Perbedaan antara sistem gerak granit tahap-on-granit dan terintegrasi

Pemilihan platform gerak linier berbasis granit yang paling cocok untuk aplikasi yang diberikan tergantung pada sejumlah faktor dan variabel. Sangat penting untuk mengenali bahwa setiap aplikasi memiliki serangkaian persyaratan unik yang harus dipahami dan diprioritaskan untuk mengejar solusi yang efektif dalam hal platform gerak.

Salah satu solusi yang lebih ada di mana -mana melibatkan pemasangan tahap pemosisian diskrit ke struktur granit. Solusi umum lainnya mengintegrasikan komponen yang terdiri dari sumbu gerak langsung ke dalam granit itu sendiri. Memilih antara platform tahap-on-granit dan platform gerakan granit terintegrasi (IGM) adalah salah satu keputusan sebelumnya yang harus dibuat dalam proses seleksi. Ada perbedaan yang jelas antara kedua jenis solusi, dan tentu saja masing -masing memiliki kelebihannya sendiri - dan peringatan - yang perlu dipahami dan dipertimbangkan dengan cermat.

Untuk menawarkan wawasan yang lebih baik tentang proses pengambilan keputusan ini, kami mengevaluasi perbedaan antara dua desain platform gerak linier fundamental-solusi tahap-on-granit tradisional, dan solusi IgM-baik dari perspektif teknis dan keuangan dalam bentuk studi kasus pembawa mekanik.

Latar belakang

Untuk mengeksplorasi persamaan dan perbedaan antara sistem IGM dan sistem tahap-granit tradisional, kami menghasilkan dua desain kasus uji:

• Bantalan Mekanik, Tahap-Granit
• Bantalan Mekanik, IgM

Dalam kedua kasus, setiap sistem terdiri dari tiga sumbu gerak. Sumbu Y menawarkan 1000 mm perjalanan dan terletak di dasar struktur granit. Sumbu X, yang terletak di jembatan perakitan dengan 400 mm perjalanan, membawa sumbu Z vertikal dengan 100 mm perjalanan. Pengaturan ini diwakili secara foto.

Untuk desain panggung-on-granit, kami memilih tahap tubuh lebar Pro560lm untuk sumbu Y karena kapasitas pembawa beban yang lebih besar, umum untuk banyak aplikasi gerak menggunakan pengaturan "Y/XZ split-bridge" ini. Untuk sumbu X, kami memilih Pro280lm, yang biasanya digunakan sebagai sumbu jembatan di banyak aplikasi. Pro280LM menawarkan keseimbangan praktis antara jejaknya dan kemampuannya untuk membawa sumbu Z dengan muatan pelanggan.

Untuk desain IGM, kami mereplikasi konsep desain mendasar dan tata letak sumbu di atas, dengan perbedaan utama adalah bahwa sumbu IgM dibangun langsung ke dalam struktur granit, dan oleh karena itu tidak memiliki basis komponen mesin yang ada dalam desain panggung-on-granit.

Umum dalam kedua kasus desain adalah sumbu Z, yang dipilih untuk menjadi tahap pro190SL-sekrup-bola. Ini adalah sumbu yang sangat populer untuk digunakan dalam orientasi vertikal pada jembatan karena kapasitas muatannya yang murah hati dan faktor bentuk yang relatif kompak.

Gambar 2 mengilustrasikan sistem tahap-on-granit dan IGM spesifik yang diteliti.

Perbandingan teknis

Sistem IGM dirancang menggunakan berbagai teknik dan komponen yang mirip dengan yang ditemukan dalam desain panggung-on-granit tradisional. Akibatnya, ada banyak sifat teknis yang sama antara sistem IgM dan sistem tahap-on-granit. Sebaliknya, mengintegrasikan sumbu gerak langsung ke dalam struktur granit menawarkan beberapa karakteristik pembeda yang membedakan sistem IgM dari sistem panggung-on-granit.

Faktor bentuk

Mungkin kesamaan yang paling jelas dimulai dengan fondasi mesin - granit. Meskipun ada perbedaan dalam fitur dan toleransi antara desain panggung-on-granit dan IGM, dimensi keseluruhan basis granit, riser dan jembatan setara. Ini terutama karena perjalanan nominal dan batas identik antara tahap-on-granit dan IgM.

Konstruksi

Kurangnya basis sumbu komponen mesin dalam desain IgM memberikan keunggulan tertentu dibandingkan solusi tahap-on-granit. Secara khusus, pengurangan komponen dalam loop struktural IgM membantu meningkatkan kekakuan sumbu keseluruhan. Ini juga memungkinkan jarak yang lebih pendek antara dasar granit dan permukaan atas gerbong. Dalam studi kasus khusus ini, desain IGM menawarkan tinggi permukaan kerja 33% lebih rendah (80 mm dibandingkan dengan 120 mm). Tinggi kerja yang lebih kecil ini tidak hanya memungkinkan desain yang lebih kompak, tetapi juga mengurangi offset mesin dari motor dan encoder ke titik kerja, yang mengakibatkan berkurangnya kesalahan ABBE dan karenanya meningkatkan kinerja posisi titik kerja.

Komponen sumbu

Melihat lebih dalam ke desain, solusi panggung-on-granit dan IGM berbagi beberapa komponen utama, seperti motor linier dan encoder posisi. Pemilihan lintasan forcer dan magnet umum mengarah pada kemampuan output gaya yang setara. Demikian juga, menggunakan encoder yang sama di kedua desain memberikan resolusi yang identik untuk memposisikan umpan balik. Akibatnya, akurasi linier dan kinerja pengulangan tidak berbeda secara signifikan antara solusi tahap-on-granit dan IgM. Tata letak komponen yang serupa, termasuk memisahkan pemisahan dan toleransi, mengarah pada kinerja yang sebanding dalam hal gerakan kesalahan geometris (yaitu, kelurusan horizontal dan vertikal, pitch, roll dan yaw). Akhirnya, elemen pendukung kedua desain, termasuk manajemen kabel, batas listrik dan hardstops, pada dasarnya identik dalam fungsi, meskipun mungkin agak bervariasi dalam penampilan fisik.

Bantalan

Untuk desain khusus ini, salah satu perbedaan yang paling menonjol adalah pemilihan bantalan panduan linier. Meskipun bantalan bola resirkulasi digunakan dalam sistem tahap-on-granit dan IgM, sistem IGM memungkinkan untuk memasukkan bantalan yang lebih besar dan lebih kaku ke dalam desain tanpa meningkatkan ketinggian kerja sumbu. Karena desain IGM bergantung pada granit sebagai pangkalannya, sebagai lawan dari basis komponen mesin yang terpisah, dimungkinkan untuk merebut kembali beberapa real estat vertikal yang seharusnya dikonsumsi oleh basis mesin, dan pada dasarnya mengisi ruang ini dengan bantalan yang lebih besar sambil tetap mengurangi ketinggian kereta secara keseluruhan di atas granit.

Kekakuan

Penggunaan bantalan yang lebih besar dalam desain IgM memiliki dampak mendalam pada kekakuan sudut. Dalam kasus sumbu bawah tubuh lebar (Y), solusi IgM menawarkan lebih dari 40% kekakuan gulungan yang lebih besar, kekakuan pitch 30% lebih besar dan kekakuan yaw 20% lebih besar daripada desain tahap-on-granit yang sesuai. Demikian pula, jembatan IGM menawarkan peningkatan empat kali lipat dalam kekakuan gulungan, menggandakan kekakuan pitch dan lebih dari 30% kekakuan yaw lebih besar daripada rekan tahap-on-granitnya. Kekakuan sudut yang lebih tinggi menguntungkan karena secara langsung berkontribusi pada peningkatan kinerja dinamis, yang merupakan kunci untuk memungkinkan throughput mesin yang lebih tinggi.

Kapasitas muatan

Bantalan solusi IgM yang lebih besar memungkinkan kapasitas muatan yang jauh lebih tinggi daripada solusi tahap-on-granit. Meskipun sumbu dasar Pro560lm dari solusi tahap-on-granit memiliki kapasitas beban 150 kg, solusi IgM yang sesuai dapat mengakomodasi muatan 300 kg. Demikian pula, sumbu jembatan Pro280LM panggung-on-granit mendukung 150 kg, sedangkan sumbu jembatan solusi IgM dapat membawa hingga 200 kg.

Massa bergerak

Sementara bantalan yang lebih besar dalam sumbu IgM yang mengandung mekanik menawarkan atribut kinerja sudut yang lebih baik dan kapasitas pembawa beban yang lebih besar, mereka juga datang dengan truk yang lebih besar dan lebih berat. Selain itu, gerbong IgM dirancang sedemikian rupa sehingga fitur mesin tertentu yang diperlukan untuk sumbu tahap-on-granit (tetapi tidak diperlukan oleh sumbu IgM) dihapus untuk meningkatkan kekakuan bagian dan menyederhanakan pembuatan. Faktor-faktor ini berarti bahwa sumbu IgM memiliki massa bergerak yang lebih besar daripada sumbu tahap-on-granit yang sesuai. Kelemahan yang tak terbantahkan adalah bahwa akselerasi maksimum IgM lebih rendah, dengan asumsi bahwa output gaya motor tidak berubah. Namun, dalam situasi tertentu, massa bergerak yang lebih besar mungkin menguntungkan dari perspektif bahwa inersia yang lebih besar dapat memberikan resistensi yang lebih besar terhadap gangguan, yang dapat berkorelasi dengan peningkatan stabilitas dalam posisi.

Dinamika struktural

Kekakuan bantalan sistem IGM yang lebih tinggi dan kereta yang lebih kaku memberikan manfaat tambahan yang terlihat setelah menggunakan paket perangkat lunak analisis elemen hingga (FEA) untuk melakukan analisis modal. Dalam penelitian ini, kami memeriksa resonansi pertama dari gerbong yang bergerak karena pengaruhnya terhadap bandwidth servo. Kereta Pro560lm menghadapi resonansi pada 400 Hz, sedangkan kereta IgM yang sesuai mengalami mode yang sama pada 430 Hz. Gambar 3 menggambarkan hasil ini.

Resonansi yang lebih tinggi dari solusi IgM, bila dibandingkan dengan tahap tradisional-on-granit, dapat dikaitkan sebagian dengan desain kereta dan bantalan yang lebih keras. Resonansi kereta yang lebih tinggi memungkinkan untuk memiliki bandwidth servo yang lebih besar dan karenanya meningkatkan kinerja dinamis.

Lingkungan operasi

Segelable Axis hampir selalu wajib ketika kontaminan hadir, apakah dihasilkan melalui proses pengguna atau yang ada di lingkungan mesin. Solusi tahap-on-granit sangat cocok dalam situasi ini karena sifat poros yang secara inheren tertutup. Tahap linier pro-seri, misalnya, dilengkapi dengan hardcover dan segel samping yang melindungi komponen tahap internal dari kontaminasi ke tingkat yang wajar. Tahap -tahap ini juga dapat dikonfigurasi dengan wiper meja opsional untuk menyapu puing -puing dari hardcover teratas saat panggung melintasi. Di sisi lain, platform gerak IgM secara inheren terbuka di alam, dengan bantalan, motor, dan encoder terpapar. Meskipun bukan masalah di lingkungan yang lebih bersih, ini bisa bermasalah saat kontaminasi hadir. Dimungkinkan untuk mengatasi masalah ini dengan memasukkan cara-penutupan bergaya bellow khusus ke dalam desain sumbu IgM untuk memberikan perlindungan dari puing-puing. Tetapi jika tidak diimplementasikan dengan benar, bellow dapat secara negatif mempengaruhi gerakan sumbu dengan memberikan kekuatan eksternal pada kereta saat bergerak melalui berbagai perjalanan.

Pemeliharaan

Kemudahan servis adalah pembeda antara platform gerak tahap-on-granit dan IgM. Sumbu motorik linier terkenal karena kekokohannya, tetapi kadang-kadang menjadi perlu untuk melakukan pemeliharaan. Operasi pemeliharaan tertentu relatif sederhana dan dapat dicapai tanpa menghilangkan atau membongkar sumbu yang dimaksud, tetapi kadang -kadang diperlukan robekan yang lebih menyeluruh. Ketika platform gerak terdiri dari tahapan diskrit yang dipasang pada granit, servis adalah tugas yang cukup mudah. Pertama, turun panggung dari granit, lalu lakukan pekerjaan pemeliharaan yang diperlukan dan mengulanginya. Atau, cukup ganti dengan tahap baru.

Solusi IGM kadang -kadang bisa lebih menantang saat melakukan pemeliharaan. Meskipun mengganti trek magnet tunggal motor linier sangat sederhana dalam hal ini, pemeliharaan dan perbaikan yang lebih rumit sering melibatkan sepenuhnya membongkar banyak atau semua komponen yang terdiri dari sumbu, yang lebih memakan waktu ketika komponen dipasang langsung ke granit. Juga lebih sulit untuk meluruskan kembali sumbu berbasis granit satu sama lain setelah melakukan pemeliharaan-tugas yang jauh lebih mudah dengan tahap diskrit.

Tabel 1. Ringkasan perbedaan teknis mendasar antara solusi tahap-granit dan IGM yang mengandung mekanik.

Perbandingan Ekonomi

Sementara biaya absolut dari sistem gerak apa pun akan bervariasi berdasarkan beberapa faktor termasuk panjang perjalanan, presisi sumbu, kapasitas beban dan kemampuan dinamis, perbandingan relatif IgM analog dan sistem gerak stadium-granit yang dilakukan dalam penelitian ini menunjukkan bahwa solusi IgM mampu menawarkan tandingan dengan presisi menengah ke atas dengan biaya yang lebih rendah daripada tahap-ke-granit mereka.

Studi ekonomi kami terdiri dari tiga komponen biaya mendasar: suku cadang mesin (termasuk bagian yang diproduksi dan komponen yang dibeli), perakitan granit, dan tenaga kerja dan overhead.

Bagian mesin

Solusi IgM menawarkan penghematan penting atas solusi tahap-on-granit dalam hal bagian mesin. Hal ini terutama disebabkan oleh kurangnya IgM dari basis tahap mesin yang rumit pada sumbu Y dan X, yang menambah kompleksitas dan biaya pada solusi tahap-on-granit. Lebih lanjut, penghematan biaya dapat dikaitkan dengan penyederhanaan relatif dari bagian mesin lainnya pada solusi IgM, seperti gerbong bergerak, yang dapat memiliki fitur yang lebih sederhana dan toleransi yang agak lebih santai ketika dirancang untuk digunakan dalam sistem IgM.

Majelis Granit

Meskipun rakitan basis-riser-bridge granit baik di kedua sistem IgM dan tahap-on-granit tampaknya memiliki faktor bentuk dan penampilan yang sama, rakitan granit IgM sedikit lebih mahal. Ini karena granit dalam larutan IgM menggantikan basis panggung mesin dalam larutan panggung-on-granit, yang mengharuskan granit umumnya memiliki toleransi yang lebih ketat di daerah kritis, dan bahkan fitur tambahan, seperti potongan yang diekstrusi dan/atau sisipan baja berulir, misalnya. Namun, dalam studi kasus kami, kompleksitas tambahan struktur granit lebih dari diimbangi oleh penyederhanaan pada bagian mesin.

Persalinan dan overhead

Karena banyak kesamaan dalam merakit dan menguji sistem IgM dan tahap-on-granit, tidak ada perbedaan yang signifikan dalam biaya tenaga kerja dan overhead.

Setelah semua faktor biaya ini digabungkan, solusi IgM penahan mekanik spesifik yang diperiksa dalam penelitian ini sekitar 15% lebih murah daripada solusi stadium-granit yang mengandung mekanik.

Tentu saja, hasil analisis ekonomi tidak hanya bergantung pada atribut seperti panjang perjalanan, presisi dan kapasitas beban, tetapi juga pada faktor -faktor seperti pemilihan pemasok granit. Selain itu, lebih bijaksana untuk mempertimbangkan biaya pengiriman dan logistik yang terkait dengan pengadaan struktur granit. Terutama bermanfaat untuk sistem granit yang sangat besar, meskipun berlaku untuk semua ukuran, memilih pemasok granit yang memenuhi syarat di dekat lokasi perakitan sistem akhir dapat membantu meminimalkan biaya juga.

Perlu juga dicatat bahwa analisis ini tidak mempertimbangkan biaya pasca-implementasi. Misalnya, misalkan perlu untuk melayani sistem gerak dengan memperbaiki atau mengganti sumbu gerak. Sistem tahap-on-granit dapat dilayani hanya dengan menghilangkan dan memperbaiki/mengganti sumbu yang terkena. Karena desain gaya tahap yang lebih modular, ini dapat dilakukan dengan relatif mudah dan kecepatan, meskipun biaya sistem awal yang lebih tinggi. Meskipun sistem IGM umumnya dapat diperoleh dengan biaya yang lebih rendah daripada rekan-rekan tahap-on-granit mereka, mereka dapat lebih menantang untuk membongkar dan melayani karena sifat konstruksi yang terintegrasi.

Kesimpulan

Jelas setiap jenis desain platform gerak-stage-on-granite dan IgM-dapat menawarkan manfaat yang berbeda. Namun, tidak selalu jelas mana yang merupakan pilihan paling ideal untuk aplikasi gerak tertentu. Oleh karena itu, sangat bermanfaat untuk bermitra dengan pemasok sistem gerak dan otomatisasi yang berpengalaman, seperti Aerotech, yang menawarkan pendekatan konsultatif yang berfokus pada aplikasi untuk mengeksplorasi dan memberikan wawasan yang berharga tentang alternatif solusi untuk menantang kontrol gerak dan aplikasi otomatisasi. Memahami tidak hanya perbedaan antara dua varietas solusi otomatisasi ini, tetapi juga aspek -aspek mendasar dari masalah yang harus mereka selesaikan, adalah kunci yang mendasari keberhasilan dalam memilih sistem gerak yang membahas tujuan teknis dan keuangan proyek.

Dari Aerotech.