Sự khác biệt giữa các hệ thống chuyển động đá granit trên granite và granit tích hợp

Việc lựa chọn nền tảng chuyển động tuyến tính dựa trên đá granit phù hợp nhất cho một ứng dụng nhất định phụ thuộc vào một loạt các yếu tố và biến. Điều quan trọng là phải nhận ra rằng mỗi ứng dụng đều có bộ yêu cầu duy nhất phải được hiểu và ưu tiên để theo đuổi một giải pháp hiệu quả về mặt nền tảng chuyển động.

Một trong những giải pháp phổ biến hơn liên quan đến việc gắn các giai đoạn định vị riêng biệt vào cấu trúc đá granit. Một giải pháp phổ biến khác tích hợp các thành phần bao gồm các trục chuyển động trực tiếp vào chính đá granit. Lựa chọn giữa một nền tảng sân khấu trên granite và chuyển động granite tích hợp (IGM) là một trong những quyết định trước đó được đưa ra trong quá trình lựa chọn. Có sự khác biệt rõ ràng giữa cả hai loại giải pháp, và tất nhiên mỗi loại đều có giá trị riêng - và cảnh báo - cần được hiểu và xem xét cẩn thận.

Để cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về quá trình ra quyết định này, chúng tôi đánh giá sự khác biệt giữa hai thiết kế nền tảng chuyển động tuyến tính cơ bản-một giải pháp giai đoạn truyền thống và giải pháp IGM-từ cả quan điểm kỹ thuật và tài chính dưới dạng nghiên cứu trường hợp mang cơ học.

Lý lịch

Để khám phá những điểm tương đồng và khác biệt giữa các hệ thống IGM và các hệ thống giai đoạn truyền thống, chúng tôi đã tạo ra hai thiết kế trường hợp thử nghiệm:

• Vòng bi cơ học, giai đoạn trên granite
• Vòng bi cơ học, IGM

Trong cả hai trường hợp, mỗi hệ thống bao gồm ba trục chuyển động. Trục Y cung cấp 1000 mm di chuyển và nằm trên đế của cấu trúc đá granit. Trục X, nằm trên cây cầu của lắp ráp với 400 mm di chuyển, mang trục z thẳng đứng với 100 mm di chuyển. Sự sắp xếp này được thể hiện bằng chữ tượng hình.

Đối với thiết kế trên sân khấu, chúng tôi đã chọn giai đoạn cơ thể rộng Pro560lm cho trục Y vì khả năng mang tải tải lớn hơn, phổ biến cho nhiều ứng dụng chuyển động sử dụng cách sắp xếp cầu chia Y/XZ này. Đối với trục X, chúng tôi đã chọn một pro280lm, thường được sử dụng làm trục cầu trong nhiều ứng dụng. Pro280LM cung cấp sự cân bằng thực tế giữa dấu chân của nó và khả năng mang trục Z với tải trọng của khách hàng.

Đối với các thiết kế IGM, chúng tôi đã sao chép chặt chẽ các khái niệm thiết kế cơ bản và bố cục của các trục trên, với sự khác biệt chính là các trục IgM được xây dựng trực tiếp vào cấu trúc đá granit, và do đó thiếu các cơ sở thành phần gia công có trong các thiết kế trên sân khấu.

Phổ biến trong cả hai trường hợp thiết kế là trục Z, được chọn là giai đoạn điều khiển bóng pro190SL. Đây là một trục rất phổ biến để sử dụng theo hướng dọc trên cầu vì khả năng tải trọng hào phóng và yếu tố hình thức tương đối nhỏ gọn.

Hình 2 minh họa các hệ thống giai đoạn cụ thể trên granite và IgM được nghiên cứu.

So sánh kỹ thuật

Các hệ thống IGM được thiết kế bằng cách sử dụng nhiều kỹ thuật và thành phần tương tự như các kỹ thuật được tìm thấy trong các thiết kế giai đoạn truyền thống trên granite. Do đó, có rất nhiều tính chất kỹ thuật chung giữa các hệ thống IgM và các hệ thống giai đoạn trên granite. Ngược lại, việc tích hợp các trục chuyển động trực tiếp vào cấu trúc đá granit cung cấp một số đặc điểm phân biệt để phân biệt các hệ thống IgM với các hệ thống trên sân khấu.

Yếu tố hình thức

Có lẽ sự tương đồng rõ ràng nhất bắt đầu với nền tảng của máy - đá granit. Mặc dù có sự khác biệt về các tính năng và dung sai giữa các thiết kế trên granite và IgM, nhưng kích thước tổng thể của cơ sở đá granit, riser và cầu là tương đương. Điều này chủ yếu là do các chuyến đi danh nghĩa và giới hạn giống hệt nhau giữa giai đoạn trên granite và IgM.

Sự thi công

Việc thiếu các cơ sở trục thành phần gia công trong thiết kế IGM cung cấp những lợi thế nhất định so với các giải pháp trên sân khấu. Cụ thể, việc giảm các thành phần trong vòng cấu trúc của IGM giúp tăng độ cứng của trục tổng thể. Nó cũng cho phép một khoảng cách ngắn hơn giữa đế đá granit và bề mặt trên cùng của xe ngựa. Trong nghiên cứu trường hợp cụ thể này, thiết kế IGM cung cấp chiều cao bề mặt làm việc thấp hơn 33% (80 mm so với 120 mm). Chiều cao làm việc nhỏ hơn này cho phép thiết kế nhỏ gọn hơn, mà còn làm giảm các độ lệch của máy từ động cơ và bộ mã hóa xuống điểm làm việc, dẫn đến giảm lỗi Abbe và do đó tăng cường hiệu suất định vị điểm làm việc.

Các thành phần trục

Nhìn sâu hơn vào thiết kế, các giải pháp IgM trên sân khấu và IgM chia sẻ một số thành phần chính, chẳng hạn như động cơ tuyến tính và bộ mã hóa vị trí. Lựa chọn theo dõi forcer và nam châm phổ biến dẫn đến khả năng đầu ra lực tương đương. Tương tự như vậy, sử dụng cùng một bộ mã hóa trong cả hai thiết kế cung cấp độ phân giải tốt giống hệt nhau cho phản hồi định vị. Do đó, độ chính xác tuyến tính và hiệu suất lặp lại không khác biệt đáng kể giữa các giải pháp IgM trên granite và IgM. Bố cục thành phần tương tự, bao gồm phân tách ổ trục và dung sai, dẫn đến hiệu suất tương đương về các chuyển động lỗi hình học (nghĩa là độ thẳng ngang và dọc, cao độ, cuộn và ngáp). Cuối cùng, cả hai yếu tố hỗ trợ của thiết kế, bao gồm quản lý cáp, giới hạn điện và độ cứng, về cơ bản là giống hệt nhau về chức năng, mặc dù chúng có thể thay đổi phần nào về ngoại hình.

Vòng bi

Đối với thiết kế cụ thể này, một trong những khác biệt đáng chú ý nhất là lựa chọn vòng bi hướng dẫn tuyến tính. Mặc dù vòng bi bóng tuần hoàn được sử dụng trong cả hai hệ thống trên granite và IgM, hệ thống IGM cho phép kết hợp vòng bi lớn hơn, cứng hơn vào thiết kế mà không làm tăng chiều cao làm việc của trục. Bởi vì thiết kế IGM dựa trên đá granit làm cơ sở của nó, trái ngược với một cơ sở thành phần gia công riêng biệt, có thể đòi lại một số bất động sản dọc được tiêu thụ bởi một cơ sở gia công, và về cơ bản lấp đầy không gian này với vòng bi lớn hơn trong khi vẫn giảm chiều cao vận chuyển trên granit.

Độ cứng

Việc sử dụng vòng bi lớn hơn trong thiết kế IGM có tác động sâu sắc đến độ cứng góc. Trong trường hợp trục thấp hơn thân rộng (Y), giải pháp IGM cung cấp độ cứng cuộn lớn hơn 40%, độ cứng cao hơn 30% và độ cứng ngáp lớn hơn 20% so với thiết kế giai đoạn tương ứng. Tương tự, cây cầu của IGM cung cấp độ cứng của cuộn tăng gấp bốn lần, tăng gấp đôi độ cứng của sân và độ cứng ngáp lớn hơn 30% so với đối tác trên sân khấu. Độ cứng góc cao hơn là lợi thế vì nó trực tiếp góp phần cải thiện hiệu suất động, là chìa khóa để cho phép thông lượng máy cao hơn.

Khả năng tải

Vòng bi lớn hơn của giải pháp IGM cho phép công suất tải trọng cao hơn đáng kể so với giải pháp giai đoạn trên granite. Mặc dù trục gốc Pro560LM của dung dịch trên granite có khả năng tải là 150 kg, giải pháp IgM tương ứng có thể chứa tải trọng 300 kg. Tương tự, trục cầu Pro280LM của Granite trên sân khấu hỗ trợ 150 kg, trong khi trục cầu của giải pháp IgM có thể mang tới 200 kg.

Di chuyển khối lượng

Mặc dù các vòng bi lớn hơn trong các trục IGM mang cơ học cung cấp các thuộc tính hiệu suất góc tốt hơn và khả năng mang tải trọng lớn hơn, chúng cũng đi kèm với những chiếc xe tải lớn hơn, nặng hơn. Ngoài ra, các xe ngựa IGM được thiết kế sao cho các tính năng gia công nhất định cần thiết cho trục trên granite (nhưng không yêu cầu bởi trục IGM) được loại bỏ để tăng độ cứng một phần và đơn giản hóa sản xuất. Các yếu tố này có nghĩa là trục IgM có khối lượng chuyển động lớn hơn so với trục trên giai đoạn tương ứng. Một nhược điểm không thể chối cãi là gia tốc tối đa của IGM thấp hơn, giả sử rằng đầu ra lực động cơ không thay đổi. Tuy nhiên, trong một số tình huống nhất định, khối lượng di chuyển lớn hơn có thể thuận lợi từ quan điểm rằng quán tính lớn hơn của nó có thể cung cấp khả năng chống nhiễu lớn hơn, có thể tương quan với sự ổn định trong vị trí tăng lên.

Động lực cấu trúc

Độ cứng ổ trục cao hơn của hệ thống IGM và vận chuyển cứng hơn cung cấp các lợi ích bổ sung rõ ràng sau khi sử dụng gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để thực hiện phân tích phương thức. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã kiểm tra sự cộng hưởng đầu tiên của cỗ xe di chuyển vì tác dụng của nó đối với băng thông servo. Vận chuyển Pro560lm gặp phải sự cộng hưởng ở 400 Hz, trong khi vận chuyển IGM tương ứng trải nghiệm cùng chế độ ở 430 Hz. Hình 3 minh họa kết quả này.

Sự cộng hưởng cao hơn của giải pháp IgM, khi so sánh với giai đoạn truyền thống trên granite, có thể được quy cho một phần là thiết kế vận chuyển và mang cứng hơn. Sự cộng hưởng vận chuyển cao hơn cho phép có băng thông servo lớn hơn và do đó cải thiện hiệu suất động.

Môi trường hoạt động

Khả năng niêm phong trục hầu như luôn luôn bắt buộc khi có các chất gây ô nhiễm, cho dù được tạo ra thông qua quy trình của người dùng hay không tồn tại trong môi trường của máy. Các giải pháp giai đoạn trên granite đặc biệt phù hợp trong các tình huống này vì tính chất đóng cửa vốn có của trục. Chẳng hạn, các giai đoạn tuyến tính chuyên nghiệp, được trang bị các bộ cứng và con dấu bên bảo vệ các thành phần giai đoạn bên trong khỏi ô nhiễm đến một mức độ hợp lý. Các giai đoạn này cũng có thể được cấu hình với cần gạt nước tùy chọn để quét các mảnh vỡ ra khỏi bìa cứng trên cùng khi sân khấu đi qua. Mặt khác, các nền tảng chuyển động IGM vốn đã được mở trong tự nhiên, với vòng bi, động cơ và bộ mã hóa tiếp xúc. Mặc dù không phải là một vấn đề trong môi trường sạch hơn, điều này có thể có vấn đề khi bị ô nhiễm. Có thể giải quyết vấn đề này bằng cách kết hợp một lớp phủ theo kiểu Bellows đặc biệt vào thiết kế trục IGM để cung cấp sự bảo vệ khỏi các mảnh vụn. Nhưng nếu không được thực hiện chính xác, ống thổi có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chuyển động của trục bằng cách truyền các lực bên ngoài lên xe ngựa khi nó di chuyển qua toàn bộ hành trình của nó.

BẢO TRÌ

Khả năng phục vụ là một sự khác biệt giữa các nền tảng chuyển động trên granite và IgM. Các trục động cơ tuyến tính nổi tiếng với sự mạnh mẽ của chúng, nhưng đôi khi nó trở nên cần thiết để thực hiện bảo trì. Một số hoạt động bảo trì tương đối đơn giản và có thể được thực hiện mà không cần gỡ bỏ hoặc tháo rời trục trong câu hỏi, nhưng đôi khi cần phải có một giọt nước mắt kỹ lưỡng hơn. Khi nền tảng chuyển động bao gồm các giai đoạn riêng biệt được gắn trên đá granit, dịch vụ là một nhiệm vụ hợp lý đơn giản. Đầu tiên, tháo dỡ sân khấu khỏi đá granit, sau đó thực hiện công việc bảo trì cần thiết và kể lại nó. Hoặc, chỉ cần thay thế nó bằng một giai đoạn mới.

Các giải pháp IGM đôi khi có thể khó khăn hơn khi thực hiện bảo trì. Mặc dù việc thay thế một rãnh nam châm duy nhất của động cơ tuyến tính rất đơn giản trong trường hợp này, việc bảo trì và sửa chữa phức tạp hơn thường liên quan đến việc tháo rời hoàn toàn nhiều hoặc tất cả các thành phần bao gồm trục, sẽ tốn nhiều thời gian hơn khi các thành phần được gắn trực tiếp vào đá granit. Cũng khó khăn hơn để sắp xếp lại các trục dựa trên đá granit với nhau sau khi thực hiện bảo trì-một nhiệm vụ đơn giản hơn đáng kể với các giai đoạn riêng biệt.

Bảng 1. Một bản tóm tắt về sự khác biệt kỹ thuật cơ bản giữa các giải pháp giai đoạn mang cơ học và IgM.

So sánh kinh tế

Mặc dù chi phí tuyệt đối của bất kỳ hệ thống chuyển động nào sẽ thay đổi dựa trên một số yếu tố bao gồm chiều dài di chuyển, độ chính xác của trục, khả năng tải và khả năng động, so sánh tương đối của IgM tương tự và các hệ thống chuyển động trên granite được thực hiện trong nghiên cứu này cho thấy các giải pháp IGM có khả năng cung cấp chuyển động trung bình đến mức độ cao.

Nghiên cứu kinh tế của chúng tôi bao gồm ba thành phần chi phí cơ bản: các bộ phận máy (bao gồm cả các bộ phận được sản xuất và các thành phần mua), lắp ráp đá granit, và lao động và chi phí.

Bộ phận máy

Một giải pháp IGM cung cấp tiết kiệm đáng chú ý trên một giải pháp trên sân khấu trên các bộ phận máy. Điều này chủ yếu là do IGM thiếu các cơ sở giai đoạn được gia công phức tạp trên các trục Y và X, làm tăng thêm độ phức tạp và chi phí cho các giải pháp giai đoạn trên granite. Hơn nữa, tiết kiệm chi phí có thể được quy cho việc đơn giản hóa tương đối của các bộ phận gia công khác trên giải pháp IGM, chẳng hạn như các xe ngựa di chuyển, có thể có các tính năng đơn giản hơn và dung sai thoải mái hơn khi được thiết kế để sử dụng trong hệ thống IGM.

Lắp ráp đá granit

Mặc dù các tổ hợp cầu nối cơ sở đá granit trong cả hai hệ thống IgM và giai đoạn trên granite dường như có yếu tố hình thức và hình thức tương tự, nhưng lắp ráp granit IGM đắt hơn một chút. Điều này là do đá granit trong dung dịch IgM thay thế các cơ sở giai đoạn gia công trong dung dịch giai đoạn trên granit, đòi hỏi đá granit thường có dung sai chặt chẽ hơn ở các vùng quan trọng, và thậm chí các tính năng bổ sung, chẳng hạn như cắt đùn và/hoặc chèn thép có ren. Tuy nhiên, trong nghiên cứu trường hợp của chúng tôi, sự phức tạp thêm của cấu trúc đá granit không chỉ được bù đắp bằng cách đơn giản hóa trong các bộ phận máy.

Lao động và chi phí

Do có nhiều điểm tương đồng trong việc lắp ráp và thử nghiệm cả IGM và các hệ thống giai đoạn trên granite, không có sự khác biệt đáng kể về chi phí lao động và chi phí chi phí.

Khi tất cả các yếu tố chi phí này được kết hợp, giải pháp IgM mang cơ học cụ thể được kiểm tra trong nghiên cứu này ít tốn kém hơn khoảng 15% so với dung dịch mang cơ học, trên granite.

Tất nhiên, kết quả phân tích kinh tế không chỉ phụ thuộc vào các thuộc tính như chiều dài du lịch, độ chính xác và khả năng tải, mà còn vào các yếu tố như lựa chọn nhà cung cấp đá granit. Ngoài ra, thật thận trọng khi xem xét chi phí vận chuyển và hậu cần liên quan đến việc mua một cấu trúc đá granit. Đặc biệt hữu ích cho các hệ thống đá granit rất lớn, mặc dù đúng cho tất cả các kích cỡ, việc chọn một nhà cung cấp đá granit đủ điều kiện gần với vị trí của lắp ráp hệ thống cuối cùng cũng có thể giúp giảm thiểu chi phí.

Cũng cần lưu ý rằng phân tích này không xem xét chi phí sau thực hiện. Chẳng hạn, giả sử cần phải phục vụ hệ thống chuyển động bằng cách sửa chữa hoặc thay thế một trục chuyển động. Một hệ thống trên granite có thể được bảo dưỡng bằng cách loại bỏ và sửa chữa/thay thế trục bị ảnh hưởng. Do thiết kế kiểu giai đoạn mô-đun hơn, điều này có thể được thực hiện một cách dễ dàng và tốc độ tương đối, mặc dù chi phí hệ thống ban đầu cao hơn. Mặc dù các hệ thống IGM thường có thể thu được với chi phí thấp hơn so với các đối tác trên sân khấu của họ, nhưng chúng có thể khó khăn hơn để tháo rời và phục vụ vì tính chất tích hợp của xây dựng.

Phần kết luận

Rõ ràng mỗi loại thiết kế nền tảng chuyển động-giai đoạn trên granite và IGM-có thể mang lại lợi ích riêng biệt. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng rõ ràng là lựa chọn lý tưởng nhất cho một ứng dụng chuyển động cụ thể. Do đó, rất có lợi khi hợp tác với nhà cung cấp hệ thống chuyển động và tự động hóa có kinh nghiệm, như Aerotech, cung cấp một cách tiếp cận tham vấn tập trung vào ứng dụng rõ rệt để khám phá và cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị về các giải pháp thay thế cho các ứng dụng điều khiển chuyển động và tự động hóa đầy thách thức. Hiểu không chỉ sự khác biệt giữa hai loại giải pháp tự động hóa này, mà còn cả các khía cạnh cơ bản của các vấn đề mà chúng được yêu cầu để giải quyết, là chìa khóa cơ bản để thành công trong việc chọn một hệ thống chuyển động giải quyết cả mục tiêu kỹ thuật và tài chính của dự án.

Từ Aerotech.