Der Unterschied zwischen Bühnen auf Granit und integrierten Granitbewegungssystemen

Die Auswahl der am besten geeigneten Granit-basierten linearen Bewegungsplattform für eine bestimmte Anwendung hängt von einer Vielzahl von Faktoren und Variablen ab. Es ist entscheidend zu erkennen, dass jede einzelne Anwendung über ihre eigenen einzigartigen Anforderungen verfügt, die verstanden und priorisiert werden müssen, um eine wirksame Lösung in Bezug auf eine Bewegungsplattform zu verfolgen.

Eine der allgegenwärtigeren Lösungen beinhaltet die Montage diskreter Positionierungsstadien auf einer Granitstruktur. Eine andere gemeinsame Lösung integriert die Komponenten, die die Bewegungsachsen direkt in den Granit selbst umfassen. Die Wahl zwischen einem Bühnen auf Granit und einer IGM-Plattform (Integrated-Granite Motion) ist eine der früheren Entscheidungen im Auswahlprozess. Es gibt klare Unterschiede zwischen beiden Lösungstypen, und natürlich hat jeder seine eigenen Vorzüge - und Vorbehalte -, die sorgfältig verstanden und berücksichtigt werden müssen.

Um einen besseren Einblick in diesen Entscheidungsprozess zu bieten, bewerten wir die Unterschiede zwischen zwei grundlegenden Designs der linearen Bewegungsplattform-einer herkömmlichen Lösung für die Granitstufe-und einer IGM-Lösung-sowohl aus technischen als auch aus finanziellen Perspektiven in Form einer mechanisch-tragenden Fallstudie.

Hintergrund

Um die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen IGM-Systemen und herkömmlichen Bühnen auf Granitsystemen zu untersuchen, haben wir zwei Test-Case-Designs erstellt:

• Mechanisches Lager, Bühnen-auf-Granit
• Mechanisches Lager, IgM

In beiden Fällen besteht jedes System aus drei Bewegungsachsen. Die Y -Achse bietet 1000 mm Reise und befindet sich auf der Basis der Granitstruktur. Die X-Achse, die sich auf der Brücke der Baugruppe mit 400 mm Fahrt befindet, trägt die vertikale Z-Achse mit 100 mm Reise. Diese Anordnung wird pictographisch dargestellt.

Für das Bühnen-On-Granit-Design haben wir aufgrund ihrer größeren Lastkapazität eine Pro560LM-Breitkörperstufe für die Y-Achse ausgewählt, die für viele Bewegungsanwendungen mit dieser „Y/XZ-Split-Bridge“ -Anordnung üblich ist. Für die X -Achse haben wir uns für eine Pro280LM ausgewählt, die in vielen Anwendungen üblicherweise als Brückenachse verwendet wird. Das Pro280LM bietet ein praktisches Gleichgewicht zwischen dem Fußabdruck und seiner Fähigkeit, eine Z -Achse mit einer Kundennutzlast zu tragen.

Für die IGM-Designs replizierten wir die grundlegenden Konzepte und Layouts der obigen Achsen genau, wobei der Hauptunterschied darin besteht, dass die IgM-Achsen direkt in die Granitstruktur eingebaut werden und daher die in den Bühnen auf Granitdesigns vorhandenen Bearbeitungskomponentenbasen fehlen.

In beiden Konstruktionsfällen ist die Z-Achse, die als Pro190SL-Ball-Screw-gesteuerte Stufe ausgewählt wurde. Dies ist eine sehr beliebte Achse für die vertikale Ausrichtung auf einer Brücke aufgrund ihrer großzügigen Nutzlastkapazität und des relativ kompakten Formfaktors.

Abbildung 2 zeigt die spezifischen Bühne auf Granit- und IgM-Systemen, die untersucht wurden.

Technischer Vergleich

IgM-Systeme werden mit einer Vielzahl von Techniken und Komponenten entwickelt, die denen in traditionellen Bühnen auf Graniten ähneln. Infolgedessen gibt es zahlreiche technische Eigenschaften zwischen IGM-Systemen und Bühnen auf Granitsystemen. Umgekehrt bietet die Integration der Bewegungsachsen direkt in die Granitstruktur mehrere Unterscheidungsmerkmale, die IgM-Systeme von Bühnen auf Granitsystemen unterscheiden.

Formfaktor

Die vielleicht offensichtlichste Ähnlichkeit beginnt mit dem Fundament der Maschine - dem Granit. Obwohl es Unterschiede in den Merkmalen und Toleranzen zwischen Bühnen auf Granit- und IgM-Designs gibt, sind die Gesamtdimensionen der Granitbasis, der Riser und der Brücke gleichwertig. Dies liegt in erster Linie daran, dass die nominalen und Grenze zwischen Bühnen auf Granit und IgM identisch sind.

Konstruktion

Das Fehlen von Basen der Bearbeitungskomponenten-Achsen im IGM-Design bietet bestimmte Vorteile gegenüber den Lösungen von Bühnen auf Granit. Insbesondere die Verringerung der Komponenten in der Strukturschleife des IGM erhöht die Steifigkeit der Gesamtachse. Es ermöglicht auch einen kürzeren Abstand zwischen der Granitbasis und der Oberfläche des Wagens. In dieser speziellen Fallstudie bietet das IGM -Design eine 33% niedrigere Arbeitsoberflächenhöhe (80 mm im Vergleich zu 120 mm). Diese kleinere Arbeitshöhe ermöglicht nicht nur ein kompakteren Design, sondern reduziert auch die Maschinenversuche vom Motor und dem Encoder auf den Workpoint, was zu reduzierten ABBE -Fehlern und damit zu einer verbesserten Positionierung der Workpoint -Position führt.

Achsenkomponenten

Die Bühnen- und IgM-Lösungen, die tiefer in das Design betreten werden, teilen einige wichtige Komponenten wie lineare Motoren und Positioncodierer. Die Auswahl der gemeinsamen FÜRCER- und Magnet-Strecke führt zu äquivalenten Kraft-Ausgabe-Funktionen. Ebenso liefert die Verwendung der gleichen Encoder in beiden Designs eine identisch feine Auflösung für die Positionierung von Feedback. Infolgedessen unterscheidet sich die lineare Genauigkeit und Wiederholbarkeitsleistung zwischen den Lösungen auf Granit und IgM nicht signifikant. Ähnliches Komponentenlayout, einschließlich Lagertrennung und Toleranz, führt zu einer vergleichbaren Leistung hinsichtlich geometrischer Fehlerbewegungen (dh horizontaler und vertikaler Geradheit, Tonhöhe, Rollen und Gier). Schließlich sind die unterstützenden Elemente beider Entwürfe, einschließlich Kabelmanagement, elektrischen Grenzen und Hardstops, in der Funktion grundlegend identisch, obwohl sie möglicherweise in physischem Erscheinungsbild variieren können.

Lager

Für dieses spezielle Design ist eine der bemerkenswertesten Unterschiede die Auswahl der linearen Führer. Obwohl im Bühnen auf Granit- und IgM-Systemen Umwälzkugellager verwendet werden, ermöglicht es das IgM-System, größere, steifere Lager in das Design einzubeziehen, ohne die Achse-Arbeitshöhe zu erhöhen. Da das IGM-Design auf dem Granit als Basis angewiesen ist, im Gegensatz zu einer separaten Basis für bearbeitete Komponenten, ist es möglich, einige der vertikalen Immobilien zurückzugewinnen, die sonst von einer bearbeiteten Basis konsumiert werden würden, und diesen Raum im Wesentlichen mit größeren Lagern zu füllen und gleichzeitig die Gesamtkutschenhöhe über dem Granit zu verringern.

Steifheit

Die Verwendung größerer Lager im IGM -Design hat einen tiefgreifenden Einfluss auf die Winkelsteifheit. Im Fall der Unterkörper-Unterachse (Y) bietet die IgM-Lösung eine größere Rollsteifigkeit von über 40%, eine Steifheit von 30% größerer Steifheit und 20% größere Giersteifigkeit als ein entsprechendes Bühnen-On-Granit-Design. In ähnlicher Weise bietet die IGM-Brücke eine vierfache Zunahme der Rollsteifigkeit, die doppelte Steifheit der Steigung und eine größere Giersteifigkeit von mehr als 30% als das Gegenstück zur Bühne auf Granit. Eine höhere Winkelsteifigkeit ist vorteilhaft, da sie direkt zu einer verbesserten dynamischen Leistung beiträgt, die für den Durchsatz eines höheren Maschinens von entscheidender Bedeutung ist.

Belastungskapazität

Die größeren Lager der IgM-Lösung ermöglichen eine wesentlich höhere Nutzlastkapazität als eine Bühne-On-Granit-Lösung. Obwohl die Pro560LM-Basisachse der Bühne-On-Granit-Lösung eine Belastungskapazität von 150 kg aufweist, kann die entsprechende IgM-Lösung eine Nutzlast von 300 kg aufnehmen. In ähnlicher Weise unterstützt die Pro280LM-Brückenachse des Bühne auf Granit 150 kg, während die Brückenachse der IgM-Lösung bis zu 200 kg tragen kann.

Bewegliche Masse

Während die größeren Lager in den mechanisch tragenden IgM-Achsen bessere Winkelleistungattribute und eine größere Lasttransportkapazität bieten, sind sie auch mit größeren, schwereren LKWs ausgestattet. Darüber hinaus sind die IGM-Kutschen so ausgelegt, dass bestimmte bearbeitete Merkmale, die für eine Bühne-auf-Granit-Achse erforderlich sind (jedoch nicht von einer IgM-Achse erforderlich), entfernt werden, um die Teilsteifigkeit und die Herstellung zu vereinfachen. Diese Faktoren bedeuten, dass die IgM-Achse eine größere sich bewegende Masse aufweist als eine entsprechende Bühne-On-Granit-Achse. Ein unbestreitbarer Nachteil ist, dass die maximale Beschleunigung des IGM niedriger ist, vorausgesetzt, dass die Motorkraftausgang unverändert ist. In bestimmten Situationen kann jedoch eine größere sich bewegende Masse aus der Sicht vorteilhaft sein, dass ihre größere Trägheit einen größeren Widerstand gegen Störungen bieten kann, was mit einer erhöhten Stabilität in der Position korrelieren kann.

Strukturdynamik

Die höhere Lagersteifigkeit und die starre Wagen des IGM-Systems bieten zusätzliche Vorteile, die nach Verwendung eines FEA-Softwarepakets (Finite-Elemente Analysis) für eine modale Analyse erkennbar sind. In dieser Studie untersuchten wir die erste Resonanz des sich bewegenden Kutsches aufgrund seiner Auswirkungen auf die Servobandbreite. Der Pro560LM -Wagen trifft auf eine Resonanz bei 400 Hz, während der entsprechende IGM -Wagen bei 430 Hz den gleichen Modus erfährt. Abbildung 3 zeigt dieses Ergebnis.

Die höhere Resonanz der IgM-Lösung im Vergleich zu herkömmlichem Bühnen auf Granit kann teilweise auf den steiferen Wagen und das Lagerdesign zurückgeführt werden. Eine höhere Wagenresonanz ermöglicht es, eine größere Servobandbreite zu haben und daher eine verbesserte dynamische Leistung zu verbessern.

Betriebsumgebung

Die Versiegelbarkeit der Achsen ist fast immer obligatorisch, wenn Verunreinigungen vorhanden sind, unabhängig davon, ob er im Prozess des Benutzers erzeugt wird oder auf andere Weise in der Umgebung der Maschine vorhanden ist. Bühnen-auf-Granit-Lösungen sind in diesen Situationen aufgrund der von Natur aus geschlossenen Art der Achse besonders geeignet. Lineare Pro-Serie-Stufen sind beispielsweise mit Hardcovers und Seitendichtungen ausgestattet, die die internen Bühnenkomponenten in angemessenem Maße vor Kontamination schützen. Diese Phasen können auch mit optionalen Tischtischwischleuten konfiguriert werden, um Trümmer von der oberen Hardcover zu fegen, während die Bühne durchquert. Andererseits sind IgM -Bewegungsplattformen von Natur aus offen, wobei die Lager, Motoren und Encoder ausgesetzt sind. Obwohl dies in saubereren Umgebungen kein Problem ist, kann dies bei der Verschmutzung problematisch sein. Es ist möglich, dieses Problem anzugehen, indem ein Spezial-Bellows-Wegbedeckung in ein IgM-Achse-Design einbezogen wird, um Schutz vor Trümmern zu bieten. Wenn dies jedoch nicht korrekt umgesetzt wird, können der Balg die Bewegung der Achse negativ beeinflussen, indem sie externe Kräfte auf den Kutschen vermitteln, wenn sie sich durch den gesamten Reisebereich bewegt.

Wartung

Die Anwendbarkeit ist ein Unterscheidungsmerkmal zwischen Bühnen-auf-Granit- und IgM-Bewegungsplattformen. Linearmotorische Achsen sind für ihre Robustheit bekannt, aber manchmal wird es für die Durchführung von Wartungen notwendig. Bestimmte Wartungsvorgänge sind relativ einfach und können erreicht werden, ohne die fragliche Achse zu entfernen oder zu zerlegen, aber manchmal ist ein gründlicheres Abnutzung erforderlich. Wenn die Bewegungsplattform aus diskreten Phasen besteht, die auf Granit montiert sind, ist die Wartung eine einigermaßen einfache Aufgabe. Steigen Sie zunächst die Bühne vom Granit ab, führen Sie dann die erforderlichen Wartungsarbeiten durch und rumieren Sie sie neu. Oder ersetzen Sie es einfach durch eine neue Bühne.

IgM -Lösungen können bei der Durchführung der Wartung manchmal schwieriger sein. Obwohl das Ersetzen einer einzelnen Magnetspur des linearen Motors in diesem Fall sehr einfach ist, beinhalten kompliziertere Wartung und Reparatur häufig viele oder alle Komponenten, die die Achse umfassen, die zeitaufwändiger ist, wenn Komponenten direkt an Granit montiert werden. Es ist auch schwieriger, die Granit-basierten Äxte nach der Durchführung der Wartung neu auszurichten-eine Aufgabe, die in diskreten Phasen erheblich einfacher ist.

Tabelle 1. Eine Zusammenfassung der grundlegenden technischen Unterschiede zwischen mechanisch-tragenden Bühnen auf Granit und IgM-Lösungen.

Wirtschaftlicher Vergleich

Während die absoluten Kosten eines Bewegungssystems aufgrund mehrerer Faktoren, einschließlich Reiselänge, Achsenpräzision, Belastungskapazität und dynamischen Fähigkeiten, variieren, deuten die relativen Vergleiche von analogen IgM und Stadium-on-Granit-Bewegungssystemen in dieser Studie darauf hin, dass IGM-Lösungen in der Lage sind, mittelgroße bis mäßig niedrigere Kosten als ihre Stadium-On-Graniten-Gegenstände mit mittlerer Voraussetzungen zu profitieren.

Unsere wirtschaftliche Studie besteht aus drei grundlegenden Kostenkomponenten: Maschinenteile (einschließlich sowohl hergestellter Teile als auch gekauften Komponenten), der Granitversammlung sowie Arbeit und Overhead.

Maschinenteile

Eine IgM-Lösung bietet bemerkenswerte Einsparungen in einer Bühnen-On-Granit-Lösung in Bezug auf Maschinenteile. Dies ist in erster Linie auf das Fehlen von IGM an den y- und x-Achsen zurückzuführen, die den Lösungen der Bühne auf den Bühnen auf den Bühnen auf den Bühnen auf den Bühnenbühnen und Kosten fehlen. Darüber hinaus können Kosteneinsparungen auf die relative Vereinfachung anderer bearbeiteter Teile auf der IGM -Lösung zurückgeführt werden, wie z.

Granitversammlungen

Obwohl die Granit-Basis-Riser-Brücken-Baugruppen sowohl im IGM- als auch im Bühnen-auf-Granit-System einen ähnlichen Formfaktor und ein ähnliches Aussehen zu haben scheinen, ist die IGM-Granitanordnung geringfügig teurer. Dies liegt daran, dass der Granit in der IgM-Lösung die bearbeiteten Bühnenbasen in der Bühne-auf-Granit-Lösung einnimmt, wodurch der Granit in kritischen Regionen im Allgemeinen engere Toleranzen und sogar zusätzliche Merkmale wie extrudierte Schnitte und/oder Gewindestahleinsätze für Instanz aufweist. In unserer Fallstudie ist die zusätzliche Komplexität der Granitstruktur jedoch durch die Vereinfachung in maschinellen Teilen mehr als ausgeglichen.

Arbeit und Overhead

Aufgrund der vielen Ähnlichkeiten bei der Zusammenstellung und dem Testen sowohl der IGM- als auch der Bühnen-auf-Granit-Systeme gibt es keinen signifikanten Unterschied in den Arbeits- und Gemeinkosten.

Sobald alle diese Kostenfaktoren kombiniert sind, ist die in dieser Studie untersuchte spezifische mechanisch-tragende IgM-Lösung ungefähr 15% weniger kostspielig als die mechanisch tragende Stufe-auf-Granit-Lösung.

Natürlich hängen die Ergebnisse der wirtschaftlichen Analyse nicht nur von Attributen wie Reiselänge, Präzision und Belastungskapazität ab, sondern auch von Faktoren wie der Auswahl des Granitlieferanten. Darüber hinaus ist es ratsam, die Versand- und Logistikkosten zu berücksichtigen, die mit der Beschaffung einer Granitstruktur verbunden sind. Besonders hilfreich für sehr große Granitsysteme, obwohl die Auswahl eines qualifizierten Granitlieferanten in einer engeren Nähe zum Standort der endgültigen Systembaugruppe auch dazu beitragen kann, die Kosten zu minimieren.

Es sollte auch beachtet werden, dass diese Analyse keine Kosten nach der Implementierung berücksichtigt. Nehmen wir beispielsweise an, das Bewegungssystem zu bedienen, indem eine Bewegungsachse repariert oder ersetzt wird. Ein Bühnen-auf-Granit-System kann gewartet werden, indem einfach die betroffene Achse entfernt und repariert/ersetzt wird. Aufgrund des modulareren Designs im Bühnenst im Stil kann dies trotz der höheren anfänglichen Systemkosten relativ einfach und Geschwindigkeit erfolgen. Obwohl IgM-Systeme im Allgemeinen zu geringeren Kosten als in ihren Kollegen auf Granit erhalten werden können, können sie aufgrund der integrierten Konstruktion schwieriger sein, sich zu zerlegen und zu bedienen.

Abschluss

Offensichtlich kann jede Art von Bewegungsplattform-Bühnen-auf-Granit und IGM-unterschiedliche Vorteile bieten. Es ist jedoch nicht immer offensichtlich, was für eine bestimmte Bewegungsanwendung die idealste Wahl ist. Daher ist es sehr vorteilhaft, mit einem erfahrenen Anbieter von Bewegungs- und Automatisierungssystemen wie Aerotech zusammenzuarbeiten, der einen deutlich anwendungsorientierten, beratenden Ansatz bietet, um wertvolle Einblicke in Lösungsalternativen zu anspruchsvollen Bewegungsregelungs- und Automatisierungsanwendungen zu erforschen und zu bieten. Das Verständnis nicht nur den Unterschied zwischen diesen beiden Sorten von Automatisierungslösungen, sondern auch den grundlegenden Aspekten der Probleme, die sie lösen müssen, ist der zugrunde liegende Schlüssel zum Erfolg bei der Auswahl eines Bewegungssystems, das sowohl die technischen als auch die finanziellen Ziele des Projekts anspricht.

Von aerotech.