Forskellen mellem scene-på-granit og integrerede granitbevægelsessystemer

Valget af den mest passende granitbaserede lineære bevægelsesplatform til en given anvendelse afhænger af en række faktorer og variabler. Det er vigtigt at erkende, at hver enkelt applikation har sit eget unikke sæt krav, der skal forstås og prioriteres for at forfølge en effektiv løsning i form af en bevægelsesplatform.

En af de mere allestedsnærværende løsninger involverer montering af diskrete positioneringsstadier på en granitstruktur. En anden almindelig løsning integrerer de komponenter, der omfatter bevægelsesakser direkte ind i selve granitten. At vælge mellem en scene-on-granite og en integreret granitbevægelse (IGM) platform er en af ​​de tidligere beslutninger, der skal træffes i udvælgelsesprocessen. Der er klare sondringer mellem begge løsningstyper, og selvfølgelig har hver sine egne fordele - og advarsler - der skal forstås omhyggeligt og overvejes.

For at give bedre indsigt i denne beslutningsproces evaluerer vi forskellene mellem to grundlæggende lineære bevægelsesplatformdesign-en traditionel scene-on-granit-løsning og en IGM-løsning-fra både tekniske og økonomiske perspektiver i form af en mekanisk bærende casestudie.

Baggrund

For at udforske lighederne og forskelle mellem IGM-systemer og traditionelle scene-on-granit-systemer genererede vi to test-case-design:

• Mekanisk leje, scene-på-granit
• Mekanisk leje, Igm

I begge tilfælde består hvert system af tre bevægelsesakser. Y -aksen tilbyder 1000 mm rejse og er placeret på bunden af ​​granitstrukturen. X-aksen, der ligger på broen på forsamlingen med 400 mm kørsel, bærer den lodrette Z-akse med 100 mm rejser. Denne ordning er repræsenteret piktografisk.

Til det scene-på-granit design valgte vi en Pro560LM bredkropstadium til Y-aksen på grund af dens større belastningskapacitet, der er fælles for mange bevægelsesapplikationer ved hjælp af denne "Y/XZ Split-Bridge" -arrangement. Til X -aksen valgte vi en Pro280LM, der ofte bruges som en broakse i mange applikationer. PRO280LM tilbyder en praktisk balance mellem dens fodaftryk og dets evne til at bære en Z -akse med en kunde -nyttelast.

For IGM-designerne replikerede vi nøje de grundlæggende designkoncepter og layout på ovenstående akser, hvor den primære forskel er, at IGM-akserne er bygget direkte i granitstrukturen, og mangler derfor de bearbejdede komponentbaser, der er til stede i de scene-on-granitdesign.

Almindelig i begge designtilfælde er Z-aksen, der blev valgt til at være en Pro190SL-kugle-skrudrevet scene. Dette er en meget populær akse, der skal bruges i den lodrette orientering på en bro på grund af dens generøse nyttelastkapacitet og relativt kompakt formfaktor.

Figur 2 illustrerer de specifikke scene-på-granit- og IGM-systemer, der er undersøgt.

Teknisk sammenligning

IGM-systemer er designet ved hjælp af en række teknikker og komponenter, der ligner dem, der findes i traditionelle scene-on-granit design. Som et resultat er der adskillige tekniske egenskaber til fælles mellem IGM-systemer og scene-on-granite-systemer. Omvendt tilbyder integration af bevægelsesakser direkte i granitstrukturen adskillige kendetegn, der differentierer IGM-systemer fra scene-on-granit-systemer.

Formfaktor

Den mest åbenlyse lighed begynder måske med maskinens fundament - granit. Selvom der er forskelle i funktionerne og tolerancerne mellem scene-på-granit og IGM-design, er de samlede dimensioner af granitbasen, stigerør og bro ækvivalente. Dette skyldes primært de nominelle og begrænsede rejser er identiske mellem scene-på-granit og IgM.

Konstruktion

Manglen på bearbejdede komponentaksebaser i IGM-designet giver visse fordele i forhold til scene-on-granit-løsninger. Især hjælper reduktionen af ​​komponenter i IgM's strukturelle sløjfe med at øge den samlede aksestivhed. Det giver også mulighed for en kortere afstand mellem granitbasen og den øverste overflade af vognen. I denne særlige casestudie tilbyder IGM -designet en 33% lavere arbejdsoverfladehøjde (80 mm sammenlignet med 120 mm). Ikke kun tillader denne mindre arbejdshøjde et mere kompakt design, men det reducerer også maskinens forskydninger fra motoren og koderen til arbejdspladsen, hvilket resulterer i reducerede ABBE -fejl og derfor forbedret arbejdspladspositioneringsydelse.

Axiskomponenter

Ser dybere ind i designet, deler de scene-på-granit- og IGM-opløsninger nogle nøglekomponenter, såsom lineære motorer og positionskodere. Almindelige valg- og magnetsporvalg fører til ækvivalente kraft-output-kapaciteter. Ligeledes giver brug af de samme kodere i begge designs identisk fin opløsning til positionering af feedback. Som et resultat er den lineære nøjagtighed og gentagelighedsydelse ikke signifikant forskellig mellem scene-på-granit- og IGM-opløsninger. Lignende komponentlayout, herunder bæreseparation og tolerance, fører til sammenlignelig ydelse med hensyn til geometriske fejlbevægelser (dvs. vandret og lodret lige, tonehøjde, rulle og gab). Endelig er begge designs understøttende elementer, herunder kabelstyring, elektriske grænser og hardstops, grundlæggende identiske i funktion, selvom de kan variere noget i fysisk udseende.

Lejer

Til dette særlige design er en af ​​de mest bemærkelsesværdige forskelle udvælgelsen af ​​lineære guidelejer. Selvom recirkulerende kuglelejer bruges i både scene-på-granit- og IgM-systemer, gør IGM-systemet det muligt at inkorporere større, stivere lejer i designet uden at øge aksen arbejdshøjde. Fordi IGM-designet er afhængig af granit som dens base, i modsætning til en separat bearbejdet komponentbase, er det muligt at genvinde noget af den lodrette ejendom, der ellers ville blive konsumeret af en bearbejdet base, og i det væsentlige fylde dette rum med større lejer, mens den stadig reducerer den samlede vognhøjde over granitten.

Stivhed

Brugen af ​​større lejer i IGM -designet har en dybtgående indflydelse på vinkelstivhed. I tilfælde af den store kropps nedre akse (Y) tilbyder IGM-opløsningen over 40% større rullestivhed, 30% større tonehøjde og 20% ​​større gabstivhed end et tilsvarende scene-på-granit design. Tilsvarende tilbyder IgM's bro en firedoblet stigning i rullestivhed, dobbelt så stor som stive stivhed og mere end 30% større gabstivhed end dens scene-on-granit-modstykke. Højere vinkelstivhed er fordelagtig, fordi den direkte bidrager til forbedret dynamisk ydelse, hvilket er nøglen til at muliggøre højere maskingennemstrømning.

Belastningskapacitet

IGM-løsningens større lejer giver mulighed for en væsentligt højere nyttelastkapacitet end en scene-på-granitopløsning. Selvom Pro560LM-basisaksen for den scene-på-granitopløsning har en belastningskapacitet på 150 kg, kan den tilsvarende IGM-opløsning rumme en 300 kg nyttelast. Tilsvarende understøtter scene-on-Granites Pro280LM-broakse 150 kg, mens IGM-opløsningsbroaksen kan bære op til 200 kg.

Bevægende masse

Mens de større lejer i de mekaniske bærende IGM-akser tilbyder bedre vinkelpræstationsattributter og større belastningskapacitet, leveres de også med større, tungere lastbiler. Derudover er IgM-vogne designet således, at visse bearbejdede funktioner, der er nødvendige for en scene-on-granit-akse (men ikke krævet af en IGM-akse) fjernes for at øge delstivheden og forenkle fremstillingen. Disse faktorer betyder, at IgM-aksen har en større bevægelig masse end en tilsvarende scene-on-granit-akse. En udiskutabel ulempe er, at IgM's maksimale acceleration er lavere, forudsat at motorkraftens udgang er uændret. I visse situationer kan en større bevægelig masse være fordelagtigt ud fra det perspektiv, at dens større inerti kan give større modstand mod forstyrrelser, hvilket kan korrelere med øget stabilitet i positionen.

Strukturel dynamik

IGM-systemets højere lejestivhed og mere stiv transport giver yderligere fordele, der er synlige efter brug af en finite-element analyse (FEA) softwarepakke til at udføre en modal analyse. I denne undersøgelse undersøgte vi den første resonans af den bevægelige transport på grund af dens virkning på Servo -båndbredde. Pro560LM -vognen støder på en resonans ved 400 Hz, mens den tilsvarende IgM -vogn oplever den samme tilstand ved 430 Hz. Figur 3 illustrerer dette resultat.

Den højere resonans af IgM-opløsningen sammenlignet med traditionel scene-på-granit kan delvis tilskrives den stivere transport og lejedesign. En højere vognresonans gør det muligt at have en større servobåndbredde og derfor forbedret dynamisk ydelse.

Driftsmiljø

Akseforseglingsevne er næsten altid obligatorisk, når forurenende stoffer er til stede, hvad enten det er genereret gennem brugerens proces eller på anden måde eksisterer i maskinens miljø. Scene-på-granitopløsninger er især egnede i disse situationer på grund af den iboende lukkede karakter af aksen. Pro-serien Lineære stadier er for eksempel udstyret med hardcovers og sidesætninger, der beskytter de interne trinkomponenter mod forurening i rimelig grad. Disse faser kan også konfigureres med valgfri bordviskere til at feje affald ud af den øverste indbundet som scenen kører. På den anden side er IGM -bevægelsesplatforme i sig selv åbne i naturen med lejer, motorer og kodere udsat. Selvom det ikke er et problem i rengøringsmiljøer, kan dette være problematisk, når forurening er til stede. Det er muligt at tackle dette problem ved at inkorporere en speciel bælge-stil måde-dækning i et IGM-aksedesign for at give beskyttelse mod affald. Men hvis de ikke implementeres korrekt, kan bælgerne have negativ indflydelse på aksens bevægelse ved at formidle eksterne kræfter på vognen, når den bevæger sig gennem sin fulde række af rejser.

Opretholdelse

Servicability er en differentierer mellem scene-på-granit og IGM-bevægelsesplatforme. Lineære motoriske akser er velkendte for deres robusthed, men nogle gange bliver det nødvendigt at udføre vedligeholdelse. Visse vedligeholdelsesoperationer er relativt enkle og kan udføres uden at fjerne eller adskille den pågældende akse, men nogle gange kræves der en mere grundig nedrivning. Når bevægelsesplatformen består af diskrete stadier monteret på granit, er service en rimelig ligetil opgave. Demonter først scenen fra granit, og udfør derefter det nødvendige vedligeholdelsesarbejde og genmonteret det. Eller bare udskift det med en ny scene.

IGM -løsninger kan til tider være mere udfordrende, når man udfører vedligeholdelse. Selvom udskiftning af et enkelt magnetspor af den lineære motor er meget enkel i dette tilfælde, involverer mere kompliceret vedligeholdelse og reparationer ofte fuldstændigt at adskille mange eller alle komponenter, der omfatter aksen, hvilket er mere tidskrævende, når komponenter monteres direkte til granit. Det er også vanskeligere at tilpasse de granitbaserede akser til hinanden efter at have udført vedligeholdelse-en opgave, der er betydeligt mere ligetil med diskrete stadier.

Tabel 1. Et resumé af de grundlæggende tekniske forskelle mellem mekanisk bærende scene-på-granit og IGM-løsninger.

Økonomisk sammenligning

Mens de absolutte omkostninger ved ethvert bevægelsessystem varierer baseret på flere faktorer, herunder rejselængde, aksepræcision, belastningskapacitet og dynamiske kapaciteter, antyder de relative sammenligninger af analoge IgM og scene-on-granit bevægelsessystemer udført i denne undersøgelse, at IGM-opløsninger er i stand til at tilbyde mellem-til høj-præcisionsbevægelse til moderat lavere omkostninger end deres scene-på-granit-counter.

Vores økonomiske undersøgelse består af tre grundlæggende omkostningskomponenter: maskindele (inklusive både fremstillede dele og købte komponenter), granitforsamlingen og arbejdskraft og overhead.

Maskindele

En IGM-løsning tilbyder bemærkelsesværdige besparelser over en scene-on-granite-opløsning med hensyn til maskindele. Dette skyldes primært IgM's mangel på intrikat bearbejdede trinbaser på Y- og X-akserne, som tilføjer kompleksitet og omkostninger til de scene-on-granitopløsninger. Yderligere kan omkostningsbesparelser tilskrives den relative forenkling af andre bearbejdede dele på IGM -opløsningen, såsom de bevægelige vogne, som kan have enklere funktioner og noget mere afslappede tolerancer, når de er designet til brug i et IGM -system.

Granitsamlinger

Selvom granitbasismål-bro-forsamlingerne i både IgM- og scene-on-granit-systemerne ser ud til at have en lignende formfaktor og udseende, er IgM-granitsamlingen marginalt dyrere. Dette skyldes, at granitten i IGM-opløsningen indtager stedet for de bearbejdede trinbaser i scene-på-granitopløsningen, som kræver, at granitten generelt har strammere tolerancer i kritiske regioner, og endda yderligere funktioner, såsom ekstruderede udskæringer og/eller gevindstålindsatser, for eksempel. I vores casestudie er den ekstra kompleksitet af granitstrukturen imidlertid mere end opvejet af forenklingen i maskindele.

Arbejde og overhead

På grund af de mange ligheder ved samling og testning af både IGM og scene-on-granit-systemer er der ikke en signifikant forskel i arbejdskraft og omkostninger.

Når alle disse omkostningsfaktorer er kombineret, er den specifikke mekaniske bærende IGM-opløsning, der er undersøgt i denne undersøgelse, ca. 15% billigere end den mekaniske bærende, scene-på-granitopløsning.

Naturligvis afhænger resultaterne af den økonomiske analyse ikke kun af attributter såsom rejselængde, præcision og belastningskapacitet, men også på faktorer som valg af granitleverandøren. Derudover er det forsigtigt at overveje forsendelses- og logistikomkostningerne forbundet med at anskaffe en granitstruktur. Især nyttigt til meget store granitsystemer, selvom det er sandt for alle størrelser, kan det også hjælpe med at minimere omkostningerne at vælge en kvalificeret granitleverandør i nærheden af ​​placeringen af ​​den endelige systemmontering.

Det skal også bemærkes, at denne analyse ikke overvejer omkostninger efter implementering. Antag for eksempel at det bliver nødvendigt at servicere bevægelsessystemet ved at reparere eller udskifte en bevægelsesakse. Et scene-on-granite-system kan serviceres ved blot at fjerne og reparere/udskifte den berørte akse. På grund af det mere modulære scenestil-design kan dette gøres med relativ lethed og hastighed på trods af de højere indledende systemomkostninger. Selvom IGM-systemer generelt kan fås til en lavere pris end deres scene-on-granit-kolleger, kan de være mere udfordrende at adskille og service på grund af konstruktionens integrerede natur.

Konklusion

Det er klart, at hver type bevægelsesplatformdesign-scene-on-granite og IGM-kan tilbyde forskellige fordele. Det er dog ikke altid indlysende, som er det mest ideelle valg til en bestemt bevægelsesansøgning. Derfor er det meget fordelagtigt at samarbejde med en erfaren leverandør af bevægelse og automatiseringssystemer, såsom Aerotech, der tilbyder en markant applikationsfokuseret, konsultativ tilgang til at udforske og give værdifuld indsigt i løsningsalternativer til udfordrende bevægelseskontrol og automatiseringsapplikationer. At forstå ikke kun forskellen mellem disse to sorter af automatiseringsløsninger, men også de grundlæggende aspekter af de problemer, de er nødvendige for at løse, er den underliggende nøgle til succes med at vælge et bevægelsessystem, der adresserer både de tekniske og økonomiske mål for projektet.

Fra Aerotech.