Granit Üzerine Oturan Sahne Sistemleri ve Entegre Granit Hareket Sistemleri Arasındaki Fark

Belirli bir uygulama için en uygun granit tabanlı doğrusal hareket platformunun seçimi, birçok faktöre ve değişkene bağlıdır. Her uygulamanın kendine özgü gereksinimleri olduğunu ve etkili bir hareket platformu çözümü elde etmek için bunların anlaşılması ve önceliklendirilmesi gerektiğini kabul etmek çok önemlidir.

En yaygın çözümlerden biri, ayrı konumlandırma platformlarının granit bir yapı üzerine monte edilmesini içerir. Bir diğer yaygın çözüm ise hareket eksenlerini oluşturan bileşenleri doğrudan granitin içine entegre etmektir. Granit üzerine platformlu bir sistem ile entegre granit hareket (IGM) platformu arasında seçim yapmak, seçim sürecinde verilecek ilk kararlardan biridir. Her iki çözüm türü arasında belirgin farklılıklar vardır ve elbette her birinin dikkatlice anlaşılması ve değerlendirilmesi gereken kendi avantajları ve dezavantajları vardır.

Bu karar verme sürecine daha iyi bir bakış açısı sunmak için, mekanik yataklı bir vaka çalışması şeklinde, iki temel doğrusal hareket platformu tasarımı arasındaki farkları -geleneksel granit tabanlı bir çözüm ve bir IGM çözümü- hem teknik hem de finansal açılardan değerlendiriyoruz.

Arka plan

IGM sistemleri ile geleneksel granit platform sistemleri arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları incelemek için iki test senaryosu tasarımı oluşturduk:

• Mekanik yatak, granit üzerine oturtulmuş platform
• Mekanik rulman, IGM

Her iki durumda da, her sistem üç hareket ekseninden oluşmaktadır. Y ekseni 1000 mm hareket mesafesi sunar ve granit yapının tabanında yer alır. Montajın köprüsünde bulunan ve 400 mm hareket mesafesine sahip X ekseni, 100 mm hareket mesafesine sahip dikey Z eksenini taşır. Bu düzenleme resimsel olarak gösterilmiştir.

Granit platform üzerine yerleştirilen tasarım için, Y ekseni için daha büyük yük taşıma kapasitesi nedeniyle PRO560LM geniş gövdeli platformu seçtik; bu platform, bu "Y/XZ bölünmüş köprü" düzenlemesini kullanan birçok hareket uygulamasında yaygındır. X ekseni için ise, birçok uygulamada köprü ekseni olarak yaygın olarak kullanılan PRO280LM'yi seçtik. PRO280LM, kapladığı alan ile müşteri yüküyle birlikte bir Z eksenini taşıma yeteneği arasında pratik bir denge sunmaktadır.

IGM tasarımları için, yukarıdaki eksenlerin temel tasarım konseptlerini ve düzenlerini yakından kopyaladık; temel fark, IGM eksenlerinin doğrudan granit yapıya entegre edilmiş olması ve bu nedenle granit üzerine kurulu platform tasarımlarında bulunan işlenmiş bileşen tabanlarına sahip olmamasıdır.

Her iki tasarım durumunda da ortak olan Z ekseni, PRO190SL bilyalı vidalı tahrikli bir platform olarak seçilmiştir. Bu eksen, geniş yük taşıma kapasitesi ve nispeten kompakt yapısı nedeniyle köprülerde dikey konumda kullanım için oldukça popülerdir.

Şekil 2, incelenen granit üzerindeki aşama ve IGM sistemlerini göstermektedir.

Teknik Karşılaştırma

IGM sistemleri, geleneksel granit üstü platform tasarımlarında bulunanlara benzer çeşitli teknikler ve bileşenler kullanılarak tasarlanmıştır. Sonuç olarak, IGM sistemleri ile granit üstü platform sistemleri arasında çok sayıda ortak teknik özellik bulunmaktadır. Öte yandan, hareket eksenlerinin doğrudan granit yapısına entegre edilmesi, IGM sistemlerini granit üstü platform sistemlerinden ayıran çeşitli ayırt edici özellikler sunmaktadır.

Şekil Faktörü

Belki de en belirgin benzerlik, makinenin temeli olan granitten başlar. Granit tabanlı ve IGM tasarımları arasında özellikler ve toleranslarda farklılıklar olsa da, granit tabanın, yükselticilerin ve köprünün genel boyutları eşdeğerdir. Bunun temel nedeni, granit tabanlı ve IGM tasarımlarında nominal ve limit hareket mesafelerinin aynı olmasıdır.

Yapı

IGM tasarımında işlenmiş bileşenli eksen tabanlarının bulunmaması, granit tabanlı çözümlere göre bazı avantajlar sağlamaktadır. Özellikle, IGM'nin yapısal döngüsündeki bileşen sayısının azaltılması, genel eksen rijitliğini artırmaya yardımcı olur. Ayrıca, granit taban ile taşıyıcının üst yüzeyi arasındaki mesafenin kısalmasına da olanak tanır. Bu özel örnek çalışmada, IGM tasarımı %33 daha düşük çalışma yüzeyi yüksekliği (120 mm'ye kıyasla 80 mm) sunmaktadır. Bu daha küçük çalışma yüksekliği, daha kompakt bir tasarıma olanak sağlamakla kalmaz, aynı zamanda motor ve enkoderden iş noktasına olan makine ofsetlerini de azaltarak Abbe hatalarını düşürür ve dolayısıyla iş noktası konumlandırma performansını artırır.

Eksen Bileşenleri

Tasarımın daha derinlerine bakıldığında, granit üzerine monte edilen platform ve IGM çözümleri, doğrusal motorlar ve konum kodlayıcılar gibi bazı temel bileşenleri paylaşmaktadır. Ortak kuvvetlendirici ve mıknatıs rayı seçimi, eşdeğer kuvvet çıkış kapasitelerine yol açmaktadır. Benzer şekilde, her iki tasarımda da aynı kodlayıcıların kullanılması, konumlandırma geri bildirimi için aynı derecede hassas çözünürlük sağlamaktadır. Sonuç olarak, granit üzerine monte edilen platform ve IGM çözümleri arasında doğrusal doğruluk ve tekrarlanabilirlik performansı önemli ölçüde farklılık göstermemektedir. Yatak ayrımı ve toleranslama dahil olmak üzere benzer bileşen yerleşimi, geometrik hata hareketleri (yani yatay ve dikey düzlük, eğim, yuvarlanma ve sapma) açısından karşılaştırılabilir performansa yol açmaktadır. Son olarak, kablo yönetimi, elektrik limitleri ve sert durdurucular dahil olmak üzere her iki tasarımın destekleyici elemanları, fiziksel görünümlerinde biraz farklılık gösterebilseler de, işlevsel olarak temelde aynıdır.

Rulmanlar

Bu özel tasarımda en dikkat çekici farklardan biri, lineer kılavuz yataklarının seçimidir. Hem granit tabanlı hem de IGM sistemlerinde devirdaim bilyalı rulmanlar kullanılsa da, IGM sistemi eksen çalışma yüksekliğini artırmadan daha büyük ve daha sert yatakların tasarıma dahil edilmesini mümkün kılar. IGM tasarımı, ayrı bir işlenmiş bileşen tabanı yerine graniti taban olarak kullandığı için, aksi takdirde işlenmiş bir taban tarafından tüketilecek olan dikey alanın bir kısmını geri kazanmak ve bu alanı daha büyük yataklarla doldururken, granit üzerindeki toplam taşıyıcı yüksekliğini de azaltmak mümkündür.

Sertlik

IGM tasarımında daha büyük yatakların kullanılması, açısal rijitlik üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Geniş gövdeli alt eksen (Y) durumunda, IGM çözümü, karşılık gelen granit tabanlı bir tasarıma göre %40'tan fazla daha yüksek yuvarlanma rijitliği, %30 daha yüksek eğim rijitliği ve %20 daha yüksek sapma rijitliği sunmaktadır. Benzer şekilde, IGM'nin köprüsü, granit tabanlı muadiline göre yuvarlanma rijitliğinde dört kat, eğim rijitliğinde iki kat ve sapma rijitliğinde %30'dan fazla artış sağlamaktadır. Daha yüksek açısal rijitlik avantajlıdır çünkü doğrudan daha yüksek makine verimliliğini mümkün kılan gelişmiş dinamik performansa katkıda bulunur.

Yük Kapasitesi

IGM çözümünün daha büyük yatakları, granit platformlu bir çözüme kıyasla önemli ölçüde daha yüksek yük taşıma kapasitesi sağlar. Granit platformlu çözümün PRO560LM taban ekseni 150 kg yük kapasitesine sahipken, karşılık gelen IGM çözümü 300 kg yük taşıyabilir. Benzer şekilde, granit platformlu çözümün PRO280LM köprü ekseni 150 kg'ı desteklerken, IGM çözümünün köprü ekseni 200 kg'a kadar yük taşıyabilir.

Hareketli Kütle

Mekanik yataklı IGM eksenlerindeki daha büyük yataklar daha iyi açısal performans özellikleri ve daha yüksek yük taşıma kapasitesi sunarken, aynı zamanda daha büyük ve daha ağır taşıyıcılarla birlikte gelirler. Ek olarak, IGM taşıyıcıları, granit üzerine monte edilmiş bir eksen için gerekli olan (ancak IGM ekseni için gerekli olmayan) bazı işlenmiş özelliklerin, parça sertliğini artırmak ve üretimi basitleştirmek için çıkarıldığı şekilde tasarlanmıştır. Bu faktörler, IGM ekseninin karşılık gelen granit üzerine monte edilmiş bir eksene göre daha büyük bir hareketli kütleye sahip olduğu anlamına gelir. Tartışmasız bir dezavantaj, motor kuvvet çıkışının değişmediği varsayıldığında, IGM'nin maksimum ivmesinin daha düşük olmasıdır. Bununla birlikte, belirli durumlarda, daha büyük bir hareketli kütle, daha büyük ataletinin bozulmalara karşı daha fazla direnç sağlayabileceği ve bunun da konumdaki kararlılığın artmasıyla ilişkilendirilebileceği açısından avantajlı olabilir.

Yapısal Dinamikler

IGM sisteminin daha yüksek yatak sertliği ve daha rijit taşıyıcısı, sonlu eleman analizi (FEA) yazılım paketi kullanılarak yapılan modal analiz sonrasında belirginleşen ek avantajlar sağlamaktadır. Bu çalışmada, servo bant genişliği üzerindeki etkisi nedeniyle hareketli taşıyıcının ilk rezonansını inceledik. PRO560LM taşıyıcısı 400 Hz'de bir rezonansa girerken, karşılık gelen IGM taşıyıcısı aynı modu 430 Hz'de deneyimlemektedir. Şekil 3 bu sonucu göstermektedir.

Geleneksel granit platformlu sisteme kıyasla IGM çözümünün daha yüksek rezonansı, kısmen daha sağlam taşıyıcı ve yatak tasarımına bağlanabilir. Daha yüksek taşıyıcı rezonansı, daha geniş bir servo bant genişliğine ve dolayısıyla daha iyi dinamik performansa olanak tanır.

Çalışma Ortamı

Kirleticilerin bulunduğu durumlarda, ister kullanıcının işlemiyle oluşturulmuş olsun ister makinenin ortamında mevcut olsun, eksen sızdırmazlığı neredeyse her zaman zorunludur. Granit üzerine monte edilmiş platform çözümleri, eksenin doğası gereği kapalı yapısı nedeniyle bu durumlarda özellikle uygundur. Örneğin, PRO serisi lineer platformlar, iç platform bileşenlerini kirlenmeye karşı makul ölçüde koruyan sert kapaklar ve yan contalarla donatılmıştır. Bu platformlar ayrıca, platform hareket ederken üst sert kapaktan döküntüleri temizlemek için isteğe bağlı masa üstü silecekleriyle de yapılandırılabilir. Öte yandan, IGM hareket platformları doğası gereği açıktır ve yataklar, motorlar ve enkoderler açıktadır. Daha temiz ortamlarda sorun teşkil etmese de, kirlenme mevcut olduğunda bu sorun yaratabilir. Bu sorunu, döküntülerden koruma sağlamak için IGM eksen tasarımına özel bir körük tipi yol kapağı entegre ederek çözmek mümkündür. Ancak doğru şekilde uygulanmazsa, körük, hareket aralığının tamamı boyunca hareket ederken taşıyıcıya dış kuvvetler uygulayarak eksenin hareketini olumsuz etkileyebilir.

Bakım

Servis kolaylığı, granit üzerine monte edilmiş platformlar ile IGM hareket platformları arasındaki en önemli farklardan biridir. Lineer motorlu eksenler sağlamlıklarıyla bilinir, ancak bazen bakım yapılması gerekebilir. Bazı bakım işlemleri nispeten basittir ve ilgili ekseni sökmeden veya demonte etmeden gerçekleştirilebilir, ancak bazen daha kapsamlı bir sökme işlemi gerekebilir. Hareket platformu granit üzerine monte edilmiş ayrı kademelerden oluştuğunda, servis işlemi oldukça basittir. Öncelikle kademeyi granitten sökün, ardından gerekli bakım işlemlerini yapın ve tekrar monte edin. Veya basitçe yeni bir kademe ile değiştirin.

IGM çözümlerinin bakımı bazen daha zorlayıcı olabilir. Bu durumda lineer motorun tek bir manyetik yolunun değiştirilmesi çok basit olsa da, daha karmaşık bakım ve onarımlar genellikle ekseni oluşturan birçok veya tüm bileşenlerin tamamen sökülmesini gerektirir; bu da bileşenler doğrudan granite monte edildiğinde daha fazla zaman alır. Ayrıca, bakım yapıldıktan sonra granit tabanlı eksenleri birbirine yeniden hizalamak daha zordur; bu işlem, ayrık aşamalarla çok daha kolaydır.

Tablo 1. Granit üzerine mekanik yataklı kademeli ve IGM çözümleri arasındaki temel teknik farklılıkların özeti.

Ekonomik Karşılaştırma

Herhangi bir hareket sisteminin mutlak maliyeti, hareket mesafesi, eksen hassasiyeti, yük kapasitesi ve dinamik yetenekler gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişmekle birlikte, bu çalışmada yapılan benzer IGM ve granit platformlu hareket sistemlerinin karşılaştırmaları, IGM çözümlerinin granit platformlu muadillerine göre orta ila yüksek hassasiyetli hareketi nispeten daha düşük maliyetlerle sunabildiğini göstermektedir.

Ekonomik çalışmamız üç temel maliyet bileşeninden oluşmaktadır: makine parçaları (hem imal edilen parçalar hem de satın alınan bileşenler dahil), granit montajı ve işçilik ile genel giderler.

Makine Parçaları

IGM çözümü, granit tabanlı bir platform çözümüne kıyasla makine parçaları açısından önemli ölçüde tasarruf sağlar. Bunun temel nedeni, IGM'nin Y ve X eksenlerinde karmaşık bir şekilde işlenmiş platform tabanlarına sahip olmamasıdır; bu tabanlar granit tabanlı platform çözümlerine karmaşıklık ve maliyet katmaktadır. Ayrıca, maliyet tasarrufu, IGM çözümündeki diğer işlenmiş parçaların, örneğin hareketli kızakların, daha basit özelliklere ve IGM sisteminde kullanılmak üzere tasarlandığında biraz daha gevşek toleranslara sahip olabilmesine bağlanabilir.

Granit Montajları

Hem IGM hem de granit tabanlı platform sistemlerinde granit taban-yükseltici-köprü düzenekleri benzer bir şekil ve görünüme sahip gibi görünse de, IGM granit düzeneği biraz daha pahalıdır. Bunun nedeni, IGM çözümündeki granitin, granit tabanlı platform çözümündeki işlenmiş platform tabanlarının yerini almasıdır; bu da granitin kritik bölgelerde genellikle daha sıkı toleranslara ve hatta ekstrüde kesimler ve/veya dişli çelik ek parçalar gibi ek özelliklere sahip olmasını gerektirir. Bununla birlikte, vaka çalışmamızda, granit yapısının ek karmaşıklığı, işlenmiş parçalardaki basitleştirme ile fazlasıyla telafi edilmektedir.

İşçilik ve Genel Giderler

IGM ve granit üzerine kurulu sistemlerin montajı ve test edilmesindeki birçok benzerlik nedeniyle, işçilik ve genel gider maliyetlerinde önemli bir fark yoktur.

Tüm bu maliyet faktörleri bir araya getirildiğinde, bu çalışmada incelenen özel mekanik yataklı IGM çözümü, mekanik yataklı, granit üzerine kademeli çözüme göre yaklaşık %15 daha az maliyetlidir.

Elbette, ekonomik analiz sonuçları sadece seyahat mesafesi, hassasiyet ve yük kapasitesi gibi özelliklere değil, aynı zamanda granit tedarikçisinin seçimi gibi faktörlere de bağlıdır. Ek olarak, granit bir yapının temin edilmesiyle ilgili nakliye ve lojistik maliyetlerini de göz önünde bulundurmak akıllıca olacaktır. Özellikle çok büyük granit sistemler için faydalı olmakla birlikte, her boyuttaki sistem için geçerli olan bir husus, nihai sistem montajının yapılacağı yere daha yakın nitelikli bir granit tedarikçisi seçmek de maliyetleri en aza indirmeye yardımcı olabilir.

Ayrıca, bu analizin uygulama sonrası maliyetleri dikkate almadığını da belirtmek gerekir. Örneğin, hareket sisteminin bir ekseninin onarılması veya değiştirilmesiyle bakım yapılması gerektiği varsayalım. Granit platformlu bir sistemde, etkilenen eksenin sökülüp onarılması/değiştirilmesiyle bakım yapılabilir. Daha modüler platform tarzı tasarımı nedeniyle, daha yüksek başlangıç ​​sistem maliyetine rağmen bu işlem nispeten kolay ve hızlı bir şekilde yapılabilir. Entegre granit platformlu sistemler genellikle granit platformlu muadillerine göre daha düşük maliyetle elde edilebilse de, entegre yapı nedeniyle sökülmesi ve bakımı daha zor olabilir.

Çözüm

Açıkça görüldüğü üzere, her bir hareket platformu tasarımı türü – granit üzerine platform ve IGM – farklı avantajlar sunabilir. Bununla birlikte, belirli bir hareket uygulaması için en ideal seçeneğin hangisi olduğu her zaman açık değildir. Bu nedenle, zorlu hareket kontrolü ve otomasyon uygulamalarına yönelik çözüm alternatiflerini keşfetmek ve değerli bilgiler sağlamak için, uygulamaya odaklı, danışmanlık yaklaşımı sunan Aerotech gibi deneyimli bir hareket ve otomasyon sistemleri tedarikçisiyle ortaklık kurmak büyük fayda sağlar. Bu iki otomasyon çözümü çeşidi arasındaki farkı ve çözmeleri gereken sorunların temel yönlerini anlamak, projenin hem teknik hem de finansal hedeflerini karşılayan bir hareket sistemi seçmede başarının anahtarıdır.

AEROTECH'ten.