Het verschil tussen podium-on-graniet en geïntegreerde granieten bewegingssystemen

De selectie van het meest geschikte op graniet gebaseerde lineaire bewegingsplatform voor een bepaalde toepassing hangt af van een groot aantal factoren en variabelen. Het is van cruciaal belang om te erkennen dat elke toepassing zijn eigen unieke reeks vereisten heeft die moeten worden begrepen en geprioriteerd om een ​​effectieve oplossing na te streven in termen van een bewegingsplatform.

Een van de meer alomtegenwoordige oplossingen omvat het monteren van afzonderlijke positioneringsfasen op een granietstructuur. Een andere veel voorkomende oplossing integreert de componenten die de bewegingsassen rechtstreeks in het graniet zelf omvatten. Kiezen tussen een podium-on-graniet en een geïntegreerd-granietbeweging (IGM) platform is een van de eerdere beslissingen die in het selectieproces moeten worden genomen. Er zijn duidelijk onderscheid tussen beide oplossingstypen, en natuurlijk heeft elk zijn eigen verdiensten - en voorbehouden - die zorgvuldig moeten worden begrepen en overwogen.

Om een ​​beter inzicht in dit besluitvormingsproces te bieden, evalueren we de verschillen tussen twee fundamentele lineaire bewegingsplatformontwerpen-een traditionele podium-op-granietoplossing en een IGM-oplossing-vanuit zowel technische als financiële perspectieven in de vorm van een mechanisch-dragende case study.

Achtergrond

Om de overeenkomsten en verschillen tussen IGM-systemen en traditionele podium-on-granietsystemen te verkennen, hebben we twee testcase-ontwerpen gegenereerd:

• Mechanisch lager, podium-on-graniet
• Mechanisch lager, IgM

In beide gevallen bestaat elk systeem uit drie bewegingsassen. De Y -as biedt 1000 mm reizen en bevindt zich aan de basis van de granietstructuur. De X-as, gelegen op de brug van de montage met 400 mm reizen, draagt ​​de verticale z-as met 100 mm reizen. Deze opstelling wordt pictografisch weergegeven.

Voor het podium-on-granietontwerp hebben we een Pro560Lm brede-body-podium geselecteerd voor de Y-as vanwege de grotere belastingvermogencapaciteit, gebruikelijk voor veel bewegingstoepassingen met behulp van deze "Y/XZ split-bridge" -rangschikking. Voor de X -as hebben we een Pro280Lm gekozen, die in veel toepassingen vaak wordt gebruikt als een brugas. De Pro280LM biedt een praktisch evenwicht tussen zijn voetafdruk en zijn vermogen om een ​​Z -as te dragen met een lading van de klant.

Voor de IGM-ontwerpen repliceerden we de fundamentele ontwerpconcepten en lay-outs van de bovenstaande assen nauw, met als primaire verschil dat de IGM-assen direct in de granietstructuur zijn gebouwd en daarom de bewerkte componentenbases ontbreken die aanwezig zijn in de podium-op-granietontwerpen.

Vaak in beide ontwerpgevallen is de Z-as, die werd gekozen als een Pro190SL-balschroef-aangedreven stadium. Dit is een zeer populaire as om te gebruiken in de verticale oriëntatie op een brug vanwege de genereuze laadvermogen en relatief compacte vormfactor.

Figuur 2 illustreert de specifieke bestudeerde podium-op-graniet- en IGM-systemen.

Technische vergelijking

IGM-systemen zijn ontworpen met behulp van verschillende technieken en componenten die vergelijkbaar zijn met die in traditionele podium-on-granietontwerpen. Als gevolg hiervan zijn er tal van technische eigenschappen gemeen tussen IGM-systemen en podium-op-granietsystemen. Omgekeerd biedt het integreren van de bewegingsassen rechtstreeks in de granietstructuur verschillende onderscheidende kenmerken die IgM-systemen onderscheiden van podium-op-granietsystemen.

Vormfactor

Misschien begint de meest voor de hand liggende gelijkenis met de fundering van de machine - het graniet. Hoewel er verschillen zijn in de kenmerken en toleranties tussen stadium-op-graniet- en IgM-ontwerpen, zijn de algehele afmetingen van de granietbasis, risers en brug equivalent. Dit komt vooral omdat de nominale en limietreizen identiek zijn tussen stadium-op-graniet en IgM.

Bouw

Het ontbreken van de bewerkte-component-asbases in het IGM-ontwerp biedt bepaalde voordelen ten opzichte van podium-on-granietoplossingen. In het bijzonder helpt de vermindering van componenten in de structurele lus van het IGM de algehele stijfheid van de as te vergroten. Het zorgt ook voor een kortere afstand tussen de granietbasis en het bovenoppervlak van het rijtuig. In deze specifieke case study biedt het IGM -ontwerp een 33% lagere werkoppervlakhoogte (80 mm vergeleken met 120 mm). Deze kleinere werkhoogte zorgt niet alleen voor een compacter ontwerp, maar het vermindert ook de machine -offsets van de motor en encoder naar het werkpunt, wat resulteert in verminderde ABBE -fouten en daarom verbeterde de werkingsprestaties van het werkpunt.

Ascomponenten

De stage-on-graniet- en IGM-oplossingen die dieper in het ontwerp kijken, delen enkele belangrijke componenten, zoals lineaire motoren en positiecoders. Gemeenschappelijke selectie van Forcer en Magnet Track leidt tot equivalente krachtuitvoermogelijkheden. Evenzo biedt het gebruik van dezelfde encoders in beide ontwerpen een identiek fijne resolutie voor het positioneren van feedback. Als gevolg hiervan zijn de lineaire nauwkeurigheid en herhaalbaarheidsprestaties niet significant verschillend tussen stage-on-graniet- en IgM-oplossingen. Soortgelijke lay -out van de component, inclusief lagerscheiding en tolerantie, leidt tot vergelijkbare prestaties in termen van geometrische foutbewegingen (dwz horizontale en verticale rechtheid, toonhoogte, rol en gieren). Ten slotte zijn de ondersteunende elementen van beide ontwerpen, waaronder kabelbeheer, elektrische limieten en hardstops, fundamenteel identiek van functie, hoewel ze enigszins kunnen variëren in fysiek uiterlijk.

Lagers

Voor dit specifieke ontwerp is een van de meest opvallende verschillen de selectie van lineaire geleidlagers. Hoewel recirculerende kogellagers worden gebruikt in zowel stadium-op-graniet- als IgM-systemen, maakt het IGM-systeem het mogelijk om grotere, stijvere lagers in het ontwerp op te nemen zonder de werkhoogte van de as te vergroten. Omdat het IGM-ontwerp afhankelijk is van het graniet als basis, in tegenstelling tot een afzonderlijke bewerkte componentenbasis, is het mogelijk om een ​​deel van het verticale onroerend goed terug te vorderen dat anders zou worden geconsumeerd door een bewerkte basis, en in wezen deze ruimte vullen met grotere lagers, terwijl het nog steeds de algehele vervoerhoogte boven het graniet vermindert.

Stijfheid

Het gebruik van grotere lagers in het IGM -ontwerp heeft een grote invloed op hoekstijfheid. In het geval van de lagere as van het brede lichaam (Y) biedt de IGM-oplossing meer dan 40% grotere rolstijfheid, 30% grotere toonhoogtestijfheid en 20% grotere gierstijfheid dan een overeenkomstig stadium-op-granietontwerp. Evenzo biedt de IGM's Bridge een viervoudige toename van de rolstijfheid, het dubbele van de toonhoogtestijfheid en meer dan 30% grotere gierstijfheid dan zijn podium-op-graniet-tegenhanger. Hogere hoekstijfheid is voordelig omdat het direct bijdraagt ​​aan verbeterde dynamische prestaties, wat cruciaal is om een ​​hogere doorvoer van de machine mogelijk te maken.

Laadvermogen

De grotere lagers van de IGM-oplossing zorgen voor een aanzienlijk hogere laadvermogen dan een podium-op-granietoplossing. Hoewel de Pro560LM base-as van de podium-op-granietoplossing een laadcapaciteit van 150 kg heeft, is de overeenkomstige IgM-oplossing geschikt voor een laadvermogen van 300 kg. Evenzo ondersteunt de Pro280LM-brugas van het podium-op-graniet 150 kg, terwijl de brugas van de IGM-oplossing tot 200 kg kan dragen.

Verplaatsingsmassa

Hoewel de grotere lagers in de mechanisch-dragende IGM-assen betere hoekprestatiettributen en een grotere load-scarrycapaciteit bieden, worden ze ook geleverd met grotere, zwaardere vrachtwagens. Bovendien zijn de IGM-rijtuigen zodanig ontworpen dat bepaalde bewerkte kenmerken die nodig zijn voor een podium-op-granietas (maar niet vereist door een IgM-as) worden verwijderd om de stijfheid van het onderdeel te vergroten en de productie te vereenvoudigen. Deze factoren betekenen dat de IgM-as een grotere bewegende massa heeft dan een overeenkomstige stadium-op-granietas. Een onbetwistbaar nadeel is dat de maximale versnelling van de IGM lager is, ervan uitgaande dat de motorkrachtuitgang ongewijzigd is. Maar in bepaalde situaties kan een grotere bewegende massa voordelig zijn vanuit het perspectief dat de grotere traagheid ervan een grotere weerstand kan bieden tegen verstoringen, wat kan correleren met verhoogde stabiliteit in de positie.

Structurele dynamiek

De hogere lagerstijfheid van het IGM-systeem en meer rigide vervoer bieden extra voordelen die duidelijk zijn na het gebruik van een Softwarepakket (FEA) softwarepakket (FEA) om een ​​modale analyse uit te voeren. In deze studie onderzochten we de eerste resonantie van de bewegende vervoer vanwege het effect op de servo -bandbreedte. De Pro560LM -koets komt een resonantie tegen bij 400 Hz, terwijl de overeenkomstige IGM -koets dezelfde modus ervaart bij 430 Hz. Figuur 3 illustreert dit resultaat.

De hogere resonantie van de IGM-oplossing, in vergelijking met traditioneel stadium-op-graniet, kan gedeeltelijk worden toegeschreven aan het stijvere vervoer en het lagerontwerp. Een hogere koetsresonantie maakt het mogelijk om een ​​grotere servo -bandbreedte en daarom verbeterde dynamische prestaties te hebben.

Werkomgeving

Axisafdichtbaarheid is bijna altijd verplicht wanneer verontreinigingen aanwezig zijn, hetzij gegenereerd door het proces van de gebruiker of anderszins in de omgeving van de machine bestaan. Stage-on-granietoplossingen zijn met name geschikt in deze situaties vanwege de inherent afgesloten aard van de as. Pro-serie lineaire fasen, bijvoorbeeld, zijn uitgerust met hardcovers en zijafdichtingen die de interne podiumcomponenten beschermen tegen besmetting in redelijke mate. Deze fasen kunnen ook worden geconfigureerd met optionele tafelrijen om puin af te vegen van de bovenste hardcover terwijl het podium doorkruist. Aan de andere kant zijn IGM -bewegingsplatforms inherent open van aard, met de lagers, motoren en encoders blootgesteld. Hoewel het geen probleem is in schonere omgevingen, kan dit problematisch zijn wanneer verontreiniging aanwezig is. Het is mogelijk om dit probleem aan te pakken door een speciale manier-dekking in een IGM-as op te nemen in een IGM-asontwerp om bescherming tegen puin te bieden. Maar als het niet correct is geïmplementeerd, kunnen de balg de beweging van de as negatief beïnvloeden door externe krachten aan de koets te geven terwijl deze door zijn volledige reistische bereik beweegt.

Onderhoud

Servicability is een onderscheidende factor tussen podium-on-graniet- en IGM-bewegingsplatforms. Lineaire motoren staan ​​bekend om hun robuustheid, maar soms wordt het nodig om onderhoud uit te voeren. Bepaalde onderhoudsbewerkingen zijn relatief eenvoudig en kunnen worden bereikt zonder de betreffende as te verwijderen of te demonteren, maar soms is een meer grondige afslag vereist. Wanneer het bewegingsplatform bestaat uit discrete fasen die op graniet zijn gemonteerd, is onderhoud een redelijk eenvoudige taak. Demmer eerst het podium van het graniet af en voer vervolgens het nodige onderhoudswerkzaamheden uit en mount het opnieuw op. Of vervang het gewoon door een nieuw podium.

IGM -oplossingen kunnen soms uitdagender zijn bij het uitvoeren van onderhoud. Hoewel het vervangen van een enkele magneetbaan van de lineaire motor in dit geval heel eenvoudig is, omvatten meer gecompliceerd onderhoud en reparaties vaak het volledig demonteren van veel of alle componenten die de as omvatten, wat meer tijdrovend is wanneer componenten rechtstreeks op graniet worden gemonteerd. Het is ook moeilijker om de op granieten gebaseerde assen aan elkaar opnieuw uit te lijnen na het uitvoeren van onderhoud-een taak die aanzienlijk eenvoudiger is met discrete fasen.

Tabel 1. Een samenvatting van de fundamentele technische verschillen tussen mechanisch-dragende stadium-op-graniet- en IGM-oplossingen.

Economische vergelijking

Hoewel de absolute kosten van elk bewegingssysteem zullen variëren op basis van verschillende factoren, waaronder reislengte, asprecisie, laadcapaciteit en dynamische mogelijkheden, suggereren de relatieve vergelijkingen van analoge IGM- en stadium-op-granietbewegingssystemen die in deze studie worden uitgevoerd, dat IGM-oplossingen in staat zijn om medium-tot-percisie-beweging te bieden bij gemiddelde lagere kosten dan hun podium-op-graniete tegenparts.

Onze economische studie bestaat uit drie fundamentele kostencomponenten: machineonderdelen (inclusief zowel gefabriceerde onderdelen als gekochte componenten), de granietenassemblage en arbeid en overhead.

Machine -onderdelen

Een IGM-oplossing biedt opmerkelijke besparingen op een podium-op-granietoplossing in termen van machineonderdelen. Dit is voornamelijk te wijten aan het ontbreken van het IGM van ingewikkeld bewerkte podiumbases op de Y- en X-assen, die complexiteit en kosten toevoegen aan de podium-on-granietoplossingen. Verder kunnen kostenbesparingen worden toegeschreven aan de relatieve vereenvoudiging van andere bewerkte onderdelen op de IGM -oplossing, zoals de bewegende rijtuigen, die eenvoudigere functies en iets meer ontspannen toleranties kunnen hebben wanneer het is ontworpen voor gebruik in een IGM -systeem.

Granieten assemblages

Hoewel de granietbasisbrug-assemblages in zowel de IgM- als de podium-op-granietsystemen een vergelijkbare vormfactor en uiterlijk lijken te hebben, is de IGM-granietassemblage marginaal duurder. Dit komt omdat het graniet in de IGM-oplossing de plaats inneemt van de bewerkte podiumbases in de podium-op-granietoplossing, waarbij het graniet in het algemeen een strengere toleranties in kritieke gebieden heeft, en zelfs extra functies, zoals geëxtrudeerde sneden en/of schroefdraadstalen inzetstukken, bijvoorbeeld. In onze case study wordt de toegevoegde complexiteit van de granietstructuur echter meer dan gecompenseerd door de vereenvoudiging in machineonderdelen.

Arbeid en overhead

Vanwege de vele overeenkomsten bij het assembleren en testen van zowel het IgM- als de podium-op-granietsystemen, is er geen significant verschil in arbeids- en overheadkosten.

Zodra al deze kostenfactoren zijn gecombineerd, is de specifieke mechanische dragende IGM-oplossing die in deze studie wordt onderzocht ongeveer 15% minder duur dan de mechanisch-dragende, stadium-op-granietoplossing.

Natuurlijk hangen de resultaten van de economische analyse niet alleen af ​​van attributen zoals reislengte, precisie en laadcapaciteit, maar ook van factoren zoals de selectie van de granietleverancier. Bovendien is het verstandig om rekening te houden met de verzend- en logistieke kosten die verband houden met het aanschaffen van een granietstructuur. Vooral nuttig voor zeer grote granieten systemen, hoewel waar voor alle maten, kan het kiezen van een gekwalificeerde granieten leverancier in de nabijheid van de locatie van de uiteindelijke systeemmontage ook helpen om de kosten te minimaliseren.

Er moet ook worden opgemerkt dat deze analyse geen rekening houdt met kosten na de implementatie. Stel bijvoorbeeld dat het noodzakelijk wordt om het bewegingssysteem te bedienen door een bewegingsas te repareren of te vervangen. Een podium-on-granietsysteem kan worden onderhouden door eenvoudigweg de getroffen as te verwijderen en te repareren/te vervangen. Vanwege het meer modulaire ontwerpstijlontwerp kan dit relatief gemak en snelheid worden gedaan, ondanks de hogere initiële systeemkosten. Hoewel IGM-systemen over het algemeen tegen lagere kosten kunnen worden verkregen dan hun podium-op-graniet tegenhangers, kunnen ze een grotere uitdaging zijn om te demonteren en te service vanwege de geïntegreerde aard van de constructie.

Conclusie

Het is duidelijk dat elk type bewegingsplatformontwerp-podium-on-graniet en IGM-verschillende voordelen kan bieden. Het is echter niet altijd duidelijk, wat de meest ideale keuze is voor een bepaalde motion -toepassing. Daarom is het zeer voordelig om samen te werken met een ervaren leverancier van motion en automatiseringssystemen, zoals Aerotech, die een duidelijk applicatiegerichte, consultatieve aanpak biedt om waardevol inzicht te verkennen en te bieden in oplossingsalternatieven voor uitdagende bewegingscontrole en automatiseringstoepassingen. Inzicht in niet alleen het verschil tussen deze twee soorten automatiseringsoplossingen, maar ook de fundamentele aspecten van de problemen die ze moeten oplossen, is de onderliggende sleutel tot succes bij het kiezen van een bewegingssysteem dat zowel de technische als de financiële doelstellingen van het project aanpakt.

Van Aerotech.