Ero Stage-on-Granite ja Integrated Granite Motion Systems

Sopivimman graniittipohjaisen lineaarisen liikealustan valinta tiettyyn sovellukseen riippuu monista tekijöistä ja muuttujista.On ratkaisevan tärkeää tunnustaa, että jokaisella sovelluksella on omat ainutlaatuiset vaatimukset, jotka on ymmärrettävä ja priorisoitava tehokkaan ratkaisun löytämiseksi liikealustan suhteen.

Yksi yleisimmistä ratkaisuista on erillisten asemointiasteiden asentaminen graniittirakenteeseen.Toinen yleinen ratkaisu yhdistää liikeakselit muodostavat komponentit suoraan itse graniittiin.Valinta graniittivaiheen ja integroidun graniittiliikkeen (IGM) välillä on yksi aikaisimmista valintaprosessin päätöksistä.Molempien ratkaisutyyppien välillä on selvät erot, ja tietysti kummallakin on omat etunsa - ja huomautuksensa -, jotka on ymmärrettävä ja harkittava huolellisesti.

Jotta voimme saada paremman käsityksen tästä päätöksentekoprosessista, arvioimme eroja kahden perusmuotoisen lineaarisen liikealustan - perinteisen graniittiratkaisun ja IGM-ratkaisun - välillä sekä teknisestä että taloudellisesta näkökulmasta mekaanisen jossa tapaustutkimus.

Tausta

Tutkiaksemme yhtäläisyyksiä ja eroja IGM-järjestelmien ja perinteisten graniittijärjestelmien välillä loimme kaksi testitapausmallia:

• Mekaaninen laakeri, graniitti
• Mekaaninen laakeri, IGM

Molemmissa tapauksissa jokainen järjestelmä koostuu kolmesta liikeakselista.Y-akseli tarjoaa 1000 mm liikerataa ja sijaitsee graniittirakenteen pohjalla.X-akseli, joka sijaitsee kokoonpanon sillalla 400 mm:n liikematkalla, kantaa pystysuoraa Z-akselia 100 mm:n liikematkalla.Tämä järjestely on esitetty kuvallisesti.

Lava-graniittisuunnittelua varten valitsimme Y-akselille laajarunkoisen PRO560LM-lavan sen suuremman kantokyvyn vuoksi, mikä on yleistä monissa liikesovelluksissa, joissa käytetään tätä Y/XZ-jaettua siltajärjestelyä.X-akseliksi valitsimme PRO280LM:n, jota käytetään yleisesti silta-akselina monissa sovelluksissa.PRO280LM tarjoaa käytännöllisen tasapainon sen jalanjäljen ja sen kyvyn välillä kuljettaa Z-akselia asiakkaan hyötykuorman kanssa.

IGM-suunnitelmissa toistimme tiiviisti edellä mainittujen akseleiden perussuunnittelukonseptit ja asettelut, sillä pääasiallinen ero on, että IGM-akselit on rakennettu suoraan graniittirakenteeseen, ja siksi niiltä puuttuu koneistettujen komponenttien pohjat, jotka ovat läsnä vaiheessa. - graniittimalleja.

Yhteinen molemmissa suunnittelutapauksissa on Z-akseli, joka valittiin PRO190SL kuularuuvikäyttöiseksi vaiheeksi.Tämä on erittäin suosittu akseli, jota käytetään pystysuunnassa sillassa sen runsaan hyötykuorman ja suhteellisen kompaktin muodon vuoksi.

Kuva 2 havainnollistaa tarkasteltuja graniitti- ja IGM-järjestelmiä.

Tekninen vertailu

IGM-järjestelmät suunnitellaan käyttämällä erilaisia ​​tekniikoita ja komponentteja, jotka ovat samanlaisia ​​kuin perinteisissä graniittisovelluksissa.Tämän seurauksena IGM-järjestelmien ja graniittijärjestelmien välillä on monia yhteisiä teknisiä ominaisuuksia.Sitä vastoin liikeakselien integroiminen suoraan graniittirakenteeseen tarjoaa useita erottavia ominaisuuksia, jotka erottavat IGM-järjestelmät vaiheessa graniittijärjestelmistä.

Muotoseikka

Ehkä ilmeisin samankaltaisuus alkaa koneen perustasta – graniittista.Vaikka graniitti- ja IGM-mallien ominaisuuksissa ja toleransseissa on eroja, graniittipohjan, nousuputkien ja sillan kokonaismitat ovat vastaavat.Tämä johtuu ensisijaisesti siitä, että nimellis- ja rajamatkat ovat identtiset graniittivaiheen ja IGM:n välillä.

Rakentaminen

Koneistettujen komponenttien akselipohjien puute IGM-suunnittelussa tarjoaa tiettyjä etuja graniittivaiheisiin verrattuna.Erityisesti komponenttien vähentäminen IGM:n rakennesilmukassa auttaa lisäämään akselin kokonaisjäykkyyttä.Se mahdollistaa myös lyhyemmän etäisyyden graniittipohjan ja vaunun yläpinnan välillä.Tässä erityistapaustutkimuksessa IGM-malli tarjoaa 33 % matalamman työpinnan korkeuden (80 mm verrattuna 120 mm:iin).Tämä pienempi työskentelykorkeus mahdollistaa kompaktimman rakenteen, mutta se myös vähentää koneen siirtymiä moottorista ja anturista työpisteeseen, mikä vähentää Abbe-virheitä ja parantaa siten työpisteen paikannustehoa.

Akselin komponentit

Tarkasteltaessa suunnittelua syvemmälle, graniitti- ja IGM-ratkaisuissa on yhteisiä keskeisiä komponentteja, kuten lineaarimoottorit ja paikkaanturit.Yhteinen voiman ja magneetin radan valinta johtaa vastaaviin voimansyöttöominaisuuksiin.Samoin samojen kooderien käyttö molemmissa malleissa tarjoaa identtisen hienon resoluution paikannuspalautteeseen.Tämän seurauksena lineaarinen tarkkuus ja toistettavuus eivät eroa merkittävästi graniitti- ja IGM-ratkaisujen välillä.Samanlainen komponenttien asettelu, mukaan lukien laakerien erotus ja toleranssi, johtaa vertailukelpoiseen suorituskykyyn geometristen virheliikkeiden suhteen (eli vaaka- ja pystysuoraus, nousu, kallistus ja kiertosuunta).Lopuksi, molempien mallien tukielementit, mukaan lukien kaapelien hallinta, sähköiset rajat ja hardstops, ovat toiminnaltaan pohjimmiltaan identtisiä, vaikka ne voivat vaihdella jonkin verran fyysisesti.

Laakerit

Tässä nimenomaisessa mallissa yksi merkittävimmistä eroista on lineaaristen ohjauslaakereiden valinta.Vaikka kierrättäviä kuulalaakereita käytetään sekä graniitti- että IGM-järjestelmissä, IGM-järjestelmä mahdollistaa suurempien, jäykempien laakereiden sisällyttämisen suunnitteluun ilman, että akselin työkorkeus kasvaa.Koska IGM-suunnittelu perustuu graniittiin sen pohjana, toisin kuin erillisessä koneistetuissa komponenteissa, on mahdollista saada takaisin osa pystysuorasta kiinteistöstä, joka muuten kuluisi koneistetun pohjan toimesta, ja olennaisesti täyttää tämä tila suuremmalla. laakerit vähentäen samalla vaunun kokonaiskorkeutta graniitin yläpuolella.

Jäykkyys

Suurempien laakereiden käytöllä IGM-suunnittelussa on suuri vaikutus kulman jäykkyyteen.Leveän rungon ala-akselin (Y) tapauksessa IGM-ratkaisu tarjoaa yli 40 % suuremman rullan jäykkyyden, 30 % suuremman nousun jäykkyyden ja 20 % suuremman kääntöjäykkyyden kuin vastaava graniittirakenne.Samoin IGM:n silta tarjoaa nelinkertaisen lisäyksen rullan jäykkyyteen, kaksinkertaisen nousun jäykkyyden ja yli 30 % suuremman kääntöjäykkyyden kuin sen graniittitasoinen vastine.Suurempi kulmajäykkyys on edullinen, koska se parantaa suoraan dynaamista suorituskykyä, mikä on avainasemassa koneen suuremman suorituskyvyn mahdollistamisessa.

Kuormituskapasiteetti

IGM-ratkaisun suuremmat laakerit mahdollistavat huomattavasti suuremman hyötykuorman kuin graniittiratkaisun.Vaikka graniittivaiheen PRO560LM-pohjaakselin kantavuus on 150 kg, vastaavaan IGM-ratkaisuun mahtuu 300 kg:n hyötykuorma.Samoin graniittilavan PRO280LM-siltaakseli kantaa 150 kg, kun taas IGM-ratkaisun silta-akseli voi kantaa jopa 200 kg.

Liikkuva massa

Mekaanisten IGM-akseleiden suuremmat laakerit tarjoavat paremmat kulmaominaisuudet ja suuremman kuormankantokyvyn, mutta ne tulevat myös suurempien ja raskaampien kuorma-autojen kanssa.Lisäksi IGM-vaunut on suunniteltu siten, että tietyt graniittiakselille välttämättömät koneistetut ominaisuudet (mutta joita IGM-akseli ei vaadi) poistetaan osien jäykkyyden lisäämiseksi ja valmistuksen yksinkertaistamiseksi.Nämä tekijät tarkoittavat, että IGM-akselilla on suurempi liikkuva massa kuin vastaavalla graniittiakselilla.Kiistaton haittapuoli on, että IGM:n maksimikiihtyvyys on pienempi olettaen, että moottorin voimananto ei muutu.Kuitenkin tietyissä tilanteissa suurempi liikkuva massa voi olla edullinen siitä näkökulmasta, että sen suurempi inertia voi tarjota suuremman vastustuskyvyn häiriöille, mikä voi korreloida lisääntyneen asennon stabiiliuden kanssa.

Rakennedynamiikka

IGM-järjestelmän korkeampi laakerin jäykkyys ja jäykempi kelkka tarjoavat lisäetuja, jotka ovat ilmeisiä, kun modaalianalyysin suorittamiseen on käytetty FEA (finite-element analysis) -ohjelmistopakettia.Tässä tutkimuksessa tarkastelimme liikkuvan vaunun ensimmäistä resonanssia, koska se vaikuttaa servon kaistanleveyteen.PRO560LM-vaunu kohtaa resonanssin taajuudella 400 Hz, kun taas vastaava IGM-vaunu kokee saman tilan 430 Hz:llä.Kuva 3 havainnollistaa tätä tulosta.

IGM-ratkaisun korkeampi resonanssi verrattuna perinteiseen graniittiin, johtuu osittain jäykemmästä kelkan ja laakerin rakenteesta.Suurempi vaunuresonanssi mahdollistaa suuremman servokaistanleveyden ja siten paremman dynaamisen suorituskyvyn.

Toimintaympäristö

Akselien tiivistäminen on lähes aina pakollista, kun läsnä on epäpuhtauksia, olivatpa ne sitten syntyneet käyttäjän prosessissa tai muuten koneen ympäristössä.Stage-on-graniittiratkaisut ovat erityisen sopivia näissä tilanteissa akselin luontaisen suljetun luonteen vuoksi.Esimerkiksi PRO-sarjan lineaarilavat on varustettu kovakantisilla ja sivutiivisteillä, jotka suojaavat lavan sisäosia likaantumiselta kohtuullisessa määrin.Nämä vaiheet voidaan myös konfiguroida valinnaisilla pöytäpyyhkimillä lakaisemaan roskat pois ylemmästä kovakantisesta alustan kulkiessa.Toisaalta IGM-liikealustat ovat luonnostaan ​​avoimia, ja laakerit, moottorit ja kooderit ovat esillä.Vaikka se ei ole ongelma puhtaammissa ympäristöissä, se voi olla ongelmallista, kun siellä on saastumista.Tämä ongelma voidaan ratkaista sisällyttämällä IGM-akselin suunnitteluun erityinen palkeetyylinen kulkusuojus suojaamaan roskia vastaan.Mutta jos sitä ei toteuteta oikein, palkeet voivat vaikuttaa negatiivisesti akselin liikkeeseen kohdistamalla ulkoisia voimia kelkkaan, kun se liikkuu koko liikematkansa läpi.

Huolto

Huollettavuus erottaa graniitti- ja IGM-alustat toisistaan.Lineaarimoottoriakselit ovat hyvin tunnettuja kestävyydestään, mutta joskus on tarpeen suorittaa huolto.Tietyt huoltotoimenpiteet ovat suhteellisen yksinkertaisia ​​ja ne voidaan suorittaa ilman kyseistä akselia irrottamatta tai purkamatta, mutta joskus tarvitaan perusteellisempaa purkamista.Kun liiketaso koostuu erillisistä graniitille asennetuista vaiheista, huolto on melko yksinkertaista.Irrota ensin lava graniitista, suorita sitten tarvittavat huoltotyöt ja asenna se uudelleen.Tai yksinkertaisesti korvaa se uudella vaiheella.

IGM-ratkaisut voivat toisinaan olla haastavampia huoltoa tehtäessä.Vaikka lineaarimoottorin yhden magneettiradan vaihtaminen on tässä tapauksessa erittäin yksinkertaista, monimutkaisempi huolto ja korjaus edellyttävät usein useiden tai kaikkien akselin muodostavien komponenttien purkamista kokonaan, mikä on enemmän aikaa vievää, kun komponentit asennetaan suoraan graniitille.Graniittipohjaisten akselien kohdistaminen toisiinsa huollon jälkeen on myös vaikeampaa – tehtävä on huomattavasti yksinkertaisempi erillisillä vaiheilla.

Taulukko 1. Yhteenveto perustavanlaatuisista teknisistä eroista mekaanisesti laakeroitujen graniitti- ja IGM-ratkaisujen välillä.

Taloudellinen vertailu

Vaikka minkä tahansa liikejärjestelmän absoluuttiset kustannukset vaihtelevat useiden tekijöiden mukaan, mukaan lukien kulkupituus, akselin tarkkuus, kuormituskyky ja dynaamiset ominaisuudet, tässä tutkimuksessa tehdyt analogisten IGM- ja graniittisten liikejärjestelmien suhteelliset vertailut viittaavat siihen, että IGM-ratkaisut ovat pystyvät tarjoamaan keskipitkän tai korkean tarkkuuden liikettä kohtalaisen pienemmillä kustannuksilla kuin graniittitasoiset vastineensa.

Taloudellinen tutkimuksemme koostuu kolmesta peruskustannuskomponentista: koneen osat (sisältäen sekä valmistetut osat että ostetut osat), graniittikokoonpano sekä työ- ja yleiskustannukset.

Koneen osat

IGM-ratkaisu tarjoaa huomattavia säästöjä koneenosien osalta graniittivaiheen ratkaisuun verrattuna.Tämä johtuu ensisijaisesti siitä, että IGM:stä puuttuu monimutkaisesti koneistettu lavajalusta Y- ja X-akseleilla, mikä lisää monimutkaisuutta ja kustannuksia vaiheistettuihin graniittiratkaisuihin.Lisäksi kustannussäästöt johtuvat IGM-ratkaisun muiden koneistettujen osien, kuten liikkuvien vaunujen, suhteellisesta yksinkertaistamisesta, joilla voi olla yksinkertaisemmat ominaisuudet ja jonkin verran rennommat toleranssit, kun ne on suunniteltu käytettäviksi IGM-järjestelmässä.

Graniittikokoonpanot

Vaikka sekä IGM- että vaihe-graniittijärjestelmissä olevilla graniittipohja-nosturi-siltakokoonpanoilla näyttää olevan samanlainen muoto ja ulkonäkö, IGM-graniittikokoonpano on hieman kalliimpi.Tämä johtuu siitä, että IGM-ratkaisun graniitti korvaa työstetyt lavapohjat vaihe-graniittiratkaisussa, mikä edellyttää graniitilta yleensä tiukempia toleransseja kriittisillä alueilla ja jopa lisäominaisuuksia, kuten suulakepuristettuja leikkauksia ja/ tai esimerkiksi kierteitettyjä teräsosia.Kuitenkin tapaustutkimuksessamme koneen osien yksinkertaistaminen kompensoi graniittirakenteen lisättyä monimutkaisuutta.

Työvoima ja yleiskustannukset

Koska sekä IGM- että graniittijärjestelmien kokoonpanossa ja testauksessa on monia yhtäläisyyksiä, työvoima- ja yleiskustannuksissa ei ole merkittävää eroa.

Kun kaikki nämä kustannustekijät yhdistetään, tässä tutkimuksessa tarkasteltu spesifinen mekaanisesti laakeroitu IGM-ratkaisu on noin 15 % edullisempi kuin mekaaninen laakeroitu graniittiratkaisu.

Taloudellisen analyysin tulokset eivät tietenkään riipu pelkästään ominaisuuksista, kuten matkan pituudesta, tarkkuudesta ja kantavuudesta, vaan myös tekijöistä, kuten graniittitoimittajan valinnasta.Lisäksi on järkevää ottaa huomioon graniittirakenteen hankintaan liittyvät toimitus- ja logistiikkakustannukset.Erityisen hyödyllinen erittäin suurille graniittijärjestelmille, vaikka pätee kaikkiin kokoihin, pätevän graniittitoimittajan valitseminen lähempänä lopullisen järjestelmän kokoonpanoa voi myös auttaa minimoimaan kustannukset.

On myös huomattava, että tässä analyysissä ei oteta huomioon käyttöönoton jälkeisiä kustannuksia.Oletetaan esimerkiksi, että liikejärjestelmää on tarpeen huoltaa korjaamalla tai vaihtamalla liikeakseli.Stage-on-graniittijärjestelmä voidaan huoltaa yksinkertaisesti poistamalla ja korjaamalla/vaihtamalla vahingoittunut akseli.Modulaarisemman lavatyylisen suunnittelun ansiosta tämä voidaan tehdä suhteellisen helposti ja nopeasti korkeammista järjestelmän alkukustannuksista huolimatta.Vaikka IGM-järjestelmät voidaan yleensä hankkia halvemmalla kuin niiden graniittiversiot, niiden purkaminen ja huoltaminen voi olla haastavampaa rakenteen integroidun luonteen vuoksi.

Johtopäätös

On selvää, että jokainen liikealustatyyppi – graniitti ja IGM – voivat tarjota erilaisia ​​etuja.Aina ei kuitenkaan ole selvää, mikä on ihanteellinen valinta tiettyyn liikesovellukseen.Siksi on erittäin hyödyllistä tehdä yhteistyötä kokeneen liike- ja automaatiojärjestelmien toimittajan, kuten Aerotechin, kanssa, joka tarjoaa selkeästi sovelluskeskeisen, konsultoivan lähestymistavan tutkiakseen ja tarjotakseen arvokasta tietoa ratkaisuvaihtoehdoista haastaville liikkeenohjaus- ja automaatiosovelluksille.Näiden kahden automaatioratkaisun välisen eron ymmärtäminen, mutta myös niiden ongelmien perusnäkökohdat, jotka niitä vaaditaan ratkaisemaan, on avain menestykseen valittaessa liikejärjestelmä, joka vastaa sekä projektin tekniset että taloudelliset tavoitteet.

AEROTECHilta.