Берілген қолданба үшін ең қолайлы гранит негізіндегі сызықтық қозғалыс платформасын таңдау көптеген факторлар мен айнымалыларға байланысты. Қозғалыс платформасы тұрғысынан тиімді шешім табу үшін әрбір қолданбаның өзіндік ерекше талаптар жиынтығы бар екенін мойындау өте маңызды, оларды түсіну және басымдық беру қажет.
Ең кең таралған шешімдердің бірі гранит құрылымына дискретті орналастыру сатыларын орнатуды қамтиды. Тағы бір кең таралған шешім қозғалыс осьтерін құрайтын компоненттерді граниттің өзіне тікелей біріктіреді. Граниттегі сатылы және интеграцияланған граниттік қозғалыс (IGM) платформасы арасында таңдау таңдау процесінде қабылданатын алғашқы шешімдердің бірі болып табылады. Екі шешім түрі арасында да айқын айырмашылықтар бар, және әрине, әрқайсысының мұқият түсініліп, ескерілуі қажет өзіндік артықшылықтары мен ескертулері бар.
Бұл шешім қабылдау процесін жақсырақ түсіну үшін біз екі негізгі сызықтық қозғалыс платформасының дизайнының — граниттегі дәстүрлі сатылы шешімнің және IGM шешімінің — арасындағы айырмашылықтарды механикалық мойынтіректі зерттеу түрінде техникалық және қаржылық тұрғыдан бағалаймыз.
Фон
IGM жүйелері мен дәстүрлі граниттік сатылы жүйелер арасындағы ұқсастықтар мен айырмашылықтарды зерттеу үшін біз екі сынақ жағдайының дизайнын жасадық:
- Механикалық мойынтірек, граниттегі сатылы
- Механикалық мойынтіректер, IGM
Екі жағдайда да әрбір жүйе үш қозғалыс осінен тұрады. Y осі 1000 мм қозғалысты ұсынады және гранит құрылымының негізінде орналасқан. 400 мм қозғалысы бар құрастыру көпірінде орналасқан X осі 100 мм қозғалысы бар тік Z осін тасымалдайды. Бұл орналасу пиктографиялық түрде көрсетілген.
Гранит үстіндегі сахна дизайны үшін біз Y осі үшін PRO560LM кең корпусты сахнасын таңдадық, себебі оның жүк көтеру қабілеті жоғары, бұл «Y/XZ бөлінген көпір» құрылымын пайдаланатын көптеген қозғалыс қолданбаларында кең таралған. X осі үшін біз көптеген қолданбаларда көпір осі ретінде жиі қолданылатын PRO280LM таңдадық. PRO280LM өзінің ауқымы мен тұтынушының пайдалы жүктемесімен Z осін көтеру мүмкіндігі арасында практикалық тепе-теңдікті ұсынады.
IGM жобалары үшін біз жоғарыда аталған осьтердің негізгі жобалау тұжырымдамалары мен орналасуларын мұқият қайталадық, басты айырмашылығы - IGM осьтері гранит құрылымына тікелей салынған және сондықтан гранит бетіндегі сатылы жобаларда бар өңделген компоненттердің негіздері жоқ.
Екі жобалау жағдайында да кең таралған Z осі болып табылады, ол PRO190SL шарлы бұрандамен басқарылатын саты ретінде таңдалды. Бұл көпірде тік бағытта қолдануға өте танымал ось, себебі оның жүк көтергіштігі жоғары және салыстырмалы түрде ықшам форма факторы бар.
2-суретте зерттелген граниттегі сатылы және IGM жүйелерінің нақты сипаттамалары көрсетілген.
Техникалық салыстыру
IGM жүйелері дәстүрлі гранит бетіндегі сатылы конструкцияларға ұқсас әртүрлі әдістер мен компоненттерді пайдаланып жасалған. Нәтижесінде, IGM жүйелері мен гранит бетіндегі сатылы жүйелер арасында көптеген ортақ техникалық қасиеттер бар. Керісінше, қозғалыс осьтерін гранит құрылымына тікелей біріктіру IGM жүйелерін гранит бетіндегі сатылы жүйелерден ажырататын бірнеше ерекшеліктерді ұсынады.
Форм-фактор
Мүмкін, ең айқын ұқсастық машинаның іргетасынан - граниттен басталады. Гранит бетіндегі және IGM конструкцияларының ерекшеліктері мен төзімділіктерінде айырмашылықтар болғанымен, гранит негізінің, көтергіштерінің және көпірінің жалпы өлшемдері бірдей. Бұл, ең алдымен, гранит бетіндегі және IGM бетіндегі номиналды және шекті қозғалыстардың бірдей болуына байланысты.
Құрылыс
IGM конструкциясында өңделген компонентті ось негіздерінің болмауы гранит ерітінділерімен салыстырғанда белгілі бір артықшылықтар береді. Атап айтқанда, IGM құрылымдық цикліндегі компоненттердің азаюы осьтің жалпы қаттылығын арттыруға көмектеседі. Сондай-ақ, бұл гранит негізі мен арбаның үстіңгі беті арасындағы қашықтықты қысқартуға мүмкіндік береді. Бұл нақты зерттеу жағдайында IGM конструкциясы жұмыс бетінің биіктігін 33%-ға төмендетеді (120 мм-мен салыстырғанда 80 мм). Бұл кіші жұмыс биіктігі ықшам конструкцияны ғана емес, сонымен қатар қозғалтқыш пен кодтаушыдан жұмыс нүктесіне дейінгі машинаның ығысуын азайтады, бұл Abbe қателіктерінің азаюына және осылайша жұмыс нүктесін орналастыру өнімділігінің артуына әкеледі.
Ось компоненттері
Дизайнды тереңірек қарастырсақ, граниттегі сатылы және IGM шешімдері сызықтық қозғалтқыштар мен позициялық энкодерлер сияқты кейбір негізгі компоненттерді бөліседі. Жалпы күш және магнит жолын таңдау бірдей күш шығару мүмкіндіктеріне әкеледі. Сол сияқты, екі дизайнда да бірдей энкодерлерді пайдалану позициялау кері байланысы үшін бірдей дәлдік береді. Нәтижесінде, сызықтық дәлдік пен қайталанымдылық өнімділігі граниттегі сатылы және IGM шешімдері арасында айтарлықтай ерекшеленбейді. Мойынтіректерді бөлу және төзімділікті қоса алғанда, ұқсас компоненттердің орналасуы геометриялық қателік қозғалыстары тұрғысынан салыстырмалы өнімділікке әкеледі (яғни, көлденең және тік түзулік, қадам, домалау және қисаю). Соңында, екі дизайнның да тірек элементтері, соның ішінде кабельді басқару, электрлік шектеулер және қатты тоқтатқыштар, функциялары бойынша түбегейлі бірдей, бірақ олар сыртқы түрі бойынша біршама ерекшеленуі мүмкін.
Мойынтіректер
Бұл нақты дизайн үшін ең маңызды айырмашылықтардың бірі - сызықтық бағыттаушы мойынтіректерді таңдау. Қайта айналымдағы шарлы мойынтіректер граниттегі сатылы және IGM жүйелерінде қолданылғанымен, IGM жүйесі осьтің жұмыс биіктігін арттырмай, дизайнға үлкенірек, қаттырақ мойынтіректер қосуға мүмкіндік береді. IGM дизайны бөлек өңделген компонентті негізге қарағанда гранитке негіз ретінде сүйенетіндіктен, өңделген негіз тұтынатын тік жылжымайтын мүліктің бір бөлігін қалпына келтіруге және бұл кеңістікті гранит үстіндегі жалпы арба биіктігін азайта отырып, үлкенірек мойынтіректермен толтыруға болады.
Қаттылық
IGM конструкциясында үлкенірек мойынтіректерді пайдалану бұрыштық қаттылыққа терең әсер етеді. Кең корпусты төменгі ось (Y) жағдайында IGM шешімі сәйкес граниттегі сатылы конструкцияға қарағанда 40%-дан астам жоғары ролик қаттылығын, 30%-ға жоғары қадам қаттылығын және 20%-ға жоғары қиғаштық қаттылығын ұсынады. Сол сияқты, IGM көпірі граниттегі сатылы аналогына қарағанда ролик қаттылығының төрт есе артуын, екі еселік қадам қаттылығын және 30%-дан астам жоғары қиғаштық қаттылығын ұсынады. Бұрыштық қаттылықтың жоғары болуы тиімді, себебі ол динамикалық өнімділікті жақсартуға тікелей ықпал етеді, бұл машинаның жоғары өткізу қабілетін қамтамасыз етудің кілті болып табылады.
Жүк көтерімділігі
IGM ерітіндісінің үлкенірек мойынтіректері граниттегі сатылы ерітіндіге қарағанда айтарлықтай жоғары жүк көтергіштігін қамтамасыз етеді. Граниттегі сатылы ерітіндінің PRO560LM базалық осі 150 кг жүк көтергіштігіне ие болғанымен, тиісті IGM ерітіндісі 300 кг жүк көтере алады. Сол сияқты, граниттегі сатылы PRO280LM көпір осі 150 кг жүк көтере алады, ал IGM ерітіндісінің көпір осі 200 кг-ға дейін жүк көтере алады.
Қозғалатын масса
Механикалық мойынтіректі IGM осьтеріндегі үлкенірек мойынтіректер бұрыштық өнімділіктің жақсырақ қасиеттерін және жүк көтергіштігін арттырғанымен, олар үлкенірек, ауыр жүк көліктерімен бірге келеді. Сонымен қатар, IGM арбалары граниттегі саты осіне қажетті (бірақ IGM осі талап етпейтін) кейбір өңделген ерекшеліктер бөлшектің қаттылығын арттыру және өндірісті жеңілдету үшін алынып тасталатындай етіп жасалған. Бұл факторлар IGM осінің граниттегі сәйкес саты осіне қарағанда қозғалмалы массасы үлкен екенін білдіреді. Даусыз кемшілігі - қозғалтқыш күшінің шығысы өзгермеген жағдайда IGM максималды үдеуінің төмен болуы. Дегенмен, белгілі бір жағдайларда үлкенірек қозғалмалы масса оның үлкен инерциясы бұзылуларға үлкен қарсылық бере алатындығы тұрғысынан тиімді болуы мүмкін, бұл позициядағы тұрақтылықтың артуымен байланысты болуы мүмкін.
Құрылымдық динамика
IGM жүйесінің жоғары мойынтірек қаттылығы және қаттырақ кареткасы модальды талдау жүргізу үшін шекті элементтерді талдау (FEA) бағдарламалық пакетін пайдаланғаннан кейін айқын көрінетін қосымша артықшылықтар береді. Бұл зерттеуде біз қозғалатын каретканың серво өткізу қабілеттілігіне әсеріне байланысты бірінші резонансын қарастырдық. PRO560LM кареткасы 400 Гц жиілікте резонансқа тап болады, ал сәйкес IGM кареткасы 430 Гц жиілікте дәл осындай режимді бастан кешіреді. 3-суретте бұл нәтиже көрсетілген.
Граниттегі дәстүрлі сатылы нұсқамен салыстырғанда IGM шешімінің жоғары резонансы ішінара қатты каретка мен мойынтірек дизайнымен байланыстырылуы мүмкін. Каретка резонансының жоғары болуы серво өткізу қабілеттілігін арттыруға және осылайша динамикалық өнімділікті жақсартуға мүмкіндік береді.
Жұмыс ортасы
Ластану болған кезде, пайдаланушы процесі арқылы пайда болған немесе машинаның ортасында басқаша болған кезде, осьтің тығыздалуы әрқашан міндетті болып табылады. Граниттегі сатылы шешімдер осьтің тұйықталған сипатына байланысты мұндай жағдайларда өте қолайлы. Мысалы, PRO сериялы сызықтық сатылар ішкі сатылы компоненттерді ластанудан жеткілікті дәрежеде қорғайтын қатты қақпақтармен және бүйірлік тығыздағыштармен жабдықталған. Бұл сатылар сатылы өткен кезде жоғарғы қатты қақпақтан қоқысты сүрту үшін қосымша үстел үсті сүрткіштерімен де конфигурациялануы мүмкін. Екінші жағынан, IGM қозғалыс платформалары табиғаты бойынша ашық, мойынтіректер, қозғалтқыштар және кодтағыштар ашық болады. Таза ортада мәселе болмаса да, ластану болған кезде бұл проблемалы болуы мүмкін. Бұл мәселені қоқыстардан қорғауды қамтамасыз ету үшін IGM ось дизайнына арнайы сильфон стиліндегі жол қақпағын енгізу арқылы шешуге болады. Бірақ егер дұрыс енгізілмесе, сильфондар осьтің қозғалысына кері әсер етуі мүмкін, себебі ол толық қозғалыс диапазоны бойынша қозғалған кезде кареткаға сыртқы күштер әсер етеді.
Техникалық қызмет көрсету
Граниттегі сатылы және IGM қозғалыс платформаларының арасындағы айырмашылық қызмет көрсетуге жарамдылық болып табылады. Сызықтық қозғалтқыш осьтері беріктігімен танымал, бірақ кейде техникалық қызмет көрсету қажет болады. Кейбір техникалық қызмет көрсету операциялары салыстырмалы түрде қарапайым және қарастырылып отырған осьті алып тастамай немесе бөлшектемей орындалуы мүмкін, бірақ кейде мұқият бөлшектеу қажет болады. Қозғалыс платформасы гранитке орнатылған жеке сатылардан тұрса, техникалық қызмет көрсету өте қарапайым міндет болып табылады. Алдымен, сатылы граниттен бөлшектеу, содан кейін қажетті техникалық қызмет көрсету жұмыстарын орындау және қайта орнату. Немесе оны жай ғана жаңа сатылыға ауыстыру.
IGM шешімдері кейде техникалық қызмет көрсету кезінде қиынырақ болуы мүмкін. Сызықтық қозғалтқыштың бір магниттік жолын ауыстыру бұл жағдайда өте қарапайым болғанымен, күрделірек техникалық қызмет көрсету және жөндеу көбінесе осьті құрайтын көптеген немесе барлық компоненттерді толығымен бөлшектеуден тұрады, бұл компоненттер гранитке тікелей орнатылған кезде көп уақытты алады. Техникалық қызмет көрсетуден кейін гранит негізіндегі осьтерді бір-біріне қайта туралау да қиынырақ — бұл тапсырма дискретті сатылармен әлдеқайда қарапайым.
1-кесте. Граниттегі механикалық мойынтірек сатысы мен IGM ерітінділері арасындағы негізгі техникалық айырмашылықтардың қысқаша мазмұны.
| Сипаттама | Гранитке орнатылған сатылы жүйе, механикалық мойынтіректер | IGM жүйесі, механикалық мойынтіректер | |||
| Негізгі осі (Y) | Көпір осі (X) | Негізгі осі (Y) | Көпір осі (X) | ||
| Қалыптастырылған қаттылық | Тік | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.1 |
| Бүйірлік | 1.5 | ||||
| Ұсыныс | 1.3 | 2.0 | |||
| Орама | 1.4 | 4.1 | |||
| Фрейвинг | 1.2 | 1.3 | |||
| Жүк көтергіштігі (кг) | 150 | 150 | 300 | 200 | |
| Қозғалыс массасы (кг) | 25 | 14 | 33 | 19 | |
| Үстел биіктігі (мм) | 120 | 120 | 80 | 80 | |
| Тығыздау қабілеті | Қатты жабынды және бүйірлік тығыздағыштар қоқыстың оське енуінен қорғайды. | IGM әдетте ашық конструкция болып табылады. Тығыздау үшін сильфон қақпағын немесе осыған ұқсас жабынды қосу қажет. | |||
| Қызмет көрсетуге жарамдылық | Компонент сатыларын оңай алып тастауға және қызмет көрсетуге немесе ауыстыруға болады. | Балталар гранит құрылымына өздігінен орнатылған, бұл қызмет көрсетуді қиындатады. | |||
Экономикалық салыстыру
Кез келген қозғалыс жүйесінің абсолютті құны қозғалыс ұзындығы, ось дәлдігі, жүктеме сыйымдылығы және динамикалық мүмкіндіктер сияқты бірнеше факторларға байланысты өзгеретін болса да, осы зерттеуде жүргізілген ұқсас IGM және граниттегі сатылы қозғалыс жүйелерін салыстырмалы түрде салыстыру IGM шешімдерінің граниттегі сатылы аналогтарына қарағанда орташа және жоғары дәлдіктегі қозғалысты орташа төмен бағамен ұсына алатынын көрсетеді.
Біздің экономикалық зерттеуіміз үш негізгі шығын компонентінен тұрады: машина бөлшектері (дайындалған және сатып алынған бөлшектерді қоса алғанда), гранитті құрастыру, еңбек және жалпы шығындар.
Машина бөлшектері
IGM шешімі машина бөлшектері тұрғысынан граниттегі сатылы шешіммен салыстырғанда айтарлықтай үнемдеуді ұсынады. Бұл, ең алдымен, IGM-де Y және X осьтерінде күрделі өңделген сатылы негіздердің болмауына байланысты, бұл граниттегі сатылы шешімдерге күрделілік пен шығын қосады. Сонымен қатар, шығындарды үнемдеуді IGM шешіміндегі басқа өңделген бөлшектердің, мысалы, IGM жүйесінде пайдалану үшін жасалған кезде қарапайым мүмкіндіктерге және біршама жеңілдетілген төзімділікке ие болуы мүмкін қозғалмалы арбалардың салыстырмалы түрде жеңілдетілуімен байланыстыруға болады.
Гранит құрастырмалары
IGM және гранит-саты жүйелеріндегі гранит негізі-көтергіш-көпір құрастырмалары ұқсас форма факторына және сыртқы түріне ие болғанымен, IGM гранит құрастырмасы біршама қымбатырақ. Себебі IGM ерітіндісіндегі гранит гранит-саты ерітіндісінде өңделген саты негіздерін ауыстырады, бұл граниттің маңызды аймақтарда жалпы алғанда қатаңырақ төзімділікке ие болуын, тіпті қосымша мүмкіндіктерді, мысалы, экструдирленген кесіктерді және/немесе бұрандалы болат кірістірулерді талап етеді. Дегенмен, біздің жағдайлық зерттеуімізде гранит құрылымының қосымша күрделілігі машина бөлшектеріндегі жеңілдетумен өтеледі.
Еңбек және үстеме шығындар
IGM және граниттегі сатылы жүйелерді жинау мен сынаудағы көптеген ұқсастықтарға байланысты, еңбек және жалпы шығындарда айтарлықтай айырмашылық жоқ.
Осы шығындардың барлық факторлары біріктірілгеннен кейін, осы зерттеуде қарастырылған механикалық мойынтірек IGM ерітіндісі механикалық мойынтірек, граниттегі сатылы ерітіндіге қарағанда шамамен 15%-ға арзанырақ.
Әрине, экономикалық талдау нәтижелері тек жүру ұзындығы, дәлдік және жүк көтергіштігі сияқты қасиеттерге ғана емес, сонымен қатар гранит жеткізушісін таңдау сияқты факторларға да байланысты. Сонымен қатар, гранит құрылымын сатып алумен байланысты жеткізу және логистикалық шығындарды ескеру қажет. Әсіресе, өте үлкен гранит жүйелері үшін пайдалы, бірақ барлық өлшемдерге қатысты болса да, жүйені соңғы құрастыру орнына жақын жерде білікті гранит жеткізушісін таңдау шығындарды азайтуға көмектеседі.
Сондай-ақ, бұл талдау іске асырудан кейінгі шығындарды ескермейтінін атап өткен жөн. Мысалы, қозғалыс жүйесіне қозғалыс осін жөндеу немесе ауыстыру арқылы қызмет көрсету қажет болады делік. Граниттегі сатылы жүйеге зақымдалған осьті алып тастау және жөндеу/ауыстыру арқылы қызмет көрсетуге болады. Модульдік сатылы дизайнның арқасында, бастапқы жүйенің құны жоғары болғанына қарамастан, мұны салыстырмалы түрде оңай және жылдам жасауға болады. IGM жүйелерін әдетте граниттегі сатылы аналогтарына қарағанда арзанырақ алуға болатынымен, құрылыстың интеграцияланған сипатына байланысты оларды бөлшектеу және қызмет көрсету қиынырақ болуы мүмкін.
Қорытынды
Әрине, қозғалыс платформасының әрбір дизайнының түрі - граниттегі сахна және IGM - ерекше артықшылықтар бере алады. Дегенмен, белгілі бір қозғалыс қолданбасы үшін қайсысы ең қолайлы таңдау екені әрқашан айқын бола бермейді. Сондықтан, қозғалысты басқару және автоматтандырудың күрделі қолданбаларына шешім баламаларын зерттеу және құнды түсінік беру үшін қолданбаға бағытталған, кеңес беру тәсілін ұсынатын Aerotech сияқты тәжірибелі қозғалыс және автоматтандыру жүйелерін жеткізушімен серіктес болу өте пайдалы. Автоматтандыру шешімдерінің осы екі түрінің арасындағы айырмашылықты ғана емес, сонымен қатар олар шешуі қажет мәселелердің негізгі аспектілерін түсіну жобаның техникалық және қаржылық мақсаттарын шешетін қозғалыс жүйесін таңдаудағы табыстың негізгі кілті болып табылады.
AEROTECH компаниясынан.
Жарияланған уақыты: 2021 жылғы 31 желтоқсан