Forskjellen mellom scene-på-granitt og integrerte granittbevegelsessystemer

Valget av den mest passende granittbaserte lineære bevegelsesplattformen for en gitt applikasjon avhenger av en rekke faktorer og variabler. Det er avgjørende å erkjenne at hver applikasjon har sitt eget unike krav som må forstås og prioriteres for å forfølge en effektiv løsning i form av en bevegelsesplattform.

En av de mer allestedsnærværende løsningene innebærer å montere diskrete posisjoneringstrinn på en granittstruktur. En annen vanlig løsning integrerer komponentene som omfatter bevegelsesaksene direkte inn i selve granitten. Å velge mellom en scene-på-granitt og en integrert granittbevegelse (IGM) plattform er en av de tidligere beslutningene som skal tas i utvelgelsesprosessen. Det er klare distinksjoner mellom begge løsningstyper, og selvfølgelig har hver sine egne fordeler - og advarsler - som må forstås nøye og vurderes.

For å tilby bedre innsikt i denne beslutningsprosessen, evaluerer vi forskjellene mellom to grunnleggende lineære bevegelsesplattformdesign-en tradisjonell scene-på-granitt-løsning, og en IgM-løsning-fra både tekniske og økonomiske perspektiver i form av en mekanisk bærende casestudie.

Bakgrunn

For å utforske likhetene og forskjellene mellom IgM-systemer og tradisjonelle scene-på-granitt-systemer, genererte vi to test-case-design:

• Mekanisk lager, scene-på-granitt
• Mekanisk lager, IgM

I begge tilfeller består hvert system av tre bevegelsesakser. Y -aksen tilbyr 1000 mm reise og ligger på basen av granittstrukturen. X-aksen, som ligger på broen til enheten med 400 mm reise, bærer den vertikale z-aksen med 100 mm reise. Denne ordningen er representert piktografisk.

For scenen-on-cranite-design valgte vi et pro560lm bred-kroppsstadium for Y-aksen på grunn av dens større lastbærende kapasitet, vanlig for mange bevegelsesapplikasjoner ved å bruke dette "Y/XZ Split-Bridge" -arrangementet. For X -aksen valgte vi en Pro280LM, som ofte brukes som en broaks i mange applikasjoner. PRO280LM gir en praktisk balanse mellom fotavtrykket og dens evne til å bære en Z -akse med en kunde nyttelast.

For IgM-designene repliserte vi de grunnleggende designkonseptene og oppsettene til ovennevnte akser, med den primære forskjellen at IgM-aksene er bygget direkte i granittstrukturen, og mangler derfor de maskinerte komponentbasene som er til stede i scenen-på-granitt-designene.

Vanlig i begge designtilfeller er Z-aksen, som ble valgt til å være et pro190SL kuleskruedrevet stadium. Dette er en veldig populær akse å bruke i den vertikale orienteringen på en bro på grunn av dens generøse nyttelastkapasitet og relativt kompakt formfaktor.

Figur 2 illustrerer de spesifikke scene-på-granitt- og IgM-systemene som er studert.

Teknisk sammenligning

IgM-systemer er designet ved hjelp av en rekke teknikker og komponenter som ligner de som finnes i tradisjonelle scene-på-granittdesign. Som et resultat er det mange tekniske egenskaper til felles mellom IGM-systemer og scene-på-granitt-systemer. Motsatt gir integrering av bevegelsesaksene direkte i granittstrukturen flere kjennetegn som skiller IgM-systemer fra scene-på-granitt-systemer.

Formfaktor

Kanskje den mest åpenbare likheten begynner med maskinens grunnlag - granitten. Selv om det er forskjeller i funksjonene og toleransen mellom scene-on-granitt- og IgM-design, er de generelle dimensjonene til granittbasen, stigerør og bro likeverdige. Dette er først og fremst fordi de nominelle og begrensningsreiser er identiske mellom scene-på-granitt og IgM.

Konstruksjon

Mangelen på aksjekomponentaksebaser i IgM-designen gir visse fordeler i forhold til scene-på-granittløsninger. Spesielt reduserer reduksjonen av komponenter i IgMs strukturelle sløyfe med å øke den totale aksen -stivheten. Det gir også mulighet for kortere avstand mellom granittbunnen og den øverste overflaten av vognen. I denne spesielle casestudien tilbyr IgM -designet en 33% lavere arbeidshøyde (80 mm sammenlignet med 120 mm). Ikke bare tillater denne mindre arbeidshøyden en mer kompakt design, men også den reduserer maskinforskyvningene fra motoren og koderen til arbeidspunktet, noe som resulterer i reduserte ABBE -feil og forbedrer derfor ytelsen til arbeidspunktets posisjonering.

Aksekomponenter

Når vi ser dypere inn i designen, deler scene-på-granitt- og IGM-løsningene noen viktige komponenter, for eksempel lineære motorer og posisjonskodere. Vanlige forcer- og magnetsporutvalg fører til tilsvarende kraft-output-muligheter. På samme måte gir bruk av de samme koderne i begge designene identisk fin oppløsning for å posisjonere tilbakemeldinger. Som et resultat er den lineære nøyaktigheten og repeterbarhetsytelsen ikke vesentlig forskjellig mellom trinn-på-granitt- og IGM-løsninger. Lignende komponentoppsett, inkludert bæreseparasjon og toleranse, fører til sammenlignbar ytelse når det gjelder geometriske feilbevegelser (dvs. horisontal og vertikal retthet, tonehøyde, rull og giring). Endelig er begge designens støttende elementer, inkludert kabelstyring, elektriske grenser og hardstopp, grunnleggende identiske i funksjon, selv om de kan variere noe i fysisk utseende.

Lagre

For denne spesielle designen er en av de mest bemerkelsesverdige forskjellene valg av lineære guidelager. Selv om resirkulerende kulelager brukes i både trinn-på-granitt- og IgM-systemer, gjør IgM-systemet det mulig å inkorporere større, stivere lagre i designet uten å øke aksenes arbeidshøyde. Fordi IgM-designet er avhengig av granitten som basen, i motsetning til en egen maskinert komponentbase, er det mulig å gjenvinne noen av den vertikale eiendommer som ellers ville bli konsumert av en maskinert base, og i hovedsak fyll denne plassen med større lagre mens de fremdeles reduserer den totale vognhøyden over granitten.

Stivhet

Bruken av større lagre i IgM -utformingen har stor innvirkning på kantete stivhet. Når det gjelder nedre aksen (Y), tilbyr IgM-løsningen over 40% større rullestivhet, 30% større stivhet og 20% ​​større gjettstivhet enn en tilsvarende trinn-på-granittdesign. Tilsvarende tilbyr IgM's Bridge en firedoblet økning i rullestivhet, doble tonehøyde-stivheten og mer enn 30% større gjesstivhet enn dens motpart. Høyere kantete stivhet er fordelaktig fordi den direkte bidrar til forbedret dynamisk ytelse, noe som er nøkkelen til å muliggjøre høyere maskingjennomstrømning.

Lastekapasitet

IgM-løsningets større lagre gir mulighet for en vesentlig høyere nyttelastkapasitet enn en trinn-på-granittløsning. Selv om PRO560LM base-aksen til trinn-på-granittløsningen har en lastekapasitet på 150 kg, kan den tilsvarende IgM-løsningen romme en 300 kg nyttelast. Tilsvarende støtter trinn-på-granittens Pro280LM Bridge Axis 150 kg, mens IgM Solution's Bridge Axis kan føre opp til 200 kg.

Bevegelige masse

Mens de større lagrene i de mekanisk bærende IgM-aksene gir bedre vinkelytelsesattributter og større lastbærende kapasitet, har de også større, tyngre lastebiler. I tillegg er IgM-vogner designet slik at visse maskinerte funksjoner som er nødvendige for en trinn-på-granittakse (men ikke påkrevd av en IgM-akse) fjernes for å øke delstivheten og forenkle produksjonen. Disse faktorene betyr at IgM-aksen har en større bevegelig masse enn en tilsvarende trinn-på-granittakse. En udiskutabel ulempe er at IgMs maksimale akselerasjon er lavere, forutsatt at motorens kraftproduksjon er uendret. Likevel, i visse situasjoner, kan en større bevegelig masse være fordelaktig fra perspektivet at dens større treghet kan gi større motstand mot forstyrrelser, noe som kan korrelere til økt stabilitet i stillingen.

Strukturell dynamikk

IgM-systemets høyere lagerstivhet og mer stiv vogn gir ytterligere fordeler som er tydelige etter å ha brukt en FEA-programvare (endelig elementanalyse (FEA) for å utføre en modal analyse. I denne studien undersøkte vi den første resonansen av den bevegelige vognen på grunn av dens effekt på servo -båndbredde. PRO560LM -vogna møter en resonans ved 400 Hz, mens den tilsvarende IgM -vognen opplever i samme modus ved 430 Hz. Figur 3 illustrerer dette resultatet.

Den høyere resonansen av IgM-løsningen, sammenlignet med tradisjonell scene-på-granitt, kan delvis tilskrives den stivere vogn og lagerdesign. En høyere vognresonans gjør det mulig å ha en større servo -båndbredde og forbedret derfor dynamisk ytelse.

Driftsmiljø

Axis tetningbarhet er nesten alltid obligatorisk når forurensninger er til stede, enten de genereres gjennom brukerens prosess eller på annen måte eksisterer i maskinens miljø. Fase-på-granittløsninger er spesielt egnet i disse situasjonene på grunn av den iboende lukkede naturen til aksen. Pro-serien lineære stadier, for eksempel, er utstyrt med hardcovers og sidetetninger som beskytter de indre trinnskomponentene mot forurensning i rimelig grad. Disse stadiene kan også konfigureres med valgfrie vindusviskere for å feie rusk av den øverste innbundet når scenen krysser. På den annen side er IgM -bevegelsesplattformer iboende åpne i naturen, med lagrene, motorer og kodere utsatt. Selv om det ikke er et problem i renere miljøer, kan dette være problematisk når forurensning er til stede. Det er mulig å løse dette problemet ved å innlemme en spesiell bellow-stil vei dekker i en IgM-aksedesign for å gi beskyttelse mot rusk. Men hvis ikke implementert riktig, kan belgen negativt påvirke aksenes bevegelse ved å formidle eksterne krefter på vognen når den beveger seg gjennom det fulle spekteret av reiser.

Vedlikehold

Servicebarhet er en differensierer mellom bevegelsesplattformer på trinn-på-granitt og IgM. Lineærmotoriske akser er kjent for sin robusthet, men noen ganger blir det nødvendig å utføre vedlikehold. Visse vedlikeholdsoperasjoner er relativt enkle og kan oppnås uten å fjerne eller demontere den aktuelle aksen, men noen ganger er det nødvendig med en grundigere nedrivning. Når bevegelsesplattformen består av diskrete stadier montert på granitt, er service en rimelig enkel oppgave. Først, demonter scenen fra granitten, og utfør deretter det nødvendige vedlikeholdsarbeidet og mount det på nytt. Eller bare erstatte den med en ny scene.

IgM -løsninger kan til tider være mer utfordrende når du utfører vedlikehold. Selv om det er veldig enkelt å erstatte et enkelt magnetspor av den lineære motoren i dette tilfellet, involverer mer komplisert vedlikehold og reparasjoner ofte fullstendig demontering av mange eller alle komponentene som omfatter aksen, noe som er mer tidkrevende når komponenter er montert direkte til granitt. Det er også vanskeligere å justere de granittbaserte aksene til hverandre etter å ha utført vedlikehold-en oppgave som er betydelig mer enkel med diskrete stadier.

Tabell 1. Et sammendrag av de grunnleggende tekniske forskjellene mellom mekanisk bærende trinn-på-granitt- og IGM-løsninger.

Økonomisk sammenligning

Mens de absolutte kostnadene for et hvilket som helst bevegelsessystem vil variere basert på flere faktorer, inkludert reiselengde, aksepresisjon, belastningskapasitet og dynamiske evner, antyder de relative sammenligningene av analoge IgM og trinn-på-granittbevegelsessystemer utført i denne studien at IgM-løsninger er i stand til å tilby middels motstand.

Vår økonomiske studie består av tre grunnleggende kostnadskomponenter: maskindeler (inkludert både produserte deler og kjøpte komponenter), granittmontering og arbeidskraft og overhead.

Maskindeler

En IGM-løsning gir bemerkelsesverdig besparelse over en scene-på-granitt-løsning når det gjelder maskindeler. Dette skyldes først og fremst IgMs mangel på intrikat maskinerte trinnbaser på Y- og X-aksene, som gir kompleksitet og kostnader til scene-på-granittløsningene. Videre kan kostnadsbesparelser tilskrives den relative forenklingen av andre maskinerte deler på IgM -løsningen, for eksempel de bevegelige vogner, som kan ha enklere funksjoner og noe mer avslappede toleranser når de er designet for bruk i et IgM -system.

Granittforsamlinger

Selv om granittbase-stigende bridge-samlingene i både IgM og scene-on-granitt-systemene ser ut til å ha en lignende formfaktor og utseende, er IgM-granittmonteringen marginalt dyrere. Dette er fordi granitten i IgM-løsningen tar plassen til de maskinerte scenebasene i scene-på-granittløsningen, som krever at granitten generelt har strammere toleranser i kritiske regioner, og til og med tilleggsfunksjoner, for eksempel ekstruderte kutt og/eller gjengede stålinnsatser, for eksempel. I vår casestudie blir imidlertid den ekstra kompleksiteten til granittstrukturen mer enn oppveid av forenklingen i maskindeler.

Arbeidskraft og overhead

På grunn av de mange likhetene med å sette sammen og teste både IgM og scene-på-granitt-systemer, er det ikke en betydelig forskjell i arbeidskraft og kostnader.

Når alle disse kostnadsfaktorene er kombinert, er den spesifikke mekanisk bærende IgM-løsningen som ble undersøkt i denne studien omtrent 15% rimeligere enn den mekanisk bærende, på-granitt-løsningen.

Resultatene fra den økonomiske analysen avhenger selvfølgelig ikke bare av attributter som reiselengde, presisjon og belastningskapasitet, men også av faktorer som valg av granittleverandør. I tillegg er det forsvarlig å vurdere frakt- og logistikkkostnadene forbundet med å anskaffe en granittstruktur. Spesielt nyttig for veldig store granittsystemer, selv om det er sant for alle størrelser, kan det å velge en kvalifisert granittleverandør i nærmere nærhet til plasseringen av den endelige systemmonteringen også bidra til å minimere kostnadene.

Det skal også bemerkes at denne analysen ikke vurderer kostnader etter implementering. Anta for eksempel at det blir nødvendig å betjene bevegelsessystemet ved å reparere eller erstatte en bevegelsesakse. Et trinn-på-granitt-system kan betjenes ved å bare fjerne og reparere/erstatte den berørte aksen. På grunn av den mer modulære scenestil-designen, kan dette gjøres med relativt letthet og hastighet, til tross for den høyere innledende systemkostnaden. Selv om IGM-systemer generelt kan oppnås til en lavere pris enn deres scene-on-cranite kolleger, kan de være mer utfordrende å demontere og service på grunn av konstruksjonens integrerte natur.

Konklusjon

Det er klart at hver type bevegelsesplattformdesign-scene-på-granitt og IgM-kan tilby tydelige fordeler. Det er imidlertid ikke alltid åpenbart, noe som er det mest ideelle valget for en bestemt bevegelsesapplikasjon. Derfor er det veldig gunstig å samarbeide med en erfaren leverandør av bevegelses- og automatiseringssystemer, for eksempel Aerotech, som tilbyr en utpreget applikasjonsfokusert, rådgivende tilnærming for å utforske og gi verdifull innsikt i løsningsalternativer til utfordrende bevegelseskontroll og automatiseringsapplikasjoner. Å forstå ikke bare forskjellen mellom disse to variantene av automatiseringsløsninger, men også de grunnleggende aspektene ved problemene de er pålagt å løse, er den underliggende nøkkelen til å lykkes med å velge et bevegelsessystem som adresserer både de tekniske og økonomiske målene i prosjektet.

Fra Aerotech.