vervang word. | Asse is inherent in die granietstruktuur ingebou, wat diens moeiliker maak. | |||
Ekonomiese Vergelyking
Alhoewel die absolute koste van enige bewegingstelsel sal wissel op grond van verskeie faktore, insluitende reislengte, as-presisie, vragkapasiteit en dinamiese vermoëns, dui die relatiewe vergelykings van analoge IGM- en verhoog-op-graniet-bewegingstelsels wat in hierdie studie uitgevoer is, daarop dat IGM-oplossings in staat om medium- tot hoë-presisie beweging te bied teen matig laer koste as hul verhoog-op-graniet eweknieë.
Ons ekonomiese studie bestaan uit drie fundamentele kostekomponente: masjienonderdele (insluitend beide vervaardigde onderdele en gekoopte komponente), die granietsamestelling, en arbeid en bokoste.
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 ingewikkelde gemasjineerde 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 gemasjineerde 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 graniet basis-styger-brug-samestellings in beide die IGM- en verhoog-op-graniet-stelsels 'n soortgelyke vormfaktor en voorkoms blyk te hê, is die IGM-granietsamestelling effens duurder.Dit is omdat die graniet in die IGM-oplossing die plek inneem van die gemasjineerde verhoogbasisse in die verhoog-op-graniet-oplossing, wat vereis dat die graniet oor die algemeen strenger toleransies in kritieke streke moet hê, en selfs bykomende kenmerke, soos geëxtrudeerde snitte en/ of skroefdraad staal insetsels, byvoorbeeld.In ons gevallestudie word die bykomende kompleksiteit van die granietstruktuur egter meer as geneutraliseer deur die vereenvoudiging in masjienonderdele.
Arbeid en bokoste
As gevolg van die baie ooreenkomste in die samestelling en toetsing van beide die IGM en verhoog-op-graniet stelsels, is daar nie 'n beduidende verskil in arbeid en oorhoofse koste.
Sodra al hierdie kostefaktore gekombineer is, is die spesifieke meganies-draende IGM-oplossing wat in hierdie studie ondersoek is ongeveer 15% minder duur as die meganies-draende, stadium-op-graniet oplossing.
Natuurlik hang die resultate van die ekonomiese ontleding nie net af van eienskappe soos reislengte, presisie en vragvermoë 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 geld vir alle groottes, kan die keuse van 'n gekwalifiseerde granietverskaffer nader aan die ligging van die finale stelselsamestelling ook help om koste te verminder.
Daar moet ook op gelet word dat hierdie ontleding nie na-implementeringskoste in ag neem nie.Gestel dit word byvoorbeeld nodig om die bewegingstelsel te bedien deur 'n bewegingsas te herstel of te vervang.’n Verhoog-op-graniet-stelsel kan gediens word deur eenvoudig die geaffekteerde as te verwyder en te herstel/vervang.As gevolg van die meer modulêre verhoogstyl-ontwerp, kan dit met relatiewe gemak en spoed gedoen word, ten spyte van die hoër aanvanklike stelselkoste.Alhoewel IGM-stelsels oor die algemeen teen 'n laer koste verkry kan word as hul verhoog-op-graniet-eweknieë, kan dit meer uitdagend wees om uitmekaar te haal en te diens as gevolg van die geïntegreerde aard van konstruksie.
Afsluiting
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 wat die mees 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 duidelike toepassingsgefokusde, raadplegende benadering bied om waardevolle insig in oplossingsalternatiewe vir uitdagende bewegingsbeheer- en outomatiseringstoepassings te verken.Om nie net die verskil tussen hierdie twee variëteite van 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.
Postyd: 31 Desember 2021