Perbedaan Antara Sistem Gerak Stage-on-Granit dan Sistem Gerak Granit Terintegrasi

Pemilihan platform gerak linier berbasis granit yang paling sesuai untuk aplikasi tertentu bergantung pada sejumlah faktor dan variabel.Penting untuk menyadari bahwa setiap aplikasi memiliki serangkaian persyaratan uniknya sendiri yang harus dipahami dan diprioritaskan untuk mencapai solusi efektif dalam hal platform gerak.

Salah satu solusi yang paling banyak digunakan adalah pemasangan tahapan penentuan posisi terpisah pada struktur granit.Solusi umum lainnya mengintegrasikan komponen yang membentuk sumbu gerak langsung ke dalam granit itu sendiri.Memilih antara platform stage-on-granite dan platform Integrated-Granite Motion (IGM) adalah salah satu keputusan awal yang harus diambil dalam proses seleksi.Terdapat perbedaan yang jelas antara kedua jenis solusi tersebut, dan tentu saja masing-masing memiliki kelebihan – dan peringatan – yang perlu dipahami dan dipertimbangkan secara cermat.

Untuk memberikan wawasan yang lebih baik mengenai proses pengambilan keputusan ini, kami mengevaluasi perbedaan antara dua desain platform gerak linier yang mendasar — ​​​​solusi stage-on-granit tradisional, dan solusi IGM — dari perspektif teknis dan finansial dalam bentuk mekanisme mekanis. studi kasus bantalan.

Latar belakang

Untuk mengeksplorasi persamaan dan perbedaan antara sistem IGM dan sistem stage-on-granite tradisional, kami menghasilkan dua desain kasus uji:

• Bantalan mekanis, stage-on-granite
• Bantalan mekanis, IGM

Dalam kedua kasus tersebut, setiap sistem terdiri dari tiga sumbu gerak.Sumbu Y menawarkan jarak tempuh 1000 mm dan terletak di dasar struktur granit.Sumbu X yang terletak pada jembatan rakitan dengan gerak 400 mm membawa sumbu Z vertikal dengan gerak 100 mm.Susunan ini direpresentasikan secara piktografis.

Untuk desain panggung di atas granit, kami memilih panggung berbadan lebar PRO560LM untuk sumbu Y karena kapasitas pengangkutan bebannya yang lebih besar, yang umum untuk banyak aplikasi gerak yang menggunakan pengaturan “jembatan terpisah Y/XZ” ini.Untuk sumbu X, kami memilih PRO280LM, yang biasa digunakan sebagai sumbu jembatan di banyak aplikasi.PRO280LM menawarkan keseimbangan praktis antara tapaknya dan kemampuannya membawa sumbu Z dengan muatan pelanggan.

Untuk desain IGM, kami meniru dengan cermat konsep desain dasar dan tata letak sumbu di atas, dengan perbedaan utama adalah bahwa sumbu IGM dibuat langsung ke dalam struktur granit, dan oleh karena itu tidak memiliki basis komponen mesin yang ada di panggung. -desain granit.

Yang umum dalam kedua kasus desain adalah sumbu Z, yang dipilih sebagai panggung yang digerakkan oleh sekrup bola PRO190SL.Ini adalah sumbu yang sangat populer untuk digunakan dalam orientasi vertikal pada jembatan karena kapasitas muatannya yang besar dan faktor bentuknya yang relatif kompak.

Gambar 2 mengilustrasikan tahapan spesifik pada granit dan sistem IGM yang dipelajari.

Perbandingan Teknis

Sistem IGM dirancang menggunakan berbagai teknik dan komponen yang serupa dengan yang ditemukan pada desain stage-on-granit tradisional.Hasilnya, terdapat banyak kesamaan sifat teknis antara sistem IGM dan sistem stage-on-granite.Sebaliknya, pengintegrasian sumbu gerak langsung ke dalam struktur granit menawarkan beberapa karakteristik yang membedakan sistem IGM dari sistem stage-on-granite.

Faktor Bentuk

Mungkin kesamaan yang paling jelas dimulai dengan fondasi mesin – granit.Meskipun terdapat perbedaan dalam fitur dan toleransi antara desain stage-on-granite dan IGM, dimensi keseluruhan dari dasar granit, anak tangga, dan jembatan adalah setara.Hal ini terutama karena nominal dan batas perjalanannya identik antara stage-on-granite dan IGM.

Konstruksi

Kurangnya basis sumbu komponen mesin dalam desain IGM memberikan keuntungan tertentu dibandingkan solusi stage-on-granit.Secara khusus, pengurangan komponen dalam loop struktural IGM membantu meningkatkan kekakuan sumbu secara keseluruhan.Hal ini juga memungkinkan jarak yang lebih pendek antara dasar granit dan permukaan atas gerbong.Dalam studi kasus khusus ini, desain IGM menawarkan ketinggian permukaan kerja 33% lebih rendah (80 mm dibandingkan 120 mm).Ketinggian kerja yang lebih kecil ini tidak hanya memungkinkan desain yang lebih ringkas, namun juga mengurangi offset alat berat dari motor dan encoder ke titik kerja, sehingga mengurangi kesalahan Abbe sehingga meningkatkan kinerja pemosisian titik kerja.

Komponen Sumbu

Melihat lebih dalam desainnya, solusi stage-on-granite dan IGM memiliki beberapa komponen utama yang sama, seperti motor linier dan encoder posisi.Pemilihan jalur gaya dan magnet yang umum menghasilkan kemampuan keluaran gaya yang setara.Demikian pula, penggunaan encoder yang sama pada kedua desain memberikan resolusi yang sama bagusnya untuk umpan balik posisi.Hasilnya, akurasi linier dan performa kemampuan pengulangan tidak berbeda secara signifikan antara solusi stage-on-granite dan IGM.Tata letak komponen yang serupa, termasuk pemisahan dan toleransi bantalan, menghasilkan kinerja yang sebanding dalam hal kesalahan gerakan geometris (yaitu, kelurusan horizontal dan vertikal, pitch, roll dan yaw).Terakhir, elemen pendukung kedua desain, termasuk manajemen kabel, pembatas kelistrikan, dan hardstop, pada dasarnya identik dalam fungsinya, meskipun tampilan fisiknya mungkin agak berbeda.

Bantalan

Untuk desain khusus ini, salah satu perbedaan paling menonjol adalah pemilihan bantalan pemandu linier.Meskipun bantalan bola resirkulasi digunakan dalam sistem stage-on-granite dan IGM, sistem IGM memungkinkan untuk menggabungkan bantalan yang lebih besar dan kaku ke dalam desain tanpa meningkatkan ketinggian kerja sumbu.Karena desain IGM mengandalkan granit sebagai alasnya, dibandingkan dengan alas komponen mesin yang terpisah, maka dimungkinkan untuk mendapatkan kembali beberapa real estat vertikal yang seharusnya digunakan oleh alas mesin, dan pada dasarnya mengisi ruang ini dengan yang lebih besar. bantalan sambil tetap mengurangi ketinggian pengangkutan keseluruhan di atas granit.

Kekakuan

Penggunaan bantalan yang lebih besar dalam desain IGM berdampak besar pada kekakuan sudut.Dalam kasus sumbu bawah berbadan lebar (Y), solusi IGM menawarkan kekakuan gulungan 40% lebih besar, kekakuan pitch 30% lebih besar, dan kekakuan yaw 20% lebih besar dibandingkan desain stage-on-granit yang serupa.Demikian pula, jembatan IGM menawarkan peningkatan kekakuan gulungan empat kali lipat, kekakuan pitch dua kali lipat, dan kekakuan yaw lebih dari 30% lebih besar dibandingkan jembatan granit stage-on-nya.Kekakuan sudut yang lebih tinggi bermanfaat karena secara langsung berkontribusi terhadap peningkatan kinerja dinamis, yang merupakan kunci untuk memungkinkan throughput alat berat yang lebih tinggi.

Kapasitas beban

Bantalan solusi IGM yang lebih besar memungkinkan kapasitas muatan yang jauh lebih tinggi dibandingkan solusi stage-on-granite.Meskipun sumbu dasar PRO560LM dari solusi stage-on-granite memiliki kapasitas muatan 150 kg, solusi IGM yang sesuai dapat menampung muatan 300 kg.Demikian pula, sumbu jembatan PRO280LM stage-on-granit mampu menopang beban 150 kg, sedangkan sumbu jembatan solusi IGM dapat menopang beban hingga 200 kg.

Memindahkan Massa

Meskipun bantalan yang lebih besar pada sumbu IGM bantalan mekanis menawarkan atribut kinerja sudut yang lebih baik dan kapasitas pengangkutan beban yang lebih besar, bantalan tersebut juga hadir pada truk yang lebih besar dan lebih berat.Selain itu, gerbong IGM dirancang sedemikian rupa sehingga fitur mesin tertentu yang diperlukan untuk sumbu stage-on-granit (tetapi tidak diperlukan oleh sumbu IGM) dihilangkan untuk meningkatkan kekakuan komponen dan menyederhanakan produksi.Faktor-faktor ini berarti bahwa sumbu IGM memiliki massa bergerak yang lebih besar daripada sumbu tahapan pada granit.Kelemahan yang tidak dapat disangkal adalah akselerasi maksimum IGM lebih rendah, dengan asumsi keluaran tenaga motor tidak berubah.Namun, dalam situasi tertentu, massa bergerak yang lebih besar mungkin menguntungkan karena inersianya yang lebih besar dapat memberikan ketahanan yang lebih besar terhadap gangguan, yang dapat berkorelasi dengan peningkatan stabilitas posisi.

Dinamika Struktural

Kekakuan bantalan sistem IGM yang lebih tinggi dan pengangkutan 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 menguji resonansi pertama dari kereta yang bergerak karena pengaruhnya terhadap bandwidth servo.Kereta PRO560LM mengalami resonansi pada 400 Hz, sedangkan kereta IGM terkait mengalami mode yang sama pada 430 Hz.Gambar 3 mengilustrasikan hasil ini.

Resonansi yang lebih tinggi dari solusi IGM, jika dibandingkan dengan stage-on-granite tradisional, sebagian dapat disebabkan oleh desain pengangkutan dan bantalan yang lebih kaku.Resonansi kereta yang lebih tinggi memungkinkan bandwidth servo yang lebih besar sehingga meningkatkan kinerja dinamis.

Lingkungan operasi

Ketertutupan sumbu hampir selalu diwajibkan ketika terdapat kontaminan, baik yang dihasilkan melalui proses pengguna atau yang ada di lingkungan mesin.Solusi stage-on-granite sangat sesuai dalam situasi ini karena sifat sumbunya yang tertutup.Tahapan linier seri PRO, misalnya, dilengkapi dengan penutup keras dan segel samping yang melindungi komponen tahap internal dari kontaminasi hingga batas wajar.Tahapan ini juga dapat dikonfigurasi dengan wiper meja opsional untuk menyapu kotoran dari sampul keras atas saat tahap melintasi.Di sisi lain, platform gerak IGM pada dasarnya terbuka, dengan bantalan, motor, dan encoder terbuka.Meskipun tidak menjadi masalah di lingkungan yang lebih bersih, hal ini dapat menjadi masalah jika terdapat kontaminasi.Masalah ini dapat diatasi dengan menggabungkan penutup jalan bergaya bellow khusus ke dalam desain sumbu IGM untuk memberikan perlindungan dari serpihan.Namun jika tidak diterapkan dengan benar, bellow dapat berdampak negatif pada gerakan sumbu dengan memberikan gaya eksternal pada gerbong saat bergerak melalui seluruh perjalanannya.

Pemeliharaan

Kemudahan servis adalah pembeda antara platform gerak stage-on-granite dan IGM.Sumbu motor linier terkenal karena kekokohannya, namun terkadang perawatan perlu dilakukan.Operasi pemeliharaan tertentu relatif sederhana dan dapat dilakukan tanpa melepas atau membongkar sumbu yang dimaksud, namun terkadang diperlukan pembongkaran yang lebih menyeluruh.Ketika platform gerak terdiri dari tahapan terpisah yang dipasang pada granit, servis adalah tugas yang cukup mudah.Pertama, turunkan panggung dari granit, kemudian lakukan pekerjaan pemeliharaan yang diperlukan dan pasang kembali.Atau cukup menggantinya dengan stage baru.

Solusi IGM terkadang lebih menantang saat melakukan pemeliharaan.Meskipun mengganti jalur magnet tunggal pada motor linier dalam hal ini sangat sederhana, perawatan dan perbaikan yang lebih rumit sering kali melibatkan pembongkaran seluruh atau seluruh komponen yang membentuk sumbu, yang lebih memakan waktu bila komponen dipasang langsung ke granit.Hal ini juga lebih sulit untuk menyelaraskan kembali sumbu berbasis granit satu sama lain setelah melakukan pemeliharaan – sebuah tugas yang jauh lebih mudah dengan tahapan yang terpisah.

Tabel 1. Ringkasan perbedaan teknis mendasar antara solusi stage-on-granite yang bersifat mekanis dan solusi IGM.

Perbandingan Ekonomi

Meskipun biaya absolut dari setiap sistem gerak akan bervariasi berdasarkan beberapa faktor termasuk panjang perjalanan, presisi sumbu, kapasitas beban, dan kemampuan dinamis, perbandingan relatif dari sistem gerak IGM analog dan sistem gerak stage-on-granit yang dilakukan dalam penelitian ini menunjukkan bahwa solusi IGM adalah mampu menawarkan gerakan presisi menengah hingga tinggi dengan biaya yang jauh lebih rendah dibandingkan rekan-rekan mereka yang berada di atas granit.

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

Bagian mesin

Solusi IGM menawarkan penghematan yang signifikan dibandingkan solusi stage-on-granit dalam hal suku cadang mesin.Hal ini terutama disebabkan oleh kurangnya basis panggung yang dikerjakan secara rumit pada sumbu Y dan X di IGM, yang menambah kompleksitas dan biaya pada solusi stage-on-granit.Lebih lanjut, penghematan biaya dapat dikaitkan dengan penyederhanaan relatif suku cadang mesin lainnya pada solusi IGM, seperti gerbong bergerak, yang dapat memiliki fitur lebih sederhana dan toleransi yang lebih longgar ketika dirancang untuk digunakan dalam sistem IGM.

Majelis Granit

Meskipun rakitan jembatan dasar-peninggi granit di sistem IGM dan stage-on-granit tampaknya memiliki faktor bentuk dan tampilan yang serupa, rakitan granit IGM sedikit lebih mahal.Hal ini karena granit dalam larutan IGM menggantikan basis tahapan mesin dalam larutan stage-on-granit, yang mengharuskan granit memiliki toleransi yang lebih ketat pada area kritis, dan bahkan fitur tambahan, seperti potongan ekstrusi dan/ atau sisipan baja berulir, misalnya.Namun, dalam studi kasus kami, kompleksitas tambahan pada struktur granit lebih dari sekadar diimbangi oleh penyederhanaan bagian-bagian mesin.

Tenaga Kerja dan Overhead

Karena banyaknya kesamaan dalam perakitan dan pengujian sistem IGM dan stage-on-granite, tidak ada perbedaan yang signifikan dalam biaya tenaga kerja dan biaya overhead.

Setelah semua faktor biaya ini digabungkan, solusi IGM bantalan mekanis spesifik yang diperiksa dalam penelitian ini kira-kira 15% lebih murah dibandingkan solusi stage-on-granit yang bantalan mekanis.

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

Perlu juga dicatat bahwa analisis ini tidak mempertimbangkan biaya pasca implementasi.Misalnya, ada kebutuhan untuk memperbaiki sistem gerak dengan memperbaiki atau mengganti sumbu gerak.Sistem stage-on-granite dapat diservis hanya dengan melepas dan memperbaiki/mengganti sumbu yang terkena dampak.Karena desain gaya panggung yang lebih modular, hal ini dapat dilakukan dengan relatif mudah dan cepat, meskipun biaya sistem awalnya lebih tinggi.Meskipun sistem IGM umumnya dapat diperoleh dengan biaya lebih rendah dibandingkan sistem granit stage-on-granit, sistem ini lebih sulit untuk dibongkar dan diservis karena sifat konstruksinya yang terintegrasi.

Kesimpulan

Jelasnya, setiap jenis desain platform gerak — stage-on-granite dan IGM — dapat menawarkan manfaat berbeda.Namun, tidak selalu jelas pilihan mana yang paling ideal untuk aplikasi gerakan tertentu.Oleh karena itu, sangat bermanfaat untuk bermitra dengan pemasok sistem gerak dan otomasi berpengalaman, seperti Aerotech, yang menawarkan pendekatan konsultatif yang berfokus pada aplikasi untuk mengeksplorasi dan memberikan wawasan berharga mengenai alternatif solusi terhadap aplikasi kontrol gerak dan otomasi yang menantang.Memahami tidak hanya perbedaan antara kedua jenis solusi otomasi ini, namun juga aspek mendasar dari masalah yang perlu dipecahkan, merupakan kunci keberhasilan dalam memilih sistem gerak yang memenuhi tujuan teknis dan finansial proyek.

Dari AEROTEK.