Rozdíl mezi systémy fáze na grinátu a integrovaným pohybem žuly

Výběr nejvhodnější lineární pohybové platformy založené na žuly pro danou aplikaci závisí na řadě faktorů a proměnných. Je důležité si uvědomit, že každá aplikace má svůj vlastní jedinečný soubor požadavků, které musí být pochopeny a upřednostňovány, aby bylo možné provést účinné řešení, pokud jde o pohybovou platformu.

Jeden z více všudypřítomných roztoků zahrnuje montáž diskrétních fází polohování na žulovou strukturu. Další společné řešení integruje komponenty, které tvoří osy pohybu přímo do samotné žuly. Výběr mezi fází na grinátu a platformou IGM (IGM) je jedním z dřívějších rozhodnutí, která mají být učiněna v procesu výběru. Mezi obou typů řešení existují jasné rozdíly a každý má samozřejmě své vlastní zásluhy - a upozornění -, které musí být pečlivě pochopeny a zvažovány.

Abychom nabídli lepší vhled do tohoto rozhodovacího procesu, vyhodnocujeme rozdíly mezi dvěma základními návrhy lineárních pohybových platforem-tradičním řešením na grinátu a řešením IGM-z technických i finančních perspektiv ve formě mechanického nesoucího případové studie.

Pozadí

Abychom prozkoumali podobnosti a rozdíly mezi systémy IGM a tradičními systémy fáze na grinátu, vytvořili jsme dva návrhy testovacích případů:

• Mechanické ložisko, fáze na grinátu
• Mechanické ložisko, IgM

V obou případech se každý systém skládá ze tří pohybových os. Osa Y nabízí 1000 mm cestování a je umístěna na základně žulové struktury. Osa X, umístěná na mostu sestavy s 400 mm cestování, nese vertikální osu Z se 100 mm cestování. Toto uspořádání je zobrazeno piktograficky.

Pro design fáze na grinátu jsme vybrali širokopásmovou fázi Pro560LM pro osu Y kvůli její větší kapacitě přenášení zátěže, společné pro mnoho pohybových aplikací pomocí tohoto uspořádání „Y/XZ Split-Bridge“. Pro osu X jsme vybrali Pro280LM, který se v mnoha aplikacích běžně používá jako osa můstku. Pro280LM nabízí praktický zůstatek mezi jeho stopou a schopností nést osy Z s užitečným zatížením zákazníka.

Pro návrhy IGM jsme úzce replikovali základní koncepce designu a rozvržení výše uvedených os, přičemž primárním rozdílem bylo, že osy IGM jsou postaveny přímo do žulové struktury, a proto postrádají bažiny obráběných komponent přítomných ve stadiu na grinátu.

V obou případech návrhu je běžná osa Z, která byla vybrána jako fáze poháněná míč-šroubovou šroubou pro190SL. Jedná se o velmi populární osu, která se používá ve svislé orientaci na mostě kvůli jeho velkorysé kapacitě užitečného zatížení a relativně kompaktním tvarovým faktorem.

Obrázek 2 ilustruje studované specifické stadium na grinátu a IgM.

Technické srovnání

Systémy IGM jsou navrženy pomocí různých technik a komponent, které jsou podobné systémům, které se nacházejí v tradičních stadiích na grinátu. Výsledkem je, že mezi systémy IGM a systémy na grinových systémech existuje mnoho technických vlastností. Naopak, integrace pohybových os přímo do žulové struktury nabízí několik rozlišovacích charakteristik, které odlišují systémy IGM od fáze na grinátu.

Formový faktor

Snad nejzřetelnější podobnost začíná základem stroje - žuly. Ačkoli existují rozdíly ve funkcích a tolerancech mezi konstrukcemi fáze na grinátu a IgM, celkové rozměry žulové základny, stoupačky a můstku jsou ekvivalentní. Je to především proto, že nominální a limitní cesty jsou identické mezi stadiem na grinátu a IgM.

Konstrukce

Nedostatek na základě osatované osy v designu IGM poskytuje určité výhody oproti roztokům na grinátu. Zejména redukce složek ve strukturální smyčce IgM pomáhá zvýšit celkovou tuhost osy. Rovněž umožňuje kratší vzdálenost mezi žulovou základnou a horním povrchem vozíku. V této konkrétní případové studii návrh IGM nabízí 33% nižší výšku pracovní plochy (80 mm ve srovnání s 120 mm). Tato menší pracovní výška nejen umožňuje kompaktnější design, ale také snižuje strojové kompenzace z motoru a kodéru na pracovní bod, což má za následek snížené chyby ABBE, a proto zlepšila výkonnost pracovního místa.

Komponenty osy

Při pohledu hlouběji do designu roztoky fáze na grinátu a IgM sdílejí některé klíčové komponenty, jako jsou lineární motory a kodéry polohy. Společný výběr stopy Forcer a Magnet vede k ekvivalentním schopnostem výstupní síly. Podobně použití stejných kodérů v obou návrzích poskytuje identicky jemné rozlišení pro umístění zpětné vazby. Výsledkem je, že lineární přesnost a opakovatelnost se významně neliší mezi roztoky fáze na grinátu a IgM. Podobné rozložení komponent, včetně separace a tolerance ložiska, vede ke srovnatelnému výkonu z hlediska geometrických pohybů chyb (tj. Horizontální a vertikální přímost, rozteč, role a úhlu). Konečně, obou podpůrných prvků návrhů, včetně správy kabelů, elektrických limitů a hardstopů, jsou v zásadě identické, i když se mohou poněkud lišit ve fyzickém vzhledu.

Ložiska

Pro tento konkrétní design je jedním z nejvýznamnějších rozdílů výběr lineárních vodních ložisek. Přestože se recirkulační kuličková ložiska používají v systémech fáze na grinátu a IgM, systém IGM umožňuje začlenit větší, tužší ložiska do návrhu, aniž by se zvýšila pracovní výška osy. Protože design IGM se spoléhá na žulu jako na její základnu, na rozdíl od samostatné obrobené komponentní základny, je možné získat zpět některé vertikální nemovitosti, která by jinak byla konzumována zpracovanou základnou, a v podstatě tento prostor vyplňuje větší ložiska a zároveň snižuje celkovou výšku vozu.

Ztuhlost

Použití větších ložisek v návrhu IGM má hluboký dopad na úhlové tuhosti. V případě dolní osy (Y) širokého těla (Y) nabízí roztok IGM více než 40% větší tuhost role, o 30% větší tuhost rozteče a o 20% větší tuhost na yaw, než odpovídající konstrukce fáze na grinátu. Podobně most IgM nabízí čtyřnásobné zvýšení tuhosti, zdvojnásobení tuhosti rozteče a více než 30% větší tuhost na zlévání než jeho protějšek na grinátu. Vyšší úhlová tuhost je výhodná, protože přímo přispívá ke zlepšení dynamického výkonu, což je klíčem k umožnění vyšší propustnosti stroje.

Nakládací kapacita

Větší ložiska řešení IGM umožňují podstatně vyšší kapacitu užitečného zatížení než roztok na grinátu. Ačkoli osa základny Pro560LM v roztoku fáze na grinátu má zatížení 150 kg, odpovídající řešení IGM může pojmout užitečné zatížení 300 kg. Podobně, osa můstku Pro280LM fáze na grinátu podporuje 150 kg, zatímco osa můstku IgM může nést až 200 kg.

Pohybující se hmota

Zatímco větší ložiska v mechanicky nesoucích osy IgM nabízejí lepší atributy úhlového výkonu a větší kapacitu přenášení zatížení, přicházejí také s většími, těžšími nákladními vozy. Navíc jsou kočárky IGM navrženy tak, aby byly odstraněny určité obrobené vlastnosti nezbytné pro osu fáze na grinátu (ale nevyžadují se osou IgM), aby se zvýšila tuhost dílu a zjednodušila výrobu. Tyto faktory znamenají, že osa IgM má větší pohybující se hmotu než odpovídající osa fáze na grinátu. Nepochybnou nevýhodou je, že maximální zrychlení IgM je nižší, za předpokladu, že výstup motorické síly se nezmění. Přesto v určitých situacích může být větší pohybující se hmota výhodná z pohledu, že její větší setrvačnost může poskytnout větší odolnost vůči poruchám, což může korelovat se zvýšenou stabilitou pozice.

Strukturální dynamika

Vyšší tuhost ložiska IGM a přísnějšího přepravy poskytují další výhody, které jsou patrné po použití softwarového balíčku analýzy konečných prvků (FEA) k provedení modální analýzy. V této studii jsme zkoumali první rezonanci pohyblivého vozu kvůli jeho účinku na šířku pásma servo. Kočár Pro560LM narazí na rezonanci při 400 Hz, zatímco odpovídající kočár IgM zažívá stejný režim při 430 Hz. Obrázek 3 ilustruje tento výsledek.

Vyšší rezonance roztoku IGM, ve srovnání s tradičním stadiem na grinitu, lze částečně přičíst tužšímu kočáru a ložiskovým designem. Vyšší rezonance přepravy umožňuje mít větší šířku pásma servo, a proto zlepšila dynamický výkon.

Provozní prostředí

Osatovatelnost je téměř vždy povinná, když jsou přítomny kontaminanty, ať už generované procesem uživatele nebo jinak existující v prostředí stroje. V těchto situacích jsou obzvláště vhodná roztoky na grinátu z důvodu ze své podstaty uzavřené povahy osy. Například lineární fáze pro série jsou vybaveny vázanými těsněními a bočními těsněními, které chrání vnitřní složky před kontaminací do přiměřené míry. Tyto fáze mohou být také nakonfigurovány s volitelnými stolními stěrači tak, aby zametly zbytky z nejvyšší vázané knihy, jak jeviště prochází. Na druhé straně jsou pohybové platformy IGM ve své podstatě otevřené v přírodě, s vystavenými ložisky, motory a kodéry. Ačkoli to není problém v čistších prostředích, může to být problematické, když je přítomna kontaminace. Je možné tento problém vyřešit začleněním speciálního kroku ve stylu Bellows do konstrukce osy IGM, který poskytuje ochranu před troskami. Pokud však nejsou správně implementovány, měchy mohou negativně ovlivnit pohyb osy tím, že předávají vnější síly na vozík, když se pohybuje v celém rozsahu cestování.

Údržba

Serviceability je rozlišování mezi pohybovými platformami fáze na grinátu a IgM. Lineární motorské osy jsou dobře známé svou robustností, ale někdy je nutné provádět údržbu. Některé údržbářské operace jsou relativně jednoduché a lze je provádět bez odstranění nebo rozebírání dotyčné osy, ale někdy je zapotřebí důkladnější roztržení. Když se pohybová platforma sestává z diskrétních fází namontovaných na žuly, je servis přiměřeně přímý úkol. Nejprve sesedněte pódium z žuly, poté proveďte potřebné údržbářské práce a znovu ji napojte. Nebo jej jednoduše nahraďte novou fází.

Řešení IGM mohou být občas při provádění údržby náročnější. Přestože je v tomto případě nahrazení jediné magnetové stopy lineárního motoru velmi jednoduché, složitější údržba a opravy často zahrnují úplné rozebírání mnoha nebo všech složek obsahujících osy, což je časově více náročné, když jsou komponenty namontovány přímo do žuly. Po provedení údržby je také obtížnější vyrovnat osy na bázi žuly k sobě navzájem-úkol, který je výrazně jednodušší s diskrétními fázemi.

Tabulka 1. Souhrn základních technických rozdílů mezi mechanickými ložiskami na grinátu a IgM.

Ekonomické srovnání

Zatímco absolutní náklady na jakýkoli pohybový systém se budou lišit v závislosti na několika faktorech, včetně délky cestování, přesnost osy, zatížení a dynamických schopností, relativní srovnání analogických IgM a fáze pohybových systémů prováděných v této studii naznačují, že IgM řešení jsou schopny nabízet středně předběžné pohyby při úměrně nižší náklady na stupně, než je jejich stupeň-na grinátu.

Naše ekonomická studie se skládá ze tří základních složek nákladů: díly strojů (včetně obou vyrobených dílů a zakoupených komponent), žulové sestavy a práce a režijní náklady.

Díly stroje

Řešení IGM nabízí pozoruhodné úspory nad roztokem na grinátu, pokud jde o části stroje. Důvodem je především nedostatek složitě obrobených základů IgM na oskech Y a X, které přidávají složitost a náklady na roztoky fáze na grinátu. Úspora nákladů lze dále přičíst relativnímu zjednodušení dalších obrobených částí na řešení IGM, jako jsou pohybující se vozíky, které mohou mít jednodušší rysy a poněkud uvolněnější tolerance, pokud jsou navrženy pro použití v systému IGM.

Žulové sestavy

Přestože sestavy žulových basivních mostů v systémech IGM a na grinátu mají podobný tvarový faktor a vzhled, sestava žulové sestavy IGM je okrajově dražší. Je to proto, že žula v roztoku IGM nahrazuje místo obrobených jevištních základů ve roztoku fáze na grinátu, což vyžaduje, aby žula měla obecně pevnější tolerance v kritických oblastech, a dokonce i další funkce, jako jsou například extrudované řezy a/nebo závitové ocelové vložky. V naší případové studii je však přidaná složitost žulové struktury více než kompenzována zjednodušením v částech stroje.

Práce a režie

Vzhledem k mnoha podobnostem při sestavování a testování jak IGM, tak i na grinátových systémech, neexistuje významný rozdíl v pracovních a režijních nákladech.

Jakmile jsou všechny tyto nákladové faktory kombinovány, je specifický mechanicky nesoucí roztok IGM zkoumaný v této studii přibližně o 15% méně nákladné než mechanicky nesoucí roztok na grinátu.

Výsledky ekonomické analýzy samozřejmě závisí nejen na atributech, jako je délka cestování, přesnost a zatížení, ale také na faktorech, jako je výběr dodavatele žuly. Kromě toho je rozumné zvážit přepravní a logistické náklady spojené s získáváním žulové struktury. Obzvláště užitečné pro velmi velké žulové systémy, i když je to pravda pro všechny velikosti, může výběr kvalifikovaného dodavatele žuly v blízké blízkosti k umístění konečného sestavy systému pomoci také minimalizovat náklady.

Rovněž je třeba poznamenat, že tato analýza nepovažuje náklady na implementaci. Předpokládejme například, že je nutné opravit pohybový systém opravou nebo výměnou pohybu. Systém fáze na grinátu lze obsluhovat jednoduše odstraněním a opravou/výměnou postižené osy. Vzhledem k modulárnímu designu ve stylu fáze to lze provést s relativní snadností a rychlostí, navzdory vyšších počátečních systémových nákladech. Ačkoli systémy IGM lze obecně získat za nižší náklady než jejich protějšky na grinátu, mohou být náročnější na rozebírání a služby kvůli integrované povaze konstrukce.

Závěr

Je zřejmé, že každý typ návrhu pohybové platformy-fáze na grinátu a IgM-může nabídnout zřetelné výhody. Není však vždy zřejmé, která je pro konkrétní aplikaci pohybu nejoblíbenější volbou. Proto je velmi výhodné spolupracovat se zkušeným dodavatelem pohybových a automatizačních systémů, jako je AeroTech, který nabízí výrazně zaměřený na konzultační přístup k prozkoumání a poskytování cenného nahlédnutí do alternativ řešení k náročným aplikacím a automatizačním aplikacím. Pochopení nejen rozdílu mezi těmito dvěma odrůdami řešení automatizace, ale také základní aspekty problémů, které jsou povinni vyřešit, je základním klíčem k úspěchu při výběru systému pohybu, který se zabývá technickými i finančními cíli projektu.

Z AeroTech.