Разликата между Stage-on-Granite и интегрираните гранитни системи за движение

Изборът на най-подходящата платформа за линейно движение на основата на гранит за дадено приложение зависи от множество фактори и променливи.От решаващо значение е да се признае, че всяко приложение има свой собствен уникален набор от изисквания, които трябва да бъдат разбрани и приоритизирани, за да се търси ефективно решение по отношение на платформа за движение.

Едно от най-разпространените решения включва монтиране на дискретни позициониращи стъпала върху гранитна конструкция.Друго често срещано решение интегрира компонентите, които съставляват осите на движение директно в самия гранит.Изборът между платформа за сцена върху гранит и интегрирана гранитна платформа (IGM) е едно от по-ранните решения, които трябва да се вземат в процеса на подбор.Има ясни разлики между двата типа решения и, разбира се, всеки има своите предимства — и предупреждения — които трябва да бъдат внимателно разбрани и обмислени.

За да предложим по-добро вникване в този процес на вземане на решения, ние оценяваме разликите между два фундаментални дизайна на платформи за линейно движение - традиционно решение за сцена върху гранит и решение IGM - както от техническа, така и от финансова гледна точка под формата на механично- лагер казус.

Заден план

За да проучим приликите и разликите между системите IGM и традиционните системи за сцена върху гранит, ние генерирахме два дизайна на тестови случаи:

• Механичен лагер, етап върху гранит
• Механичен лагер, IGM

И в двата случая всяка система се състои от три оси на движение.Оста Y предлага 1000 mm ход и е разположена върху основата на гранитната конструкция.Оста X, разположена на моста на модула с 400 mm ход, носи вертикалната Z-ос със 100 mm ход.Тази подредба е представена пиктографски.

За дизайна на сцена върху гранит, ние избрахме ширококорпусна платформа PRO560LM за оста Y поради по-големия му капацитет за носене на натоварване, обичаен за много приложения за движение, използващи тази подредба „Y/XZ разделен мост“.За оста X избрахме PRO280LM, който обикновено се използва като мостова ос в много приложения.PRO280LM предлага практичен баланс между своя отпечатък и способността му да носи Z ос с полезен товар на клиента.

За проектите на IGM, ние копирахме отблизо фундаменталните дизайнерски концепции и оформления на горните оси, като основната разлика е, че осите на IGM са вградени директно в гранитната структура и следователно им липсват основите на машинно обработени компоненти, присъстващи в сцената - дизайни от гранит.

Общата и в двата случая на проектиране е оста Z, която беше избрана да бъде степен PRO190SL, задвижвана от сачмен винт.Това е много популярна ос за използване във вертикална ориентация на мост поради щедрия си полезен капацитет и сравнително компактен форм фактор.

Фигура 2 илюстрира специфичните проучени системи от стенд върху гранит и IGM.

Техническо сравнение

Системите IGM са проектирани с помощта на различни техники и компоненти, които са подобни на тези, които се намират в традиционните дизайни на сцена върху гранит.В резултат на това съществуват многобройни общи технически характеристики между системите IGM и системите на сцена върху гранит.Обратно, интегрирането на осите на движение директно в гранитната структура предлага няколко отличителни характеристики, които разграничават IGM системите от сценичните системи върху гранит.

Форма фактор

Може би най-очевидното сходство започва с основата на машината — гранита.Въпреки че има разлики в характеристиките и допустимите отклонения между дизайните на сцена върху гранит и IGM, общите размери на гранитната основа, щрангове и мост са еквивалентни.Това е основно защото номиналният и граничният ход са идентични между етап върху гранит и IGM.

Строителство

Липсата на основи на осите на машинно обработени компоненти в дизайна на IGM осигурява определени предимства пред решенията за етап върху гранит.По-специално, намаляването на компонентите в структурната верига на IGM помага да се увеличи общата коравина на оста.Освен това позволява по-късо разстояние между гранитната основа и горната повърхност на каретата.В този конкретен казус дизайнът на IGM предлага 33% по-ниска височина на работната повърхност (80 mm в сравнение със 120 mm).Тази по-малка работна височина не само позволява по-компактен дизайн, но също така намалява отместванията на машината от двигателя и енкодера към работната точка, което води до намалени грешки на Abbe и следователно подобрена производителност при позициониране на работната точка.

Компоненти на оста

Вглеждайки се по-дълбоко в дизайна, решенията за сцена върху гранит и IGM споделят някои ключови компоненти, като линейни двигатели и позиционни енкодери.Общият избор на форсър и магнитна писта води до еквивалентни възможности за изходна сила.По същия начин използването на едни и същи енкодери и в двата дизайна осигурява еднакво фина резолюция за обратна връзка за позициониране.В резултат на това линейната точност и производителността на повторяемостта не се различават значително между решенията за сцена върху гранит и IGM.Подобно оформление на компонентите, включително разделяне на лагерите и толеранс, води до сравнима производителност по отношение на движенията на геометрична грешка (т.е. хоризонтална и вертикална праволинейност, наклон, накланяне и отклонение).И накрая, поддържащите елементи на двата дизайна, включително управление на кабелите, електрически ограничители и ограничители, са фундаментално идентични по функция, въпреки че могат да се различават до известна степен по външен вид.

Лагери

За този конкретен дизайн една от най-забележителните разлики е изборът на линейни направляващи лагери.Въпреки че рециркулиращите сачмени лагери се използват както в системите на стенд върху гранит, така и в системите IGM, системата IGM дава възможност да се включат по-големи, по-твърди лагери в дизайна, без да се увеличава работната височина на оста.Тъй като дизайнът на IGM разчита на гранит като негова основа, за разлика от отделна основа с машинно обработени компоненти, е възможно да се възстановят някои от вертикалните недвижими имоти, които иначе биха били погълнати от машинно обработена основа, и по същество да се запълни това пространство с по-големи лагери, като същевременно намалява общата височина на каретката над гранита.

Скованост

Използването на по-големи лагери в дизайна на IGM има дълбоко въздействие върху ъгловата коравина.В случай на долната ос на широкото тяло (Y), решението на IGM предлага над 40% по-голяма твърдост на търкаляне, 30% по-голяма твърдост на наклон и 20% по-голяма твърдост на обръщане в сравнение със съответния дизайн на стъпало върху гранит.По същия начин, мостът на IGM предлага четирикратно увеличение на твърдостта на ролката, удвоена твърдост на наклона и повече от 30% по-голяма твърдост на отклонение в сравнение с колегата си на етап върху гранит.По-високата ъглова коравина е предимство, защото пряко допринася за подобрена динамична производителност, която е ключова за осигуряване на по-висока производителност на машината.

Товароносимост

По-големите лагери на решението IGM позволяват значително по-висок капацитет на полезен товар в сравнение с решението за етап върху гранит.Въпреки че основната ос PRO560LM на решението за сцена върху гранит има товароносимост от 150 kg, съответното IGM решение може да поеме полезен товар от 300 kg.По същия начин оста на моста PRO280LM на stage-on-granite поддържа 150 kg, докато оста на моста на решението IGM може да носи до 200 kg.

Подвижна маса

Докато по-големите лагери в осите IGM с механични лагери предлагат по-добри ъглови характеристики и по-голяма товароподемност, те също идват с по-големи, по-тежки камиони.Освен това, каретките IGM са проектирани така, че някои машинно обработени елементи, необходими за оста на стъпало върху гранит (но не се изискват от ос IGM), са премахнати, за да се увеличи твърдостта на частта и да се опрости производството.Тези фактори означават, че оста на IGM има по-голяма движеща се маса от съответната ос на стъпало върху гранит.Безспорен недостатък е, че максималното ускорение на IGM е по-ниско, ако приемем, че мощността на двигателя е непроменена.И все пак, в определени ситуации, по-голямата движеща се маса може да бъде изгодна от гледна точка, че нейната по-голяма инерция може да осигури по-голяма устойчивост на смущения, което може да корелира с повишена стабилност на позицията.

Структурна динамика

По-високата твърдост на лагерите на системата IGM и по-здравата каретка осигуряват допълнителни предимства, които са очевидни след използване на софтуерен пакет за анализ на крайни елементи (FEA) за извършване на модален анализ.В това проучване изследвахме първия резонанс на движещата се каретка поради ефекта му върху честотната лента на серво.Каретката PRO560LM среща резонанс при 400 Hz, докато съответната IGM каретка изпитва същия режим при 430 Hz.Фигура 3 илюстрира този резултат.

По-високият резонанс на решението IGM, в сравнение с традиционното стъпало върху гранит, може да се отдаде отчасти на по-твърдата конструкция на каретката и лагера.По-високият резонанс на каретката прави възможно по-голяма честотна лента на серво и следователно подобрена динамична производителност.

Работна среда

Възможността за уплътняване на осите е почти винаги задължителна, когато има замърсители, независимо дали са генерирани чрез процеса на потребителя или съществуват по друг начин в околната среда на машината.Решенията Stage-on-granite са особено подходящи в тези ситуации поради присъщия си затворен характер на оста.Линейните стъпала от серията PRO, например, са оборудвани с твърди корици и странични уплътнения, които предпазват вътрешните компоненти на стъпалото от замърсяване в разумна степен.Тези стъпала могат също да бъдат конфигурирани с опционални чистачки за маса, за да измият остатъците от горната твърда корица, докато стъпалото преминава.От друга страна, платформите за движение на IGM са по своята същност отворени, като лагерите, двигателите и енкодерите са открити.Въпреки че не е проблем в по-чиста среда, това може да бъде проблематично, когато има замърсяване.Възможно е да се реши този проблем чрез включване на специален капак в стил силфон в дизайна на оста на IGM, за да се осигури защита от отломки.Но ако не се внедри правилно, маншонът може да повлияе отрицателно на движението на оста, като придаде външни сили на каретката, докато се движи през пълния си диапазон на движение.

Поддръжка

Удобството за обслужване е разликата между платформите за движение на сцена върху гранит и IGM.Осите с линейни двигатели са добре известни със своята здравина, но понякога се налага извършването на поддръжка.Някои операции по поддръжката са сравнително прости и могат да бъдат извършени без отстраняване или разглобяване на въпросната ос, но понякога е необходимо по-задълбочено разглобяване.Когато платформата за движение се състои от отделни етапи, монтирани върху гранит, обслужването е сравнително лесна задача.Първо демонтирайте сцената от гранита, след това извършете необходимата поддръжка и я монтирайте отново.Или просто го заменете с нов етап.

Решенията на IGM понякога могат да бъдат по-предизвикателни при извършване на поддръжка.Въпреки че подмяната на единична магнитна писта на линейния двигател е много проста в този случай, по-сложната поддръжка и ремонти често включват пълно разглобяване на много или всички компоненти, съставляващи оста, което отнема повече време, когато компонентите се монтират директно върху гранит.Също така е по-трудно да се пренастроят базираните на гранит оси една към друга след извършване на поддръжка - задача, която е значително по-ясна с отделни етапи.

Таблица 1. Обобщение на фундаменталните технически разлики между механично носещи стъпала върху гранит и IGM решения.

Икономическо сравнение

Въпреки че абсолютната цена на всяка система за движение ще варира в зависимост от няколко фактора, включително дължина на движението, прецизност на оста, капацитет на натоварване и динамични възможности, относителните сравнения на аналогични IGM и системи за движение на етап върху гранит, проведени в това проучване, предполагат, че решенията на IGM са способни да предложат движение със средна до висока прецизност на умерено по-ниски разходи в сравнение с колегите им за сцена върху гранит.

Нашето икономическо проучване се състои от три основни компонента на разходите: машинни части (включително както произведени части, така и закупени компоненти), сглобяване на гранит и труд и режийни разходи.

Машинни части

Решението IGM предлага забележителни спестявания в сравнение с решението за сцена върху гранит по отношение на машинни части.Това се дължи главно на липсата на IGM на сложно обработени сценични основи по осите Y и X, което добавя сложност и цена към решенията за сцена върху гранит.Освен това, икономиите на разходи могат да се припишат на относителното опростяване на други машинно обработени части на IGM решението, като например движещите се колички, които могат да имат по-опростени характеристики и малко по-облекчени толеранси, когато са предназначени за използване в IGM система.

Гранитни сглобки

Въпреки че гранитните модули основа-повдигач-мост както в системите IGM, така и в системите stage-on-granite изглежда имат подобен форм-фактор и външен вид, гранитният комплект IGM е малко по-скъп.Това е така, защото гранитът в решението на IGM заема мястото на машинно обработените основи на стъпалата в решението за стъпало върху гранит, което изисква гранитът да има като цяло по-строги толеранси в критичните области и дори допълнителни характеристики, като екструдирани разрези и/ или стоманени вложки с резба, например.Въпреки това, в нашия казус, добавената сложност на гранитната структура е повече от компенсирана от опростяването на машинните части.

Труд и режийни разходи

Поради многото прилики в сглобяването и тестването както на IGM, така и на системите stage-on-granite, няма значителна разлика в разходите за труд и режийни разходи.

След като всички тези разходни фактори се комбинират, конкретното IGM решение с механични лагери, изследвано в това проучване, е приблизително 15% по-евтино от решението с механични лагери, етап върху гранит.

Разбира се, резултатите от икономическия анализ зависят не само от атрибути като дължина на пътуването, прецизност и товароносимост, но и от фактори като избора на доставчик на гранит.Освен това е разумно да се вземат предвид разходите за доставка и логистика, свързани с набавянето на гранитна конструкция.Особено полезно за много големи гранитни системи, въпреки че е вярно за всички размери, изборът на квалифициран доставчик на гранит в по-голяма близост до мястото на окончателното сглобяване на системата също може да помогне за минимизиране на разходите.

Трябва също да се отбележи, че този анализ не взема предвид разходите след внедряването.Да предположим например, че е необходимо да се обслужи системата за движение чрез ремонт или подмяна на ос на движение.Системата от стенд върху гранит може да се обслужва чрез просто премахване и ремонт/подмяна на засегнатата ос.Поради по-модулния дизайн в стил сцена, това може да се направи с относителна лекота и бързина, въпреки по-високата първоначална цена на системата.Въпреки че IGM системите обикновено могат да бъдат получени на по-ниска цена от техните колеги за сцена върху гранит, те могат да бъдат по-трудни за разглобяване и обслужване поради интегрирания характер на конструкцията.

Заключение

Ясно е, че всеки тип дизайн на платформата за движение — сцена върху гранит и IGM — може да предложи различни предимства.Въпреки това, не винаги е очевидно кой е най-идеалният избор за конкретно приложение за движение.Поради това е много полезно да си партнираме с опитен доставчик на системи за движение и автоматизация, като Aerotech, който предлага ясно фокусиран върху приложението, консултативен подход за изследване и предоставяне на ценна представа за алтернативни решения за предизвикателни приложения за контрол на движението и автоматизация.Разбирането не само на разликата между тези две разновидности на решения за автоматизация, но и на фундаменталните аспекти на проблемите, които те трябва да решат, е основният ключ към успеха при избора на система за движение, която отговаря както на техническите, така и на финансовите цели на проекта.

От AEROTECH.