تفاوت بین سیستم های حرکت گرانیتی مرحله بر روی مرحله و یکپارچه

انتخاب مناسب ترین بستر حرکت خطی مبتنی بر گرانیت برای یک برنامه خاص به تعداد زیادی از عوامل و متغیرها بستگی دارد. این مهم است که تشخیص دهیم که هر یک از برنامه های منحصر به فرد خود را دارند که باید برای پیگیری یک راه حل مؤثر از نظر یک سکوی حرکتی ، درک و اولویت بندی شود.

یکی از راه حل های همه جا بیشتر شامل نصب مراحل موقعیت گسسته روی یک ساختار گرانیتی است. راه حل مشترک دیگر مؤلفه هایی را که محورهای حرکت را مستقیماً در خود گرانیت تشکیل می دهند ، ادغام می کند. انتخاب بین یک مرحله بر روی دانه و یک پلت فرم حرکت یکپارچه گرا (IGM) یکی از تصمیمات قبلی است که باید در روند انتخاب اتخاذ شود. تفاوتهای روشنی بین هر دو نوع راه حل وجود دارد ، و البته هرکدام دارای شایستگی های خاص خود - و احتیاط - هستند که باید با دقت درک و مورد توجه قرار گیرند.

برای ارائه بینش بهتر در مورد این فرایند تصمیم گیری ، ما تفاوت بین دو طرح اساسی پلت فرم حرکت خطی-یک راه حل سنتی مرحله بر روی مقصد و یک راه حل IGM-را از دیدگاه فنی و مالی به صورت یک مطالعه موردی با مکانیکی ارزیابی می کنیم.

پیشینه

برای کشف شباهت ها و تفاوت های بین سیستم های IGM و سیستم های سنتی مرحله بر روی دانه ، ما دو طرح مورد آزمایش ایجاد کردیم:

• یاتاقان مکانیکی ، مرحله بر روی دانه
• یاتاقان مکانیکی ، Igm

در هر دو مورد ، هر سیستم از سه محور حرکت تشکیل شده است. محور Y 1000 میلی متر سفر را ارائه می دهد و در پایه ساختار گرانیت قرار دارد. محور X ، واقع در پل مونتاژ با 400 میلی متر سفر ، محور z عمودی Z را با 100 میلی متر سفر حمل می کند. این ترتیب به صورت تصویری نشان داده شده است.

برای طراحی مرحله بر روی دانه ، ما به دلیل ظرفیت حمل بار بزرگتر ، یک مرحله بدن Pro560LM را برای محور Y انتخاب کردیم ، که برای بسیاری از برنامه های حرکتی با استفاده از این ترتیب "Y/XZ Split-Bridge" مشترک است. برای محور X ، ما یک Pro280LM را انتخاب کردیم که معمولاً در بسیاری از برنامه ها به عنوان یک محور پل استفاده می شود. Pro280LM تعادل عملی بین ردپای آن و توانایی حمل محور Z با بار مشتری را ارائه می دهد.

برای طرح های IGM ، ما از نزدیک مفاهیم طراحی اساسی و طرح بندی محورهای فوق را از نزدیک تکرار کردیم ، با این تفاوت اصلی که محورهای IgM به طور مستقیم در ساختار گرانیت ساخته می شوند ، و بنابراین فاقد پایه های سازنده ماشین آلات موجود در طرح های مرحله بر روی دانه هستند.

در هر دو مورد طراحی ، محور Z است که به عنوان یک مرحله Pro190SL Ball-Screw-Driven انتخاب شده است. این یک محور بسیار محبوب برای استفاده در جهت گیری عمودی بر روی یک پل به دلیل ظرفیت بار سخاوتمندانه و فاکتور فرم نسبتاً جمع و جور است.

شکل 2 سیستمهای خاص مرحله بر روی مقصد و IgM مورد مطالعه را نشان می دهد.

مقایسه فنی

سیستم های IGM با استفاده از تکنیک ها و مؤلفه های متنوعی طراحی شده اند که شبیه به آنچه در طرح های سنتی مرحله بر روی دانه یافت می شود. در نتیجه ، بین سیستم های IgM و سیستم های مرحله بر روی مقادیر مختلف ، خصوصیات فنی زیادی وجود دارد. در مقابل ، ادغام محورهای حرکت به طور مستقیم در ساختار گرانیت چندین ویژگی متمایز را ارائه می دهد که سیستم های IGM را از سیستم های مرحله بر روی مقصد متمایز می کند.

عامل شکل

شاید بدیهی ترین شباهت با پایه دستگاه - گرانیت - آغاز شود. اگرچه تفاوت در ویژگی ها و تحمل بین طرح های مرحله بر روی دانه و IGM وجود دارد ، اما ابعاد کلی پایه گرانیت ، Risers و Bridge معادل هستند. این امر در درجه اول به این دلیل است که سفرهای اسمی و حد مجاز بین مرحله بر روی مقصد و IGM یکسان است.

ساخت و ساز

فقدان پایه محور مؤلفه های ماشینکاری شده در طراحی IGM مزایای خاصی را نسبت به راه حل های مرحله بر روی دانه فراهم می کند. به طور خاص ، کاهش اجزای موجود در حلقه ساختاری IgM به افزایش سفتی محور کمک می کند. همچنین امکان فاصله کوتاه تر بین پایه گرانیت و سطح بالای کالسکه را فراهم می کند. در این مطالعه موردی خاص ، طراحی IGM 33 ٪ ارتفاع سطح کار پایین تر (80 میلی متر در مقایسه با 120 میلی متر) را ارائه می دهد. این ارتفاع کار کوچکتر نه تنها امکان طراحی جمع و جور تری را فراهم می کند ، بلکه باعث کاهش جبران دستگاه از موتور و رمزگذار به نقطه کار می شود و در نتیجه باعث کاهش خطاهای ABBE و در نتیجه عملکرد موقعیت یابی نقطه کار می شود.

اجزای محور

با نگاه عمیق تر به طراحی ، راه حل های مرحله بر روی مقصد و IGM برخی از مؤلفه های کلیدی مانند موتورهای خطی و رمزگذارهای موقعیت را به اشتراک می گذارند. انتخاب فورسری و آهنربای مشترک منجر به قابلیت های معادل نیروی خروجی می شود. به همین ترتیب ، استفاده از همان رمزگذارها در هر دو طرح وضوح خوبی را برای موقعیت یابی بازخورد فراهم می کند. در نتیجه ، دقت خطی و عملکرد تکرارپذیری بین راه حل های مرحله بر روی مقصد و IgM تفاوت معنی داری ندارد. طرح مؤلفه مشابه ، از جمله جداسازی و تحمل تحمل ، منجر به عملکرد قابل مقایسه از نظر حرکات خطای هندسی (یعنی صافی افقی و عمودی ، زمین ، رول و خمیازه) می شود. سرانجام ، هر دو عنصر پشتیبانی از طرح ها ، از جمله مدیریت کابل ، محدودیت های الکتریکی و سخت افزار ، اساساً یکسان هستند ، اگرچه ممکن است در ظاهر فیزیکی تا حدودی متفاوت باشند.

یاتاقان

برای این طرح خاص ، یکی از قابل توجه ترین تفاوت ها ، انتخاب یاتاقان های راهنمای خطی است. اگرچه یاتاقان های چرخشی در هر دو سیستم مرحله بر روی گرم و IGM استفاده می شود ، اما سیستم IGM بدون افزایش ارتفاع کار محور امکان ایجاد یاتاقان های بزرگتر و سخت تر را در طراحی فراهم می کند. از آنجا که طراحی IGM به گرانیت به عنوان پایه خود متکی است ، بر خلاف یک پایه جداگانه ماشین آلات جداگانه ، می توان برخی از املاک و مستغلات عمودی را که در غیر این صورت توسط یک پایه ماشینکاری مصرف می شود ، پس بگیرید و اساساً این فضا را با یاتاقان های بزرگتر پر کنید و در عین حال ارتفاع کلی حمل را بالاتر از گرانیت کاهش می دهد.

سفتی

استفاده از یاتاقان های بزرگتر در طراحی IGM تأثیر عمیقی بر سختی زاویه ای دارد. در مورد محور پایین بدن (Y) ، محلول IGM بیش از 40 ٪ سفتی رول بیشتر ، 30 ٪ سفتی بیشتر زمین و 20 ٪ سفتی خمیازه بیشتر از یک طرح مرحله مربوط به گراسیت را ارائه می دهد. به طور مشابه ، پل IGM افزایش چهار برابر سفتی رول ، دو برابر سفتی زمین و بیش از 30 ٪ سفتی بیشتر از خمیازه بیشتر از همتای مرحله ای بر روی گرانیت خود را ارائه می دهد. سفتی زاویه ای بالاتر سودمند است زیرا مستقیماً به بهبود عملکرد پویا کمک می کند ، که برای فعال کردن توان دستگاه بالاتر مهم است.

ظرفیت بار

یاتاقان های بزرگتر محلول IGM باعث می شود ظرفیت بار قابل ملاحظه ای بالاتر از یک راه حل مرحله بر روی مقصد باشد. اگرچه محور پایه Pro560LM از محلول مرحله بر روی مقادیر دارای ظرفیت بار 150 کیلوگرم است ، اما راه حل IGM مربوطه می تواند یک بار 300 کیلوگرم را در خود جای دهد. به طور مشابه ، محور پل Pro280LM Progy-on-Granite از 150 کیلوگرم پشتیبانی می کند ، در حالی که محور پل راه حل IGM می تواند تا 200 کیلوگرم حمل کند.

توده متحرک

در حالی که یاتاقان های بزرگتر در محورهای IgM دارای مکانیکی ویژگی های عملکرد زاویه ای بهتری و ظرفیت حمل بار بیشتر را ارائه می دهند ، آنها همچنین با کامیون های بزرگتر و سنگین تری همراه هستند. علاوه بر این ، واگن های IgM به گونه ای طراحی شده اند که برخی از ویژگی های ماشینکاری لازم برای محور مرحله بر روی دانه (اما مورد نیاز یک محور IgM نیست) برای افزایش سفتی بخشی و ساده سازی تولید حذف می شوند. این عوامل بدان معنی است که محور IgM دارای جرم در حال حرکت بیشتر از یک محور مرحله بر روی مقصد است. نکته منفی غیرقابل انکار این است که حداکثر شتاب IGM پایین تر است ، با فرض اینکه خروجی نیروی حرکتی بدون تغییر است. با این حال ، در شرایط خاص ، یک توده متحرک بزرگتر ممکن است از این دیدگاه سودمند باشد که اینرسی بزرگتر آن می تواند مقاومت بیشتری در برابر اختلالات ایجاد کند ، که می تواند با افزایش پایداری در موقعیت ارتباط داشته باشد.

پویایی ساختاری

سفتی بلبرینگ بالاتر سیستم IGM و کالسکه سفت و سخت تر مزایای اضافی را ارائه می دهد که پس از استفاده از یک بسته نرم افزاری تجزیه و تحلیل عنصر محدود (FEA) برای انجام یک تجزیه و تحلیل معین مشهود است. در این مطالعه ، ما اولین رزونانس کالسکه در حال حرکت را به دلیل تأثیر آن در پهنای باند سروو بررسی کردیم. کالسکه Pro560LM با یک رزونانس در 400 هرتز روبرو می شود ، در حالی که کالسکه IgM مربوطه با 430 هرتز همان حالت را تجربه می کند. شکل 3 این نتیجه را نشان می دهد.

رزونانس بالاتر محلول IgM ، در مقایسه با مرحله سنتی بر روی دانه ، می تواند تا حدودی به کالسکه سخت تر و طراحی تحمل نسبت داده شود. یک رزونانس کالسکه بالاتر امکان داشتن پهنای باند سروو بیشتر را فراهم می کند و در نتیجه عملکرد پویا را بهبود می بخشد.

محیط عملیاتی

قابلیت مهر و موم محور تقریباً همیشه در هنگام حضور آلاینده ها اجباری است ، خواه از طریق فرآیند کاربر تولید شود یا در غیر این صورت در محیط دستگاه موجود باشد. راه حل های مرحله بر روی دانه به ویژه در این شرایط به دلیل ماهیت ذاتی بسته محور مناسب هستند. به عنوان مثال ، مراحل خطی طرفدار سریال مجهز به گالینگرها و مهر و موم های جانبی است که از اجزای مرحله داخلی در برابر آلودگی محافظت می کند. این مراحل همچنین ممکن است با برف پاک کن های تابه ای تنظیم شود تا هنگام عبور از مرحله ، بقایای سخت از گالینگور برتر را جابجا کند. از طرف دیگر ، سکوهای حرکتی IGM ذاتاً از نظر طبیعت باز هستند و یاتاقان ها ، موتورها و رمزگذارها در معرض آن قرار دارند. اگرچه مشکلی در محیط های پاک نیست ، اما در صورت وجود آلودگی می تواند مشکل ساز باشد. می توان با وارد کردن یک پوشش ویژه به سبک Bellows در یک طرح محور IgM ، به این مسئله رسیدگی کرد تا از زباله ها محافظت کند. اما اگر به درستی اجرا نشود ، زنگوله ها می توانند با انتقال نیروهای خارجی بر روی کالسکه ، حرکت محور را تحت تأثیر قرار دهند ، زیرا در طول سفر کامل خود حرکت می کند.

نگهدار

قابلیت سرویس دهی تمایز بین سیستم عامل های حرکت مرحله بر روی مقطع و IgM است. محورهای خطی موتور به دلیل استحکام خود به خوبی شناخته شده اند ، اما گاهی اوقات برای انجام تعمیر و نگهداری ضروری می شود. برخی از عملیات تعمیر و نگهداری نسبتاً ساده است و بدون از بین بردن یا جدا کردن محور مورد نظر می توان انجام شد ، اما گاهی اوقات به یک اشکال کامل تر نیاز است. هنگامی که سکوی حرکتی از مراحل گسسته ای که بر روی گرانیت نصب شده است ، سرویس دهی یک کار منطقی ساده است. ابتدا مرحله را از گرانیت بریزید ، سپس کارهای نگهداری لازم را انجام داده و آن را دوباره بسازید. یا ، به سادگی آن را با یک مرحله جدید جایگزین کنید.

راه حل های IGM در بعضی مواقع می تواند هنگام انجام تعمیر و نگهداری چالش برانگیز تر باشد. اگرچه جایگزینی یک مسیر آهنربای واحد از موتور خطی در این حالت بسیار ساده است ، اما تعمیر و نگهداری پیچیده تر اغلب شامل جداسازی کامل بسیاری از یا تمام اجزای متشکل از محور است ، که هنگام نصب قطعات مستقیم به گرانیت ، وقت گیر است. همچنین تنظیم مجدد محورهای مبتنی بر گرانیت به یکدیگر پس از انجام تعمیر و نگهداری دشوارتر است-کاری که با مراحل گسسته به طور قابل توجهی ساده تر است.

جدول 1. خلاصه ای از تفاوت های فنی اساسی بین راه حل های مرحله بندی مکانیکی بر روی گراسیت و IgM.

مقایسه اقتصادی

در حالی که هزینه مطلق هر سیستم حرکتی بر اساس چندین عامل از جمله طول سفر ، دقت محور ، ظرفیت بار و قابلیت های پویا متفاوت خواهد بود ، مقایسه نسبی سیستم های حرکتی مشابه IgM و مرحله به مقصد که در این مطالعه انجام می شود ، نشان می دهد که راه حل های IGM قادر به ارائه حرکت با دقت متوسط ​​و با هزینه های متوسط ​​پایین تر از هزینه های مرحله ای پایین تر از آن هستند.

مطالعه اقتصادی ما شامل سه مؤلفه اصلی هزینه است: قطعات دستگاه (از جمله قطعات تولیدی و اجزای خریداری شده) ، مونتاژ گرانیت ، و نیروی کار و سربار.

قطعات ماشین

یک راه حل IGM از نظر قطعات دستگاه ، صرفه جویی قابل توجهی را در مورد یک راه حل مرحله بر روی دانه ارائه می دهد. این امر در درجه اول به دلیل عدم وجود پایه های مرحله ای پیچیده IGM در محورهای Y و X است که پیچیدگی و هزینه را به راه حل های مرحله بر روی مقطع اضافه می کند. علاوه بر این ، صرفه جویی در هزینه را می توان به ساده سازی نسبی سایر قطعات ماشینکاری شده بر روی محلول IgM ، مانند واگن های متحرک نسبت داد ، که می تواند ویژگی های ساده تری داشته باشد و در هنگام طراحی برای استفاده در سیستم IGM ، دارای ویژگی های ساده تر و تحمل های آرام تر باشد.

مجامع گرانیتی

اگرچه به نظر می رسد مجامع-پلید پایه گرانیتی در هر دو سیستم IgM و مرحله بر روی دانه از فاکتور و شکل ظاهری مشابه برخوردار هستند ، اما مونتاژ گرانیت IGM بسیار گرانتر است. این امر به این دلیل است که گرانیت موجود در محلول IgM جای پایه های مرحله ماشینکاری را در محلول مرحله بر روی دانه می گیرد ، که به گرانیت نیاز دارد که به طور کلی تحمل های محکم تری در مناطق بحرانی داشته باشد ، و حتی ویژگی های اضافی مانند برش های اکسترود شده و/یا درج های فولادی مورد نظر نیز به عنوان مثال. با این حال ، در مطالعه موردی ما ، پیچیدگی اضافه شده از ساختار گرانیت بیش از جبران با ساده سازی در قطعات دستگاه است.

کار و سربار

به دلیل شباهت های زیادی در مونتاژ و آزمایش سیستم های IgM و مرحله بر روی دانه ، تفاوت معنی داری در هزینه های نیروی کار و سربار وجود ندارد.

پس از ترکیب همه این فاکتورهای هزینه ، محلول IgM مکانیکی خاص که در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته است ، تقریباً 15 ٪ کم هزینه تر از محلول مکانیکی تحمل ، مرحله بر روی دانه است.

البته نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل اقتصادی نه تنها به ویژگی هایی مانند طول سفر ، دقت و ظرفیت بار بستگی دارد ، بلکه به عواملی مانند انتخاب تأمین کننده گرانیت نیز بستگی دارد. علاوه بر این ، محتاطانه است که هزینه های حمل و نقل و تدارکات مرتبط با تهیه یک ساختار گرانیتی را در نظر بگیرید. به خصوص برای سیستم های گرانیتی بسیار بزرگ مفید است ، اگرچه برای همه اندازه ها صادق است ، انتخاب یک تأمین کننده گرانیت واجد شرایط در مجاورت نزدیک به محل مونتاژ سیستم نهایی می تواند به به حداقل رساندن هزینه ها نیز کمک کند.

همچنین لازم به ذکر است که این تجزیه و تحلیل هزینه های پس از اجرا را در نظر نمی گیرد. به عنوان مثال ، فرض کنید با ترمیم یا تعویض محور حرکت ، خدمات به سیستم حرکت ضروری می شود. با حذف و تعمیر/جایگزینی محور آسیب دیده ، می توان یک سیستم مرحله بر روی دانه را سرویس داد. به دلیل طراحی سبک ماژولار تر ، این کار با وجود هزینه و سرعت نسبی ، با وجود هزینه بالاتر سیستم اولیه ، می تواند انجام شود. اگرچه سیستم های IGM به طور کلی می توانند با هزینه کمتری نسبت به همتایان مرحله بر روی دانه خود بدست آورند ، اما به دلیل ماهیت یکپارچه ساخت و ساز ، می توانند برای جداسازی و خدمات چالش برانگیز تر باشند.

پایان

واضح است که هر نوع طراحی پلتفرم حرکت-مرحله بر روی مقصد و IGM-می تواند مزایای مشخصی را ارائه دهد. با این حال ، همیشه واضح نیست که ایده آل ترین انتخاب برای یک برنامه حرکتی خاص است. بنابراین ، همکاری با یک تأمین کننده سیستم با تجربه و اتوماسیون با تجربه ، مانند Aerotech ، بسیار مفید است که یک رویکرد مشورتی کاملاً متمرکز بر کاربرد را برای کشف و ارائه بینش ارزشمند در مورد گزینه های راه حل برای به چالش کشیدن برنامه های کنترل حرکت و اتوماسیون ارائه می دهد. دانستن نه تنها تفاوت بین این دو نوع راه حل اتوماسیون ، بلکه جنبه های اساسی مشکلاتی که برای حل آنها لازم است ، مهمترین کلید موفقیت در انتخاب یک سیستم متحرک است که به اهداف فنی و مالی پروژه می پردازد.

از Aerotech.