Tinkamiausios granito pagrindu pagamintos linijinio judėjimo platformos pasirinkimas konkrečiai taikymo sričiai priklauso nuo daugybės veiksnių ir kintamųjų. Labai svarbu pripažinti, kad kiekvienas pritaikymas turi savo unikalų reikalavimų rinkinį, kurį reikia suprasti ir suskirstyti pagal prioritetus, norint rasti veiksmingą judėjimo platformos sprendimą.
Vienas iš labiau paplitusių sprendimų – atskirų padėties nustatymo pakopų montavimas ant granito konstrukcijos. Kitas įprastas sprendimas – judėjimo ašis sudarančių komponentų integravimas tiesiai į patį granitą. Pasirinkimas tarp pakopų ant granito ir integruotų granito judėjimo (IGM) platformų yra vienas iš ankstesnių sprendimų, kuriuos reikia priimti atrankos procese. Tarp šių dviejų sprendimų tipų yra aiškūs skirtumai ir, žinoma, kiekvienas turi savo privalumų ir trūkumų, kuriuos reikia atidžiai suprasti ir apsvarstyti.
Siekdami geriau suprasti šį sprendimų priėmimo procesą, mechaninių guolių atvejo analizės forma įvertiname dviejų pagrindinių linijinio judėjimo platformų konstrukcijų – tradicinio granito platformos sprendimo ir IGM sprendimo – skirtumus tiek techniniu, tiek finansiniu požiūriu.
Fonas
Norėdami ištirti IGM sistemų ir tradicinių scenos ant granito sistemų panašumus ir skirtumus, sukūrėme du bandomųjų atvejų modelius:
- Mechaninis guolis, scena ant granito
- Mechaninis guolis, IGM
Abiem atvejais kiekviena sistema susideda iš trijų judėjimo ašių. Y ašies eiga yra 1000 mm ir ji yra ant granito konstrukcijos pagrindo. X ašis, esanti ant konstrukcinio mazgo tiltelio su 400 mm eiga, laiko vertikalią Z ašį su 100 mm eiga. Šis išdėstymas pavaizduotas paveikslėliais.
Granito pagrindui Y ašiai pasirinkome plataus korpuso PRO560LM stalį dėl didesnės apkrovos, kuri būdinga daugeliui judėjimo pritaikymų, naudojant šį „Y/XZ padalinto tilto“ išdėstymą. X ašiai pasirinkome PRO280LM, kuris daugelyje pritaikymų dažniausiai naudojamas kaip tilto ašis. PRO280LM siūlo praktišką pusiausvyrą tarp savo dydžio ir gebėjimo išlaikyti Z ašį su kliento naudinguoju kroviniu.
Kurdami IGM konstrukcijas, mes tiksliai atkartojome pagrindines aukščiau paminėtų ašių konstrukcijos koncepcijas ir išdėstymus, o pagrindinis skirtumas yra tas, kad IGM ašys yra įmontuotos tiesiai į granito konstrukciją, todėl joms trūksta apdirbtų komponentų pagrindų, esančių scenoje ant granito montuojamose konstrukcijose.
Abiem atvejais bendra Z ašis – rutuliniu sraigtu varoma PRO190SL platforma. Tai labai populiari ašis, naudojama vertikalioje padėtyje tilte dėl didelės keliamosios galios ir santykinai kompaktiško formos faktoriaus.
2 paveiksle pavaizduotos konkrečios tirtos stadijos ant granito ir IGM sistemos.
Techninis palyginimas
IGM sistemos projektuojamos naudojant įvairius metodus ir komponentus, panašius į tuos, kurie naudojami tradicinėse scenos ant granito konstrukcijose. Dėl to IGM sistemos ir scenos ant granito sistemos turi daug bendrų techninių savybių. Priešingai, judėjimo ašių integravimas tiesiai į granito struktūrą suteikia keletą išskirtinių savybių, kurios skiria IGM sistemas nuo scenos ant granito sistemų.
Formos faktorius
Turbūt akivaizdžiausias panašumas prasideda nuo mašinos pagrindo – granito. Nors scenos ant granito ir IGM konstrukcijų savybės ir tolerancijos skiriasi, bendri granito pagrindo, stovų ir tiltelio matmenys yra lygiaverčiai. Taip yra pirmiausia dėl to, kad scenos ant granito ir IGM konstrukcijų nominalios ir ribinės eigos yra vienodos.
Statyba
Tai, kad IGM konstrukcijoje nėra apdirbtų komponentų ašių pagrindų, suteikia tam tikrų pranašumų, palyginti su sprendimais, pagamintais iš granito. Visų pirma, komponentų skaičiaus sumažinimas IGM konstrukcinėje kilpoje padeda padidinti bendrą ašies standumą. Tai taip pat leidžia sumažinti atstumą tarp granito pagrindo ir vežimėlio viršutinio paviršiaus. Šiuo konkrečiu atveju IGM konstrukcija siūlo 33 % mažesnį darbinio paviršiaus aukštį (80 mm, palyginti su 120 mm). Šis mažesnis darbinis aukštis ne tik leidžia sukurti kompaktiškesnę konstrukciją, bet ir sumažina mašinos poslinkius nuo variklio ir kodavimo įrenginio iki darbinio taško, todėl sumažėja Abbe paklaidos ir dėl to pagerėja darbinio taško padėties nustatymo našumas.
Ašių komponentai
Atidžiau panagrinėjus konstrukciją, granito platformos ir IGM sprendimai turi bendrų pagrindinių komponentų, tokių kaip linijiniai varikliai ir padėties enkoderiai. Bendras jėgos ir magneto takelio pasirinkimas lemia lygiavertes jėgos ir išvesties galimybes. Panašiai, naudojant tuos pačius enkoderius abiejuose projektuose, gaunama identiškai tiksli padėties nustatymo grįžtamojo ryšio skiriamoji geba. Dėl to linijinis tikslumas ir pakartojamumas tarp granito platformos ir IGM sprendimų reikšmingai nesiskiria. Panašus komponentų išdėstymas, įskaitant guolių atstumą ir toleranciją, lemia panašų našumą geometrinių paklaidų judesių atžvilgiu (t. y. horizontalus ir vertikalus tiesumas, posvyris, riedėjimas ir sukimasis). Galiausiai, abiejų projektų atraminiai elementai, įskaitant kabelių valdymą, elektrinius apribojimus ir standžiąsias atramas, iš esmės yra identiškos funkcijos, nors jų fizinė išvaizda gali šiek tiek skirtis.
Guoliai
Šio konkretaus projekto vienas ryškiausių skirtumų yra linijinių kreipiamųjų guolių pasirinkimas. Nors recirkuliaciniai rutuliniai guoliai naudojami tiek scenos ant granito, tiek IGM sistemose, IGM sistema leidžia į projektą įtraukti didesnius, standesnius guolius nedidinant ašies darbinio aukščio. Kadangi IGM projektas remiasi granitu kaip pagrindu, o ne atskiru apdirbtų komponentų pagrindu, galima atgauti dalį vertikalios erdvės, kurią kitu atveju užimtų apdirbtas pagrindas, ir iš esmės užpildyti šią erdvę didesniais guoliais, tuo pačiu sumažinant bendrą vežimėlio aukštį virš granito.
Standumas
Didesnių guolių naudojimas IGM konstrukcijoje daro didelę įtaką kampiniam standumui. Plataus korpuso apatinės ašies (Y) atveju IGM sprendimas pasižymi daugiau nei 40 % didesniu riedėjimo standumu, 30 % didesniu žingsnio standumu ir 20 % didesniu posūkio standumu, palyginti su atitinkama platforma ant granito. Panašiai IGM tiltelis pasižymi keturis kartus didesniu riedėjimo standumu, dvigubu žingsnio standumu ir daugiau nei 30 % didesniu posūkio standumu, palyginti su platforma ant granito. Didesnis kampinis standumas yra privalumas, nes jis tiesiogiai prisideda prie geresnių dinaminių savybių, o tai yra labai svarbu siekiant didesnio mašinos našumo.
Keliamoji galia
Didesni IGM sprendimo guoliai leidžia pasiekti žymiai didesnę naudingąją apkrovą nei ant granito pastatytas scenos sprendimas. Nors ant granito pastatytos scenos sprendimo PRO560LM bazinės ašies keliamoji galia yra 150 kg, atitinkamas IGM sprendimas gali atlaikyti 300 kg naudingąją apkrovą. Panašiai ant granito pastatytos scenos PRO280LM tilto ašis gali atlaikyti 150 kg, o IGM sprendimo tilto ašis gali atlaikyti iki 200 kg.
Judanti masė
Nors didesni mechaninių guolių IGM ašių guoliai pasižymi geresnėmis kampinėmis savybėmis ir didesne apkrovos galia, jie taip pat tiekiami su didesniais, sunkesniais vežimėliais. Be to, IGM vežimėliai yra suprojektuoti taip, kad tam tikros apdirbtos detalės, būtinos ant granito montuojamai platformai (bet nebūtinos IGM ašiai), būtų pašalintos, siekiant padidinti detalės standumą ir supaprastinti gamybą. Šie veiksniai reiškia, kad IGM ašies judanti masė yra didesnė nei atitinkamos ant granito montuojamos platformos ašies. Neginčijamas trūkumas yra tas, kad maksimalus IGM pagreitis yra mažesnis, darant prielaidą, kad variklio galia nesikeičia. Vis dėlto tam tikrose situacijose didesnė judanti masė gali būti pranašesnė, nes jos didesnė inercija gali užtikrinti didesnį atsparumą trikdžiams, o tai gali būti susiję su padidėjusiu stabilumu padėtyje.
Struktūrinė dinamika
Didesnis IGM sistemos guolio standumas ir standesnis vežimėlis suteikia papildomų privalumų, kurie išryškėja atlikus modalinę analizę naudojant baigtinių elementų analizės (FEA) programinės įrangos paketą. Šiame tyrime nagrinėjome judančio vežimėlio pirmąjį rezonansą dėl jo įtakos servo pralaidumui. PRO560LM vežimėlis patiria rezonansą esant 400 Hz dažniui, o atitinkamas IGM vežimėlis patiria tą patį režimą esant 430 Hz dažniui. Šis rezultatas iliustruojamas 3 paveiksle.
Didesnis IGM sprendimo rezonansas, palyginti su tradicine granito platforma, iš dalies gali būti siejamas su standesne vežimėlio ir guolio konstrukcija. Didesnis vežimėlio rezonansas leidžia pasiekti didesnį servo pralaidumą ir dėl to pagerinti dinaminį našumą.
Veikimo aplinka
Ašies sandarumas beveik visada yra būtinas, kai yra teršalų, nesvarbu, ar jie susidaro vartotojo proceso metu, ar kitaip yra mašinos aplinkoje. Stovelio ant granito sprendimai ypač tinka šiose situacijose dėl iš esmės uždaro ašies pobūdžio. Pavyzdžiui, PRO serijos linijiniai stovai turi kietus dangčius ir šoninius sandariklius, kurie pakankamai apsaugo vidinius stovo komponentus nuo užteršimo. Šie stovai taip pat gali būti sukonfigūruoti su pasirenkamais stalo valytuvais, kurie nuvalo šiukšles nuo viršutinio kieto dangčio, kai stovai juda. Kita vertus, IGM judėjimo platformos yra iš esmės atviro pobūdžio, o guoliai, varikliai ir kodavimo įrenginiai yra atviri. Nors švaresnėje aplinkoje tai nėra problema, kai yra užteršimo. Šią problemą galima išspręsti į IGM ašies konstrukciją įtraukiant specialų silfono tipo dangtį, kuris apsaugo nuo šiukšlių. Tačiau jei silfonas nebus tinkamai sumontuotas, jis gali neigiamai paveikti ašies judėjimą, nes jam judant visu savo judėjimo diapazonu veikia išorines jėgas.
Priežiūra
Prižiūrimumas yra pagrindinis skirtumas tarp granito platformų ir IGM judėjimo platformų. Linijinių variklių ašys yra gerai žinomos dėl savo tvirtumo, tačiau kartais jas būtina prižiūrėti. Tam tikros priežiūros operacijos yra gana paprastos ir gali būti atliekamos neišimant ar neišardant atitinkamos ašies, tačiau kartais reikia kruopštesnio išardymo. Kai judėjimo platforma susideda iš atskirų ant granito sumontuotų platformų, priežiūra yra gana nesudėtinga užduotis. Pirmiausia nuimkite platformą nuo granito, tada atlikite reikiamus priežiūros darbus ir vėl ją sumontuokite. Arba tiesiog pakeiskite ją nauja platforma.
Atliekant techninę priežiūrą, IGM sprendimai kartais gali būti sudėtingesni. Nors tokiu atveju pakeisti vieną linijinio variklio magnetinį takelį yra labai paprasta, sudėtingesnė techninė priežiūra ir remontas dažnai apima daugelio arba visų ašį sudarančių komponentų visišką išardymą, o tai užima daugiau laiko, kai komponentai tvirtinami tiesiai prie granito. Taip pat sunkiau iš naujo sulygiuoti granito pagrindu pagamintas ašis vieną su kita atlikus techninę priežiūrą – užduotis, kuri yra žymiai paprastesnė, kai atliekama atskiri etapai.
1 lentelė. Pagrindinių techninių skirtumų tarp mechaninio atraminio montavimo ant granito ir IGM sprendimų santrauka.
| Aprašymas | Scenos ant granito sistema, mechaninis guolis | IGM sistema, mechaninis guolis | |||
| Bazinė ašis (Y) | Tilto ašis (X) | Bazinė ašis (Y) | Tilto ašis (X) | ||
| Normalizuotas standumas | Vertikalus | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.1 |
| Šoninis | 1.5 | ||||
| Pikis | 1.3 | 2.0 | |||
| Ritinys | 1.4 | 4.1 | |||
| Kursas | 1.2 | 1.3 | |||
| Naudingoji apkrova (kg) | 150 | 150 | 300 | 200 | |
| Judėjimo masė (kg) | 25 | 14 | 33 | 19 | |
| Stalviršio aukštis (mm) | 120 | 120 | 80 | 80 | |
| Sandarumas | Kietas dangtis ir šoniniai sandarikliai apsaugo ašį nuo šiukšlių patekimo. | IGM paprastai yra atviros konstrukcijos. Sandarumui reikalingas silfoninis dangtelis arba panašus elementas. | |||
| Naudojimo patogumas | Komponentų pakopas galima nuimti ir lengvai prižiūrėti arba pakeisti. | Kirviai yra savaime įmontuoti į granito konstrukciją, todėl juos sunkiau prižiūrėti. | |||
Ekonominis palyginimas
Nors absoliuti bet kurios judėjimo sistemos kaina skirsis priklausomai nuo kelių veiksnių, įskaitant judėjimo ilgį, ašies tikslumą, keliamąją galią ir dinamines galimybes, šiame tyrime atlikti analogiškų IGM ir ant granito montuojamų judėjimo sistemų palyginimai rodo, kad IGM sprendimai gali pasiūlyti vidutinio ir didelio tikslumo judėjimą už šiek tiek mažesnę kainą nei jų analogai ant granito montuojamose scenose.
Mūsų ekonominį tyrimą sudaro trys pagrindiniai sąnaudų komponentai: mašinų dalys (įskaitant tiek pagamintas, tiek įsigytas dalis), granito surinkimas bei darbas ir pridėtinės išlaidos.
Mašinų dalys
IGM sprendimas, palyginti su granito platformos sprendimu, leidžia pastebimai sutaupyti mašinų dalių. Taip yra daugiausia dėl to, kad IGM neturi sudėtingai apdirbtų platformos pagrindų Y ir X ašyse, kurie padidina platformos ant granito sprendimų sudėtingumą ir kainą. Be to, sąnaudų taupymą galima sieti su santykiniu kitų IGM sprendime apdirbtų dalių, tokių kaip judantys vežimėliai, supaprastinimu, nes jie gali turėti paprastesnes savybes ir šiek tiek laisvesnius tolerancijos nuokrypius, kai yra skirti naudoti IGM sistemoje.
Granito mazgai
Nors granito pagrindo-stovelio-tilto mazgai tiek IGM, tiek scenos ant granito sistemose atrodo panašios formos ir išvaizdos, IGM granito mazgas yra šiek tiek brangesnis. Taip yra todėl, kad granitas IGM sprendime pakeičia apdirbtus scenos pagrindus scenos ant granito sprendime, todėl granitas turi turėti griežtesnius nuokrypius kritinėse srityse ir netgi papildomas savybes, pavyzdžiui, presuotus pjūvius ir (arba) srieginius plieninius įdėklus. Tačiau mūsų atvejo analizėje papildomą granito konstrukcijos sudėtingumą su kaupu atsveria mašinų dalių supaprastinimas.
Darbo ir pridėtinės išlaidos
Dėl daugybės IGM ir scenos ant granito sistemų surinkimo ir bandymo panašumų, darbo ir pridėtinės išlaidos nėra reikšmingos.
Sudėjus visus šiuos sąnaudų veiksnius, šiame tyrime nagrinėtas konkretus mechaninio guolio IGM sprendimas yra maždaug 15 % pigesnis nei mechaninio guolio, scenos ant granito sprendimas.
Žinoma, ekonominės analizės rezultatai priklauso ne tik nuo tokių savybių kaip kelionės ilgis, tikslumas ir keliamoji galia, bet ir nuo tokių veiksnių kaip granito tiekėjo pasirinkimas. Be to, protinga atsižvelgti į granito konstrukcijos įsigijimo transportavimo ir logistikos išlaidas. Tai ypač naudinga labai didelėms granito sistemoms, nors ir taikoma visiems dydžiams, kvalifikuoto granito tiekėjo pasirinkimas arčiau galutinės sistemos surinkimo vietos taip pat gali padėti sumažinti išlaidas.
Taip pat reikėtų atkreipti dėmesį, kad šioje analizėje neatsižvelgiama į išlaidas po įdiegimo. Pavyzdžiui, tarkime, kad judėjimo sistemą reikia aptarnauti remontuojant arba keičiant judėjimo ašį. Ant granito pastatytą scenos sistemą galima aptarnauti tiesiog nuimant ir pataisant / pakeičiant pažeistą ašį. Dėl modulinės scenos tipo konstrukcijos tai galima padaryti gana lengvai ir greitai, nepaisant didesnės pradinės sistemos kainos. Nors IGM sistemas paprastai galima įsigyti pigiau nei jų analogus ant granito, jas gali būti sudėtingiau išardyti ir aptarnauti dėl integruoto konstrukcijos pobūdžio.
Išvada
Akivaizdu, kad kiekvienas judėjimo platformos konstrukcijos tipas – tiek granito platforma, tiek IGM – gali pasiūlyti skirtingų privalumų. Tačiau ne visada akivaizdu, kuris pasirinkimas yra idealiausias konkrečiai judėjimo taikymo sričiai. Todėl labai naudinga bendradarbiauti su patyrusiu judėjimo ir automatizavimo sistemų tiekėju, pavyzdžiui, „Aerotech“, kuris siūlo aiškiai į taikymo sritį orientuotą konsultacinį požiūrį, kad ištirtų ir pateiktų vertingų įžvalgų apie alternatyvius sprendimus sudėtingoms judėjimo valdymo ir automatizavimo taikymo sritims. Supratimas ne tik skirtumų tarp šių dviejų automatizavimo sprendimų rūšių, bet ir pagrindinių problemų, kurias jie turi išspręsti, aspektų yra pagrindinis raktas į sėkmę renkantis judėjimo sistemą, kuri atitiktų tiek techninius, tiek finansinius projekto tikslus.
Iš AEROTECH.
Įrašo laikas: 2021 m. gruodžio 31 d.