Perbezaan Antara Sistem Gerakan Granit Berperingkat dan Bersepadu

Pemilihan platform gerakan linear berasaskan granit yang paling sesuai untuk aplikasi tertentu bergantung kepada pelbagai faktor dan pembolehubah. Adalah penting untuk menyedari bahawa setiap aplikasi mempunyai set keperluan uniknya sendiri yang mesti difahami dan diutamakan untuk mencapai penyelesaian yang berkesan dari segi platform gerakan.

Salah satu penyelesaian yang lebih meluas melibatkan pemasangan peringkat kedudukan diskret pada struktur granit. Satu lagi penyelesaian biasa ialah mengintegrasikan komponen yang membentuk paksi gerakan terus ke dalam granit itu sendiri. Memilih antara platform gerakan peringkat-atas-granit dan granit bersepadu (IGM) adalah salah satu keputusan awal yang perlu dibuat dalam proses pemilihan. Terdapat perbezaan yang jelas antara kedua-dua jenis penyelesaian, dan sudah tentu setiap satu mempunyai meritnya sendiri — dan peringatan — yang perlu difahami dan dipertimbangkan dengan teliti.

Untuk memberikan pandangan yang lebih baik tentang proses membuat keputusan ini, kami menilai perbezaan antara dua reka bentuk platform gerakan linear asas — penyelesaian pentas-atas-granit tradisional dan penyelesaian IGM — dari perspektif teknikal dan kewangan dalam bentuk kajian kes galas mekanikal.

Latar Belakang

Untuk meneroka persamaan dan perbezaan antara sistem IGM dan sistem peringkat-atas-granit tradisional, kami menghasilkan dua reka bentuk kes ujian:

• Galas mekanikal, peringkat atas granit
• Galas mekanikal, IGM

Dalam kedua-dua kes, setiap sistem terdiri daripada tiga paksi gerakan. Paksi Y menawarkan 1000 mm pergerakan dan terletak di atas tapak struktur granit. Paksi X, yang terletak di atas jambatan pemasangan dengan 400 mm pergerakan, membawa paksi Z menegak dengan 100 mm pergerakan. Susunan ini diwakili secara piktografi.

Untuk reka bentuk pentas atas granit, kami memilih pentas badan lebar PRO560LM untuk paksi Y kerana kapasiti pembawa bebannya yang lebih besar, yang biasa digunakan untuk banyak aplikasi gerakan yang menggunakan susunan "jambatan berpecah Y/XZ" ini. Untuk paksi X, kami memilih PRO280LM, yang biasanya digunakan sebagai paksi jambatan dalam banyak aplikasi. PRO280LM menawarkan keseimbangan praktikal antara jejaknya dan keupayaannya untuk membawa paksi Z dengan muatan pelanggan.

Bagi reka bentuk IGM, kami telah meniru konsep reka bentuk asas dan susun atur paksi di atas dengan teliti, dengan perbezaan utama ialah paksi IGM dibina terus ke dalam struktur granit, dan oleh itu kekurangan asas komponen mesin yang terdapat dalam reka bentuk peringkat-atas-granit.

Paksi Z yang biasa digunakan dalam kedua-dua kes reka bentuk, yang dipilih sebagai peringkat pacuan skru bebola PRO190SL. Ini merupakan paksi yang sangat popular untuk digunakan dalam orientasi menegak pada jambatan kerana kapasiti muatannya yang besar dan faktor bentuk yang agak padat.

Rajah 2 menggambarkan sistem peringkat-atas-granit dan IGM khusus yang dikaji.

Perbandingan Teknikal

Sistem IGM direka bentuk menggunakan pelbagai teknik dan komponen yang serupa dengan yang terdapat dalam reka bentuk peringkat-atas-granit tradisional. Hasilnya, terdapat banyak sifat teknikal yang sama antara sistem IGM dan sistem peringkat-atas-granit. Sebaliknya, penyepaduan paksi gerakan terus ke dalam struktur granit menawarkan beberapa ciri membezakan yang membezakan sistem IGM daripada sistem peringkat-atas-granit.

Faktor Bentuk

Mungkin persamaan yang paling jelas bermula dengan asas mesin — granit. Walaupun terdapat perbezaan dalam ciri dan toleransi antara reka bentuk peringkat-atas-granit dan IGM, dimensi keseluruhan tapak granit, penaik dan jambatan adalah setara. Ini terutamanya kerana pergerakan nominal dan had adalah sama antara peringkat-atas-granit dan IGM.

Pembinaan

Kekurangan tapak paksi komponen mesin dalam reka bentuk IGM memberikan kelebihan tertentu berbanding penyelesaian peringkat atas granit. Khususnya, pengurangan komponen dalam gelung struktur IGM membantu meningkatkan kekakuan paksi keseluruhan. Ia juga membolehkan jarak yang lebih pendek antara tapak granit dan permukaan atas pengangkutan. Dalam kajian kes khusus ini, reka bentuk IGM menawarkan ketinggian permukaan kerja 33% lebih rendah (80 mm berbanding 120 mm). Ketinggian kerja yang lebih kecil ini bukan sahaja membolehkan reka bentuk yang lebih padat, tetapi juga mengurangkan ofset mesin dari motor dan pengekod ke titik kerja, mengakibatkan pengurangan ralat Abbe dan oleh itu meningkatkan prestasi kedudukan titik kerja.

Komponen Paksi

Melihat lebih mendalam ke dalam reka bentuk, penyelesaian peringkat-atas-granit dan IGM berkongsi beberapa komponen utama, seperti motor linear dan pengekod kedudukan. Pemilihan penguat dan trek magnet yang sama membawa kepada keupayaan output daya yang setara. Begitu juga, penggunaan pengekod yang sama dalam kedua-dua reka bentuk memberikan resolusi halus yang sama untuk maklum balas kedudukan. Hasilnya, ketepatan linear dan prestasi kebolehulangan tidak berbeza dengan ketara antara penyelesaian peringkat-atas-granit dan IGM. Susun atur komponen yang serupa, termasuk pemisahan dan toleransi galas, membawa kepada prestasi yang setanding dari segi gerakan ralat geometri (iaitu, kelurusan mendatar dan menegak, pic, roll dan yaw). Akhir sekali, elemen sokongan kedua-dua reka bentuk, termasuk pengurusan kabel, had elektrik dan hardstops, pada asasnya sama dalam fungsi, walaupun ia mungkin sedikit berbeza dalam penampilan fizikal.

Bearing

Untuk reka bentuk khusus ini, salah satu perbezaan yang paling ketara ialah pemilihan galas panduan linear. Walaupun galas bebola kitar semula digunakan dalam kedua-dua sistem peringkat-atas-granit dan IGM, sistem IGM membolehkan galas yang lebih besar dan lebih tegar digabungkan ke dalam reka bentuk tanpa meningkatkan ketinggian kerja paksi. Oleh kerana reka bentuk IGM bergantung pada granit sebagai tapaknya, berbanding tapak komponen mesin yang berasingan, adalah mungkin untuk menuntut semula sebahagian daripada hartanah menegak yang sebaliknya akan digunakan oleh tapak mesin, dan pada asasnya mengisi ruang ini dengan galas yang lebih besar sambil masih mengurangkan ketinggian keseluruhan pengangkutan di atas granit.

Kekakuan

Penggunaan galas yang lebih besar dalam reka bentuk IGM mempunyai impak yang mendalam terhadap kekakuan sudut. Dalam kes paksi bawah badan lebar (Y), penyelesaian IGM menawarkan kekakuan gulungan lebih 40% lebih besar, kekakuan pic 30% lebih besar dan kekakuan yaw 20% lebih besar daripada reka bentuk peringkat-atas-granit yang sepadan. Begitu juga, jambatan IGM menawarkan peningkatan empat kali ganda dalam kekakuan gulungan, dua kali ganda kekakuan pic dan kekakuan yaw lebih daripada 30% lebih besar daripada rakan sejawatnya peringkat-atas-granit. Kekakuan sudut yang lebih tinggi adalah berfaedah kerana ia secara langsung menyumbang kepada prestasi dinamik yang lebih baik, yang merupakan kunci untuk membolehkan daya pemprosesan mesin yang lebih tinggi.

Kapasiti Beban

Galas penyelesaian IGM yang lebih besar membolehkan kapasiti muatan yang jauh lebih tinggi daripada penyelesaian peringkat-atas-granit. Walaupun paksi asas PRO560LM bagi penyelesaian peringkat-atas-granit mempunyai kapasiti muatan 150 kg, penyelesaian IGM yang sepadan boleh menampung muatan 300 kg. Begitu juga, paksi jambatan PRO280LM peringkat-atas-granit menyokong 150 kg, manakala paksi jambatan penyelesaian IGM boleh membawa sehingga 200 kg.

Jisim Bergerak

Walaupun galas yang lebih besar dalam paksi IGM galas mekanikal menawarkan atribut prestasi sudut yang lebih baik dan kapasiti pembawaan beban yang lebih besar, ia juga didatangkan dengan trak yang lebih besar dan lebih berat. Selain itu, gerabak IGM direka bentuk sedemikian rupa sehingga ciri-ciri mesin tertentu yang diperlukan untuk paksi peringkat-atas-granit (tetapi tidak diperlukan oleh paksi IGM) dikeluarkan untuk meningkatkan kekakuan bahagian dan memudahkan pembuatan. Faktor-faktor ini bermakna paksi IGM mempunyai jisim bergerak yang lebih besar daripada paksi peringkat-atas-granit yang sepadan. Kelemahan yang tidak dapat dipertikaikan ialah pecutan maksimum IGM adalah lebih rendah, dengan mengandaikan bahawa output daya motor tidak berubah. Namun, dalam keadaan tertentu, jisim bergerak yang lebih besar mungkin berfaedah dari perspektif bahawa inersia yang lebih besar dapat memberikan ketahanan yang lebih besar terhadap gangguan, yang dapat berkorelasi dengan peningkatan kestabilan dalam kedudukan.

Dinamik Struktur

Kekakuan galas sistem IGM yang lebih tinggi dan pengangkutan yang lebih tegar memberikan manfaat tambahan yang ketara selepas menggunakan pakej perisian analisis unsur terhingga (FEA) untuk menjalankan analisis modal. Dalam kajian ini, kami mengkaji resonans pertama pengangkutan bergerak kerana kesannya terhadap lebar jalur servo. Pengangkutan PRO560LM menghadapi resonans pada 400 Hz, manakala pengangkutan IGM yang sepadan mengalami mod yang sama pada 430 Hz. Rajah 3 menggambarkan keputusan ini.

Resonans penyelesaian IGM yang lebih tinggi, berbanding dengan peringkat-atas-granit tradisional, sebahagiannya boleh dikaitkan dengan reka bentuk pengangkutan dan galas yang lebih tegar. Resonans pengangkutan yang lebih tinggi membolehkan lebar jalur servo yang lebih besar dan seterusnya meningkatkan prestasi dinamik.

Persekitaran Operasi

Kebolehtutupan paksi hampir selalu wajib apabila terdapat bahan cemar, sama ada yang dihasilkan melalui proses pengguna atau wujud dalam persekitaran mesin. Penyelesaian peringkat atas granit amat sesuai dalam situasi ini kerana sifat paksi yang tertutup secara semula jadi. Peringkat linear siri PRO, misalnya, dilengkapi dengan penutup keras dan penutup sisi yang melindungi komponen peringkat dalaman daripada pencemaran sehingga tahap yang munasabah. Peringkat ini juga boleh dikonfigurasikan dengan pengelap meja pilihan untuk menyapu serpihan dari penutup keras atas semasa peringkat melintasi. Sebaliknya, platform gerakan IGM secara semula jadi terbuka, dengan galas, motor dan pengekod terdedah. Walaupun bukan masalah dalam persekitaran yang lebih bersih, ini boleh menjadi masalah apabila terdapat pencemaran. Adalah mungkin untuk menangani isu ini dengan memasukkan penutup jalan gaya belos khas ke dalam reka bentuk paksi IGM untuk memberikan perlindungan daripada serpihan. Tetapi jika tidak dilaksanakan dengan betul, belos boleh mempengaruhi gerakan paksi secara negatif dengan memberikan daya luaran pada pengangkutan semasa ia bergerak melalui julat perjalanan penuhnya.

Penyelenggaraan

Kebolehservis merupakan pembeza antara platform gerakan peringkat atas granit dan IGM. Paksi motor linear terkenal dengan keteguhannya, tetapi kadangkala penyelenggaraan menjadi perlu. Operasi penyelenggaraan tertentu agak mudah dan boleh dicapai tanpa menanggalkan atau membuka paksi yang dimaksudkan, tetapi kadangkala pembongkaran yang lebih teliti diperlukan. Apabila platform gerakan terdiri daripada peringkat diskret yang dipasang pada granit, servis adalah tugas yang agak mudah. ​​Pertama, turunkan peringkat dari granit, kemudian lakukan kerja penyelenggaraan yang diperlukan dan pasang semula. Atau, gantikan sahaja dengan peringkat baharu.

Penyelesaian IGM kadangkala boleh menjadi lebih mencabar semasa melakukan penyelenggaraan. Walaupun menggantikan trek magnet tunggal motor linear adalah sangat mudah dalam kes ini, penyelenggaraan dan pembaikan yang lebih rumit selalunya melibatkan pembongkaran sepenuhnya banyak atau semua komponen yang membentuk paksi, yang lebih memakan masa apabila komponen dipasang terus pada granit. Ia juga lebih sukar untuk menyelaraskan semula paksi berasaskan granit antara satu sama lain selepas melakukan penyelenggaraan — tugas yang jauh lebih mudah dengan peringkat diskret.

Jadual 1. Ringkasan perbezaan teknikal asas antara penyelesaian peringkat-atas-granit dan IGM.

Perbandingan Ekonomi

Walaupun kos mutlak mana-mana sistem gerakan akan berbeza-beza berdasarkan beberapa faktor termasuk panjang perjalanan, ketepatan paksi, kapasiti beban dan keupayaan dinamik, perbandingan relatif sistem gerakan IGM dan sistem gerakan peringkat-atas-granit yang serupa yang dijalankan dalam kajian ini menunjukkan bahawa penyelesaian IGM mampu menawarkan gerakan berketepatan sederhana hingga tinggi pada kos yang agak rendah berbanding rakan sejawat mereka peringkat-atas-granit.

Kajian ekonomi kami terdiri daripada tiga komponen kos asas: bahagian mesin (termasuk bahagian yang dikeluarkan dan komponen yang dibeli), pemasangan granit, dan kos buruh dan overhed.

Bahagian Mesin

Penyelesaian IGM menawarkan penjimatan yang ketara berbanding penyelesaian peringkat-atas-granit dari segi bahagian mesin. Ini terutamanya disebabkan oleh kekurangan tapak peringkat IGM yang dimesin dengan rumit pada paksi Y dan X, yang menambah kerumitan dan kos kepada penyelesaian peringkat-atas-granit. Tambahan pula, penjimatan kos boleh dikaitkan dengan penyederhanaan relatif bahagian mesin lain pada penyelesaian IGM, seperti gerabak bergerak, yang boleh mempunyai ciri yang lebih ringkas dan toleransi yang agak lebih santai apabila direka bentuk untuk digunakan dalam sistem IGM.

Pemasangan Granit

Walaupun pemasangan jambatan penaik asas granit dalam kedua-dua sistem IGM dan peringkat atas granit kelihatan mempunyai faktor bentuk dan rupa yang serupa, pemasangan granit IGM sedikit lebih mahal. Ini kerana granit dalam penyelesaian IGM menggantikan asas peringkat mesin dalam penyelesaian peringkat atas granit, yang memerlukan granit mempunyai toleransi yang lebih ketat di kawasan kritikal, dan juga ciri tambahan, seperti potongan tersemperit dan/atau sisipan keluli berulir, sebagai contoh. Walau bagaimanapun, dalam kajian kes kami, kerumitan tambahan struktur granit lebih daripada diimbangi oleh penyederhanaan dalam bahagian mesin.

Buruh dan Overhed

Oleh kerana terdapat banyak persamaan dalam pemasangan dan pengujian kedua-dua sistem IGM dan sistem peringkat-atas-granit, tidak terdapat perbezaan yang ketara dalam kos buruh dan overhed.

Sebaik sahaja semua faktor kos ini digabungkan, penyelesaian IGM galas mekanikal khusus yang diperiksa dalam kajian ini adalah kira-kira 15% lebih murah daripada penyelesaian galas mekanikal, peringkat-atas-granit.

Sudah tentu, keputusan analisis ekonomi bukan sahaja bergantung pada atribut seperti panjang perjalanan, ketepatan dan kapasiti beban, tetapi juga pada faktor seperti pemilihan pembekal granit. Di samping itu, adalah bijak untuk mempertimbangkan kos penghantaran dan logistik yang berkaitan dengan perolehan struktur granit. Amat berguna untuk sistem granit yang sangat besar, walaupun benar untuk semua saiz, memilih pembekal granit yang berkelayakan di kawasan yang lebih dekat dengan lokasi pemasangan sistem akhir juga dapat membantu meminimumkan kos.

Perlu juga diingatkan bahawa analisis ini tidak mengambil kira kos pasca pelaksanaan. Contohnya, katakan sistem gerakan perlu diservis dengan membaiki atau menggantikan paksi gerakan. Sistem peringkat-atas-granit boleh diservis dengan hanya menanggalkan dan membaiki/menggantikan paksi yang terjejas. Disebabkan reka bentuk gaya peringkat yang lebih modular, ini boleh dilakukan dengan agak mudah dan pantas, walaupun kos sistem permulaan yang lebih tinggi. Walaupun sistem IGM secara amnya boleh diperolehi pada kos yang lebih rendah berbanding sistem peringkat-atas-granit, ia boleh menjadi lebih mencabar untuk dibongkar dan diservis kerana sifat pembinaan yang bersepadu.

Kesimpulan

Jelas sekali setiap jenis reka bentuk platform gerakan — peringkat atas granit dan IGM — boleh menawarkan manfaat yang berbeza. Walau bagaimanapun, tidak selalunya jelas yang mana merupakan pilihan paling ideal untuk aplikasi gerakan tertentu. Oleh itu, adalah sangat bermanfaat untuk bekerjasama dengan pembekal sistem gerakan dan automasi yang berpengalaman, seperti Aerotech, yang menawarkan pendekatan perundingan yang berfokus pada aplikasi untuk meneroka dan memberikan pandangan berharga tentang alternatif penyelesaian kepada aplikasi kawalan gerakan dan automasi yang mencabar. Memahami bukan sahaja perbezaan antara kedua-dua jenis penyelesaian automasi ini, tetapi juga aspek asas masalah yang perlu diselesaikan, adalah kunci kejayaan dalam memilih sistem gerakan yang menangani objektif teknikal dan kewangan projek.

Daripada AEROTECH.