ההבדל בין מערכות תנועה על שלב על גרניט וגרניט משולבות

הבחירה של פלטפורמת התנועה ליניארית מבוססת גרניט המתאימה ביותר עבור יישום נתון תלויה בשורה של גורמים ומשתנים.חשוב להכיר בכך שלכל אפליקציה ואפליקציה יש מערכת דרישות ייחודית משלה שיש להבין ולתעדף על מנת לחפש פתרון יעיל במונחים של פלטפורמת תנועה.

אחד הפתרונות הנפוצים יותר כרוך בהרכבת שלבי מיקום נפרדים על מבנה גרניט.פתרון נפוץ נוסף משלב את הרכיבים המרכיבים את צירי התנועה ישירות לתוך הגרניט עצמו.הבחירה בין פלטפורמת שלב על גרניט לפלטפורמת תנועה משולבת גרניט (IGM) היא אחת ההחלטות המוקדמות יותר שיתקבלו בתהליך הבחירה.יש הבדלים ברורים בין שני סוגי הפתרונות, וכמובן שלכל אחד יש יתרונות משלו - וההסתייגות - שצריך להבין היטב ולשקול אותם.

כדי להציע תובנה טובה יותר לגבי תהליך קבלת החלטות זה, אנו מעריכים את ההבדלים בין שני עיצובים בסיסיים של פלטפורמת תנועה ליניארית - פתרון שלב על-גרניט מסורתי ופתרון IGM - הן מהיבטים טכניים והן בהיבטים פיננסיים בצורה של פתרון מכאני- תיאור מקרה נושא.

רקע כללי

כדי לחקור את הדמיון וההבדלים בין מערכות IGM ומערכות מסורתיות על שלב על גרניט, יצרנו שני עיצובים של מקרי בדיקה:

• מיסב מכני, במה על גרניט
• מיסב מכני, IGM

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

עבור תכנון הבמה על הגרניט, בחרנו במת גוף רחב PRO560LM עבור ציר ה-Y בגלל יכולת נשיאת העומס הגדולה יותר שלו, המקובלת ליישומי תנועה רבים המשתמשים בסידור "גשר מפוצל Y/XZ" הזה.עבור ציר ה-X בחרנו ב-PRO280LM, המשמש בדרך כלל כציר גשר ביישומים רבים.ה-PRO280LM מציע איזון מעשי בין טביעת הרגל שלו והיכולת שלו לשאת ציר Z עם מטען לקוח.

עבור תכנוני IGM, שכפלנו מקרוב את תפיסות התכנון והפריסות הבסיסיות של הצירים הנ"ל, כשההבדל העיקרי הוא שצירי ה-IGM מובנים ישירות במבנה הגרניט, ולכן חסרים את בסיסי הרכיבים המעובדים הקיימים בשלב-על. -עיצובי גרניט.

המשותף בשני מקרי העיצוב הוא ציר ה-Z, שנבחר להיות במה מונעת בברג כדורי PRO190SL.זהו ציר פופולרי מאוד לשימוש בכיוון אנכי על גשר בגלל יכולת העמסה הנדיבה שלו ומקדם הצורה הקומפקטי יחסית שלו.

איור 2 ממחיש את המערכות הספציפיות של שלב על גרניט ו-IGM שנחקרו.

השוואה טכנית

מערכות IGM מתוכננות תוך שימוש במגוון טכניקות ורכיבים הדומים לאלו המצויים בעיצובים מסורתיים של במה על גרניט.כתוצאה מכך, ישנם מאפיינים טכניים רבים המשותפים בין מערכות IGM ומערכות שלב על גרניט.לעומת זאת, שילוב צירי התנועה ישירות במבנה הגרניט מציע מספר מאפיינים בולטים המבדילים בין מערכות IGM לבין מערכות שלב על גרניט.

גורם צורה

אולי הדמיון הברור ביותר מתחיל ביסוד המכונה - הגרניט.למרות שיש הבדלים בתכונות ובסובלנות בין עיצובי שלב על גרניט ו-IGM, הממדים הכוללים של בסיס הגרניט, העליות והגשר שוות ערך.הסיבה לכך היא בעיקר כי התנועה הנומינלית והמגבלה זהה בין שלב על גרניט ל-IGM.

בְּנִיָה

המחסור בבסיסי ציר מעובדים בתכנון IGM מספק יתרונות מסוימים על פני פתרונות שלב על גרניט.בפרט, הפחתת הרכיבים בלולאה המבנית של ה-IGM מסייעת להגביר את קשיחות הציר הכוללת.זה גם מאפשר מרחק קצר יותר בין בסיס הגרניט למשטח העליון של הכרכרה.במחקר המקרה הספציפי הזה, עיצוב IGM מציע גובה משטח עבודה נמוך ב-33% (80 מ"מ בהשוואה ל-120 מ"מ).לא רק שגובה העבודה הקטן הזה מאפשר עיצוב קומפקטי יותר, אלא שהוא גם מקטין את קיזוז המכונה מהמנוע והמקודד לנקודת העבודה, וכתוצאה מכך מופחתת שגיאות Abbe ולכן ביצועי מיקום נקודת עבודה משופרים.

רכיבי ציר

בהסתכלות עמוקה יותר על העיצוב, פתרונות הבמה על גרניט ו-IGM חולקים כמה מרכיבים מרכזיים, כגון מנועים לינאריים ומקודדי מיקום.בחירת מסלול כוח ומגנט נפוצה מובילה ליכולות פלט כוח שוות.באופן דומה, שימוש באותם מקודדים בשני העיצובים מספק רזולוציה עדינה זהה למיקום משוב.כתוצאה מכך, הדיוק הליניארי וביצועי החזרה אינם שונים באופן משמעותי בין פתרונות שלב על גרניט ו-IGM.פריסת רכיבים דומה, כולל הפרדת מיסבים וסובלנות, מובילה לביצועים דומים במונחים של תנועות שגיאה גיאומטריות (כלומר, ישרות אופקית ואנכית, שיפוע, גלגול ופיתול).לבסוף, האלמנטים התומכים של שני העיצובים, כולל ניהול כבלים, מגבלות חשמל ומעצורים קשיחים, זהים ביסודו בתפקוד, אם כי הם עשויים להשתנות מעט במראה הפיזי.

מיסבים

עבור העיצוב הספציפי הזה, אחד ההבדלים הבולטים ביותר הוא הבחירה של מיסבים ליניאריים.למרות שמישבים כדוריים חוזרים משמשים הן במערכות שלב על גרניט והן במערכות IGM, מערכת IGM מאפשרת לשלב מיסבים גדולים וקשיחים יותר בעיצוב מבלי להגדיל את גובה העבודה בציר.מכיוון שעיצוב ה-IGM מסתמך על הגרניט כבסיס שלו, בניגוד לבסיס רכיבים מעובדים נפרדים, אפשר להחזיר חלק מהנדל"ן האנכי שאם לא כן היה נצרך על ידי בסיס מעובד, ולמעשה למלא את החלל הזה בנפח גדול יותר. מיסבים תוך הפחתת גובה העגלה הכולל מעל הגרניט.

נוּקְשׁוּת

לשימוש במיסבים גדולים יותר בעיצוב IGM יש השפעה עמוקה על קשיחות הזוויתית.במקרה של הציר התחתון רחב הגוף (Y), פתרון ה-IGM מציע קשיחות גלגול גדולה יותר מ-40%, קשיחות גובה גדולה יותר ב-30% וקשיחות פיוס גדולה יותר ב-20% מאשר עיצוב שלב על גרניט מקביל.באופן דומה, הגשר של ה-IGM מציע גידול של פי ארבע בקשיחות הגלגול, קשיחות הגובה כפולה וקשיחות הפיכה גדולה יותר מ-30% מאשר מקבילו על הבמה על גרניט.קשיחות זוויתית גבוהה יותר היא יתרון מכיוון שהיא תורמת ישירות לשיפור הביצועים הדינמיים, שהם המפתח לאפשר תפוקה גבוהה יותר של המכונה.

כושר העמסה

המסבים הגדולים יותר של פתרון IGM מאפשרים קיבולת עומס גבוה משמעותית מאשר פתרון שלב על גרניט.למרות שלציר הבסיס PRO560LM של תמיסת הבמה על גרניט יש קיבולת עומס של 150 ק"ג, הפתרון המקביל של IGM יכול להכיל מטען של 300 ק"ג.באופן דומה, ציר הגשר PRO280LM של הבמה-על-גרניט תומך ב-150 ק"ג, בעוד שציר הגשר של פתרון IGM יכול לשאת עד 200 ק"ג.

מסה נעה

בעוד שהמיסבים הגדולים יותר בצירי ה-IGM בעלי הנושאים המכניים מציעים תכונות ביצועים זוויתיות טובות יותר ויכולת נשיאת עומס גדולה יותר, הם מגיעים גם עם משאיות גדולות וכבדות יותר.בנוסף, קרונות ה-IGM מתוכננים כך שתכונות מסוימות במכונה הנחוצות לציר שלב על גרניט (אך לא נדרשות על ידי ציר IGM) מוסרות כדי להגביר את קשיחות החלק ולפשט את הייצור.גורמים אלה פירושם שלציר ה-IGM יש מסה נעה גדולה יותר מאשר ציר שלב-על-גרניט מקביל.חסרון שאין עוררין הוא שהתאוצה המקסימלית של ה-IGM נמוכה יותר, בהנחה שתפוקת כוח המנוע אינה משתנה.עם זאת, במצבים מסוימים, מסה נעה גדולה יותר עשויה להיות יתרון מנקודת המבט שהאינרציה הגדולה יותר שלה יכולה לספק התנגדות גדולה יותר להפרעות, מה שיכול לתאם ליציבות מוגברת במיקום.

דינמיקה מבנית

קשיחות המיסבים הגבוהה יותר של מערכת ה-IGM והגררה הקשיחה יותר מספקים יתרונות נוספים הנראים לאחר שימוש בחבילת תוכנה לניתוח אלמנטים סופיים (FEA) לביצוע ניתוח מודאלי.במחקר זה, בדקנו את התהודה הראשונה של הכרכרה הנעה בגלל השפעתה על רוחב הפס של הסרוו.עגלת ה-PRO560LM נתקלת בתהודה של 400 הרץ, בעוד שגררת ה-IGM המתאימה חווה את אותו מצב ב-430 הרץ.איור 3 ממחיש תוצאה זו.

התהודה הגבוהה יותר של פתרון IGM, בהשוואה לבמה על גרניט מסורתית, יכולה להיות מיוחסת בחלקה לעיצוב הגררה והמיסב הקשיחים יותר.תהודה כרכרה גבוהה יותר מאפשרת לקבל רוחב פס סרוו גדול יותר ולכן ביצועים דינמיים משופרים.

סביבת פעולה

יכולת איטום הציר היא כמעט תמיד חובה כאשר קיימים מזהמים, בין אם נוצרו בתהליך של המשתמש ובין אם קיימים אחרת בסביבת המכונה.פתרונות שלב על גרניט מתאימים במיוחד במצבים אלו בגלל האופי הסגור מטבעו של הציר.שלבים ליניאריים מסדרת PRO, למשל, מגיעים מצוידים בכריכות קשיחות ואטמי צד המגנים על רכיבי הבמה הפנימיים מפני זיהום במידה סבירה.ניתן להגדיר שלבים אלה גם עם מגבי שולחן אופציונליים כדי לטאטא פסולת מהכריכה הקשה העליונה כאשר הבמה עוברת.מצד שני, פלטפורמות התנועה של IGM הן מטבען פתוחות בטבען, כשהמיסבים, המנועים והמקודדים חשופים.למרות שאין בעיה בסביבות נקיות יותר, זה יכול להיות בעייתי כאשר קיים זיהום.אפשר לטפל בבעיה זו על ידי שילוב כיסוי דרך מיוחד בסגנון מפוח בעיצוב ציר IGM כדי לספק הגנה מפני פסולת.אך אם אינו מיושם כהלכה, המפוח יכול להשפיע לרעה על תנועת הציר על ידי הקניית כוחות חיצוניים על הכרכרה בזמן שהיא נעה בכל טווח התנועה שלה.

תחזוקה

יכולת השירות היא הבחנה בין פלטפורמות תנועה של במה על גרניט ו-IGM.צירים מנוע ליניארי ידועים בחוזקם, אך לפעמים יש צורך לבצע תחזוקה.פעולות תחזוקה מסוימות הן פשוטות יחסית וניתן לבצע אותן ללא הסרה או פירוק של הציר המדובר, אך לעיתים נדרשת פירוק יסודי יותר.כאשר פלטפורמת התנועה מורכבת משלבים נפרדים המורכבים על גרניט, השירות הוא משימה פשוטה למדי.ראשית, יש לפרק את הבמה מהגרניט ולאחר מכן לבצע את עבודות התחזוקה הנדרשות ולהרכיב אותה מחדש.לחלופין, פשוט החליפו אותו בשלב חדש.

פתרונות IGM יכולים לפעמים להיות מאתגרים יותר בעת ביצוע תחזוקה.למרות שהחלפת מסלול מגנט בודד של המנוע הליניארי היא פשוטה מאוד במקרה זה, תחזוקה ותיקונים מסובכים יותר כרוכים לרוב בפירוק מוחלט של רבים או כל הרכיבים המרכיבים את הציר, דבר שגוזל זמן רב יותר כאשר רכיבים מורכבים ישירות על גרניט.זה גם קשה יותר ליישר מחדש את הצירים מבוססי הגרניט זה לזה לאחר ביצוע תחזוקה - משימה פשוטה הרבה יותר עם שלבים נפרדים.

טבלה 1. סיכום ההבדלים הטכניים הבסיסיים בין פתרונות שלב-על-גרניט בעל נושא מכני ופתרונות IGM.

השוואה כלכלית

בעוד שהעלות המוחלטת של כל מערכת תנועה תשתנה בהתבסס על מספר גורמים כולל אורך נסיעה, דיוק ציר, קיבולת עומס ויכולות דינמיות, ההשוואות היחסיות של מערכות תנועה אנלוגיות של IGM ושלב על גרניט שנערכו במחקר זה מצביעות על כך שפתרונות IGM הם מסוגלים להציע תנועה ברמת דיוק בינונית עד גבוהה בעלויות נמוכות במידה בינונית מאשר עמיתיהם על הבמה על גרניט.

המחקר הכלכלי שלנו מורכב משלושה מרכיבי עלות בסיסיים: חלקי מכונות (כולל חלקים מיוצרים ורכיבים שנרכשו), מכלול הגרניט ועבודה ותקורה.

חלקי מכונה

פתרון IGM מציע חיסכון ראוי לציון על פני פתרון שלב על גרניט במונחים של חלקי מכונות.זה נובע בעיקר מהעדר של ה-IGM בבסיסי במה מעובדים בצורה מורכבת על צירי Y ו-X, שמוסיפים מורכבות ועלות לפתרונות הבמה-על-גרניט.יתרה מכך, ניתן לייחס חיסכון בעלויות לפישוט היחסי של חלקים מעובדים אחרים בפתרון IGM, כגון הקרונות הנעים, אשר יכולים להיות בעלי תכונות פשוטות יותר וסובלנות רגועה יותר כאשר הם מיועדים לשימוש במערכת IGM.

מכלולי גרניט

למרות שלמכלול גרניט בסיס-עלייה-גשר הן במערכות IGM והן במערכות שלב על-גרניט נראה שיש גורם צורה ומראה דומים, מכלול הגרניט של IGM יקר מעט יותר.הסיבה לכך היא שהגרניט בפתרון IGM תופס את מקומם של בסיסי הבמה המעובדים בתמיסת הבמה-על-גרניט, מה שדורש מהגרניט סובלנות הדוקה יותר בדרך כלל באזורים קריטיים, ואפילו תכונות נוספות, כגון חתכים שחולצו ו/ או תוספות פלדה עם הברגה, למשל.עם זאת, במחקר המקרה שלנו, המורכבות הנוספת של מבנה הגרניט מתקזזת על ידי הפשטות בחלקי מכונות.

עבודה ותקורה

בגלל קווי הדמיון הרבים בהרכבה ובבדיקה של מערכות ה-IGM וגם של מערכות שלב על גרניט, אין הבדל משמעותי בעלויות העבודה והתקורה.

ברגע שכל גורמי העלות הללו משולבים, פתרון ה-IGM הספציפי הנושא מכני שנבחן במחקר זה הוא יקר בכ-15% מהפתרון בעל הנושא המכני, שלב על גרניט.

כמובן שתוצאות הניתוח הכלכלי תלויות לא רק בתכונות כמו אורך נסיעה, דיוק ויכולת עומס, אלא גם בגורמים כמו בחירת ספק הגרניט.בנוסף, כדאי לקחת בחשבון את עלויות המשלוח והלוגיסטיקה הכרוכות ברכישת מבנה גרניט.מועיל במיוחד עבור מערכות גרניט גדולות מאוד, למרות שנכון לכל הגדלים, בחירה בספק גרניט מוסמך בסמיכות למיקום הרכבת המערכת הסופית יכולה לעזור גם למזער עלויות.

כמו כן, יש לציין כי ניתוח זה אינו מתייחס לעלויות שלאחר היישום.לדוגמה, נניח שיהיה צורך לטפל במערכת התנועה על ידי תיקון או החלפה של ציר תנועה.ניתן לטפל במערכת שלב על גרניט פשוט על ידי הסרה ותיקון/החלפה של הציר הפגוע.בגלל העיצוב המודולרי יותר בסגנון הבמה, ניתן לעשות זאת בקלות ובמהירות יחסית, למרות עלות המערכת הראשונית הגבוהה יותר.למרות שבדרך כלל ניתן להשיג מערכות IGM בעלות נמוכה יותר מאשר מקבילותיהן על הבמה על גרניט, הן יכולות להיות מאתגרות יותר לפירוק ושירות בגלל האופי המשולב של הבנייה.

סיכום

ברור שכל סוג של עיצוב פלטפורמת תנועה - במה על גרניט ו-IGM - יכול להציע יתרונות ברורים.עם זאת, לא תמיד ברור מהי הבחירה האידיאלית ביותר עבור יישום תנועה מסוים.לכן, זה מאוד מועיל לשתף פעולה עם ספק מנוסה של מערכות תנועה ואוטומציה, כגון Aerotech, המציע גישה ממוקדת יישומים וייעוצית לחקור ולספק תובנות חשובות לגבי חלופות פתרונות ליישומי בקרת תנועה ואוטומציה מאתגרים.הבנת לא רק את ההבדל בין שני הזנים הללו של פתרונות אוטומציה, אלא גם את ההיבטים הבסיסיים של הבעיות שהם נדרשים לפתור, היא המפתח הבסיסי להצלחה בבחירת מערכת תנועה המתייחסת הן למטרות הטכניות והן למטרות הפיננסיות של הפרויקט.

מבית AEROTECH.