A selección da plataforma de movemento lineal baseada en granito máis adecuada para unha determinada aplicación depende dunha serie de factores e variables. É crucial recoñecer que todas as aplicacións teñen o seu propio conxunto de requisitos únicos que deben ser comprendidos e priorizados para continuar unha solución eficaz en termos dunha plataforma de movemento.
Unha das solucións máis omnipresentes implica montar etapas de posicionamento discretas nunha estrutura de granito. Outra solución común integra os compoñentes que compoñen os eixes de movemento directamente no propio granito. A elección entre unha plataforma de movemento de granito e granito e unha plataforma de movemento de granito integrado é unha das decisións anteriores a tomar no proceso de selección. Hai distincións claras entre os dous tipos de solucións e, por suposto, cada un ten os seus propios méritos e as advertencias - que deben ser comprendidas e consideradas con coidado.
Para ofrecer unha mellor visión deste proceso de toma de decisións, avaliamos as diferenzas entre dous deseños fundamentais de plataformas de movemento lineal-unha solución tradicional de granito en escena e unha solución IGM-desde perspectivas técnicas e financeiras en forma de estudo de caso mecánico.
Fondo
Para explorar as semellanzas e diferenzas entre os sistemas IGM e os sistemas tradicionais de granito en escena, xeramos dous deseños de proba:
- Rodamento mecánico, escenario de granito
- Rodamento mecánico, IgM
En ambos os casos, cada sistema consta de tres eixes de movemento. O eixo Y ofrece 1000 mm de viaxe e está situado na base da estrutura de granito. O eixo X, situado na ponte da montaxe con 400 mm de viaxe, leva o eixe z vertical con 100 mm de viaxe. Este arranxo está representado pictográficamente.
Para o deseño de escenario de granito, seleccionamos unha etapa de corpo ancho Pro560LM para o eixe Y debido á súa maior capacidade de transporte de carga, común para moitas aplicacións de movemento usando este arranxo "Y/XZ dividido". Para o eixe X, escollemos un Pro280LM, que se usa habitualmente como eixe de ponte en moitas aplicacións. O Pro280LM ofrece un equilibrio práctico entre a súa pegada e a súa capacidade para levar un eixo Z cunha carga útil do cliente.
Para os deseños IGM, replicamos estreitamente os conceptos e esquemas fundamentais do deseño dos eixes anteriores, sendo a diferenza primaria que os eixes IgM están construídos directamente na estrutura do granito e, polo tanto, carecen das bases de compoñentes mecanizadas presentes nos deseños de granito en escena.
En ambos os casos de deseño é o eixe Z, que foi elixido para ser unha etapa impulsada por follas de bola Pro190SL. Este é un eixe moi popular para usar na orientación vertical nunha ponte debido á súa xenerosa capacidade de carga útil e ao factor de forma relativamente compacto.
A figura 2 ilustra os sistemas específicos de escenario de granito e IGM estudados.
Comparación técnica
Os sistemas IGM están deseñados empregando unha variedade de técnicas e compoñentes similares aos que se atopan nos deseños tradicionais de granito en escena. Como resultado, hai numerosas propiedades técnicas en común entre os sistemas IGM e os sistemas de granito en escena. Pola contra, integrar os eixes de movemento directamente na estrutura de granito ofrece varias características de distintivo que diferencian os sistemas IGM dos sistemas de granito en escena.
Factor de forma
Quizais a semellanza máis evidente comece coa fundación da máquina: o granito. Aínda que hai diferenzas nas características e tolerancias entre os deseños de granito de granito e IgM, as dimensións xerais da base de granito, os risers e a ponte son equivalentes. Isto débese principalmente a que as viaxes nominais e límite son idénticas entre o granito e o IgM.
Construción
A falta de bases de eixes de compoñentes mecanizados no deseño do IGM proporciona certas vantaxes sobre as solucións de granito en etapa. En particular, a redución de compoñentes no bucle estrutural do IgM axuda a aumentar a rixidez do eixe global. Tamén permite unha distancia máis curta entre a base de granito e a superficie superior do carro. Neste estudo de caso particular, o deseño IGM ofrece unha altura da superficie de traballo do 33% inferior (80 mm en comparación con 120 mm). Esta altura de traballo menor non só permite un deseño máis compacto, senón que tamén reduce a máquina de compensar desde o motor e o codificador ata o punto de traballo, dando lugar a erros reducidos de ABBE e, polo tanto, un maior rendemento de posicionamento de puntos de traballo.
Compoñentes do eixe
Mirando máis profundamente no deseño, as solucións de escenario de granito e IgM comparten algúns compoñentes clave, como motores lineais e codificadores de posición. A selección común de forcer e pista de imán leva a capacidades equivalentes de forza-saída. Do mesmo xeito, usar os mesmos codificadores nos dous deseños proporciona unha resolución moi boa para a posicionamento. Como resultado, a precisión lineal e o rendemento de repetibilidade non son significativamente diferentes entre as solucións de granito e IgM. Un esquema de compoñentes similares, incluída a separación e tolerancia dos rodamentos, leva a un rendemento comparable en termos de mocións de erro xeométrico (é dicir, rectitude horizontal e vertical, ton, rolo e yaw). Finalmente, os dous elementos de apoio dos deseños, incluíndo a xestión de cable, os límites eléctricos e os hardstops, son fundamentalmente idénticos en función, aínda que poden variar algo en aspecto físico.
Rodamentos
Para este deseño particular, unha das diferenzas máis salientables é a selección de rodamentos de guía lineais. Aínda que os rodamentos de bola recirculantes se usan tanto en sistemas de granito en escena como en IgM, o sistema IGM permite incorporar rodamentos máis grandes e máis duros ao deseño sen aumentar a altura de traballo do eixe. Debido a que o deseño de IgM depende do granito como base, ao contrario dunha base de compoñentes mecanizados separada, é posible recuperar algúns dos inmobles verticais que doutro xeito serían consumidos por unha base mecanizada e encher esencialmente este espazo con rodamentos máis grandes e aínda reduce a altura global do carro por encima do granito.
Rixidez
O uso de rodamentos máis grandes no deseño do IGM ten un profundo impacto na rixidez angular. No caso do eixe inferior de corpo ancho (Y), a solución IGM ofrece máis dun 40% de rixidez do rollo maior, un 30% maior de rixidez do paso e un 20% maior de rixidez que un correspondente deseño de granito en etapa. Do mesmo xeito, a ponte do IGM ofrece un aumento por catro veces da rixidez do rolo, o dobre da rixidez do ton e máis dun 30% de rixidez de Yaw maior que a súa contrapartida de granito en escena. A maior rixidez angular é vantaxosa porque contribúe directamente ao mellor rendemento dinámico, o que é clave para permitir un maior rendemento da máquina.
Capacidade de carga
Os rodamentos máis grandes da solución IGM permiten unha capacidade de carga útil substancialmente maior que unha solución de granito en etapa. Aínda que o eixe base Pro560LM da solución de granito escénico ten unha capacidade de carga de 150 kg, a solución IGM correspondente pode acomodar unha carga útil de 300 kg. Do mesmo xeito, o eixe de ponte Pro280LM de Stage-on-Granite soporta 150 kg, mentres que o eixe da ponte da solución IgM pode levar ata 200 kg.
Misa en movemento
Aínda que os rodamentos máis grandes nos eixes IgM portadores de mecánica ofrecen mellores atributos de rendemento angular e unha maior capacidade de carga de carga, tamén veñen con camións máis grandes e máis pesados. Ademais, os carruaxes IgM están deseñados de xeito que se eliminen certas características mecanizadas necesarias para un eixe de granito en escena (pero non requiridos por un eixe IgM) para aumentar a rixidez da parte e simplificar a fabricación. Estes factores significan que o eixe IgM ten unha masa en movemento maior que un correspondente eixe de granito en etapa. Un inconveniente indiscutible é que a aceleración máxima do IgM é menor, supoñendo que a saída da forza do motor non se modifica. Non obstante, en certas situacións, unha masa en movemento maior pode ser vantaxosa desde a perspectiva de que a súa maior inercia pode proporcionar unha maior resistencia ás perturbacións, o que pode correlacionarse ata un aumento da estabilidade na posición.
Dinámica estrutural
A maior rixidez do rolamento do sistema IGM e un transporte máis ríxido proporcionan beneficios adicionais que son evidentes despois de usar un paquete de software de análise de elementos finitos (FEA) para realizar unha análise modal. Neste estudo, examinamos a primeira resonancia do transporte en movemento debido ao seu efecto no ancho de banda servo. O transporte Pro560LM atopa unha resonancia a 400 Hz, mentres que o transporte IgM correspondente experimenta o mesmo modo a 430 Hz. A figura 3 ilustra este resultado.
A maior resonancia da solución IGM, en comparación co etapa tradicional de granito, pódese atribuír en parte ao carro máis ríxido e ao deseño de rodamentos. Unha maior resonancia de carro permite ter un ancho de banda servo maior e, polo tanto, mellorar o rendemento dinámico.
Ambiente operativo
A selabilidade do eixe é case sempre obrigatoria cando están presentes contaminantes, xa sexan xerados a través do proceso do usuario ou existen doutro xeito no ambiente da máquina. As solucións de granito en etapa son especialmente adecuadas nestas situacións debido á natureza inherentemente pechada do eixe. As etapas lineais da serie pro, por exemplo, veñen equipadas con hardcovers e selos laterais que protexen os compoñentes da etapa interna da contaminación ata unha medida razoable. Estas etapas tamén se poden configurar con limpiaparabrisas opcionais para arrasar os restos da tapa dura superior ao percorrer o escenario. Por outra banda, as plataformas de movemento IgM son inherentemente abertas na natureza, cos rodamentos, motores e codificadores expostos. Aínda que non é un problema en ambientes máis limpos, isto pode ser problemático cando está presente a contaminación. É posible abordar este problema incorporando unha cobertura especial ao estilo Bellows nun deseño do eixe IgM para proporcionar protección contra os restos. Pero se non se implementou correctamente, a folla pode influír negativamente no movemento do eixe impartindo forzas externas no carro a medida que se move a través da súa gama completa de viaxes.
Mantemento
O servizo de servizo é un diferenciador entre as plataformas de movemento de granito e Granito e IGM. Os eixes lineal-motores son moi coñecidos pola súa solidez, pero ás veces é necesario realizar o mantemento. Algunhas operacións de mantemento son relativamente sinxelas e pódense realizar sen eliminar nin desmontar o eixe en cuestión, pero ás veces é necesario un desgarro máis completo. Cando a plataforma de movemento consta de etapas discretas montadas no granito, o servizo é unha tarefa razoablemente sinxela. En primeiro lugar, desmonta a etapa do granito, despois realice os traballos de mantemento necesarios e remátao. Ou simplemente substituílo por unha nova etapa.
As solucións IGM poden ser ás veces máis difíciles ao realizar o mantemento. Aínda que a substitución dun único imán do motor lineal é moi sinxelo neste caso, o mantemento e as reparacións máis complicadas adoitan implicar completamente desmontando moitos ou todos os compoñentes que inclúen o eixe, que leva máis tempo cando os compoñentes están montados directamente en granito. Tamén é máis difícil realinear os eixes a base de granito entre si despois de realizar o mantemento: unha tarefa que é considerablemente máis sinxela con etapas discretas.
Táboa 1. Un resumo das diferenzas técnicas fundamentais entre as solucións de escenario de granito e IgM en etapa mecánica.
| Descrición | Sistema de granito en etapa, rodamento mecánico | Sistema IGM, rodamento mecánico | |||
| Eixe base (y) | Eixe da ponte (x) | Eixe base (y) | Eixe da ponte (x) | ||
| Rixidez normalizada | Vertical | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.1 |
| Lateral | 1.5 | ||||
| Pitch | 1.3 | 2.0 | |||
| Rolo | 1.4 | 4.1 | |||
| Yaw | 1.2 | 1.3 | |||
| Capacidade de carga útil (kg) | 150 | 150 | 300 | 200 | |
| Masa en movemento (kg) | 25 | 14 | 33 | 19 | |
| Altura de mesa (mm) | 120 | 120 | 80 | 80 | |
| Selabilidade | As selos de tapa dura e laterais ofrecen protección contra os restos que entran no eixe. | O IGM adoita ser un deseño aberto. O selado require a adición dunha cobertura de xeito de balbordo ou similar. | |||
| Serviceabilidade | As etapas dos compoñentes pódense eliminar e servir facilmente ou substituír. | Os eixes están inherentemente integrados na estrutura de granito, dificultando o servizo máis difícil. | |||
Comparación económica
Aínda que o custo absoluto de calquera sistema de movemento variará en función de varios factores, incluíndo a lonxitude da viaxe, a precisión do eixe, a capacidade de carga e as capacidades dinámicas, as comparacións relativas do IgM análogo e os sistemas de movemento de granito en etapa realizados neste estudo suxiren que as solucións de IgM son capaces de ofrecer o movemento de media e alta precisión de alta precisión a menores custos moderadamente que os seus engrandos de granito-en granito.
O noso estudo económico consta de tres compoñentes fundamentais de custos: pezas de máquinas (incluíndo pezas fabricadas e compoñentes comprados), a montaxe de granito e o traballo e os gastos xerais.
Pezas da máquina
Unha solución IGM ofrece un aforro salientable sobre unha solución de granito en termos de máquinas. Isto débese principalmente á falta de bases de escenario complexamente mecanizadas do IgM nos eixes Y e X, que engaden complexidade e custo ás solucións de granito en escena. Ademais, pódese atribuír o aforro de custos á simplificación relativa doutras pezas mecanizadas na solución IGM, como os carruaxes en movemento, que poden ter características máis sinxelas e tolerancias algo máis relaxadas cando se deseñan para o seu uso nun sistema IGM.
Conxuntos de granito
Aínda que os conxuntos de ponte de granito-riscos de granito tanto nos sistemas de IgM como en granito en etapa parecen ter un factor e aparencia de forma similar, o conxunto de granito IgM é marxinalmente máis caro. Isto débese a que o granito na solución IGM ocupa o lugar das bases de escenario mecanizado na solución de granito escénico, que require que o granito teña tolerancias xeralmente máis axustadas en rexións críticas, e incluso características adicionais, como cortes extruídos e/ou insercións de aceiro roscado, por exemplo. Non obstante, no noso estudo de caso, a complexidade engadida da estrutura de granito é máis que compensada pola simplificación en pezas da máquina.
Traballo e por encima
Por mor das moitas semellanzas na montaxe e probando tanto os sistemas IGM como o de granito en escena, non hai unha diferenza significativa no traballo e nos gastos xerais.
Unha vez que se combinan todos estes factores de custo, a solución IGM de portación mecánica específica examinada neste estudo é aproximadamente un 15% menos custosa que a solución de granito en escena mecánica e de granito.
Por suposto, os resultados da análise económica dependen non só de atributos como a duración da viaxe, a precisión e a capacidade de carga, senón tamén de factores como a selección do provedor de granito. Ademais, é prudente considerar os custos de envío e loxística asociados á adquisición dunha estrutura de granito. Especialmente útil para sistemas de granito moi grandes, aínda que sexan certos para todos os tamaños, a elección dun provedor de granito cualificado en proximidade máis próxima á localización do conxunto do sistema final pode axudar a minimizar os custos.
Tamén hai que destacar que esta análise non considera os custos de postimplementación. Por exemplo, supoña que é necesario dar servizo ao sistema de movemento reparando ou substituíndo un eixe de movemento. Pódese servir un sistema de granito en escena simplemente eliminando e reparando/substituíndo o eixe afectado. Por mor do deseño máis modular ao estilo de etapa, isto pódese facer con relativa facilidade e velocidade, a pesar do maior custo do sistema inicial. Aínda que os sistemas IGM xeralmente pódense obter a un custo máis baixo que os seus homólogos de granito en escena, poden ser máis difíciles desmontar e servizo debido á natureza integrada da construción.
Conclusión
Claramente cada tipo de deseño de plataformas de movemento-escenario de granito e IgM-pode ofrecer beneficios distintos. Non obstante, non sempre é obvio que é a opción máis ideal para unha aplicación de movemento particular. Por iso, é moi beneficioso asociarse cun provedor de sistemas de movemento e automatización experimentado, como Aerotech, que ofrece un enfoque consultivo e centrado na aplicación para explorar e proporcionar unha visión valiosa das alternativas de solución para desafiar as aplicacións de control de movemento e automatización. Entender non só a diferenza entre estas dúas variedades de solucións de automatización, senón tamén os aspectos fundamentais dos problemas que se deben resolver, é a clave subxacente para o éxito na elección dun sistema de movemento que aborda os obxectivos técnicos e financeiros do proxecto.
De Aerotech.
Tempo de publicación: decembro do 31-2021