Sự khác biệt giữa Hệ thống chuyển động trên đá granite và đá granite tích hợp

Việc lựa chọn nền tảng chuyển động tuyến tính dựa trên đá granite phù hợp nhất cho một ứng dụng nhất định phụ thuộc vào nhiều yếu tố và biến số.Điều quan trọng là phải nhận ra rằng mỗi ứng dụng đều có bộ yêu cầu riêng cần phải được hiểu và ưu tiên để theo đuổi 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 lên cấu trúc đá granit.Một giải pháp phổ biến khác tích hợp các thành phần bao gồm trục chuyển động trực tiếp vào chính đá granit.Lựa chọn giữa nền tảng chuyển động trên đá granite và nền tảng chuyển động bằng đá granit 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 những lưu ý - cần được hiểu và cân nhắc 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 — giải pháp đặt trên đá granit truyền thống và giải pháp IGM — từ cả khía cạnh kỹ thuật và tài chính dưới dạng cơ khí- nghiên cứu trường hợp mang.

Lý lịch

Để khám phá những điểm tương đồng và khác biệt giữa hệ thống IGM và hệ thống sân khấu trên đá granit truyền thống, chúng tôi đã tạo ra hai thiết kế trường hợp thử nghiệm:

• Vòng bi cơ khí, trên đá granite
• Vòng bi cơ khí, IGM

Trong cả hai trường hợp, mỗi hệ thống bao gồm ba trục chuyển động.Trục Y có hành trình 1000 mm và nằm trên nền của cấu trúc đá granit.Trục X, nằm trên cầu của cụm với hành trình 400 mm, mang trục Z thẳng đứng với hành trình 100 mm.Sự sắp xếp này được thể hiện bằng hình ảnh.

Đối với thiết kế bệ trên đá granit, chúng tôi đã chọn bệ đỡ thân rộng PRO560LM cho trục Y vì khả năng chịu 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 PRO280LM, loại này thường được sử dụng làm trục cầu trong nhiều ứng dụng.PRO280LM mang đến sự cân bằng thực tế giữa diện tích 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 điểm khác biệt chính là các trục IGM được gắn trực tiếp vào cấu trúc đá granit và do đó thiếu các đế thành phần gia công có trong giai đoạn bắt đầu. -thiết kế bằng đá granit.

Điểm chung trong cả hai trường hợp thiết kế là trục Z, được chọn làm bệ dẫn động bằng vít bi PRO190SL.Đây là trục rất phổ biến được sử dụng theo hướng thẳng đứng trên cầu vì khả năng chịu tải lớn và hệ số dạng tương đối nhỏ gọn của nó.

Hình 2 minh họa các hệ thống IGM và giai đoạn cụ thể trên đá granit được nghiên cứu.

So sánh kỹ thuật

Hệ thống IGM được thiết kế bằng cách sử dụng nhiều kỹ thuật và thành phần khác nhau tương tự như các hệ thống được tìm thấy trong các thiết kế sân khấu trên đá granit truyền thống.Kết quả là có rất nhiều đặc tính kỹ thuật chung giữa hệ thống IGM và hệ thống sân khấu trên đá granite.Ngược lại, việc tích hợp các trục chuyển động trực tiếp vào cấu trúc đá granit mang lại một số đặc điểm khác biệt giúp phân biệt hệ thống IGM với hệ thống trên sân khấu bằng đá granit.

Yếu tố hình thức

Có lẽ điểm tương đồng rõ ràng nhất bắt đầu từ nền tảng của máy - đá granit.Mặc dù có sự khác biệt về tính năng và dung sai giữa thiết kế sân khấu trên đá granit và thiết kế IGM, nhưng kích thước tổng thể của đế, bậc thang và cầu bằng đá granit là tương đương nhau.Điều này chủ yếu là do hành trình danh nghĩa và hành trình giới hạn giữa giai đoạn trên đá granit và IGM là giống hệt nhau.

Sự thi công

Việc thiếu các đế trục thành phần gia công trong thiết kế IGM mang lại những lợi thế nhất định so với các giải pháp gia công trên đá granite.Đặc biệt, việc giảm bớt các thành phần trong vòng kết cấu của IGM giúp tăng độ cứng tổng thể của trục.Nó cũng cho phép khoảng cách ngắn hơn giữa đế đá granit và bề mặt trên của cỗ xe.Trong nghiên cứu điển hình cụ thể này, thiết kế IGM mang lại chiều cao bề mặt làm việc thấp hơn 33% (80 mm so với 120 mm).Chiều cao làm việc nhỏ hơn này không chỉ cho phép thiết kế nhỏ gọn hơn mà còn giảm độ lệch của máy từ động cơ và bộ mã hóa đến điểm làm việc, dẫn đến giảm lỗi Abbe và do đó nâng cao hiệu suất định vị điểm làm việc.

Thành phần trục

Nhìn sâu hơn vào thiết kế, các giải pháp sân khấu trên đá granit và IGM có chung một số thành phần chính, chẳng hạn như động cơ tuyến tính và bộ mã hóa vị trí.Lựa chọn lực thông thường và đường nam châm dẫn đến khả năng tạo ra lực tương đương.Tương tự như vậy, việc sử dụng cùng một bộ mã hóa trong cả hai thiết kế đều mang lại độ phân giải tốt như nhau cho phản hồi định vị.Kết quả là, độ chính xác tuyến tính và hiệu suất lặp lại không khác biệt đáng kể giữa các giải pháp trên đá granit và IGM.Cách bố trí các bộ phận tương tự, bao gồm sự tách biệt và dung sai ổ trục, dẫn đến hiệu suất tương đương về các chuyển động có sai số hình học (tức là độ thẳng ngang và dọc, bước nghiêng, độ lăn và độ lệch).Cuối cùng, các bộ phận hỗ trợ của cả hai thiết kế, bao gồm quản lý cáp, giới hạn điện và chốt cứng, về cơ bản là giống nhau về chức năng, mặc dù chúng có thể khác nhau đôi chút về hình thức vật lý.

Vòng bi

Đối với thiết kế đặc biệt này, một trong những khác biệt đáng chú ý nhất là việc lựa chọn vòng bi dẫn hướng tuyến tính.Mặc dù vòng bi tuần hoàn được sử dụng trong cả hệ thống trên đá granit và hệ thống IGM, hệ thống IGM cho phép kết hợp các 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 vào đá granit làm nền, trái ngược với nền thành phần được gia công riêng biệt, nên có thể lấy lại một số bất động sản thẳng đứng mà nếu không sẽ được sử dụng bởi nền được gia công và về cơ bản sẽ lấp đầy không gian này bằng các khoảng trống lớn hơn. vòng bi trong khi vẫn giảm chiều cao tổng thể của xe trên đá 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 dưới thân rộng (Y), giải pháp IGM cung cấp độ cứng cuộn lớn hơn 40%, độ cứng bước lớn hơn 30% và độ cứng ngáp lớn hơn 20% so với thiết kế trên đá granite tương ứng.Tương tự như vậy, cây cầu của IGM có độ cứng cuộn tăng gấp bốn lần, độ cứng bước gấp đôi và độ cứng ngáp lớn hơn 30% so với cầu được làm bằng đá granit.Độ cứng góc cao hơn là lợi thế vì nó góp phần trực tiếp vào việc cải thiện hiệu suất động, là chìa khóa giúp cho năng suất máy cao hơn.

Dung tải

Vòng bi lớn hơn của giải pháp IGM cho phép khả năng chịu tải cao hơn đáng kể so với giải pháp đặt trên đá granite.Mặc dù trục cơ sở PRO560LM của giải pháp đặt trên đá granit có khả năng chịu tải 150 kg nhưng giải pháp IGM tương ứng có thể chịu được tải trọng 300 kg.Tương tự, trục cầu PRO280LM của sân khấu trên đá granit hỗ trợ 150 kg, trong khi trục cầu của giải pháp IGM có thể chịu được tới 200 kg.

Khối lượng di chuyển

Mặc dù các vòng bi lớn hơn trong trục IGM ổ trục cơ học mang lại đặc tính hiệu suất góc tốt hơn và khả năng chịu tải lớn hơn, nhưng chúng cũng đi kèm với xe tải lớn hơn, nặng hơn.Ngoài ra, các bàn trượt IGM được thiết kế sao cho một số tính năng gia công nhất định cần thiết cho trục trên đá granite (nhưng không được yêu cầu bởi trục IGM) được loại bỏ để tăng độ cứng của bộ phận và đơn giản hóa quá trình sản xuất.Những yếu tố này có nghĩa là trục IGM có khối lượng chuyển động lớn hơn trục tương ứng trên đá granit.Một nhược điểm không thể chối cãi là khả năng tăng tốc tối đa của IGM thấp hơn, giả sử rằng công suất động cơ không thay đổi.Tuy nhiên, trong một số trường hợp nhất định, khối lượng chuyển động lớn hơn có thể có lợi vì quán tính lớn hơn của nó có thể mang lại khả năng chống nhiễu tốt hơn, điều này có thể tương quan với việc tăng độ ổn định tại chỗ.

Động lực học kết cấu

Độ cứng ổ trục cao hơn và khả năng vận chuyển cứng cáp hơn của hệ thống IGM mang lại những 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 chuyển động do ảnh hưởng của nó đến băng thông servo.Bộ chuyển động PRO560LM gặp phải sự cộng hưởng ở tần số 400 Hz, trong khi bộ chuyển đổi IGM tương ứng có chế độ tương tự ở tần số 430 Hz.Hình 3 minh họa kết quả này.

Độ cộng hưởng cao hơn của giải pháp IGM, khi so sánh với đá granite truyền thống, một phần có thể là do thiết kế ổ trục và vận chuyển cứng hơn.Cộng hưởng vận chuyển cao hơn giúp có thể có băng thông servo lớn hơn và do đó cải thiện hiệu suất động.

Môi trường hoạt động

Khả năng bịt kín trục hầu như luôn là bắt buộc khi có chất gây ô nhiễm, cho dù được tạo ra thông qua quy trình của người dùng hay tồn tại trong môi trường của máy.Các giải pháp đặt trên đá granit đặc biệt phù hợp trong những tình huống này do tính chất khép kín vốn có của trục.Ví dụ, bàn soi tuyến tính dòng PRO được trang bị bìa cứng và miếng đệm bên để bảo vệ các bộ phận bên trong bàn soi khỏi bị nhiễm bẩn ở mức độ hợp lý.Các giai đoạn này cũng có thể được cấu hình bằng cần gạt nước trên bàn tùy chọn để quét các mảnh vụn khỏi bìa cứng phía trên khi giai đoạn đi qua.Mặt khác, nền tảng chuyển động IGM vốn có bản chất mở, với vòng bi, động cơ và bộ mã hóa lộ ra ngoài.Mặc dù không phải là vấn đề trong môi trường sạch hơn nhưng điều này có thể trở thành vấn đề khi có ô nhiễm.Có thể giải quyết vấn đề này bằng cách kết hợp một tấm chắn kiểu ống thổi đặc biệt vào thiết kế trục IGM để 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 ngoại lực lên cỗ xe khi nó di chuyển trong toàn bộ phạm vi di chuyển của nó.

BẢO TRÌ

Khả năng sử dụng là điểm khác biệt giữa nền tảng chuyển động trên đá granit và nền tảng chuyển động IGM.Trục động cơ tuyến tính nổi tiếng về độ bền, nhưng đôi khi việc thực hiện bảo trì trở nên cần thiết.Một số thao tác bảo trì nhất định tương đối đơn giản và có thể được thực hiện mà không cần tháo hoặc tháo trục được đề cập, nhưng đôi khi cần phải tháo rời kỹ lưỡng hơn.Khi nền tảng chuyển động bao gồm các giai đoạn riêng biệt được gắn trên đá granit, việc bảo trì là một công việc tương đối đơn giản.Đầu tiên, tháo bệ khỏi đá granit, sau đó thực hiện công việc bảo trì cần thiết và lắp lại.Hoặc đơn giản là 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 của động cơ tuyến tính trong trường hợp này rất đơn giản, nhưng việc bảo trì và sửa chữa phức tạp hơn thường liên quan đến việc tháo rời hoàn toàn nhiều hoặc tất cả các bộ phận bao gồm trục, việc này sẽ tốn nhiều thời gian hơn khi các bộ phận được gắn trực tiếp vào đá granit.Việc sắp xếp lại các trục dựa trên đá granite với nhau cũng khó khăn hơn sau khi thực hiện bảo trì - một nhiệm vụ đơn giản hơn đáng kể với các giai đoạn riêng biệt.

Bảng 1. Tóm tắt những khác biệt kỹ thuật cơ bản giữa các giải pháp giai đoạn chịu lực cơ học trên đá granite và giải pháp IGM.

So sánh kinh tế

Mặc dù chi phí tuyệt đối của bất kỳ hệ thống chuyển động nào sẽ khác nhau dựa trên một số yếu tố bao gồm chiều dài hành trình, độ chính xác của trục, khả năng tải và khả năng động, nhưng so sánh tương đối giữa IGM tương tự và hệ thống chuyển động trên đá granit được thực hiện trong nghiên cứu này cho thấy các giải pháp IGM là có khả năng cung cấp chuyển động có độ chính xác từ trung bình đến cao với chi phí thấp hơn vừa phải so với các đối tác trên đá granite.

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 bộ phận được mua), lắp ráp đá granit, nhân công và chi phí chung.

Bộ phận máy móc

Giải pháp IGM mang lại sự tiết kiệm đáng kể so với giải pháp xây dựng trên đá granite về mặt bộ phận máy.Điều này chủ yếu là do IGM thiếu các đế sân khấu được gia công phức tạp trên trục Y và X, điều này làm tăng thêm độ phức tạp và chi phí cho các giải pháp sân khấu trên đá granit.Hơn nữa, tiết kiệm chi phí có thể là do việc đơn giản hóa tương đối các bộ phận gia công khác trên giải pháp IGM, chẳng hạn như các toa xe chuyển động, có thể có các tính năng đơn giản hơn và dung sai thoải mái hơn một chút khi được thiết kế để sử dụng trong hệ thống IGM.

Lắp ráp đá granite

Mặc dù các tổ hợp cầu đế-nâng bằng đá granit trong cả hệ thống IGM và hệ thống sân khấu trên đá granit dường như có hình dạng và hình dáng tương tự nhau, nhưng tổ hợp đá granit IGM đắt hơn một chút.Điều này là do đá granit trong giải pháp IGM thay thế cho các đế ở giai đoạn gia công trong giải pháp trên đá granit, yêu cầu đá granit phải có dung sai chặt chẽ hơn ở các vùng quan trọng và thậm chí cả các tính năng bổ sung, chẳng hạn như các đường cắt ép đùn và/ hoặc các miếng thép có ren chẳng hạn.Tuy nhiên, trong nghiên cứu trường hợp của chúng tôi, sự phức tạp gia tăng của cấu trúc đá granite được bù đắp nhiều hơn bằng sự đơn giản hóa các bộ phận máy.

Lao động và chi phí chung

Do có nhiều điểm tương đồng trong việc lắp ráp và thử nghiệm cả hệ thống IGM và sân khấu trên đá granite nên không có sự khác biệt đáng kể về chi phí nhân công và chi phí chung.

Khi tất cả các yếu tố chi phí này được kết hợp, giải pháp IGM ổ trục cơ học cụ thể được xem xét trong nghiên cứu này có chi phí thấp hơn khoảng 15% so với giải pháp ổ trục cơ học trên đá granite.

Tất nhiên, kết quả phân tích kinh tế không chỉ phụ thuộc vào các thuộc tính như chiều dài hành trình, độ chính xác và khả năng chịu tải mà còn phụ thuộc vào các yếu tố như lựa chọn nhà cung cấp đá granite.Ngoài ra, cần thận trọng khi xem xét chi phí vận chuyển và hậu cần liên quan đến việc mua cấu trúc đá granite.Đặc biệt hữu ích cho các hệ thống đá granit rất lớn, mặc dù đúng với mọi kích thước, việc chọn nhà cung cấp đá granite đủ tiêu chuẩn ở gần vị trí 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 đến chi phí sau thực hiện.Ví dụ, giả sử cần phải bảo dưỡng hệ thống chuyển động bằng cách sửa chữa hoặc thay thế một trục chuyển động.Hệ thống trên đá granite có thể được bảo trì bằng cách tháo và sửa chữa/thay thế trục bị ảnh hưởng.Do thiết kế kiểu sân khấu mô-đun hơn nên việc này có thể được thực hiện tương đối dễ dàng và nhanh chóng, mặc dù chi phí hệ thống ban đầu cao hơn.Mặc dù hệ thống IGM nhìn chung có thể được mua với chi phí thấp hơn so với các hệ thống tương tự trên đá granit nhưng chúng có thể khó tháo rời và bảo trì hơn do tính chất tích hợp của công trình.

Phần kết luận

Rõ ràng mỗi loại thiết kế nền tảng chuyển động - sân khấu trên đá granit và IGM - có thể mang lại những lợi ích riêng biệt.Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng rõ ràng đâu là lựa chọn lý tưởng nhất cho một ứng dụng chuyển động cụ thể.Do đó, sẽ rất có lợi khi hợp tác với nhà cung cấp hệ thống tự động hóa và chuyển động có kinh nghiệm, chẳng hạn như Aerotech, nơi cung cấp cách tiếp cận tư vấn, tập trung vào ứng dụng rõ ràng để khám phá và cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị về các giải pháp thay thế cho các ứng dụng tự động hóa và điều khiển chuyển động 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 cần giải quyết là chìa khóa thành công trong việc lựa chọn hệ thống chuyển động giải quyết cả mục tiêu kỹ thuật và tài chính của dự án.

Từ AEROTECH.