ההבדל בין מערכות תנועת גרניט משולבות בין שלב על גראניט

בחירת פלטפורמת התנועה הליניארית המתאימה ביותר לגרניט ליישום נתון תלויה בשלל גורמים ומשתנים. חשוב להכיר בכך שלכל יישום יש מערך דרישות ייחודי משלו שיש להבין ולתעדף כדי להמשיך בפתרון יעיל מבחינת פלטפורמת תנועה.

אחד הפתרונות היותר בכל מקום כרוך בהגבלת שלבי מיקום נפרדים על מבנה גרניט. פיתרון נפוץ נוסף משלב את הרכיבים המרכיבים את ציר התנועה ישירות בגרניט עצמו. בחירה בין שלב-על-גרניט לפלטפורמת תנועה משולבת-גרנית (IGM) היא אחת ההחלטות הקודמות שיש לקבל בתהליך הבחירה. ישנן הבחנות ברורות בין שני סוגי הפתרונות, וכמובן שיש לכל אחד מהם יתרונות משלו - ואזהרות - שצריך להבין בזהירות ולחשב.

כדי להציע תובנה טובה יותר לגבי תהליך קבלת החלטות זה, אנו מעריכים את ההבדלים בין שני עיצובים בסיסיים של פלטפורמת תנועה ליניארית-פיתרון מסורתי שלב על גבי-גרניט, לבין פיתרון IGM-מנקודות מבט טכניות וכלכליות הן בצורה של מקרה מקרה מכני.

רֶקַע

כדי לחקור את הדמיון וההבדלים בין מערכות IGM ומערכות מסורתיות שלב על גבי גרניט, יצרנו שני עיצובים של מקרה מבחן:

• מיסב מכני, שלב-על-גרניט
• מיסב מכני, IgM

בשני המקרים, כל מערכת מורכבת משלושה צירי תנועה. ציר ה- Y מציע 1000 מ"מ נסיעה ונמצא בבסיס מבנה הגרניט. ציר ה- X, הממוקם על גשר המכלול עם 400 מ"מ נסיעה, נושא את ציר ה- Z האנכי עם 100 מ"מ נסיעה. סידור זה מיוצג באופן פיקטוגרפי.

לעיצוב הבמה-על-גרני, בחרנו שלב גוף רחב Pro560LM עבור ציר ה- Y בגלל יכולת נשיאת העומס הגדולה יותר שלו, המשותפת ליישומי תנועה רבים באמצעות סידור "y/xz מפוצל גשר". עבור ציר ה- X בחרנו ב- Pro280LM, המשמש בדרך כלל כציר גשר ביישומים רבים. ה- PRO280LM מציע איזון מעשי בין טביעת הרגל שלו ליכולתו לשאת ציר Z עם עומס מטען לקוח.

עבור עיצובי IGM, שכפנו מקרוב את מושגי העיצוב הבסיסיים והפריסות של הצירים לעיל, כאשר ההבדל העיקרי הוא שצירי IgM מובנים ישירות במבנה הגרניט, ולכן הם חסרים את הבסיסים המרכיבים המכונה הקיימים בעיצובים שלב-על-גרניט.

שכיח בשני מקרי העיצוב הוא ציר ה- Z, שנבחר להיות שלב מונע על ידי בורג הכדור Pro190SL. זהו ציר פופולרי מאוד לשימוש באוריינטציה האנכית על גשר בגלל יכולת העומס הנדיבה שלו וגורם הצורה הקומפקטי יחסית.

איור 2 ממחיש את מערכות השלב-על-גרניט וה- IgM שנחקרו.

השוואה טכנית

מערכות IGM מיועדות באמצעות מגוון טכניקות ורכיבים הדומים לאלה שנמצאים בעיצובים מסורתיים שלב-על-גרניט. כתוצאה מכך, ישנם תכונות טכניות רבות המשותפות בין מערכות IGM למערכות שלב על גבי-גרניט. לעומת זאת, שילוב צירי התנועה ישירות במבנה הגרניט מציע מספר מאפיינים מבדילים המבדילים מערכות IgM למערכות שלב על גבי גרניט.

גורם צורה

אולי הדמיון הברור ביותר מתחיל בבסיס המכונה - הגרניט. למרות שיש הבדלים בתכונות ובסובלנות בין עיצובים של שלב-על-גרניט ו- IGM, הממדים הכוללים של בסיס הגרניט, מגדלים וגשר שווים. הסיבה לכך היא שבראשית הנסיעות הנומינליות והגבול זהות בין שלב על גבי גרניט ל- IgM.

בְּנִיָה

היעדר בסיסי ציר מרכיב מכונות בעיצוב IGM מספק יתרונות מסוימים על פני פתרונות שלב על גבי גרניט. בפרט, הפחתת הרכיבים בלולאה המבנית של ה- IGM מסייעת להגדיל את קשיחות הציר הכוללת. זה גם מאפשר למרחק קצר יותר בין בסיס הגרניט למשטח העליון של הכרכרה. במחקר מקרה ספציפי זה, עיצוב IGM מציע גובה משטח עבודה נמוך של 33% (80 מ"מ לעומת 120 מ"מ). לא רק שגובה עבודה קטן יותר זה מאפשר עיצוב קומפקטי יותר, אלא גם הוא מקטין את קיזוז המכונה מהמנוע ומקודד לנקודת העבודה, וכתוצאה מכך מופחת שגיאות ABBE ולכן שיפר את ביצועי מיקום נקודת העבודה.

רכיבי ציר

מבט עמוק יותר בעיצוב, פתרונות הבמה-על-גרניט ו- IGM חולקים כמה רכיבי מפתח, כמו מנועים לינאריים וקודדי מיקום. בחירת מסלולי מסלול מגנט נפוצה מובילה ליכולות תפוקת כוח שוות ערך. באופן דומה, שימוש באותם מקודדים בשני העיצובים מספק רזולוציה עדינה זהה למיצוב משוב. כתוצאה מכך, הביצועים של הדיוק הליניארי וביצועי ההחזרה אינם שונים באופן משמעותי בין פתרונות שלב-על-גרניט ו- IgM. פריסת רכיבים דומה, כולל הפרדת נשיאה וסובלנות, מובילה לביצועים דומים מבחינת תנועות שגיאה גיאומטרית (כלומר, ישירות אופקית ואנכית, המגרש, הגליל והפה). לבסוף, שני האלמנטים התומכים של העיצובים, כולל ניהול כבלים, גבולות חשמליים וקשיחים, זהים מיסודם בתפקוד, אם כי הם עשויים להשתנות מעט במראה פיזי.

מיסבים

לעיצוב מסוים זה, אחד ההבדלים הבולטים ביותר הוא בחירת מסבי המדריך הליניאריים. למרות שמסבי כדור המחזורים משמשים הן במערכות שלב-על-גרניט והן במערכות IGM, מערכת IGM מאפשרת לשלב מיסבים גדולים ונוקשים יותר בעיצוב מבלי להגדיל את גובה העבודה של הציר. מכיוון שעיצוב IGM מסתמך על הגרניט כבסיס שלו, בניגוד לבסיס רכיב נפרד במכונה, ניתן להשיב חלק מהנדל"ן האנכי שאחרת ייצרך על ידי בסיס מכונה, ובעצם למלא את החלל הזה במיסבים גדולים יותר, תוך הפחתת גובה העגלה הכולל מעל הגרניט.

נוּקְשׁוּת

השימוש במיסבים גדולים יותר בעיצוב IGM משפיע עמוק על הנוקשות הזוויתית. במקרה של הציר התחתון בגוף הרחב (Y), תמיסת IGM מציעה קשיחות גלילה גדולה יותר של 40%, קשיחות המגרש הגדולה של 30% יותר וקשיחות פיה גדולה יותר ב -20% מאשר עיצוב מקביל לשלב על גבי גרניט. באופן דומה, גשר ה- IGM מציע עלייה פי ארבעה בקשיחות הגלילה, כפול מהנוקשות של המגרש ויותר מ -30% קשיחות פיה גדולה יותר מאשר מקבילו לשלב-על-גרניט. קשיחות זוויתית גבוהה יותר מועילה מכיוון שהיא תורמת ישירות לשיפור הביצועים הדינמיים, וזה המפתח לאפשר תפוקת מכונה גבוהה יותר.

יכולת עומס

המסבים הגדולים יותר של פתרון IgM מאפשרים יכולת עומס גבוהה יותר באופן משמעותי מאשר פיתרון שלב על גראניט. למרות שציר הבסיס של Pro560LM של פתרון הבמה-על-גרניט הוא בעל יכולת עומס של 150 ק"ג, פיתרון IGM המתאים יכול להכיל עומס של 300 ק"ג. באופן דומה, ציר הגשר Pro280LM של הבמה-על-גרניט תומך ב -150 ק"ג, ואילו ציר הגשר של פתרון IgM יכול לשאת עד 200 ק"ג.

מסה מרגשת

בעוד שהמסבים הגדולים יותר בצירי IgM הנושאים מכניים מציעים תכונות ביצועים זוויתיים טובים יותר ויכולת נשיאת עומס רבה יותר, הם מגיעים גם עם משאיות גדולות וכבדות יותר. בנוסף, כרכרות ה- IGM מתוכננות כך שתכונות מכונות מסוימות הנחוצות לציר שלב-על-גרניט (אך לא נדרשות על ידי ציר IgM) מוסרות כדי להגביר את קשיחות החלקים ולפשט את הייצור. גורמים אלה פירושם כי לציר IgM יש מסה נעה גדולה יותר מאשר ציר שלב על גבי-גרניט. החיסרון שאין לערער הוא שהתאוצה המרבית של ה- IGM נמוכה יותר, בהנחה שתפוקת הכוח המוטורי אינה משתנה. עם זאת, במצבים מסוימים, מסה נעה גדולה יותר עשויה להועיל מנקודת המבט כי האינרציה הגדולה יותר שלה יכולה לספק עמידות רבה יותר להפרעות, מה שעלול לתאם ליציבות מוגברת של המיקום.

דינמיקה מבנית

קשיחות הנשיאה הגבוהה יותר של מערכת IGM והרכבה הנוקשה יותר מספקים יתרונות נוספים הנראים לאחר השימוש בחבילת תוכנה של ניתוח סופי (FEA) לביצוע ניתוח מודאלי. במחקר זה בדקנו את התהודה הראשונה של הובלה הנעה בגלל השפעתו על רוחב הפס של סרוו. העגלה של Pro560LM נתקלת בתהודה במהירות של 400 הרץ, ואילו עגלת IgM המתאימה חווה את אותו מצב במהירות של 430 הרץ. איור 3 ממחיש תוצאה זו.

ניתן לייחס את התהודה הגבוהה יותר של תמיסת IgM, בהשוואה לשלב המסורתי-על-גרניט, בחלקו לעיצוב הנוקשה והנושאים. תהודה עגולה גבוהה יותר מאפשרת לרוחב פס גדול יותר של סרוו ולכן שיפרו את הביצועים הדינמיים.

סביבת הפעלה

איטום ציר הוא כמעט תמיד חובה כאשר קיימים מזהמים, בין אם נוצרים בתהליך המשתמש ובין אם קיימים בדרך אחרת בסביבת המכונה. פתרונות שלב-על-גראני מתאימים במיוחד במצבים אלה בגלל אופיו הסגור מטבעו של הציר. שלבים לינאריים של פרו-סדרה, למשל, מצוידים בכיסויים קשיחים וחותמות צד המגנות על רכיבי הבמה הפנימיים מפני זיהום במידה סבירה. שלבים אלה עשויים להיות מוגדרים גם עם מגבי שולחן אופציונליים כדי לטאטא פסולת מהכריכה הקשה העליונה כאשר הבמה חוצה. מצד שני, פלטפורמות תנועת IgM פתוחות באופן טבעי בטבע, כאשר המסבים, המנועים והקידוד נחשפים. למרות שאינו נושא בסביבות נקייה, זה יכול להיות בעייתי כאשר קיים זיהום. ניתן לטפל בבעיה זו על ידי שילוב כיסוי דרך מיוחד בסגנון מפוח בעיצוב ציר IGM כדי לספק הגנה מפני פסולת. אך אם לא יושמו נכון, המפוח יכול להשפיע לרעה על תנועת הציר על ידי הקניית כוחות חיצוניים על הכרכרה כשהוא עובר במלוא טווח הנסיעות שלה.

תַחזוּקָה

שירותי שירות הוא מבדיל בין פלטפורמות תנועה שלב-על-גרניט לבין IGM. צירים לינאריים-מוטוריים ידועים היטב בזכות החוסן שלהם, אך לעיתים נדרש לבצע תחזוקה. פעולות תחזוקה מסוימות הן פשוטות יחסית וניתן לבצע אותן מבלי להסיר או לפרק את הציר המדובר, אך לעיתים יש צורך בהפרעה יסודית יותר. כאשר פלטפורמת התנועה מורכבת משלבים נפרדים המותקנים על גרניט, שירות הוא משימה פשוטה למדי. ראשית, יש לפרק את הבמה מהגרניט, ואז בצע את עבודת התחזוקה הדרושה והנה אותו מחדש. לחלופין, פשוט החלף אותו בשלב חדש.

פתרונות IGM יכולים לעיתים להיות מאתגרים יותר בעת ביצוע תחזוקה. למרות שהחלפת מסלול מגנט יחיד של המנוע הליניארי פשוט מאוד במקרה זה, תחזוקה ותיקונים מורכבים יותר כוללים לעתים קרובות פירוק לחלוטין של רבים או את כל הרכיבים הכוללים את הציר, וזה זמן רב יותר כאשר רכיבים מותקנים ישירות לגרניט. קשה גם יותר ליישר מחדש את הצירים מבוססי הגרניט זה לזה לאחר ביצוע תחזוקה-משימה שהיא יותר פשוטה עם שלבים נפרדים.

טבלה 1. סיכום ההבדלים הטכניים הבסיסיים בין פתרונות שלב על גבי גרניט מכני ו- IGM.

השוואה כלכלית

בעוד שהעלות המוחלטת של כל מערכת תנועה תשתנה בהתאם למספר גורמים הכוללים אורך נסיעה, דיוק ציר, יכולת עומס ויכולות דינמיות, ההשוואה היחסית של IGM אנלוגי ומערכות תנועה שלב-על-גראני שנערכו במחקר זה מצביעות על כך שפתרונות IGM מסוגלים להציע תנועה בינונית עד גבוהה בעלות נמוך יותר מהעלויות הנגדיות שלהם.

המחקר הכלכלי שלנו מורכב משלושה רכיבי עלות בסיסיים: חלקי מכונה (כולל חלקים מיוצרים וגם רכיבים שנרכשו), מכלול הגרניט ועבודה ותקורה.

חלקי מכונה

פיתרון IGM מציע חיסכון ראוי לציון על פני פיתרון שלב על גראניט מבחינת חלקי מכונה. זה בעיקר בגלל היעדר ה- IGM בבסיסי בימת מכונות מורכבות על צירי Y ו- X, אשר מוסיפים מורכבות ועלות לפתרונות שלב-על-גרניט. יתר על כן, ניתן לייחס חיסכון בעלויות לפישוט היחסי של חלקים אחרים במכונות במכונות על פיתרון IgM, כמו הכרכרות הנעות, שיכולות להיות בעלות תכונות פשוטות יותר וסובלנות רגועה במקצת כאשר הם מיועדים לשימוש במערכת IGM.

אסיפות גרניט

למרות שמכלולי הגשר של גרניט בסיס-גשר הן במערכות IGM והן במערכות שלב-על-גרניט יש גורם ומראה צורה דומה, מכלול הגרניט של IgM יקר יותר באופן שולי. הסיבה לכך היא שהגרניט בתמיסת IGM תופס את מקומם של בסיסי הבמה המכונה בתמיסה שלב-על-גרניט, המחייב את הגרניט להיות סובלנות הדוקה יותר באזורים קריטיים, ואפילו תכונות נוספות, כגון חתכים מוחזרים ו/או תוספות פלדה מושחיות, למשל. עם זאת, במחקר המקרה שלנו, המורכבות הנוספת של מבנה הגרניט מתקזזת יותר מהפישוט בחלקי המכונה.

עבודה ותקורה

בגלל קווי הדמיון הרבים בהרכבה ובדיקת מערכות IGM והן במערכות שלב-על-גרניט, אין הבדל משמעותי בעלויות העבודה והתקורה.

לאחר שילוב כל גורמי העלות הללו, פיתרון ה- IGM הנושא המכני הספציפי שנבדק במחקר זה הוא כ- 15% פחות יקר מהפתרון הנושא מכני, על-על-גרני.

כמובן שתוצאות הניתוח הכלכלי תלויות לא רק בתכונות כמו אורך נסיעה, דיוק ויכולת עומס, אלא גם בגורמים כמו בחירת ספק הגרניט. בנוסף, זה נבון לשקול את עלויות המשלוח והלוגיסטיקה הקשורות לרכישת מבנה גרניט. מועיל במיוחד למערכות גרניט גדולות מאוד, אם כי נכון לכל הגדלים, בחירת ספק גרניט מוסמך בסמיכות קרובה יותר למיקום מכלול המערכת הסופי יכולה לעזור גם למזער את העלויות.

יש לציין כי ניתוח זה אינו שוקל עלויות לאחר יישום. לדוגמה, נניח שנדרש לשרת את מערכת התנועה על ידי תיקון או החלפת ציר תנועה. ניתן לשרת מערכת שלב-על-גראני על ידי פשוט הסרה ותיקון/החלפה של הציר המושפע. בגלל העיצוב המודולרי יותר בסגנון במה, ניתן לעשות זאת בקלות ובמהירות יחסית, למרות עלות המערכת הראשונית הגבוהה יותר. למרות שבדרך כלל ניתן להשיג מערכות IGM בעלות נמוכה יותר מאשר עמיתיהם שלב-על-גראני, הם יכולים להיות מאתגרים יותר לפרק ולשירות בגלל אופי הבנייה המשולב.

מַסְקָנָה

ברור שכל סוג של עיצוב פלטפורמת תנועה-שלב-על-גרניט ו- IGM-יכול להציע יתרונות מובחנים. עם זאת, לא תמיד ברור שהיא הבחירה האידיאלית ביותר ליישום תנועה מסוים. לפיכך, מועיל מאוד לשתף פעולה עם ספק מערכות תנועה ואוטומציה מנוסה, כמו Aerotech, המציע גישה ייועדת וממוקדת יישומים מובהקת לחקירה ולספק תובנה חשובה על חלופות פתרונות לאתגר לבקרת תנועה ויישומי אוטומציה. הבנת לא רק את ההבדל בין שני הזנים הללו של פתרונות אוטומציה, אלא גם ההיבטים הבסיסיים של הבעיות שהם נדרשים לפתור, היא המפתח הבסיסי להצלחה בבחירת מערכת תנועה העוסקת ביעדים הטכניים והפיננסיים הן של הפרויקט.

מ- Aerotech.