Разница между сценическими и интегрированными гранитными системами движения

Выбор наиболее подходящей гранитной линейной платформы движения для данного приложения зависит от множества факторов и переменных. Крайне важно признать, что каждое приложение имеет свой собственный уникальный набор требований, которые необходимо понимать и приоритетные для получения эффективного решения с точки зрения платформы движения.

Одно из наиболее повсеместных решений включает в себя установку дискретных стадий позиционирования на гранитной структуре. Другое общее решение объединяет компоненты, которые составляют оси движения непосредственно в сам гранит. Выбор между сценой на граните и платформой интегрированного гранита (IGM) является одним из более ранних решений, которые должны быть приняты в процессе отбора. Существуют четкие различия между обоими типами решений, и, конечно, у каждого есть свои достоинства - и предостережения - которые должны быть тщательно поняты и рассмотрены.

Чтобы лучше понять этот процесс принятия решений, мы оцениваем различия между двумя фундаментальными линейными платформами движения-традиционным решением на граните, и решением IGM-как с технических, так и с финансовых точек зрения в форме механического тематического исследования.

Фон

Чтобы изучить сходства и различия между системами IGM и традиционными системами на гранитах, мы создали две тестовые конструкции:

• Механический подшипник, сцена на граните
• Механический подшипник, IGM

В обоих случаях каждая система состоит из трех осей движения. Ось Y предлагает 1000 мм перемещения и расположена на основе гранитной конструкции. Ось X, расположенная на мосту сборки с 400 мм перемещения, несет вертикальную ось Z со 100 мм путешествий. Это расположение представлено пиктографически.

Для конструкции сцены на граните мы выбрали стадию широкого тела Pro560LM для оси Y из-за его большей грузоподъемности, общей для многих приложений для движения, используя это расположение «y/xz разделенного моста». Для оси x мы выбрали PRO280LM, который обычно используется в качестве оси моста во многих применениях. PRO280LM предлагает практическое баланс между его площадью и способностью нести ось Z с полезной нагрузкой клиента.

Для конструкций IGM мы тщательно воспроизводили концепции фундаментальных дизайнов и макеты приведенных выше осей, причем основное отличие заключается в том, что оси IgM встроены непосредственно в гранитную структуру и, следовательно, не имеют обработанных компонентных оснований, присутствующих в конструкциях сцены на гранитах.

В обоих случаях дизайна является ось Z, которая была выбранной в качестве стадии Pro190SL-шарикового монтажа. Это очень популярная ось для использования в вертикальной ориентации на мосту из -за его щедрой грузоподъемности и относительно компактного форм -фактора.

Рисунок 2 иллюстрирует конкретные изученные системы сцены на граните и IGM.

Техническое сравнение

Системы IGM разработаны с использованием различных методов и компонентов, которые похожи на те, которые встречаются в традиционных конструкциях на гранитах. В результате между системами IGM и сцены на гранитах существует множество технических свойств. И наоборот, интеграция осей движения непосредственно в гранитную структуру дает несколько отличительных характеристик, которые дифференцируют системы IGM от систем сцены на гранитах.

Форм -фактор

Возможно, самое очевидное сходство начинается с основания машины - гранита. Хотя существуют различия в особенностях и допусках между конструкциями сцены на гранитах и ​​IgM, общие размеры гранитной основы, подъема и мост эквивалентны. Это в первую очередь потому, что номинальные и лимитные путешествия идентичны между стадией на граните и IGM.

Строительство

Отсутствие оснований оси с помощью обработанной компоненты в дизайне IGM обеспечивает определенные преимущества по сравнению с решением сцены на гранитах. В частности, снижение компонентов в структурной петле IGM помогает увеличить общую жесткость оси. Это также обеспечивает более короткое расстояние между гранитным основанием и верхней поверхностью каретки. В этом конкретном тематическом исследовании дизайн IGM предлагает 33% более низкую высоту рабочей поверхности (80 мм по сравнению с 120 мм). Мало того, что эта меньшая рабочая высота обеспечивает более компактную конструкцию, но и уменьшает компенсацию машины с двигателя и кодера на рабочую точку, что приводит к снижению ошибок аббата и, следовательно, повышенной производительности позиционирования рабочей точки.

Компоненты оси

Заглядывая глубже в дизайне, решения сцены на граните и IGM имеют некоторые ключевые компоненты, такие как линейные двигатели и кодеры положения. Общий отбор кадров и магнитов приводит к эквивалентным возможностям силового выхода. Аналогичным образом, использование одних и тех же энкодеров в обоих конструкциях обеспечивает точное разрешение для позиционирования обратной связи. В результате линейная точность и производительность повторяемости существенно не различаются между решением сцены на граните и IGM. Аналогичная компонента компонентов, включая разделение подшипника и допуск, приводит к сопоставимой производительности с точки зрения движений геометрических ошибок (то есть горизонтальная и вертикальная прямая, высота, рулона и рыскания). Наконец, вспомогательные элементы обоих проектов, включая управление кабелями, электрические ограничения и твердые стойки, в основном идентичны по функции, хотя они могут несколько варьироваться по внешнему виду.

Подшипники

Для этой конкретной конструкции одним из наиболее заметных различий является выбор линейных подшипников. Хотя рециркуляционные шариковые подшипники используются как в системах, так и в IgM, система IGM позволяет включать в конструкцию более крупные, более жесткие подшипники в конструкцию, не увеличивая рабочую высоту оси. Поскольку дизайн IGM зависит от гранита в качестве основания, в отличие от отдельной обработанной основы, можно вернуть часть вертикальной недвижимости, которая в противном случае была бы поглощена обработанной основой, и, по сути, заполнить это пространство большими подшипниками, все еще уменьшая высоту общей каретки над гранитом.

Жесткость

Использование более крупных подшипников в дизайне IGM оказывает глубокое влияние на угловую жесткость. В случае более низкой оси широкого тела (Y) раствор IGM предлагает более 40% больше жесткости рулона, на 30% больше жесткости шага и на 20% больше жесткости рыскания, чем соответствующая конструкция на граните. Точно так же мост IGM обеспечивает четырехкратное увеличение жесткости рулона, удвоить жесткость высоты высоты и более чем на 30% больше жесткости рыскания, чем его аналог на сцене на граните. Более высокая угловая жесткость выгодно, потому что она непосредственно способствует улучшению динамической производительности, что является ключом к обеспечению более высокой пропускной способности машины.

Грузоподъемность

Более крупные подшипники раствора IGM допускают значительно более высокую пропускную способность, чем раствор на сцене на граните. Несмотря на то, что базовая ось Pro560LM раствора сцены на граните имеет грузоподъемность 150 кг, соответствующее раствор IGM может вместить полезную нагрузку в 300 кг. Аналогичным образом, ось моста Pro280L сцены на граните поддерживает 150 кг, тогда как ось моста IGM раствора может нести до 200 кг.

Движущаяся масса

В то время как более крупные подшипники у механических оси IgM предлагают лучшие атрибуты угловой производительности и большую грузоподъемность, они также поставляются с более крупными, более тяжелыми грузовиками. Кроме того, вагоны IGM разработаны таким образом, что определенные обработанные функции, необходимые для оси на сцене на граните (но не требуются осью IgM), удаляются, чтобы повысить жесткость части и упростить производство. Эти факторы означают, что ось IgM имеет большую движущуюся массу, чем соответствующая ось на граните. Неоспоримым недостатком является то, что максимальное ускорение IGM ниже, предполагая, что выход моторной силы остается неизменным. Тем не менее, в определенных ситуациях более крупная движущаяся масса может быть выгодной с точки зрения того, что ее большая инерция может обеспечить большую устойчивость к нарушениям, что может коррелировать с повышенной стабильностью в положении.

Структурная динамика

Высокая жесткость подшипника IGM системы и более жесткая каретка обеспечивают дополнительные преимущества, которые очевидны после использования программного пакета с конечным элементом (FEA) для проведения модального анализа. В этом исследовании мы изучили первый резонанс движущейся каретки из -за ее влияния на пропускную способность сервопривода. В перевозке Pro560LM встречается резонанс при 400 Гц, в то время как соответствующая перевозка IGM испытывает тот же режим при 430 Гц. Рисунок 3 иллюстрирует этот результат.

Более высокий резонанс раствора IGM по сравнению с традиционным стадией на граните может быть частично объяснен более жесткой конструкцией перевозки и подшипника. Более высокий резонанс перевозки позволяет иметь большую пропускную способность сервопривода и, следовательно, улучшенную динамическую производительность.

Операционная среда

Окрашиваемость оси почти всегда обязательна, когда присутствуют загрязняющие вещества, независимо от того, генерируются через процесс пользователя или иным образом существуют в среде машины. Решения на сцене на гранитах особенно подходят в этих ситуациях из-за закрытой природы оси. Например, линейные этапы про-серии оснащены твердыми переплетами и боковыми уплотнениями, которые защищают компоненты внутренней стадии от загрязнения в разумной степени. Эти этапы также могут быть настроены с помощью дополнительных настольных дворников, чтобы подметать мусор из верхнего в твердом переплете, когда проходит этап. С другой стороны, платформы для движения IGM по своей природе открыты по своей природе, с выставленными подшипниками, двигателями и кодерами. Хотя это и не проблема в более чистых средах, это может быть проблематично, когда присутствует загрязнение. Можно решить эту проблему, включив специальную дорогу в стиле Беллоуса в конструкцию оси IgM, чтобы обеспечить защиту от мусора. Но если не реализовать правильно, сильня может негативно повлиять на движение оси, передавая внешние силы на перевозку, когда он проходит через полный диапазон движения.

Обслуживание

Работативность является отличием между платформами движения сцены и IGM. Линейно-моторные оси хорошо известны своей надежностью, но иногда это необходимо для выполнения технического обслуживания. Определенные операции по техническому обслуживанию относительно просты и могут быть выполнены без удаления или разборки рассматриваемой оси, но иногда требуется более тщательное разрыв. Когда платформа движения состоит из дискретных этапов, установленных на граните, обслуживание является достаточно простой задачей. Сначала спешийте сцену из гранита, затем выполните необходимые работы по техническому обслуживанию и перенаправить ее. Или просто замените его новым этапом.

Решения IGM иногда могут быть более сложными при выполнении технического обслуживания. Хотя в этом случае замена одного магнитного пути линейного двигателя очень проста, более сложное обслуживание и ремонт часто включают в себя полное разборку многих или всех компонентов, содержащих ось, что больше времени занимает много времени, когда компоненты устанавливаются непосредственно на гранит. Также труднее перестроить гранитные оси друг к другу после выполнения технического обслуживания-задача, которая значительно более проста с дискретными этапами.

Таблица 1. Краткое изложение фундаментальных технических различий между механическими поэтапными решениями на граните и IGM.

Экономическое сравнение

В то время как абсолютная стоимость любой системы движения будет варьироваться в зависимости от нескольких факторов, включая длину перемещения, точность оси, способность нагрузки и динамические возможности, относительные сравнения аналогичных IgM и систем движения на сцене, проведенных в этом исследовании, предполагают, что растворы IgM способны предлагать средние и высокие движения при умеренных затратах, чем их растворы сцен-гранита.

Наше экономическое исследование состоит из трех фундаментальных компонентов затрат: машинных деталей (включая как промышленные детали, так и приобретенные компоненты), сборка гранита, а также рабочей силы и накладных расходов.

Машины

Решение IGM предлагает примечательные сбережения над решением сцены на граните с точки зрения деталей машины. Это в первую очередь связано с отсутствием IGM у сложно обработанных сценических баз на осях Y и X, которые добавляют сложность и стоимость решений на сцене на гранитах. Кроме того, экономия затрат может быть связана с относительным упрощением других обработанных частей на решении IGM, таких как движущиеся вагоны, которые могут иметь более простые функции и несколько более расслабленные допуски при разработке для использования в системе IGM.

Гранитные собрания

Хотя гранитные сборки базового моста с мостом как в системах IGM, так и в системах сцены, по-видимому, имеют аналогичный форм-фактор и внешний вид, гранитная сборка IgM немного дороже. Это связано с тем, что гранит в растворе IGM занимает место обработанных стадийных баз в растворе на сцене на граните, что требует, чтобы гранит имел, как правило, более жесткие допуски в критических областях и даже дополнительные функции, такие как экструдированные порезы и/или стальные вставки с резьбой. Однако в нашем тематическом исследовании добавленная сложность гранитной структуры более чем компенсируется упрощением в деталях машины.

Труд и накладные расходы

Из-за множества сходств при сборке и тестировании как IGM, так и в сцене-гранитных системах нет существенной разницы в затратах на рабочую силу и накладные расходы.

После того, как все эти факторы стоимости объединены, удельный механический раствор IgM, изученный в этом исследовании, примерно на 15% менее дорогостоящий, чем механическое несущее раствор на граните.

Конечно, результаты экономического анализа зависят не только от таких атрибутов, как длина путешествия, точность и грузоподъемность, но и от таких факторов, как выбор поставщика гранита. Кроме того, целесообразно рассмотреть расходы на доставку и логистику, связанные с закупкой гранитной структуры. Особенно полезным для очень больших гранитных систем, хотя и верно для всех размеров, выбор квалифицированного поставщика гранита в ближайшей близости от местоположения окончательной сборки системы может также помочь минимизировать затраты.

Следует также отметить, что этот анализ не учитывает затраты на пост внедрения. Например, предположим, что становится необходимым для обслуживания системы движения путем восстановления или замены оси движения. Система сцены на граните может быть обслуживалась, просто удалив и ремонтировал/заменив пораженную ось. Из-за более модульной конструкции в стиле сцены это можно сделать с относительной легкостью и скоростью, несмотря на более высокую начальную стоимость системы. Хотя системы IGM, как правило, могут быть получены по более низкой стоимости, чем их аналоги на граните, они могут быть более сложными для разборки и обслуживания из-за интегрированного характера строительства.

Заключение

Очевидно, что каждый тип дизайна платформы движения-сцены на граните и IGM-может предложить четкие преимущества. Тем не менее, не всегда очевидно, что является наиболее идеальным выбором для конкретного применения движения. Таким образом, очень полезно для партнерства с опытным поставщиком систем движения и автоматизации, таким как Aerotech, который предлагает отчетливо ориентированный на приложения, консультативный подход для изучения и предоставления ценной информации о альтернативах решения для сложных применений управления движением и автоматизации. Понимание не только разницы между этими двумя разновидностями решений для автоматизации, но и фундаментальными аспектами проблем, которые они необходимы для решения, является основным ключом к успеху в выборе системы движения, которая рассматривает как технические, так и финансовые цели проекта.

От Aerotech.