La sélection de la plate-forme de mouvement linéaire à base de granit la plus appropriée pour une application donnée dépend d'une multitude de facteurs et de variables. Il est crucial de reconnaître que chaque application a son propre ensemble d'exigences unique qui doit être comprise et hiérarchisée afin de poursuivre une solution efficace en termes de plate-forme de mouvement.
L'une des solutions les plus omniprésentes consiste à monter des étapes de positionnement discrètes sur une structure de granit. Une autre solution commune intègre les composants qui composent les axes de mouvement directement dans le granit lui-même. Choisir entre une plate-forme de mouvement de mouvement sur scène et de mouvement intégré (IGM) est l'une des décisions précédentes à prendre dans le processus de sélection. Il existe des distinctions claires entre les deux types de solutions, et bien sûr, chacun a ses propres mérites - et mises en garde - qui doivent être soigneusement compris et considérés.
Pour offrir un meilleur aperçu de ce processus décisionnel, nous évaluons les différences entre deux conceptions de plate-forme de mouvement linéaire fondamentale - une solution traditionnelle de scène sur granite et une solution IgM - du point de vue technique et financier sous la forme d'une étude de cas portant mécanique.
Arrière-plan
Pour explorer les similitudes et les différences entre les systèmes IGM et les systèmes traditionnels de scène sur granite, nous avons généré deux conceptions de cas de test:
- Roulement mécanique, scène sur granite
- Roulement mécanique, IGM
Dans les deux cas, chaque système se compose de trois axes de mouvement. L'axe Y offre 1000 mm de voyage et est situé sur la base de la structure du granit. L'axe X, situé sur le pont de l'assemblage avec 400 mm de voyage, transporte l'axe Z vertical avec 100 mm de voyage. Cet arrangement est représenté picturalement.
Pour la conception de scène sur granite, nous avons sélectionné une étape large du corps large pro560lm pour l'axe y en raison de sa plus grande capacité de chargement, commune pour de nombreuses applications de mouvement en utilisant cette arrangement «pont divisé y / xz». Pour l'axe X, nous avons choisi un Pro280LM, qui est couramment utilisé comme axe de pont dans de nombreuses applications. Le Pro280LM offre un solde pratique entre son empreinte et sa capacité à transporter un axe Z avec une charge utile du client.
Pour les conceptions IGM, nous avons répété de près les concepts de conception fondamentaux et les dispositions des axes ci-dessus, la principale différence étant que les axes IgM sont construits directement dans la structure de granit, et n'avons donc pas les bases de composants usinés présents dans les conceptions de scène sur granite.
L'axe Z est commun dans les deux cas de Z, qui a été choisi pour être une étape pro-bilan Pro190SL. Il s'agit d'un axe très populaire à utiliser dans l'orientation verticale sur un pont en raison de sa généreuse capacité de charge utile et de son facteur de forme relativement compact.
La figure 2 illustre les systèmes spécifiques de scène sur granite et IGM étudiés.
Comparaison technique
Les systèmes IGM sont conçus en utilisant une variété de techniques et de composants similaires à ceux trouvés dans les conceptions traditionnelles de scène sur granite. En conséquence, il existe de nombreuses propriétés techniques en commun entre les systèmes IGM et les systèmes de scène sur granite. Inversement, l'intégration des axes de mouvement directement dans la structure de granit offre plusieurs caractéristiques distinctives qui différencient les systèmes IgM des systèmes de scène sur granite.
Facteur de forme
La similitude la plus évidente commence peut-être avec la fondation de la machine - le granit. Bien qu'il existe des différences dans les caractéristiques et les tolérances entre les conceptions de scène sur granit et d'IGM, les dimensions globales de la base de granit, des cisseurs et du pont sont équivalentes. Cela est principalement dû au fait que les voyages nominaux et limites sont identiques entre le grain sur granite et l'IGM.
Construction
L'absence de bases d'axe de composants usinées dans la conception IGM offre certains avantages par rapport aux solutions de scène sur granite. En particulier, la réduction des composants dans la boucle structurelle de l'IGM aide à augmenter la rigidité globale de l'axe. Il permet également une distance plus courte entre la base de granit et la surface supérieure du chariot. Dans cette étude de cas particulière, la conception IgM offre une hauteur de surface de travail inférieure de 33% (80 mm par rapport à 120 mm). Non seulement cette plus petite hauteur de travail permet une conception plus compacte, mais elle réduit également les décalages de la machine du moteur et de l'encodeur au point de travail, entraînant une réduction des erreurs ABBE et donc des performances de positionnement de points de travail améliorées.
Composants de l'axe
En regardant plus profondément dans la conception, les solutions de scène sur granite et IGM partagent certains composants clés, tels que les moteurs linéaires et les encodeurs de position. La sélection courante de la piste de forcer et d'aimant conduit à des capacités de sortie de force équivalentes. De même, l'utilisation des mêmes encodeurs dans les deux conceptions fournit une résolution identique à la rétroaction de positionnement. En conséquence, la précision linéaire et les performances de répétabilité ne sont pas significativement différentes entre les solutions de scène sur granite et d'IgM. La disposition similaire des composants, y compris la séparation et la tolérance des roulements, conduit à des performances comparables en termes de mouvements d'erreur géométrique (c.-à-d. Enfin, les deux éléments de support des deux conceptions, y compris la gestion des câbles, les limites électriques et les hardstops, sont fondamentalement identiques de fonction, bien qu'ils puissent varier quelque peu en apparence physique.
Roulements
Pour cette conception particulière, l'une des différences les plus notables est la sélection des roulements de guide linéaire. Bien que les roulements à billes de recirculation soient utilisés dans les systèmes de scène sur granite et d'IGM, le système IgM permet d'incorporer des roulements plus grands et plus rigides dans la conception sans augmenter la hauteur de travail de l'axe. Parce que la conception IGM repose sur le granit comme base, par opposition à une base séparée en composants usinés, il est possible de récupérer une partie de l'immobilier vertical qui serait autrement consommé par une base usinée et de remplir essentiellement cet espace de roulements plus grands tout en réduisant la hauteur du chariot global au-dessus du granit.
Rigidité
L'utilisation de roulements plus grands dans la conception IGM a un impact profond sur la rigidité angulaire. Dans le cas de l'axe inférieur large (Y), la solution IgM offre plus de 40% de raideur de rouleau plus élevée, une rigidité de tangage de 30% plus élevée et une rigidité de lacet 20% plus élevée qu'une conception de stade sur granite correspondante. De même, le pont IgM offre une augmentation quadruple de la rigidité du rouleau, le double de la rigidité de la tangage et la rigidité de plus de 30% de lacet que son homologue de scène sur granite. Une rigidité angulaire plus élevée est avantageuse car elle contribue directement à l'amélioration des performances dynamiques, ce qui est la clé pour permettre un débit de machine plus élevé.
Capacité de chargement
Les roulements plus grands de la solution IgM permettent une capacité de charge utile sensiblement plus élevée qu'une solution de scène sur granite. Bien que l'axe de base Pro560LM de la solution de scène sur granite ait une capacité de charge de 150 kg, la solution IGM correspondante peut accueillir une charge utile de 300 kg. De même, l'axe de pont Pro280LM de la scène sur Granite prend en charge 150 kg, tandis que l'axe de pont de la solution IGM peut transporter jusqu'à 200 kg.
Masse émouvante
Bien que les roulements plus grands dans les axes IgM portant mécanique offrent de meilleurs attributs de performances angulaires et une plus grande capacité de chargement, elles sont également livrées avec des camions plus grands et plus lourds. De plus, les voitures IgM sont conçues de telle sorte que certaines caractéristiques usinées nécessaires à un axe de scène sur granite (mais non requise par un axe IgM) sont retirées pour augmenter la rigidité des pièces et simplifier la fabrication. Ces facteurs signifient que l'axe IgM a une masse mobile plus importante qu'un axe de stade sur granite correspondant. Un incontestable incontestable est que l'accélération maximale de l'IGM est inférieure, en supposant que la sortie de la force du moteur est inchangée. Pourtant, dans certaines situations, une masse mobile plus grande peut être avantageuse du point de vue que son plus grande inertie peut fournir une plus grande résistance aux perturbations, ce qui peut être corrélé à une stabilité en position accrue.
Dynamique structurelle
La rigidité à roulements plus élevé du système IGM et le chariot plus rigides offrent des avantages supplémentaires qui sont apparents après avoir utilisé un progiciel d'analyse des éléments finis (FEA) pour effectuer une analyse modale. Dans cette étude, nous avons examiné la première résonance du chariot en mouvement en raison de son effet sur la bande passante servo. Le chariot Pro560LM rencontre une résonance à 400 Hz, tandis que le chariot IgM correspondant subit le même mode à 430 Hz. La figure 3 illustre ce résultat.
La résonance plus élevée de la solution IgM, par rapport à la scène traditionnelle sur granite, peut être attribuée en partie au chariot et à la conception de roulement plus rigide. Une résonance de chariot plus élevée permet d'avoir une bande passante servo plus élevée et donc une amélioration des performances dynamiques.
Environnement de fonctionnement
Le sceau de l'axe est presque toujours obligatoire lorsque des contaminants sont présents, qu'ils soient générés par le processus de l'utilisateur ou existant autrement dans l'environnement de la machine. Les solutions de scène sur granite sont particulièrement adaptées dans ces situations en raison de la nature intrinsèquement fermée de l'axe. Les étapes linéaires de la série pro, par exemple, sont équipées de couvertures durs et de joints latéraux qui protègent les composants du stade interne de la contamination dans une mesure raisonnable. Ces étapes peuvent également être configurées avec des essuie-dessus de table en option pour balayer les débris de la couverture rigide supérieure à mesure que la scène traverse. D'un autre côté, les plates-formes de mouvement IGM sont intrinsèquement ouvertes de nature, avec les roulements, les moteurs et les encodeurs exposés. Bien qu'il ne soit pas un problème dans des environnements plus propres, cela peut être problématique lorsque la contamination est présente. Il est possible de résoudre ce problème en incorporant un couvercle de chemin de style bellows dans une conception d'axe IGM pour offrir une protection contre les débris. Mais s'il n'est pas mis en œuvre correctement, les soufflets peuvent influencer négativement le mouvement de l'axe en transmettant des forces externes sur le chariot lorsqu'il se déplace à travers toute sa gamme de déplacements.
Entretien
La service est un différenciateur entre les plates-formes de mouvement de scène sur granite et IGM. Les axes linéaires-moteurs sont bien connus pour leur robustesse, mais parfois il devient nécessaire d'effectuer la maintenance. Certaines opérations de maintenance sont relativement simples et peuvent être accomplies sans retirer ou démonter l'axe en question, mais parfois un démontage plus approfondi est nécessaire. Lorsque la plate-forme de mouvement se compose d'étapes discrètes montées sur du granit, l'entretien est une tâche raisonnablement simple. Tout d'abord, démontez la scène du granit, puis effectuez les travaux de maintenance nécessaires et remontez-le. Ou, remplacez-le simplement par une nouvelle étape.
Les solutions IGM peuvent parfois être plus difficiles lors de la maintenance. Bien que le remplacement d'une piste aimant unique du moteur linéaire soit très simple dans ce cas, l'entretien et les réparations plus compliqués impliquent souvent un démontage totalement de nombreux composants comprenant l'axe, ce qui prend plus de temps lorsque les composants sont montés directement sur du granit. Il est également plus difficile de réaligner les axes à base de granit les uns aux autres après avoir effectué la maintenance - une tâche qui est considérablement plus simple avec des étapes discrètes.
Tableau 1. Résumé des différences techniques fondamentales entre les solutions de stade sur granite et d'IGM portant mécanique.
| Description | Système de scène sur granite, roulement mécanique | Système IGM, roulement mécanique | |||
| Axe de base (y) | Axe de pont (x) | Axe de base (y) | Axe de pont (x) | ||
| Raideur normalisée | Verticale | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.1 |
| Latéral | 1.5 | ||||
| Pas | 1.3 | 2.0 | |||
| Rouler | 1.4 | 4.1 | |||
| Embardée | 1.2 | 1.3 | |||
| Capacité de charge utile (kg) | 150 | 150 | 300 | 200 | |
| Masse en mouvement (kg) | 25 | 14 | 33 | 19 | |
| Hauteur de table (mm) | 120 | 120 | 80 | 80 | |
| Scelabilité | La couverture rigide et les joints latéraux offrent une protection contre les débris entrant dans l'axe. | IGM est généralement une conception ouverte. L'étanchéité nécessite l'ajout d'une couverture de soufflet ou similaire. | |||
| Facilité de service | Les étapes des composants peuvent être supprimées et facilement entretenues ou remplacées. | Les axes sont intrinsèquement intégrés dans la structure du granit, ce qui rend le service plus difficile. | |||
Comparaison économique
Bien que le coût absolu de tout système de mouvement variera en fonction de plusieurs facteurs, notamment la longueur du voyage, la précision de l'axe, la capacité de charge et les capacités dynamiques, les comparaisons relatives des IgM analogues et des systèmes de mouvement de scène sur granite menés dans cette étude suggèrent que les solutions IGM sont capables d'offrir des mouvements de taille moyenne à haute précision à des coûts modérablement inférieurs à leurs homologues de grantite de stade sur-groupe.
Notre étude économique se compose de trois composantes de coût fondamentales: les pièces de la machine (y compris les pièces manufacturées et les composants achetés), l'assemblage de granit et la main-d'œuvre et les frais généraux.
Machine
Une solution IGM offre des économies remarquables sur une solution de scène sur granite en termes de pièces de machine. Cela est principalement dû au manque d'IgM de bases de stade usinées de manière complexe sur les axes Y et X, qui ajoutent de la complexité et du coût aux solutions de scène sur granite. De plus, les économies de coûts peuvent être attribuées à la simplification relative d'autres pièces usinées sur la solution IgM, telles que les voitures en mouvement, qui peuvent avoir des caractéristiques plus simples et des tolérances un peu plus détendus lorsqu'elles sont conçues pour une utilisation dans un système IGM.
Assemblées en granit
Bien que les assemblages de pont-pont de base de granit dans les systèmes IGM et de scène sur granite semblent avoir un facteur de forme et une apparence similaires, l'assemblage de granit IGM est légèrement plus cher. En effet, le granit dans la solution IgM remplace les bases de stade usinées dans la solution de scène sur granite, qui nécessite que le granit ait généralement des tolérances plus strictes dans les régions critiques, et même des fonctionnalités supplémentaires, telles que des coupes extrudées et / ou des inserts en acier filetés, par exemple. Cependant, dans notre étude de cas, la complexité supplémentaire de la structure du granit est plus que compensée par la simplification des pièces de la machine.
Travail et frais généraux
En raison des nombreuses similitudes dans l'assemblage et le test des systèmes IGM et de scène sur granite, il n'y a pas de différence significative dans les coûts de main-d'œuvre et de frais généraux.
Une fois que tous ces facteurs de coût sont combinés, la solution IgM spécifique à la mécanique examinée dans cette étude est environ 15% moins coûteuse que la solution mécanique, de scène sur granite.
Bien sûr, les résultats de l'analyse économique dépendent non seulement d'attributs tels que la longueur du voyage, la précision et la capacité de charge, mais également des facteurs tels que la sélection du fournisseur de granit. De plus, il est prudent de considérer les frais d'expédition et de logistique associés à l'achat d'une structure de granit. Particulièrement utile pour les très grands systèmes de granit, bien que vrai pour toutes les tailles, le choix d'un fournisseur de granit qualifié à proximité de l'emplacement de l'assemblage du système final peut également aider à minimiser les coûts.
Il convient également de noter que cette analyse ne tient pas compte des coûts post-mise en œuvre. Par exemple, supposons qu'il devienne nécessaire de desservir le système de mouvement en réparant ou en remplaçant un axe de mouvement. Un système de scène sur granite peut être entretenu en retirant et en réparant / remplacement de l'axe affecté. En raison de la conception de style stade plus modulaire, cela peut être fait avec une facilité et une vitesse relatives, malgré le coût du système initial plus élevé. Bien que les systèmes IGM puissent généralement être obtenus à un coût inférieur à leurs homologues de scène sur granite, ils peuvent être plus difficiles à démonter et à service en raison de la nature intégrée de la construction.
Conclusion
De toute évidence, chaque type de conception de plate-forme de mouvement - scène sur granite et IGM - peut offrir des avantages distincts. Cependant, il n'est pas toujours évident qui est le choix le plus idéal pour une application de mouvement particulière. Par conséquent, il est très avantageux de s'associer à un fournisseur expérimenté de systèmes de mouvement et d'automatisation, tel qu'Aerotech, qui offre une approche consultative et consultative clairement axée sur les applications pour explorer et fournir des informations précieuses sur les alternatives de solution à des applications de contrôle de mouvement et d'automatisation difficiles. Comprendre non seulement la différence entre ces deux variétés de solutions d'automatisation, mais aussi les aspects fondamentaux des problèmes qu'ils sont nécessaires pour résoudre, est la clé sous-jacente du succès dans le choix d'un système de mouvement qui traite à la fois les objectifs techniques et financiers du projet.
D'Aerotech.
Heure du poste: Dec-31-2021