Granit Üzerindeki Sahne ve Entegre Granit Hareket Sistemleri Arasındaki Fark

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

Daha yaygın çözümlerden biri, ayrı konumlandırma aşamalarını bir granit yapıya monte etmeyi içerir. Diğer yaygın bir çözüm, hareket eksenlerini oluşturan bileşenleri doğrudan granitin kendisine entegre eder. Granit üzerinde bir aşama ile entegre granit hareket (IGM) platformu arasında seçim yapmak, seçim sürecinde verilecek daha erken kararlardan biridir. Her iki çözüm türü arasında net ayrımlar vardır ve elbette her birinin dikkatlice anlaşılması ve dikkate alınması gereken kendi avantajları ve uyarıları vardır.

Bu karar alma sürecine daha iyi bir bakış açısı sunmak için, iki temel doğrusal hareket platformu tasarımının (geleneksel granit üstü basamak çözümü 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 keşfetmek için iki test senaryosu tasarımı oluşturduk:

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

Her iki durumda da, her sistem üç hareket ekseninden oluşur. Y ekseni 1000 mm hareket sunar ve granit yapının tabanında yer alır. 400 mm hareketle tertibatın köprüsünde yer alan X ekseni, 100 mm hareketle dikey Z eksenini taşır. Bu düzenleme piktografik olarak gösterilir.

Granit üstü sahne tasarımı için, bu "Y/XZ bölünmüş köprü" düzenlemesini kullanan birçok hareket uygulamasında yaygın olan daha büyük yük taşıma kapasitesi nedeniyle Y ekseni için geniş gövdeli bir PRO560LM sahne seçtik. X ekseni için, birçok uygulamada köprü ekseni olarak yaygın olarak kullanılan bir PRO280LM seçtik. PRO280LM, ayak izi ile bir müşteri yüküyle bir Z ekseni taşıma yeteneği arasında pratik bir denge sunar.

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 durumunda da ortak olan, PRO190SL bilyalı vidalı tahrikli bir aşama olarak seçilen Z eksenidir. Bu, cömert yük kapasitesi ve nispeten kompakt form faktörü nedeniyle bir köprüde dikey yönelimde kullanmak için çok popüler bir eksendir.

Şekil 2, incelenen özel granit üstü aşama ve IGM sistemlerini göstermektedir.

Teknik Karşılaştırma

IGM sistemleri, geleneksel granit üstü sahne tasarımlarında bulunanlara benzer çeşitli teknikler ve bileşenler kullanılarak tasarlanır. Sonuç olarak, IGM sistemleri ile granit üstü sahne sistemleri arasında çok sayıda ortak teknik özellik vardır. Tersine, hareket eksenlerinin doğrudan granit yapıya entegre edilmesi, IGM sistemlerini granit üstü sahne sistemlerinden ayıran birkaç ayırt edici özellik sunar.

Form Faktörü

Belki de en belirgin benzerlik makinenin temeli olan granit ile başlar. Granit üstü ve IGM tasarımları arasında özellikler ve toleranslarda farklılıklar olsa da, granit tabanın, yükselticilerin ve köprünün genel boyutları eşdeğerdir. Bunun başlıca nedeni, nominal ve limit hareketlerinin granit üstü ve IGM arasındaki özdeş olmasıdır.

Yapı

IGM tasarımında işlenmiş bileşen eksen tabanlarının olmaması, granit üstü çözümlere göre belirli avantajlar sağlar. Özellikle, IGM'nin yapısal döngüsündeki bileşenlerin azaltılması, genel eksen sertliğini artırmaya 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 sunar (120 mm'ye kıyasla 80 mm). Bu daha küçük çalışma yüksekliği yalnızca daha kompakt bir tasarıma izin vermekle kalmaz, aynı zamanda makine ofsetlerini motordan ve kodlayıcıdan çalışma noktasına azaltır, bu da Abbe hatalarının azalmasına ve dolayısıyla çalışma noktası konumlandırma performansının artmasına neden olur.

Eksen Bileşenleri

Tasarıma daha derinlemesine bakıldığında, granit üstü sahne ve IGM çözümleri doğrusal motorlar ve konum kodlayıcıları gibi bazı temel bileşenleri paylaşır. Ortak zorlayıcı ve mıknatıs ray seçimi eşdeğer kuvvet-çıktı yeteneklerine yol açar. Benzer şekilde, her iki tasarımda aynı kodlayıcıları kullanmak konumlandırma geri bildirimi için aynı ince çözünürlüğü sağlar. Sonuç olarak, doğrusal doğruluk ve tekrarlanabilirlik performansı granit üstü sahne ve IGM çözümleri arasında önemli ölçüde farklı değildir. Yatak ayırma ve tolerans dahil benzer bileşen düzeni, geometrik hata hareketleri (yani yatay ve dikey doğruluk, eğim, yuvarlanma ve sapma) açısından karşılaştırılabilir performansa yol açar. 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 aynıdır.

Yataklar

Bu özel tasarım için en dikkat çekici farklardan biri doğrusal kılavuz yataklarının seçimidir. Devir daim bilyalı yataklar hem granit hem de IGM sistemlerinde kullanılsa da, IGM sistemi eksen çalışma yüksekliğini artırmadan tasarıma daha büyük, daha sert yataklar dahil etmeyi mümkün kılar. IGM tasarımı, ayrı bir işlenmiş bileşen tabanının aksine, taban olarak granite dayandığından, işlenmiş bir taban tarafından tüketilecek olan dikey gayrimenkulün bir kısmını geri kazanmak ve esasen bu alanı daha büyük yataklarla doldururken granit üzerindeki genel taşıyıcı yüksekliğini azaltmak mümkündür.

Sertlik

IGM tasarımında daha büyük yatakların kullanılması açısal sertlik üzerinde derin bir etkiye sahiptir. Geniş gövdeli alt eksen (Y) durumunda, IGM çözümü granit üzerinde karşılık gelen bir aşama tasarımına göre %40'tan fazla daha fazla yuvarlanma sertliği, %30 daha fazla eğim sertliği ve %20 daha fazla sapma sertliği sunar. Benzer şekilde, IGM'nin köprüsü granit üzerinde aşama muadiline göre yuvarlanma sertliğinde dört kat artış, eğim sertliğinde iki kat artış ve %30'dan fazla sapma sertliği sunar. Daha yüksek açısal sertlik avantajlıdır çünkü daha yüksek makine verimini sağlamanın anahtarı olan gelişmiş dinamik performansa doğrudan katkıda bulunur.

Yük Kapasitesi

IGM çözümünün daha büyük yatakları, granit üzerinde bir sahne çözümünden önemli ölçüde daha yüksek bir yük kapasitesine olanak tanır. Granit üzerinde sahne çözümünün PRO560LM taban ekseni 150 kg yük kapasitesine sahip olsa da, karşılık gelen IGM çözümü 300 kg yük taşıyabilir. Benzer şekilde, granit üzerinde sahnenin 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 büyük yük taşıma kapasitesi sunarken, daha büyük ve daha ağır kamyonlarla birlikte gelirler. Ek olarak, IGM taşıyıcıları, bir granit eksende kademe 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 karşılık gelen bir granit eksende kademeden 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 ataletinin bozulmalara karşı daha büyük direnç sağlayabileceği ve bu da konum içi kararlılığın artmasıyla ilişkilendirilebileceği perspektifinden avantajlı olabilir.

Yapısal Dinamikler

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

Geleneksel granit üstü aşamaya kıyasla IGM çözümünün daha yüksek rezonansı, kısmen daha sert taşıyıcı ve yatak tasarımına atfedilebilir. Daha yüksek taşıyıcı rezonansı, daha büyük bir servo bant genişliğine ve dolayısıyla iyileştirilmiş dinamik performansa sahip olmayı mümkün kılar.

Çalışma Ortamı

Kirleticiler mevcut olduğunda, ister kullanıcının işlemiyle oluşturulmuş olsun ister makinenin ortamında başka şekilde mevcut olsun, eksen sızdırmazlık özelliği neredeyse her zaman zorunludur. Eksenin doğası gereği kapalı olması nedeniyle, granit üzerinde sahne çözümleri bu durumlarda özellikle uygundur. Örneğin, PRO serisi doğrusal sahneler, iç sahne bileşenlerini makul bir ölçüde kirlenmeye karşı koruyan sert kapaklar ve yan contalarla donatılmıştır. Bu sahneler, sahne hareket ederken üst sert kapaktan döküntüleri süpürmek için isteğe bağlı masa üstü silecekler ile de yapılandırılabilir. Öte yandan, IGM hareket platformları doğası gereği açıktır ve yataklar, motorlar ve kodlayıcılar açıktır. Daha temiz ortamlarda bir sorun olmasa da, kirlenme mevcut olduğunda bu sorunlu olabilir. Bu sorunu, döküntülerden koruma sağlamak için bir IGM eksen tasarımına özel bir körük tarzı yol kapağı ekleyerek çözmek mümkündür. Ancak doğru şekilde uygulanmazsa, körük, taşıyıcı tüm hareket aralığında hareket ederken üzerine dış kuvvetler uygulayarak eksenin hareketini olumsuz etkileyebilir.

Bakım

Servis edilebilirlik, granit üzerindeki sahne ile IGM hareket platformları arasındaki bir farktır. Doğrusal motorlu eksenler sağlamlıklarıyla iyi bilinir, ancak bazen bakım yapmak gerekebilir. Bazı bakım işlemleri nispeten basittir ve söz konusu ekseni çıkarmadan veya sökmeden gerçekleştirilebilir, ancak bazen daha kapsamlı bir sökme işlemi gerekir. Hareket platformu granit üzerine monte edilmiş ayrı sahnelerden oluştuğunda, servis işlemi oldukça basit bir iştir. Önce sahneyi granitten sökün, ardından gerekli bakım işini yapın ve yeniden monte edin. Veya basitçe yeni bir sahne ile değiştirin.

IGM çözümleri bakım yaparken bazen daha zorlu olabilir. Bu durumda doğrusal motorun tek bir mıknatıs yolunu değiştirmek çok basit olsa da, daha karmaşık bakım ve onarımlar genellikle eksenin birçok veya tüm bileşenlerinin tamamen sökülmesini içerir ve bileşenler doğrudan granit üzerine monte edildiğinde bu daha fazla zaman alır. Ayrıca bakım yaptıktan sonra granit tabanlı eksenleri birbirine yeniden hizalamak daha zordur; bu, ayrı aşamalarda çok daha basit bir görevdir.

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 kademe hareket sistemlerinin göreceli karşılaştırmaları, IGM çözümlerinin granit üstü kademe muadillerine göre orta ila yüksek hassasiyetli hareketi nispeten daha düşük maliyetlerle sunabildiğini göstermektedir.

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

Makine Parçaları

Bir IGM çözümü, makine parçaları açısından bir granit üstü sahne çözümüne kıyasla kayda değer tasarruflar sunar. Bunun başlıca nedeni, IGM'nin Y ve X eksenlerinde karmaşık bir şekilde işlenmiş sahne tabanlarının olmamasıdır; bu da granit üstü sahne çözümlerine karmaşıklık ve maliyet ekler. Ayrıca, maliyet tasarrufları, IGM çözümündeki diğer işlenmiş parçaların, örneğin hareketli taşıyıcıların, IGM sisteminde kullanılmak üzere tasarlandığında daha basit özelliklere ve biraz daha gevşek toleranslara sahip olabilmesine atfedilebilir.

Granit Montajları

Hem IGM hem de granit üstü sahne 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 sahne çözümündeki işlenmiş sahne tabanlarının yerini almasıdır; bu da granitin kritik bölgelerde genel olarak daha sıkı toleranslara ve hatta örneğin ekstrüde kesimler ve/veya dişli çelik ekler gibi ek özelliklere sahip olmasını gerektirir. Ancak, vaka çalışmamızda, granit yapının eklenen karmaşıklığı, makine parçalarındaki basitleştirmeyle fazlasıyla telafi edilmektedir.

Emek ve Genel Giderler

IGM ve granit üstü kademeli sistemlerin montajı ve testinde birçok benzerlik bulunduğundan, işçilik ve genel gider maliyetlerinde önemli bir fark yoktur.

Tüm bu maliyet faktörleri birleştirildiğinde, bu çalışmada incelenen özel mekanik yataklı IGM çözümü, mekanik yataklı, granit tabanlı çözümden yaklaşık %15 daha az maliyetlidir.

Elbette, ekonomik analizin sonuçları yalnızca seyahat uzunluğu, hassasiyet ve yük kapasitesi gibi niteliklere değil, aynı zamanda granit tedarikçisinin seçimi gibi faktörlere de bağlıdır. Ek olarak, bir granit yapı tedarik etmekle ilişkili nakliye ve lojistik maliyetlerini göz önünde bulundurmak ihtiyatlıdır. Özellikle çok büyük granit sistemleri için yararlıdır, ancak tüm boyutlar için geçerli olsa da, nihai sistem montajının konumuna daha yakın bir mesafede kalifiye bir granit tedarikçisi seçmek maliyetleri en aza indirmeye de yardımcı olabilir.

Ayrıca bu analizin uygulama sonrası maliyetleri hesaba katmadığı da belirtilmelidir. Örneğin, bir hareket eksenini onararak veya değiştirerek hareket sistemine bakım yapılmasının gerekli olduğunu varsayalım. Granit üstü bir sisteme, etkilenen ekseni basitçe çıkarıp onararak/değiştirerek bakım yapılabilir. Daha modüler sahne tarzı tasarım nedeniyle, daha yüksek ilk sistem maliyetine rağmen bu nispeten kolay ve hızlı bir şekilde yapılabilir. IGM sistemleri genellikle granit üstü sahne muadillerinden daha düşük bir maliyetle elde edilebilse de, yapının entegre yapısı nedeniyle sökülmeleri ve bakımları daha zor olabilir.

Çözüm

Açıkça her hareket platformu tasarımı türü - granit üzerinde sahne ve IGM - farklı avantajlar sunabilir. Ancak, belirli bir hareket uygulaması için hangisinin en ideal seçim olduğu her zaman açık değildir. Bu nedenle, zorlu hareket kontrolü ve otomasyon uygulamalarına yönelik çözüm alternatiflerini keşfetmek ve bunlara ilişkin değerli içgörüler sağlamak için belirgin bir şekilde uygulamaya odaklı, danışmanlık yaklaşımı sunan Aerotech gibi deneyimli bir hareket ve otomasyon sistemleri tedarikçisiyle ortaklık kurmak büyük ölçüde faydalıdır. Sadece bu iki otomasyon çözümü çeşidi arasındaki farkı değil, aynı zamanda çözmeleri gereken sorunların temel yönlerini anlamak, projenin hem teknik hem de finansal hedeflerini ele alan bir hareket sistemi seçmede başarının altında yatan anahtardır.

AEROTECH'ten.