A selección da plataforma de movemento lineal baseada en granito máis adecuada para unha determinada aplicación depende dunha serie de factores e variables.É fundamental recoñecer que todas e cada unha das aplicacións teñen o seu propio conxunto único de requisitos que deben ser entendidos e priorizados para buscar unha solución eficaz en termos de plataforma de movemento.
Unha das solucións máis omnipresentes consiste en montar etapas de posicionamento discretas sobre unha estrutura de granito.Outra solución común integra os compoñentes que forman os eixes de movemento directamente no propio granito.Elixir entre unha plataforma de movemento de granito integrado (IGM) é unha das decisións anteriores que se deben tomar no proceso de selección.Hai distincións claras entre ambos os tipos de solución e, por suposto, cada un ten os seus propios méritos - e advertencias - que deben ser comprendidos e considerados coidadosamente.
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 escenario sobre granito e unha solución IGM, tanto desde o punto de vista técnico como financeiro en forma de mecanismo mecánico. estudo de caso de rodamentos.
Fondo
Para explorar as semellanzas e diferenzas entre os sistemas IGM e os sistemas tradicionais de escenario sobre granito, xeramos dous deseños de casos de proba:
- Rodamento mecánico, etapa sobre granito
- Rodamento mecánico, IGM
En ambos os casos, cada sistema consta de tres eixes de movemento.O eixe Y ofrece 1000 mm de percorrido e sitúase na base da estrutura de granito.O eixe X, situado na ponte do conxunto con 400 mm de percorrido, leva o eixe Z vertical con 100 mm de percorrido.Esta disposición represéntase pictográficamente.
Para o deseño de escenario sobre granito, seleccionamos un escenario de corpo ancho PRO560LM para o eixe Y debido á súa maior capacidade de carga de carga, común para moitas aplicacións de movemento que usan esta disposición "Y/XZ split-bridge".Para o eixe X, escollemos un PRO280LM, que se usa habitualmente como eixe ponte en moitas aplicacións.O PRO280LM ofrece un equilibrio práctico entre a súa pegada e a súa capacidade de transportar un eixe Z cunha carga útil do cliente.
Para os deseños IGM, replicamos de preto os conceptos fundamentais de deseño e disposicións dos eixos anteriores, coa principal diferenza de que os eixes IGM están construídos directamente na estrutura de granito e, polo tanto, carecen das bases de compoñentes mecanizados presentes na fase de montaxe. - deseños de granito.
Común en ambos os casos de deseño é o eixe Z, que foi elixido para ser unha etapa PRO190SL accionada por parafuso.Este é un eixe moi popular para usar na orientación vertical nunha ponte debido á súa xenerosa capacidade de carga útil e ao seu factor de forma relativamente compacto.
A figura 2 ilustra os sistemas específicos de escenario sobre granito e IGM estudados.
Comparación técnica
Os sistemas IGM deséñanse utilizando unha variedade de técnicas e compoñentes que son similares aos que se atopan nos deseños tradicionais de escenario sobre granito.Como resultado, existen numerosas propiedades técnicas en común entre os sistemas IGM e os sistemas de escenario sobre granito.Pola contra, integrar os eixes de movemento directamente na estrutura de granito ofrece varias características distintivas que diferencian os sistemas IGM dos sistemas de escenario sobre granito.
Factor de forma
Quizais a semellanza máis obvia comeza coa base da máquina: o granito.Aínda que existen diferenzas nas características e tolerancias entre os deseños de escenario sobre granito e IGM, as dimensións xerais da base de granito, os montantes e a ponte son equivalentes.Isto débese principalmente a que as viaxes nominais e límite son idénticas entre etapa sobre granito e IGM.
Construción
A falta de bases de eixes de compoñentes mecanizados no deseño IGM proporciona certas vantaxes sobre as solucións de escenario sobre granito.En particular, a redución de compoñentes no bucle estrutural do IGM axuda a aumentar a rixidez global do eixe.Tamén permite unha distancia máis curta entre a base de granito e a superficie superior do carro.Neste caso concreto, o deseño IGM ofrece unha altura da superficie de traballo un 33 % inferior (80 mm fronte a 120 mm).Esta menor altura de traballo non só permite un deseño máis compacto, senón que tamén reduce os desplazamentos da máquina desde o motor e o codificador ata o punto de traballo, o que resulta en erros de Abbe reducidos e, polo tanto, en un mellor rendemento de posicionamento do punto de traballo.
Compoñentes do eixe
Afondando no deseño, as solucións de escenario sobre granito e IGM comparten algúns compoñentes clave, como motores lineais e codificadores de posición.A selección común de forzador e pista magnética leva a capacidades de saída de forza equivalentes.Do mesmo xeito, usar os mesmos codificadores en ambos os deseños proporciona unha resolución idéntica para a retroalimentación de posicionamento.Como resultado, a precisión lineal e o rendemento de repetibilidade non son significativamente diferentes entre as solucións de escenario sobre granito e IGM.A disposición de compoñentes semellantes, incluíndo a separación e tolerancia dos rodamentos, leva a un rendemento comparable en termos de movementos de erro xeométrico (é dicir, rectitud horizontal e vertical, cabeceo, balanceo e guiñada).Finalmente, os elementos de apoio dos dous deseños, incluíndo a xestión de cables, os límites eléctricos e os topes duros, son fundamentalmente idénticos en función, aínda que poden variar algo no aspecto físico.
Rodamentos
Para este deseño en particular, unha das diferenzas máis notables é a selección de rodamentos de guía lineal.Aínda que os rodamentos de esferas de recirculación utilízanse tanto en sistemas de escenario sobre granito como en sistemas IGM, o sistema IGM permite incorporar rodamentos máis grandes e ríxidos ao deseño sen aumentar a altura de traballo do eixe.Debido a que o deseño IGM baséase no granito como base, en oposición a unha base separada de compoñentes mecanizados, é posible recuperar parte dos inmobles verticais que, doutro xeito, serían consumidos por unha base mecanizada e, esencialmente, encher este espazo con maiores dimensións. rodamentos mentres se reduce a altura total do carro sobre o granito.
Rixidez
O uso de rodamentos máis grandes no deseño IGM ten un profundo impacto na rixidez angular.No caso do eixe inferior (Y) de corpo ancho, a solución IGM ofrece máis dun 40 % de rixidez de balanceo, un 30 % de rixidez de cabeceo e un 20 % máis de rixidez de guiñada que un deseño de etapa sobre granito correspondente.Do mesmo xeito, a ponte do IGM ofrece un aumento de catro veces na rixidez do balanceo, o dobre da rixidez do cabeceo e máis dun 30% máis de rixidez de guiñada que a súa contraparte en granito.A maior rixidez angular é vantaxosa porque contribúe directamente a mellorar o rendemento dinámico, o que é fundamental 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 escenario sobre granito.Aínda que o eixe base PRO560LM da solución de escenario sobre granito 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 da ponte PRO280LM do escenario sobre granito soporta 150 kg, mentres que o eixe da ponte da solución IGM pode soportar ata 200 kg.
Masa en movemento
Aínda que os rodamentos máis grandes dos eixes IGM con rodamentos mecánicos ofrecen mellores atributos de rendemento angular e maior capacidade de carga, tamén veñen con camións máis grandes e pesados.Ademais, os carros IGM están deseñados de tal xeito que se eliminan certas características mecanizadas necesarias para un eixe de escenario sobre granito (pero non requiridas por un eixe IGM) para aumentar a rixidez das pezas e simplificar a fabricación.Estes factores significan que o eixe IGM ten unha masa en movemento maior que o correspondente eixe de escenario sobre granito.Unha desvantaxe indiscutible é que a aceleración máxima do IGM é menor, asumindo que a forza de saída do motor non cambia.Porén, 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 cunha maior estabilidade na posición.
Dinámica estrutural
A maior rixidez do rodamento do sistema IGM e o transporte máis ríxido proporcionan beneficios adicionais que se aprecian despois de utilizar un paquete de software de análise de elementos finitos (FEA) para realizar unha análise modal.Neste estudo, examinamos a primeira resonancia do carro móbil polo seu efecto no ancho de banda do servo.O carro PRO560LM atopa unha resonancia a 400 Hz, mentres que o carro IGM correspondente experimenta o mesmo modo a 430 Hz.A figura 3 ilustra este resultado.
A maior resonancia da solución IGM, en comparación co escenario tradicional sobre granito, pódese atribuír en parte ao deseño máis ríxido do carro e do rodamento.Unha maior resonancia do carro fai posible ter un maior ancho de banda do servo e, polo tanto, un rendemento dinámico mellorado.
Entorno operativo
A selabilidade dos eixes é case sempre obrigatoria cando hai contaminantes, xa sexan xerados a través do proceso do usuario ou existentes no entorno da máquina.As solucións de escenario sobre granito son especialmente adecuadas nestas situacións debido á natureza inherentemente pechada do eixe.As etapas lineais da serie PRO, por exemplo, veñen equipadas con tapas duras e selos laterais que protexen os compoñentes internos da etapa da contaminación nun grao razoable.Estes escenarios tamén se poden configurar con limpadores de mesa opcionais para varrer os restos da tapa dura superior mentres o escenario avanza.Por outra banda, as plataformas de movemento IGM son de natureza inherentemente aberta, cos rodamentos, motores e codificadores expostos.Aínda que non é un problema en ambientes máis limpos, isto pode ser problemático cando hai contaminación.É posible abordar este problema incorporando unha cuberta de camiños tipo fol especial nun deseño de eixe IGM para proporcionar protección contra os restos.Pero se non se implementa correctamente, o fol pode influír negativamente no movemento do eixe ao impartir forzas externas ao carro mentres se move a través do seu rango completo de percorrido.
Mantemento
A funcionalidade é un diferenciador entre as plataformas de movemento de escenario sobre granito e IGM.Os eixes de motor lineal son ben coñecidos pola súa robustez, pero ás veces faise necesario realizar un mantemento.Algunhas operacións de mantemento son relativamente sinxelas e pódense realizar sen retirar ou desmontar o eixe en cuestión, pero ás veces é necesario un desmontaxe máis completo.Cando a plataforma de movemento consta de etapas discretas montadas sobre granito, o mantemento é unha tarefa razoablemente sinxela.En primeiro lugar, desmonte o escenario do granito, despois realice os traballos de mantemento necesarios e remonte.Ou simplemente substitúeo por unha nova etapa.
As solucións IGM poden ser ás veces máis difíciles ao realizar o mantemento.Aínda que a substitución dunha única pista magnética do motor lineal é moi sinxela neste caso, o mantemento e as reparacións máis complicadas adoitan implicar a desmontaxe completa de moitos ou todos os compoñentes que forman o eixe, o que leva máis tempo cando os compoñentes se montan directamente no granito.Tamén é máis difícil realinear os eixes baseados en 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 soporte mecánico sobre granito e as IGM.
| Descrición | Sistema de etapa sobre granito, rodamento mecánico | Sistema IGM, rodamento mecánico | |||
| Eixo base (Y) | Eixe da ponte (X) | Eixo base (Y) | Eixe da ponte (X) | ||
| Rixidez normalizada | Vertical | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.1 |
| Laterais | 1.5 | ||||
| Pitch | 1.3 | 2.0 | |||
| Rolo | 1.4 | 4.1 | |||
| Guiña | 1.2 | 1.3 | |||
| Capacidade de carga útil (kg) | 150 | 150 | 300 | 200 | |
| Masa en movemento (kg) | 25 | 14 | 33 | 19 | |
| Altura da mesa (mm) | 120 | 120 | 80 | 80 | |
| Selabilidade | A tapa dura e os selos laterais ofrecen protección contra a entrada de restos no eixe. | O IGM adoita ser un deseño aberto.O selado require a adición dunha tapa de fol ou similar. | |||
| Facilidade de servizo | As etapas de compoñentes pódense eliminar e facilmente reparar ou substituír. | Os machados están inherentemente incorporados na estrutura de granito, o que dificulta o mantemento. | |||
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 de sistemas de movemento IGM análogos e escenarios sobre granito realizadas neste estudo suxiren que as solucións IGM son capaces de ofrecer movementos de media e alta precisión a uns custos moderadamente máis baixos que os seus homólogos de escenario sobre granito.
O noso estudo económico consta de tres compoñentes fundamentais de custos: pezas de máquinas (incluíndo pezas fabricadas e compoñentes comprados), o conxunto de granito e man de obra e gastos xerais.
Pezas de máquinas
Unha solución IGM ofrece un aforro notable sobre unha solución de granito en termos de pezas de máquina.Isto débese principalmente á falta do IGM de bases de escenario complicadamente mecanizadas nos eixes Y e X, que engaden complexidade e custo ás solucións de escenario sobre granito.Ademais, o aforro de custos pódese atribuír á relativa simplificación doutras pezas mecanizadas na solución IGM, como os carros móbiles, que poden ter características máis sinxelas e tolerancias algo máis relaxadas cando se deseñan para o seu uso nun sistema IGM.
Montaxes de granito
Aínda que os conxuntos de base de granito-elevada-ponte nos sistemas IGM e escenario sobre granito parecen ter un factor de forma e aspecto semellantes, o conxunto de granito IGM é lixeiramente máis caro.Isto débese a que o granito na solución IGM ocupa o lugar das bases de escenario mecanizadas na solución de etapa sobre granito, o que require que o granito teña tolerancias xeralmente máis estritas en rexións críticas e mesmo características adicionais, como cortes extrusionados e/ ou insercións de aceiro roscadas, por exemplo.Non obstante, no noso estudo de caso, a complexidade engadida da estrutura de granito vese máis que compensada pola simplificación das pezas da máquina.
Traballo e gastos xerais
Debido ás moitas semellanzas na montaxe e proba dos sistemas IGM e do escenario sobre granito, non hai unha diferenza significativa nos custos laborais e xerais.
Unha vez que se combinan todos estes factores de custo, a solución IGM específica de rodamentos mecánicos examinada neste estudo é aproximadamente un 15% menos custosa que a solución de rodamentos mecánicos de granito.
Por suposto, os resultados da análise económica dependen non só de atributos como a lonxitude de 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 transporte e loxística asociados á adquisición dunha estrutura de granito.Especialmente útil para sistemas de granito moi grandes, aínda que é certo para todos os tamaños, escoller un provedor de granito cualificado máis preto da localización da montaxe final do sistema tamén pode axudar a minimizar os custos.
Tamén hai que ter en conta que esta análise non considera os custos posteriores á implantación.Por exemplo, supoñamos que se fai necesario reparar o sistema de movemento reparando ou substituíndo un eixe de movemento.Pódese reparar un sistema de etapa sobre granito simplemente eliminando e reparando/substituíndo o eixe afectado.Debido ao deseño de escenario máis modular, pódese facer con relativa facilidade e velocidade, a pesar do maior custo inicial do sistema.Aínda que os sistemas IGM poden obterse xeralmente a un custo máis baixo que os seus homólogos de granito, poden ser máis difíciles de desmontar e reparar debido á natureza integrada da construción.
Conclusión
Claramente, cada tipo de deseño de plataforma de movemento - escenario sobre granito e IGM - pode ofrecer distintos beneficios.Non obstante, non sempre é obvio cal é a opción máis ideal para unha determinada aplicación de movemento.Polo tanto, é moi beneficioso asociarse cun provedor experimentado de sistemas de automatización e movemento, como Aerotech, que ofreza un enfoque consultivo claramente centrado nas aplicacións para explorar e proporcionar información valiosa sobre alternativas de solución ás desafiantes aplicacións de automatización e control de movemento.Comprender non só a diferenza entre estas dúas variedades de solucións de automatización, senón tamén os aspectos fundamentais dos problemas que deben resolver, é a clave subxacente para o éxito na elección dun sistema de movemento que aborde os obxectivos técnicos e financeiros do proxecto.
De AEROTECH.
Hora de publicación: 31-12-2021