Ero graniitille asennettavien ja integroitujen graniittisten liikejärjestelmien välillä

Sopivimman graniittipohjaisen lineaariliikealustan valinta tiettyyn sovellukseen riippuu useista tekijöistä ja muuttujista. On tärkeää ymmärtää, että jokaisella sovelluksella on omat ainutlaatuiset vaatimuksensa, jotka on ymmärrettävä ja priorisoitava tehokkaan ratkaisun löytämiseksi liikealustan suhteen.

Yksi yleisimmistä ratkaisuista on erillisten asemointivaiheiden asentaminen graniittirakenteeseen. Toinen yleinen ratkaisu integroi liikeakselit muodostavat komponentit suoraan itse graniittiin. Graniitille asennettavan vaiheen ja integroidun graniittiliikkeen (IGM) alustan välillä valitseminen on yksi varhaisimmista päätöksistä valintaprosessissa. Molempien ratkaisutyyppien välillä on selkeitä eroja, ja kummallakin on luonnollisesti omat etunsa – ja haittapuolensa – jotka on ymmärrettävä ja otettava huolellisesti huomioon.

Saadaksemme paremman käsityksen tästä päätöksentekoprosessista, arvioimme kahden perustavanlaatuisen lineaariliikealustan – perinteisen graniittilavaratkaisun ja IGM-ratkaisun – eroja sekä teknisestä että taloudellisesta näkökulmasta mekaanisia laakereita koskevan tapaustutkimuksen muodossa.

Tausta

Tutkiaksemme IGM-järjestelmien ja perinteisten graniittilavajärjestelmien yhtäläisyyksiä ja eroja, loimme kaksi testitapaussuunnitelmaa:

• Mekaaninen laakeri, lava-graniitilla
• Mekaaninen laakeri, IGM

Molemmissa tapauksissa kumpikin järjestelmä koostuu kolmesta liikeakselista. Y-akseli tarjoaa 1000 mm:n liikeradan ja sijaitsee graniittirakenteen pohjassa. X-akseli, joka sijaitsee kokoonpanon sillalla ja jonka liikeradan on 400 mm, kannattaa pystysuoraa Z-akselia, jonka liikeradan on 100 mm. Tämä järjestely on esitetty kuvin.

Graniittipohjaiseen lavamalliin valitsimme Y-akselille PRO560LM-leveärunkoisen lavan sen suuremman kuormankantokyvyn vuoksi, mikä on yleistä monissa "Y/XZ-jaetun sillan" järjestelmää käyttävissä liikesovelluksissa. X-akselille valitsimme PRO280LM:n, jota käytetään yleisesti silta-akselina monissa sovelluksissa. PRO280LM tarjoaa käytännöllisen tasapainon koonsa ja Z-akselin ja asiakkaan hyötykuorman kantamiskyvyn välillä.

IGM-malleissa toistimme tarkasti edellä mainittujen akseleiden perussuunnittelukonseptit ja asettelut. Tärkein ero on se, että IGM-akselit on rakennettu suoraan graniittirakenteeseen, joten niistä puuttuu graniitille asennettavien mallien koneistetuista komponenteista koostuvat jalustat.

Molemmissa suunnittelutapauksissa yhteistä on Z-akseli, joksi valittiin PRO190SL-kuularuuvikäyttöinen alusta. Tämä on erittäin suosittu akseli käytettäväksi pystysuunnassa sillassa sen suuren hyötykuormakapasiteetin ja suhteellisen kompaktin kokoluokituksen ansiosta.

Kuvio 2 havainnollistaa tutkittuja graniittilava- ja IGM-järjestelmiä.

Tekninen vertailu

IGM-järjestelmät suunnitellaan käyttämällä erilaisia ​​tekniikoita ja komponentteja, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin perinteisissä graniittilavajärjestelmissä. Tämän seurauksena IGM-järjestelmillä ja graniittilavajärjestelmillä on lukuisia yhteisiä teknisiä ominaisuuksia. Toisaalta liikeakselien integrointi suoraan graniittirakenteeseen tarjoaa useita erottavia ominaisuuksia, jotka erottavat IGM-järjestelmät graniittilavajärjestelmistä.

Muotokerroin

Ehkäpä ilmeisin samankaltaisuus alkaa koneen perustuksesta – graniitista. Vaikka graniittilava- ja IGM-mallien ominaisuuksissa ja toleransseissa on eroja, graniittijalustan, nousupalkkien ja sillan kokonaismitat ovat vastaavat. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että nimellis- ja raja-arvot ovat identtiset graniittilava- ja IGM-mallien välillä.

Rakentaminen

Koneistamattomien akselialustojen puuttuminen IGM-suunnittelussa tarjoaa tiettyjä etuja graniittiratkaisuihin verrattuna. Erityisesti IGM:n rakenteellisen silmukan komponenttien vähentäminen auttaa lisäämään akselin kokonaisjäykkyyttä. Se mahdollistaa myös lyhyemmän etäisyyden graniittialustan ja vaunun yläpinnan välillä. Tässä erityisessä tapaustutkimuksessa IGM-suunnittelu tarjoaa 33 % matalamman työpinnan korkeuden (80 mm verrattuna 120 mm:iin). Tämä pienempi työkorkeus ei ainoastaan ​​mahdollista kompaktimpaa rakennetta, vaan se myös vähentää koneen siirtymiä moottorin ja enkooderin välillä työpisteeseen, mikä johtaa Abben virheiden vähenemiseen ja siten työpisteen paikannuskyvyn paranemiseen.

Akselikomponentit

Tarkemmin tarkasteltuna graniittilava- ja IGM-ratkaisuilla on joitakin yhteisiä keskeisiä komponentteja, kuten lineaarimoottorit ja asentoanturit. Yhteinen voima- ja magneettiradan valinta johtaa yhtäläisiin voima-tuotto-ominaisuuksiin. Samoin samojen anturien käyttö molemmissa malleissa tarjoaa identtisen hienon resoluution paikannuspalautteelle. Tämän seurauksena lineaarinen tarkkuus ja toistettavuus eivät eroa merkittävästi graniittilava- ja IGM-ratkaisujen välillä. Samanlainen komponenttien asettelu, mukaan lukien laakerien etäisyys ja toleranssit, johtaa vertailukelpoiseen suorituskykyyn geometristen virheliikkeiden suhteen (eli vaakasuora ja pystysuora suoruus, kallistus, vierintä ja kääntö). Lopuksi, molempien mallien tukielementit, mukaan lukien kaapelien hallinta, sähköiset rajoittimet ja kovat pysäyttimet, ovat toiminnallisesti pohjimmiltaan identtisiä, vaikka niiden fyysinen ulkonäkö voi vaihdella jonkin verran.

Laakerit

Tässä nimenomaisessa rakenteessa yksi huomattavimmista eroista on lineaariohjainlaakereiden valinta. Vaikka sekä graniittilavajärjestelmissä että IGM-järjestelmissä käytetään kiertokuulalaakereita, IGM-järjestelmä mahdollistaa suurempien ja jäykempien laakereiden sisällyttämisen rakenteeseen ilman, että akselin työkorkeutta lisätään. Koska IGM-rakenne perustuu graniittiin erillisen koneistetusta komponentista valmistetun alustan sijaan, on mahdollista ottaa takaisin osa koneistetun alustan muuten kuluttamasta pystysuorasta tilasta ja täyttää tämä tila suuremmilla laakereilla samalla, kun vaunun kokonaiskorkeutta graniitin yläpuolella pienennetään.

Jäykkyys

Suurempien laakereiden käytöllä IGM-rakenteessa on merkittävä vaikutus kulmajäykkyyteen. Leveän rungon ala-akselin (Y) tapauksessa IGM-ratkaisu tarjoaa yli 40 % suuremman vierintäjäykkyyden, 30 % suuremman nousujäykkyyden ja 20 % suuremman suuntausjäykkyyden kuin vastaava graniittirunkoinen rakenne. Vastaavasti IGM:n silta tarjoaa nelinkertaisen vierintäjäykkyyden, kaksinkertaisen nousujäykkyyden ja yli 30 % suuremman suuntausjäykkyyden kuin graniittirunkoinen vastineensa. Suurempi kulmajäykkyys on eduksi, koska se edistää suoraan parempaa dynaamista suorituskykyä, mikä on avainasemassa koneen suuremman läpimenon mahdollistamisessa.

Kantavuus

IGM-ratkaisun suuremmat laakerit mahdollistavat huomattavasti suuremman hyötykuorman kuin graniittilavaratkaisu. Vaikka graniittilavaratkaisun PRO560LM-perusakselin kantavuus on 150 kg, vastaava IGM-ratkaisu pystyy käsittelemään 300 kg:n hyötykuorman. Vastaavasti graniittilavaratkaisun PRO280LM-silta-akseli kannattaa 150 kg:n kuormaa, kun taas IGM-ratkaisun silta-akseli voi kantaa jopa 200 kg:n kuorman.

Liikkuva massa

Vaikka mekaanisesti laakeroitujen IGM-akseleiden suuremmat laakerit tarjoavat paremmat kulmaominaisuudet ja suuremman kuormankantokyvyn, ne toimitetaan myös suurempien ja painavampien vaunujen kanssa. Lisäksi IGM-vaunut on suunniteltu siten, että tietyt graniittilavalla varustetulle akselille välttämättömät (mutta eivät IGM-akselille pakolliset) koneistetut ominaisuudet on poistettu osan jäykkyyden lisäämiseksi ja valmistuksen yksinkertaistamiseksi. Nämä tekijät tarkoittavat, että IGM-akselilla on suurempi liikkuva massa kuin vastaavalla graniittilavalla varustetulla akselilla. Kiistaton haittapuoli on, että IGM:n maksimikiihtyvyys on pienempi olettaen, että moottorin tuottama voima pysyy muuttumattomana. Tietyissä tilanteissa suurempi liikkuva massa voi kuitenkin olla edullinen siitä näkökulmasta, että sen suurempi inertia voi tarjota paremman vastustuskyvyn häiriöille, mikä voi korreloida parantuneen asennonpitävyyden kanssa.

Rakenteellinen dynamiikka

IGM-järjestelmän suurempi laakerijäykkyys ja jäykempi vaunu tarjoavat lisäetuja, jotka käyvät ilmi suoritettuaan modaalianalyysin äärelliselementtimenetelmällä (FEA). Tässä tutkimuksessa tarkastelimme liikkuvan vaunun ensimmäistä resonanssia sen vaikutuksen vuoksi servon kaistanleveyteen. PRO560LM-vaunu kohtaa resonanssin 400 Hz:n taajuudella, kun taas vastaava IGM-vaunu kokee saman tilan 430 Hz:n taajuudella. Kuva 3 havainnollistaa tätä tulosta.

IGM-ratkaisun korkeampi resonanssi perinteiseen graniittiseen lavaratkaisuun verrattuna voidaan osittain selittää jäykemmällä vaunun ja laakerin rakenteella. Korkeampi vaunun resonanssi mahdollistaa suuremman servomoottorin kaistanleveyden ja siten paremman dynaamisen suorituskyvyn.

Käyttöympäristö

Akselin tiivistys on lähes aina välttämätöntä, kun läsnä on epäpuhtauksia, olivatpa ne sitten syntyneet käyttäjän prosessista tai muuten koneen ympäristössä. Graniittipohjaiset lavaratkaisut sopivat erityisen hyvin tällaisiin tilanteisiin akselin luonnostaan ​​suljetun luonteen vuoksi. Esimerkiksi PRO-sarjan lineaarivaiheissa on kovat suojukset ja sivutiivisteet, jotka suojaavat vaiheen sisäisiä komponentteja epäpuhtauksilta kohtuullisessa määrin. Näihin vaiheisiin voidaan myös asentaa valinnaisia ​​pöytäpyyhkimiä, jotka pyyhkivät roskat pois yläkovasta suojuksesta vaiheen liikkuessa. Toisaalta IGM-liikealustat ovat luonnostaan ​​avoimia, ja laakerit, moottorit ja enkooderit ovat paljaina. Vaikka tämä ei ole ongelma puhtaammissa ympäristöissä, se voi olla ongelmallista epäpuhtauksien läsnä ollessa. Tämä ongelma voidaan ratkaista sisällyttämällä IGM-akseliin erityinen paljetyyppinen suojakansi, joka suojaa roskilta. Mutta jos paljetta ei toteuteta oikein, se voi vaikuttaa negatiivisesti akselin liikkeeseen kohdistamalla ulkoisia voimia vaunuun sen liikkuessa koko liikeradallaan.

Huolto

Huollettavuus on graniittilavojen ja IGM-liikealustojen erottava tekijä. Lineaarimoottoriakselit tunnetaan kestävyydestään, mutta joskus huolto on välttämätöntä. Tietyt huoltotoimenpiteet ovat suhteellisen yksinkertaisia ​​ja ne voidaan suorittaa irrottamatta tai purkamatta kyseistä akselia, mutta joskus tarvitaan perusteellisempi purkaminen. Kun liikealusta koostuu erillisistä graniitille asennetuista vaiheista, huolto on kohtuullisen yksinkertainen tehtävä. Irrota ensin alusta graniitista, suorita sitten tarvittavat huoltotyöt ja asenna se takaisin. Tai vaihda se yksinkertaisesti uuteen vaiheeseen.

IGM-ratkaisut voivat toisinaan olla haastavampia huollon aikana. Vaikka lineaarimoottorin yksittäisen magneettiradan vaihtaminen on tässä tapauksessa hyvin yksinkertaista, monimutkaisemmat huollot ja korjaukset edellyttävät usein useiden tai kaikkien akselin komponenttien täydellistä purkamista, mikä on aikaa vievämpää, kun komponentit on asennettu suoraan graniittiin. Graniittipohjaisten akselien uudelleenkohdistaminen toisiinsa on myös vaikeampaa huollon jälkeen – tehtävä, joka on huomattavasti suoraviivaisempi erillisillä vaiheilla.

Taulukko 1. Yhteenveto mekaanisesti laakeroitujen graniitille asennettavien ja IGM-ratkaisujen perustavanlaatuisista teknisistä eroista.

Taloudellinen vertailu

Vaikka minkä tahansa liikejärjestelmän absoluuttiset kustannukset vaihtelevat useiden tekijöiden, kuten liikepituuden, akselin tarkkuuden, kuormituskapasiteetin ja dynaamisten ominaisuuksien, perusteella, tässä tutkimuksessa tehtyjen vastaavien IGM- ja lava-graniittiliikejärjestelmien suhteelliset vertailut viittaavat siihen, että IGM-ratkaisut pystyvät tarjoamaan keski- tai erittäin tarkkaa liikettä kohtalaisen alhaisemmilla kustannuksilla kuin vastaavat lava-graniittijärjestelmät.

Taloudellinen tutkimuksemme koostuu kolmesta peruskustannuskomponentista: koneenosista (mukaan lukien sekä valmistetut että ostetut osat), graniitin kokoonpanosta sekä työstä ja yleiskustannuksista.

Koneen osat

IGM-ratkaisu tarjoaa huomattavia säästöjä koneen osien osalta verrattuna graniittilavaratkaisuun. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että IGM:ssä ei ole monimutkaisesti koneistettuja alustapohjia Y- ja X-akseleilla, jotka lisäävät graniittilavaratkaisujen monimutkaisuutta ja kustannuksia. Lisäksi kustannussäästöt voidaan katsoa johtuvan muiden IGM-ratkaisussa koneistettujen osien, kuten liikkuvien vaunujen, suhteellisesta yksinkertaistamisesta, sillä niillä voi olla yksinkertaisemmat ominaisuudet ja jonkin verran löysemmät toleranssit, kun ne on suunniteltu käytettäväksi IGM-järjestelmässä.

Graniittikokoonpanot

Vaikka sekä IGM- että graniittirakenteisten lavajärjestelmien graniittiset jalusta-nousupalkki-siltakokoonpanot näyttävät olevan muodoltaan ja ulkonäöltään samankaltaisia, IGM-graniittikokoonpano on hieman kalliimpi. Tämä johtuu siitä, että IGM-ratkaisussa graniitti korvaa graniittirakenteisessa lavarakenteissa koneistetut lava-alustat, mikä edellyttää graniitilta yleisesti ottaen tiukempia toleransseja kriittisillä alueilla ja jopa lisäominaisuuksia, kuten esimerkiksi puristettuja leikkauksia ja/tai kierteitettyjä teräsinserttejä. Tapaustutkimuksessamme graniittirakenteen monimutkaisuus kuitenkin kompensoituu enemmän kuin hyvin koneen osien yksinkertaistamisella.

Työvoima ja yleiskustannukset

Koska sekä IGM- että graniittisten lavajärjestelmien kokoonpanossa ja testauksessa on monia samankaltaisuuksia, työ- ja yleiskustannuksissa ei ole merkittävää eroa.

Kun kaikki nämä kustannustekijät yhdistetään, tässä tutkimuksessa tarkasteltu mekaanisesti laakeroitu IGM-ratkaisu on noin 15 % halvempi kuin mekaanisesti laakeroitu, graniitille asennettava ratkaisu.

Taloudellisen analyysin tulokset eivät tietenkään riipu pelkästään ominaisuuksista, kuten kuljetusmatkasta, tarkkuudesta ja kantavuudesta, vaan myös tekijöistä, kuten graniittitoimittajan valinnasta. Lisäksi on järkevää ottaa huomioon graniittirakenteen hankintaan liittyvät toimitus- ja logistiikkakustannukset. Tämä on erityisen hyödyllistä erittäin suurissa graniittijärjestelmissä, vaikka se päteekin kaikenkokoisiin järjestelmiin. Pätevän graniittitoimittajan valitseminen lähempänä lopullisen järjestelmän kokoonpanopaikkaa voi myös auttaa minimoimaan kustannuksia.

On myös huomattava, että tässä analyysissä ei oteta huomioon käyttöönoton jälkeisiä kustannuksia. Oletetaan esimerkiksi, että liikejärjestelmä on huollettava korjaamalla tai vaihtamalla liikeakseli. Graniittilavajärjestelmä voidaan huoltaa yksinkertaisesti irrottamalla ja korjaamalla/vaihtamalla kyseinen akseli. Modulaarisemman lavarakenteen ansiosta tämä on suhteellisen helppoa ja nopeaa, vaikka alkuperäiset järjestelmäkustannukset ovat korkeammat. Vaikka IGM-järjestelmiä on yleensä saatavilla halvemmalla kuin graniittilavajärjestelmiä, niiden purkaminen ja huoltaminen voi olla haastavampaa integroidun rakenteen vuoksi.

Johtopäätös

Jokaisella liikealustan suunnittelutyypillä – graniittilavalla ja IGM:llä – on selkeästi omat etunsa. Ei kuitenkaan ole aina selvää, mikä on ihanteellisin valinta tiettyyn liikesovellukseen. Siksi on erittäin hyödyllistä tehdä yhteistyötä kokeneen liike- ja automaatiojärjestelmätoimittajan, kuten Aerotechin, kanssa, joka tarjoaa selkeästi sovelluskeskeisen, konsultoivan lähestymistavan haastavien liikkeenohjaus- ja automaatiosovelluksien vaihtoehtoisten ratkaisujen tutkimiseen ja arvokkaan näkemyksen tarjoamiseen. Näiden kahden automaatioratkaisun välisten erojen ymmärtäminen sekä niiden ratkaisemien ongelmien perusnäkökohtien ymmärtäminen on avain menestykseen valittaessa liikejärjestelmää, joka vastaa sekä projektin teknisiin että taloudellisiin tavoitteisiin.

AEROTECHiltä.