Granit Üzerindeki Aşama ve Entegre Granit Hareket Sistemleri Arasındaki Fark

Belirli bir uygulama için en uygun granit esaslı doğrusal hareket platformunun seçimi birçok faktöre ve değişkene bağlıdır. Her uygulamanın, hareket platformu açısından etkili bir çözüm elde etmek için anlaşılması ve önceliklendirilmesi gereken kendine özgü gereksinimleri olduğunu bilmek çok önemlidir.

Yaygın çözümlerden biri, ayrı konumlandırma platformlarının granit bir yapıya monte edilmesini içerir. Diğer yaygın bir çözüm ise hareket eksenlerini oluşturan bileşenlerin doğrudan granitin kendisine entegre edilmesidir. Granit üstü platform ile entegre granit hareket platformu (IGM) arasında seçim yapmak, seçim sürecinde verilecek en erken kararlardan biridir. Her iki çözüm türü arasında da net ayrımlar vardır ve elbette her birinin dikkatlice anlaşılması ve değerlendirilmesi gereken kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır.

Bu karar alma sürecine daha iyi bir bakış açısı sunmak için, iki temel doğrusal hareket platformu tasarımının (geleneksel granit üstü kademeli çözüm ve IGM çözümü) arasındaki farkları, hem teknik hem de finansal açılardan mekanik rulman vaka çalışması şeklinde değerlendiriyoruz.

Arka plan

IGM sistemleri ile geleneksel granit üstü kademeli sistemler arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları araştırmak için iki test senaryosu tasarımı oluşturduk:

• Mekanik yatak, granit üzerinde kademe
• Mekanik yatak, IGM

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

Granit üstü platform tasarımında, bu "Y/XZ bölünmüş köprü" düzenini kullanan birçok hareket uygulamasında yaygın olarak kullanılan daha yüksek yük taşıma kapasitesi nedeniyle Y ekseni için geniş gövdeli bir PRO560LM platformunu seçtik. X ekseni için ise, birçok uygulamada köprü ekseni olarak yaygın olarak kullanılan bir PRO280LM platformunu seçtik. PRO280LM, kapladığı alan ile müşteriye ait bir yük ile bir Z ekseni taşıma kapasitesi arasında pratik bir denge sunuyor.

IGM tasarımları için yukarıdaki eksenlerin temel tasarım konseptlerini ve düzenlerini yakından kopyaladık; temel fark, IGM eksenlerinin doğrudan granit yapıya yerleştirilmiş olması ve bu nedenle granit üzerindeki sahne tasarımlarında bulunan işlenmiş bileşen tabanlarından yoksun olmasıdır.

Her iki tasarım örneğinde de ortak olan, PRO190SL bilyalı vidalı tabla olarak seçilen Z eksenidir. Bu eksen, cömert yük kapasitesi ve nispeten kompakt form faktörü nedeniyle köprülerde dikey konumda kullanılmak için oldukça popülerdir.

Şekil 2, incelenen belirli granit üstü ve IGM sistemlerini göstermektedir.

Teknik Karşılaştırma

IGM sistemleri, geleneksel granit üstü basamak tasarımlarında bulunanlara benzer çeşitli teknik ve bileşenler kullanılarak tasarlanır. Sonuç olarak, IGM sistemleri ile granit üstü basamak sistemleri arasında birçok ortak teknik özellik bulunur. Buna karşılık, hareket eksenlerinin doğrudan granit yapıya entegre edilmesi, IGM sistemlerini granit üstü basamak sistemlerinden ayıran birçok ayırt edici özellik sunar.

Form Faktörü

Belki de en belirgin benzerlik, makinenin temeli olan granitle başlar. Granit üstü ve IGM tasarımları arasında özellik ve toleranslarda farklılıklar olsa da, granit taban, yükselticiler ve köprünün genel boyutları eşdeğerdir. Bunun başlıca nedeni, granit üstü ve IGM arasındaki nominal ve limit hareket mesafelerinin aynı olmasıdır.

Yapı

IGM tasarımında işlenmiş bileşen eksen tabanlarının bulunmaması, granit tabanlı çözümlere göre bazı avantajlar sağlar. Özellikle, IGM'nin yapısal döngüsündeki bileşenlerin azaltılması, genel eksen sertliğinin artırılmasına yardımcı olur. Ayrıca, granit taban ile taşıyıcının üst yüzeyi arasında daha kısa bir mesafe sağlar. Bu özel vaka çalışmasında, IGM tasarımı %33 daha düşük bir çalışma yüzeyi yüksekliği (120 mm'ye kıyasla 80 mm) sunar. Bu daha küçük çalışma yüksekliği, daha kompakt bir tasarıma olanak sağlamanın yanı sıra, motor ve kodlayıcıdan çalışma noktasına olan makine ofsetlerini de azaltarak Abbe hatalarının azaltılmasını ve dolayısıyla çalışma noktası konumlandırma performansının artmasını sağlar.

Eksen Bileşenleri

Tasarıma daha derinlemesine bakıldığında, granit üstü sahne ve IGM çözümleri, doğrusal motorlar ve konum kodlayıcıları gibi bazı temel bileşenleri paylaşır. Ortak kuvvet ve mıknatıs ray seçimi, eşdeğer kuvvet-çıktı kapasitelerine yol açar. Benzer şekilde, her iki tasarımda da aynı kodlayıcıların kullanılması, konumlandırma geri bildirimi için aynı incelikte çözünürlük sağlar. Sonuç olarak, granit üstü sahne ve IGM çözümleri arasında doğrusal doğruluk ve tekrarlanabilirlik performansı önemli ölçüde farklı değildir. Yatak ayrımı ve tolerans dahil benzer bileşen düzeni, geometrik hata hareketleri (yani yatay ve dikey doğruluk, eğim, yuvarlanma ve sapma) açısından karşılaştırılabilir performans sağlar. Son olarak, kablo yönetimi, elektriksel sınırlar ve sert durdurucular dahil olmak üzere her iki tasarımın destek elemanları, fiziksel görünümde biraz farklılık gösterseler de, temelde işlevsel olarak özdeştir.

Rulmanlar

Bu özel tasarım için en dikkat çekici farklardan biri, doğrusal kılavuz rulmanlarının seçimidir. Hem granit tabanlı hem de IGM sistemlerinde bilyalı rulmanlar kullanılsa da, IGM sistemi, eksen çalışma yüksekliğini artırmadan tasarıma daha büyük ve daha sert rulmanlar eklemeyi mümkün kılar. IGM tasarımı, ayrı bir işlenmiş bileşen tabanı yerine granit tabana dayandığından, işlenmiş bir taban tarafından tüketilecek dikey alanın bir kısmını geri kazanmak ve bu alanı esasen daha büyük rulmanlarla doldururken granit üzerindeki toplam taşıyıcı yüksekliğini azaltmak mümkündür.

Sertlik

IGM tasarımında daha büyük rulmanların kullanılması, açısal sertlik üzerinde derin bir etkiye sahiptir. Geniş gövdeli alt eksen (Y) durumunda, IGM çözümü, granit tabanlı benzer bir tasarıma kıyasla %40'tan fazla daha fazla yuvarlanma sertliği, %30 daha fazla eğim sertliği ve %20 daha fazla sapma sertliği sunar. Benzer şekilde, IGM'nin köprü tasarımı, granit tabanlı muadiline kıyasla yuvarlanma sertliğinde dört kat artış, eğim sertliğinde iki kat artış ve %30'dan fazla sapma sertliği sunar. Daha yüksek açısal sertlik, daha yüksek makine verimliliği sağlamanın anahtarı olan gelişmiş dinamik performansa doğrudan katkıda bulunduğu için avantajlıdır.

Yük Kapasitesi

IGM çözümünün daha büyük yatakları, granit üstü platform çözümüne kıyasla önemli ölçüde daha yüksek bir yük kapasitesi sağlar. Granit üstü platform çözümünün PRO560LM taban ekseni 150 kg yük kapasitesine sahip olsa da, ilgili IGM çözümü 300 kg yük taşıyabilir. Benzer şekilde, granit üstü platform çözümünün PRO280LM köprü ekseni 150 kg desteklerken, IGM çözümünün köprü ekseni 200 kg'a kadar yük taşıyabilir.

Hareket Eden Kütle

Mekanik yataklı IGM eksenlerindeki daha büyük rulmanlar daha iyi açısal performans özellikleri ve daha yüksek yük taşıma kapasitesi sunarken, aynı zamanda daha büyük ve daha ağır kamyonlarla birlikte gelirler. Ek olarak, IGM taşıyıcıları, granit üzerinde bir eksen için gerekli olan (ancak bir IGM ekseni için gerekli olmayan) belirli işlenmiş özelliklerin, parça sertliğini artırmak ve üretimi basitleştirmek için kaldırılacağı şekilde tasarlanmıştır. Bu faktörler, IGM ekseninin, granit üzerinde karşılık gelen bir eksenden daha büyük bir hareketli kütleye sahip olduğu anlamına gelir. Tartışmasız bir dezavantajı, motor kuvveti çıktısının değişmediği varsayıldığında, IGM'nin maksimum ivmesinin daha düşük olmasıdır. Yine de, belirli durumlarda, daha büyük bir hareketli kütle, daha büyük ataleti sayesinde bozulmalara karşı daha fazla direnç sağlayabileceği ve bu da konum içi stabilitenin artmasıyla ilişkilendirilebileceği perspektifinden avantajlı olabilir.

Yapısal Dinamikler

IGM sisteminin daha yüksek yatak sertliği ve daha rijit taşıyıcısı, modal analiz gerçekleştirmek için sonlu elemanlar analizi (FEA) yazılım paketi kullanıldıktan sonra belirginleşen ek avantajlar sağlar. Bu çalışmada, servo bant genişliği üzerindeki etkisi nedeniyle hareketli taşıyıcının ilk rezonansını inceledik. PRO560LM taşıyıcısı 400 Hz'de rezonansla karşılaşırken, karşılık gelen IGM taşıyıcısı 430 Hz'de aynı modu deneyimlemektedir. Şekil 3 bu sonucu göstermektedir.

IGM çözümünün geleneksel granit tabanlı sisteme kıyasla daha yüksek rezonansı, kısmen daha sert 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

Kirleticiler mevcut olduğunda, ister kullanıcının işlemi sırasında oluşmuş olsun ister makinenin ortamında başka bir şekilde mevcut olsun, eksen sızdırmazlık özelliği neredeyse her zaman zorunludur. Granit üstü tabla çözümleri, eksenin doğası gereği kapalı yapısı nedeniyle bu durumlarda özellikle uygundur. Örneğin, PRO serisi doğrusal tablalar, iç tabla bileşenlerini kirlenmeye karşı makul ölçüde koruyan sert kapaklar ve yan contalarla donatılmıştır. Bu tablalar, tabla hareket ederken üst sert kapaktaki kalıntıları süpürmek için isteğe bağlı masa üstü sileceklerle de yapılandırılabilir. Öte yandan, IGM hareket platformları doğası gereği açıktır ve yataklar, motorlar ve kodlayıcılar açıkta kalır. Daha temiz ortamlarda bir sorun olmasa da, kirlenme olduğunda bu durum sorun yaratabilir. Bu sorun, kalıntılardan koruma sağlamak için bir IGM eksen tasarımına özel bir körük tarzı yol kapağı ekleyerek çözülebilir. Ancak doğru şekilde uygulanmazsa, körükler, taşıyıcı tüm hareket aralığı boyunca hareket ederken üzerine dış kuvvetler uygulayarak eksenin hareketini olumsuz etkileyebilir.

Bakım

Servis kolaylığı, granit üzeri platformlar ile IGM hareket platformları arasındaki farktır. Doğrusal motorlu akslar sağlamlıklarıyla bilinir, ancak bazen bakım yapmak gerekebilir. Bazı bakım işlemleri nispeten basittir ve ilgili aksı sökmeden veya parçalamadan gerçekleştirilebilir, ancak bazen daha kapsamlı bir sökme işlemi gerekebilir. Hareket platformu granit üzerine monte edilmiş ayrı ayrı kademelerden oluştuğunda, bakım oldukça basit bir işlemdir. Önce, kademeyi granitten sökün, ardından gerekli bakım işlemlerini yapın ve tekrar monte edin. Veya yeni bir kademeyle değiştirin.

IGM çözümleri, bakım yaparken bazen daha zorlu olabilir. Bu durumda, doğrusal motorun tek bir mıknatıs rayını değiştirmek çok basit olsa da, daha karmaşık bakım ve onarımlar genellikle ekseni oluşturan bileşenlerin çoğunun veya tamamının tamamen sökülmesini gerektirir ve bu da bileşenler doğrudan granit üzerine monte edildiğinde daha fazla zaman alır. Ayrıca, bakım yapıldıktan sonra granit tabanlı eksenleri birbirine hizalamak daha zordur; bu, ayrık kademelerde çok daha kolay bir iştir.

Tablo 1. Granit üzerinde mekanik yataklı aşama ile IGM çözümleri arasındaki temel teknik farklılıkların özeti.

Ekonomik Karşılaştırma

Herhangi bir hareket sisteminin mutlak maliyeti, seyahat uzunluğu, eksen hassasiyeti, yük kapasitesi ve dinamik kabiliyetler dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlı olarak değişse de, bu çalışmada yürütülen analog IGM ve granit üstü sahne hareket sistemlerinin göreceli karşılaştırmaları, IGM çözümlerinin granit üstü sahne muadillerine göre orta ila yüksek hassasiyette hareketi nispeten daha düşük maliyetlerle sunabildiğini göstermektedir.

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

Makine Parçaları

Bir IGM çözümü, makine parçaları açısından granit tabanlı bir çözüme kıyasla kayda değer tasarruflar sunar. Bu, esas olarak IGM'nin Y ve X eksenlerinde karmaşık işlenmiş tabla tabanlarının bulunmamasından kaynaklanır ve bu da granit tabanlı çözümlere karmaşıklık ve maliyet ekler. Ayrıca, maliyet tasarrufu, IGM çözümündeki diğer işlenmiş parçaların (örneğin, bir IGM sisteminde kullanılmak üzere tasarlandığında daha basit özelliklere ve biraz daha esnek toleranslara sahip olabilen hareketli taşıyıcılar) nispeten basitleştirilmiş olmasından da kaynaklanabilir.

Granit Montajları

Hem IGM hem de granit üstü basamak sistemlerindeki granit taban-yükseltici-köprü düzenekleri benzer bir form faktörüne ve görünüme sahip gibi görünse de, IGM granit düzeneği biraz daha pahalıdır. Bunun nedeni, IGM çözümündeki granitin, granit üstü basamak çözümündeki işlenmiş basamak tabanlarının yerini almasıdır. Bu da granitin kritik bölgelerde genellikle daha sıkı toleranslara ve hatta örneğin ekstrüde kesimler ve/veya dişli çelik uçlar gibi ek özelliklere sahip olmasını gerektirir. Ancak, vaka çalışmamızda, granit yapının ek karmaşıklığı, makine parçalarındaki basitleştirmeyle fazlasıyla telafi edilmektedir.

Emek ve Genel Giderler

IGM ve granit üstü kademeli sistemlerin montajı ve testinde birçok benzerlik olması nedeniyle işçilik ve genel gider maliyetlerinde önemli bir fark bulunmamaktadır.

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

Elbette, ekonomik analizin sonuçları yalnızca seyahat uzunluğu, hassasiyet ve yük kapasitesi gibi özelliklere değil, aynı zamanda granit tedarikçisinin seçimi gibi faktörlere de bağlıdır. Ayrıca, bir granit yapının tedarikiyle ilgili nakliye ve lojistik maliyetlerini de göz önünde bulundurmak akıllıca olacaktır. Özellikle çok büyük granit sistemleri için faydalı olsa da, tüm boyutlar için geçerli olmakla birlikte, nihai sistem montajının yapılacağı yere daha yakın, kalifiye bir granit tedarikçisi seçmek maliyetleri en aza indirmeye de yardımcı olabilir.

Ayrıca, bu analizin uygulama sonrası maliyetleri dikkate almadığı da belirtilmelidir. Örneğin, bir hareket eksenini onararak veya değiştirerek hareket sistemine bakım yapılması gerektiğini varsayalım. Granit tabanlı bir sisteme, etkilenen ekseni çıkarıp onararak/değiştirerek bakım yapılabilir. Daha modüler platform tarzı tasarımı sayesinde, daha yüksek ilk sistem maliyetine rağmen bu işlem nispeten kolay ve hızlı bir şekilde yapılabilir. IGM sistemleri genellikle granit tabanlı muadillerine göre daha düşük bir maliyetle elde edilebilse de, yapının entegre yapısı nedeniyle sökülüp bakımı daha zor olabilir.

Çözüm

Granit üstü sahne ve IGM gibi her hareket platformu tasarımının kendine özgü avantajları olduğu açıktır. Ancak, belirli bir hareket uygulaması için hangisinin en ideal seçim olduğu her zaman belirgin değildir. Bu nedenle, zorlu hareket kontrolü ve otomasyon uygulamalarına yönelik çözüm alternatiflerini keşfetmek ve bu alternatifler hakkında değerli bilgiler sağlamak için, uygulama odaklı ve danışmanlık odaklı bir yaklaşım sunan Aerotech gibi deneyimli bir hareket ve otomasyon sistemleri tedarikçisiyle ortaklık kurmak büyük fayda sağlar. Bu iki otomasyon çözümü arasındaki farkın yanı sıra, çözmeleri gereken sorunların temel yönlerini de anlamak, projenin hem teknik hem de finansal hedeflerini karşılayan bir hareket sistemi seçmede başarının anahtarıdır.

AEROTECH'ten.