Dallimi midis sistemeve të lëvizjes me fazë mbi granit dhe sistemeve të integruara të lëvizjes me granit

Përzgjedhja e platformës më të përshtatshme të lëvizjes lineare me bazë graniti për një aplikim të caktuar varet nga një mori faktorësh dhe variablash. Është thelbësore të pranohet se çdo aplikim ka grupin e vet unik të kërkesave që duhet të kuptohen dhe të prioritizohen në mënyrë që të arrihet një zgjidhje efektive në lidhje me një platformë lëvizjeje.

Një nga zgjidhjet më të përhapura përfshin montimin e fazave të pozicionimit diskret në një strukturë graniti. Një zgjidhje tjetër e zakonshme integron komponentët që përbëjnë boshtet e lëvizjes direkt në vetë granitin. Zgjedhja midis një platforme lëvizjeje të integruar të granitit (IGM) dhe një platforme lëvizjeje të integruar të granitit (IGM) është një nga vendimet e hershme që duhen marrë në procesin e përzgjedhjes. Ekzistojnë dallime të qarta midis të dy llojeve të zgjidhjeve, dhe sigurisht secila ka meritat e veta - dhe paralajmërimet - që duhet të kuptohen dhe merren në konsideratë me kujdes.

Për të ofruar një pasqyrë më të mirë të këtij procesi vendimmarrjeje, ne vlerësojmë ndryshimet midis dy dizenjove themelore të platformave të lëvizjes lineare - një zgjidhje tradicionale me skenë mbi granit dhe një zgjidhje IGM - nga perspektiva teknike dhe financiare në formën e një studimi rasti me kushinetë mekanike.

Sfondi

Për të eksploruar ngjashmëritë dhe ndryshimet midis sistemeve IGM dhe sistemeve tradicionale të stazhuara mbi granit, ne gjeneruam dy dizajne të rasteve të testimit:

• Kushineta mekanike, e stazhuar mbi granit
• Kushineta mekanike, IGM

Në të dyja rastet, secili sistem përbëhet nga tre akse lëvizjeje. Boshti Y ofron 1000 mm lëvizje dhe ndodhet në bazën e strukturës së granitit. Boshti X, i vendosur në urën e montimit me 400 mm lëvizje, mbart boshtin vertikal Z me 100 mm lëvizje. Ky rregullim përfaqësohet piktografikisht.

Për dizajnin e skenës mbi granit, ne zgjodhëm një skenë PRO560LM me trup të gjerë për boshtin Y për shkak të kapacitetit të saj më të madh mbajtës të ngarkesës, i zakonshëm për shumë aplikime lëvizjeje duke përdorur këtë rregullim "urë e ndarë Y/XZ". Për boshtin X, ne zgjodhëm një PRO280LM, i cili përdoret zakonisht si bosht urë në shumë aplikime. PRO280LM ofron një ekuilibër praktik midis gjurmës së tij dhe aftësisë së tij për të mbajtur një bosht Z me një ngarkesë të klientit.

Për projektet IGM, ne i replikuam nga afër konceptet themelore të projektimit dhe paraqitjet e akseve të mësipërme, me ndryshimin kryesor që është se boshtet IGM janë ndërtuar direkt në strukturën e granitit, dhe për këtë arsye nuk kanë bazat e komponentëve të përpunuar të pranishme në projektet me fazë mbi granit.

I përbashkët në të dyja rastet e projektimit është boshti Z, i cili u zgjodh të jetë një skenë PRO190SL me vidë sferike. Ky është një bosht shumë i popullarizuar për t'u përdorur në orientimin vertikal në një urë për shkak të kapacitetit të tij të bollshëm të ngarkesës dhe faktorit të formës relativisht kompakte.

Figura 2 ilustron sistemet specifike të fazës në granit dhe IGM të studiuara.

Krahasim Teknik

Sistemet IGM janë projektuar duke përdorur një sërë teknikash dhe komponentësh që janë të ngjashëm me ato që gjenden në projektimet tradicionale me faza mbi granit. Si rezultat, ka shumë veti teknike të përbashkëta midis sistemeve IGM dhe sistemeve me faza mbi granit. Anasjelltas, integrimi i boshteve të lëvizjes direkt në strukturën e granitit ofron disa karakteristika dalluese që dallojnë sistemet IGM nga sistemet me faza mbi granit.

Faktori i formës

Ndoshta ngjashmëria më e dukshme fillon me themelin e makinës - granitin. Edhe pse ka ndryshime në karakteristikat dhe tolerancat midis modeleve me fazë mbi granit dhe IGM, dimensionet e përgjithshme të bazës së granitit, ngritësve dhe urës janë ekuivalente. Kjo kryesisht për shkak se lëvizjet nominale dhe limit janë identike midis modeleve me fazë mbi granit dhe IGM.

Ndërtim

Mungesa e bazave të boshtit me komponentë të përpunuar në projektimin IGM ofron disa avantazhe në krahasim me zgjidhjet me granit të shkallëzuar. Në veçanti, zvogëlimi i komponentëve në lakun strukturor të IGM ndihmon në rritjen e ngurtësisë së përgjithshme të boshtit. Ai gjithashtu lejon një distancë më të shkurtër midis bazës së granitit dhe sipërfaqes së sipërme të karrocës. Në këtë studim të veçantë, projektimi IGM ofron një lartësi të sipërfaqes së punës 33% më të ulët (80 mm krahasuar me 120 mm). Kjo lartësi më e vogël pune jo vetëm që lejon një dizajn më kompakt, por gjithashtu zvogëlon zhvendosjet e makinës nga motori dhe koduesi në pikën e punës, duke rezultuar në gabime të reduktuara Abbe dhe për këtë arsye performancë të përmirësuar të pozicionimit të pikës së punës.

Komponentët e Boshtit

Duke parë më thellë në dizajn, zgjidhjet stage-on-granit dhe IGM ndajnë disa komponentë kryesorë, siç janë motorët linearë dhe enkoderët e pozicionit. Përzgjedhja e përbashkët e forcës dhe gjurmës së magnetit çon në aftësi ekuivalente të daljes së forcës. Po kështu, përdorimi i të njëjtëve enkoderë në të dy dizajnet ofron rezolucion identikisht të mirë për reagimin e pozicionimit. Si rezultat, saktësia lineare dhe performanca e përsëritshmërisë nuk është dukshëm e ndryshme midis zgjidhjeve stage-on-granit dhe IGM. Paraqitja e ngjashme e komponentëve, duke përfshirë ndarjen dhe tolerancën e kushinetave, çon në performancë të krahasueshme në aspektin e lëvizjeve të gabimeve gjeometrike (p.sh., drejtësia horizontale dhe vertikale, pjerrësia, rrotullimi dhe shmangia). Së fundmi, elementët mbështetës të të dy dizajneve, duke përfshirë menaxhimin e kabllove, kufijtë elektrikë dhe ndalesat e forta, janë thelbësisht identikë në funksion, megjithëse mund të ndryshojnë disi në pamjen fizike.

Kushineta

Për këtë dizajn të veçantë, një nga ndryshimet më të dukshme është përzgjedhja e kushinetave lineare udhëzuese. Edhe pse kushinetat me sfera recirkuluese përdoren si në sistemet me granit të shkallëzuar ashtu edhe në ato IGM, sistemi IGM bën të mundur përfshirjen e kushinetave më të mëdha dhe më të ngurta në dizajn pa rritur lartësinë e punës së boshtit. Meqenëse dizajni IGM mbështetet në granit si bazë, në krahasim me një bazë të veçantë me komponentë të përpunuar, është e mundur të rikuperohet një pjesë e sipërfaqes vertikale që përndryshe do të konsumohej nga një bazë e përpunuar, dhe në thelb të mbushet kjo hapësirë ​​me kushineta më të mëdha, duke zvogëluar ende lartësinë e përgjithshme të karrocës mbi granit.

Ngurtësi

Përdorimi i kushinetave më të mëdha në projektimin IGM ka një ndikim të thellë në ngurtësinë këndore. Në rastin e boshtit të poshtëm me trup të gjerë (Y), zgjidhja IGM ofron mbi 40% ngurtësi më të madhe të rrotullimit, 30% ngurtësi më të madhe të pjerrësisë dhe 20% ngurtësi më të madhe të pjerrësisë së kthesës sesa një projekt përkatës me fazë mbi granit. Në mënyrë të ngjashme, ura e IGM ofron një rritje katërfish të ngurtësisë së rrotullimit, dyfish të ngurtësisë së pjerrësisë dhe më shumë se 30% ngurtësi më të madhe të pjerrësisë së kthesës sesa homologu i saj me fazë mbi granit. Ngurtësia më e lartë këndore është e dobishme sepse kontribuon drejtpërdrejt në përmirësimin e performancës dinamike, e cila është çelësi për të mundësuar rendiment më të lartë të makinës.

Kapaciteti i ngarkesës

Kushinetat më të mëdha të zgjidhjes IGM lejojnë një kapacitet ngarkese dukshëm më të lartë sesa një zgjidhje stage-on-granit. Edhe pse boshti bazë PRO560LM i zgjidhjes stage-on-granit ka një kapacitet ngarkese prej 150 kg, zgjidhja përkatëse IGM mund të akomodojë një ngarkesë prej 300 kg. Në mënyrë të ngjashme, boshti urë PRO280LM i stage-on-granit mbështet 150 kg, ndërsa boshti urë i zgjidhjes IGM mund të mbajë deri në 200 kg.

Masa në lëvizje

Ndërsa kushinetat më të mëdha në boshtet IGM me kushineta mekanike ofrojnë atribute më të mira të performancës këndore dhe kapacitet më të madh mbajtës ngarkese, ato vijnë gjithashtu me kamionë më të mëdhenj dhe më të rëndë. Përveç kësaj, karrocat IGM janë projektuar në mënyrë të tillë që disa karakteristika të përpunuara të nevojshme për një bosht të shkallëzuar mbi granit (por që nuk kërkohen nga një bosht IGM) të hiqen për të rritur ngurtësinë e pjesës dhe për të thjeshtuar prodhimin. Këta faktorë nënkuptojnë që boshti IGM ka një masë lëvizëse më të madhe sesa një bosht përkatës i shkallëzuar mbi granit. Një disavantazh i padiskutueshëm është se nxitimi maksimal i IGM është më i ulët, duke supozuar që prodhimi i forcës motorike është i pandryshuar. Megjithatë, në situata të caktuara, një masë lëvizëse më e madhe mund të jetë e dobishme nga perspektiva se inercia e saj më e madhe mund të ofrojë rezistencë më të madhe ndaj shqetësimeve, të cilat mund të korrelohen me rritjen e stabilitetit në pozicion.

Dinamika Strukturore

Ngurtësia më e lartë e mbajtëses dhe karroca më e ngurtë e sistemit IGM ofrojnë përfitime shtesë që janë të dukshme pas përdorimit të një pakete softuerike të analizës së elementëve të fundëm (FEA) për të kryer një analizë modale. Në këtë studim, ne shqyrtuam rezonancën e parë të karrocës në lëvizje për shkak të efektit të saj në gjerësinë e brezit të servos. Karroca PRO560LM has një rezonancë në 400 Hz, ndërsa karroca përkatëse IGM përjeton të njëjtën modalitet në 430 Hz. Figura 3 ilustron këtë rezultat.

Rezonanca më e lartë e zgjidhjes IGM, kur krahasohet me fazën tradicionale mbi granit, mund t'i atribuohet pjesërisht dizajnit më të ngurtë të karrocës dhe kushinetës. Një rezonancë më e lartë e karrocës bën të mundur që të ketë një gjerësi bande më të madhe të servo-së dhe për këtë arsye performancë dinamike të përmirësuar.

Mjedisi Operativ

Mbyllja e boshtit është pothuajse gjithmonë e detyrueshme kur janë të pranishëm ndotës, qofshin të gjeneruar përmes procesit të përdoruesit apo që ekzistojnë ndryshe në mjedisin e makinës. Zgjidhjet e fazës në granit janë veçanërisht të përshtatshme në këto situata për shkak të natyrës së mbyllur në mënyrë të natyrshme të boshtit. Fazat lineare të serisë PRO, për shembull, vijnë të pajisura me mbulesa të forta dhe guarnicione anësore që mbrojnë përbërësit e brendshëm të fazës nga ndotja në një masë të arsyeshme. Këto faza mund të konfigurohen gjithashtu me fshirëse opsionale të tavolinës për të hequr mbeturinat nga mbulesa e fortë e sipërme ndërsa faza përshkon. Nga ana tjetër, platformat e lëvizjes IGM janë në natyrë të hapur, me kushinetat, motorët dhe enkoderët e ekspozuar. Edhe pse nuk është problem në mjedise më të pastra, kjo mund të jetë problematike kur është e pranishme ndotja. Është e mundur të adresohet ky problem duke përfshirë një mbulesë të veçantë në stilin e shakullit në një dizajn boshti IGM për të siguruar mbrojtje nga mbeturinat. Por nëse nuk zbatohet saktë, shakulli mund të ndikojë negativisht në lëvizjen e boshtit duke ushtruar forca të jashtme karrocës ndërsa lëviz nëpër gamën e plotë të lëvizjes së tij.

Mirëmbajtje

Shërbyeshmëria është një dallues midis platformave të lëvizjes me skenë mbi granit dhe platformave IGM. Akset me motor linear janë të njohura për qëndrueshmërinë e tyre, por ndonjëherë bëhet e nevojshme të kryhet mirëmbajtje. Disa operacione mirëmbajtjeje janë relativisht të thjeshta dhe mund të kryhen pa hequr ose çmontuar boshtin në fjalë, por ndonjëherë kërkohet një çmontim më i plotë. Kur platforma e lëvizjes përbëhet nga faza diskrete të montuara në granit, mirëmbajtja është një detyrë mjaft e thjeshtë. Së pari, çmontoni skenën nga graniti, pastaj kryeni punimet e nevojshme të mirëmbajtjes dhe rimontoni atë. Ose, thjesht zëvendësojeni atë me një fazë të re.

Zgjidhjet IGM ndonjëherë mund të jenë më sfiduese gjatë kryerjes së mirëmbajtjes. Edhe pse zëvendësimi i një shine të vetme magnetike të motorit linear është shumë i thjeshtë në këtë rast, mirëmbajtja dhe riparimet më të ndërlikuara shpesh përfshijnë çmontimin e plotë të shumë ose të të gjithë komponentëve që përbëjnë boshtin, gjë që kërkon më shumë kohë kur komponentët montohen direkt në granit. Është gjithashtu më e vështirë të rivendosen boshtet me bazë graniti me njëri-tjetrin pas kryerjes së mirëmbajtjes - një detyrë që është dukshëm më e drejtpërdrejtë me faza diskrete.

Tabela 1. Një përmbledhje e ndryshimeve themelore teknike midis zgjidhjeve me mbështetëse mekanike mbi granit dhe zgjidhjeve IGM.

Krahasimi Ekonomik

Ndërsa kostoja absolute e çdo sistemi lëvizjeje do të ndryshojë në bazë të disa faktorëve, duke përfshirë gjatësinë e lëvizjes, saktësinë e boshtit, kapacitetin e ngarkesës dhe aftësitë dinamike, krahasimet relative të sistemeve analoge të lëvizjes IGM dhe sistemeve të lëvizjes në fazë mbi granit të kryera në këtë studim sugjerojnë që zgjidhjet IGM janë të afta të ofrojnë lëvizje me saktësi mesatare deri të lartë me kosto mesatarisht më të ulëta sesa homologët e tyre në fazë mbi granit.

Studimi ynë ekonomik përbëhet nga tre komponentë themelorë të kostos: pjesët e makinerive (duke përfshirë pjesët e prodhuara dhe përbërësit e blerë), montimin e granitit dhe punën dhe shpenzimet e përgjithshme.

Pjesë Makinerie

Një zgjidhje IGM ofron kursime të dukshme krahasuar me një zgjidhje stadium-on-granit për sa i përket pjesëve të makinës. Kjo kryesisht për shkak të mungesës së bazave stadium të përpunuara në mënyrë të ndërlikuar në boshtet Y dhe X në IGM, të cilat i shtojnë kompleksitet dhe kosto zgjidhjeve stadium-on-granit. Për më tepër, kursimet e kostos mund t'i atribuohen thjeshtimit relativ të pjesëve të tjera të përpunuara në zgjidhjen IGM, siç janë karrocat lëvizëse, të cilat mund të kenë karakteristika më të thjeshta dhe toleranca disi më të relaksuara kur janë projektuar për përdorim në një sistem IGM.

Montime Graniti

Edhe pse montimet bazë-ngritës-urë graniti si në sistemet IGM ashtu edhe në ato me fazë mbi granit duket se kanë një faktor forme dhe pamje të ngjashme, montimi i granitit IGM është pak më i shtrenjtë. Kjo për shkak se graniti në zgjidhjen IGM zëvendëson bazat e përpunuara të fazave në zgjidhjen me fazë mbi granit, e cila kërkon që graniti të ketë toleranca përgjithësisht më të ngushta në rajonet kritike, dhe madje edhe karakteristika shtesë, të tilla si prerje të ekstruduara dhe/ose futje çeliku me fileto, për shembull. Megjithatë, në studimin tonë të rastit, kompleksiteti i shtuar i strukturës së granitit kompensohet më shumë nga thjeshtimi në pjesët e makinës.

Puna dhe shpenzimet e përgjithshme

Për shkak të shumë ngjashmërive në montimin dhe testimin e të dy sistemeve, IGM dhe stage-on-granit, nuk ka ndonjë ndryshim të rëndësishëm në kostot e punës dhe të shpenzimeve të përgjithshme.

Pasi të kombinohen të gjithë këta faktorë kostoje, zgjidhja specifike IGM me mbajtëse mekanike e shqyrtuar në këtë studim është afërsisht 15% më pak e kushtueshme sesa zgjidhja me mbajtëse mekanike, e ndërtuar në granit.

Sigurisht, rezultatet e analizës ekonomike varen jo vetëm nga atribute të tilla si gjatësia e udhëtimit, saktësia dhe kapaciteti i ngarkesës, por edhe nga faktorë të tillë si përzgjedhja e furnizuesit të granitit. Përveç kësaj, është e kujdesshme të merren në konsideratë kostot e transportit dhe logjistikës që lidhen me prokurimin e një strukture graniti. Veçanërisht e dobishme për sistemet shumë të mëdha të granitit, megjithëse e vërtetë për të gjitha madhësitë, zgjedhja e një furnizuesi të kualifikuar të granitit në afërsi të vendndodhjes së montimit përfundimtar të sistemit mund të ndihmojë në minimizimin e kostove gjithashtu.

Duhet gjithashtu të theksohet se kjo analizë nuk merr në konsideratë kostot pas implementimit. Për shembull, supozojmë se bëhet e nevojshme të mirëmbahet sistemi i lëvizjes duke riparuar ose zëvendësuar një bosht lëvizjeje. Një sistem me skenë mbi granit mund të mirëmbahet thjesht duke hequr dhe riparuar/zëvendësuar boshtin e prekur. Për shkak të dizajnit më modular të stilit të skenës, kjo mund të bëhet me lehtësi dhe shpejtësi relative, pavarësisht kostos më të lartë fillestare të sistemit. Edhe pse sistemet IGM në përgjithësi mund të merren me një kosto më të ulët se homologët e tyre me skenë mbi granit, ato mund të jenë më sfiduese për t'u çmontuar dhe mirëmbajtur për shkak të natyrës së integruar të ndërtimit.

Përfundim

Është e qartë se çdo lloj projektimi i platformës së lëvizjes - stage-on-granit dhe IGM - mund të ofrojë përfitime të dallueshme. Megjithatë, nuk është gjithmonë e qartë se cila është zgjedhja më ideale për një aplikim të veçantë lëvizjeje. Prandaj, është shumë e dobishme të bashkëpunosh me një furnizues me përvojë të sistemeve të lëvizjes dhe automatizimit, siç është Aerotech, i cili ofron një qasje konsultative të fokusuar në aplikim për të eksploruar dhe ofruar njohuri të vlefshme mbi alternativat e zgjidhjes për aplikimet sfiduese të kontrollit të lëvizjes dhe automatizimit. Të kuptuarit jo vetëm të ndryshimit midis këtyre dy llojeve të zgjidhjeve të automatizimit, por edhe të aspekteve themelore të problemeve që ato duhet të zgjidhin, është çelësi themelor i suksesit në zgjedhjen e një sistemi lëvizjeje që adreson si objektivat teknike ashtu edhe ato financiare të projektit.

Nga AEROTECH.