الفرق بين أنظمة الحركة على الجرانيت وأنظمة الحركة المتكاملة للجرانيت

يعتمد اختيار منصة الحركة الخطية المعتمدة على الجرانيت الأكثر ملائمة لتطبيق معين على مجموعة من العوامل والمتغيرات.من المهم أن ندرك أن كل تطبيق لديه مجموعة فريدة من المتطلبات التي يجب فهمها وترتيبها حسب الأولوية من أجل متابعة حل فعال فيما يتعلق بمنصة الحركة.

يتضمن أحد الحلول الأكثر انتشارًا تركيب مراحل تحديد المواقع المنفصلة على هيكل من الجرانيت.هناك حل مشترك آخر يدمج المكونات التي تشكل محاور الحركة مباشرة في الجرانيت نفسه.يعد الاختيار بين منصة المسرح على الجرانيت ومنصة حركة الجرانيت المتكاملة (IGM) أحد القرارات السابقة التي يجب اتخاذها في عملية الاختيار.هناك اختلافات واضحة بين كلا النوعين من الحلول، وبالطبع لكل منهما مزاياه الخاصة - ومحاذيره - التي يجب فهمها وأخذها بعين الاعتبار.

لتقديم رؤية أفضل لعملية صنع القرار هذه، نقوم بتقييم الاختلافات بين تصميمين أساسيين لمنصة الحركة الخطية - حل المرحلة على الجرانيت التقليدي، وحل IGM - من المنظورين الفني والمالي في شكل ميكانيكي- تحمل دراسة الحالة.

خلفية

لاستكشاف أوجه التشابه والاختلاف بين أنظمة IGM وأنظمة المرحلة على الجرانيت التقليدية، قمنا بإنشاء تصميمين لحالة الاختبار:

• محمل ميكانيكي، مرحلة على الجرانيت
• المحامل الميكانيكية IGM

وفي كلتا الحالتين، يتكون كل نظام من ثلاثة محاور للحركة.يوفر المحور Y مسافة 1000 مم ويقع على قاعدة هيكل الجرانيت.المحور X، الموجود على جسر التجميع بمسافة 400 مم، يحمل المحور Z الرأسي بمسافة 100 مم.يتم تمثيل هذا الترتيب تصويريًا.

بالنسبة لتصميم المسرح على الجرانيت، اخترنا منصة PRO560LM ذات الجسم العريض للمحور Y نظرًا لقدرتها الأكبر على حمل الحمولة، وهي شائعة في العديد من تطبيقات الحركة باستخدام ترتيب "الجسر المقسم Y/XZ".بالنسبة للمحور X، اخترنا PRO280LM، والذي يستخدم بشكل شائع كمحور جسر في العديد من التطبيقات.يوفر PRO280LM توازنًا عمليًا بين بصمته وقدرته على حمل المحور Z مع حمولة العميل.

بالنسبة لتصميمات IGM، قمنا بتكرار مفاهيم التصميم الأساسية وتخطيطات المحاور المذكورة أعلاه بشكل وثيق، مع الاختلاف الأساسي وهو أن محاور IGM مبنية مباشرة في هيكل الجرانيت، وبالتالي تفتقر إلى قواعد المكونات الآلية الموجودة في المرحلة - تصاميم الجرانيت.

الشائع في كلتا حالتي التصميم هو المحور Z، والذي تم اختياره ليكون مرحلة PRO190SL مدفوعة بالكرة اللولبية.يعد هذا المحور شائعًا جدًا لاستخدامه في الاتجاه الرأسي على الجسر نظرًا لسعة الحمولة الكبيرة وعامل الشكل المضغوط نسبيًا.

يوضح الشكل 2 أنظمة المرحلة على الجرانيت وأنظمة IGM المحددة التي تمت دراستها.

المقارنة الفنية

تم تصميم أنظمة IGM باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات والمكونات المشابهة لتلك الموجودة في التصميمات التقليدية للمراحل على الجرانيت.ونتيجة لذلك، هناك العديد من الخصائص التقنية المشتركة بين أنظمة IGM وأنظمة المسرح على الجرانيت.على العكس من ذلك، فإن دمج محاور الحركة مباشرة في هيكل الجرانيت يوفر العديد من الخصائص المميزة التي تميز أنظمة IGM عن أنظمة المسرح على الجرانيت.

شكل عامل

ربما يبدأ التشابه الأكثر وضوحًا بأساس الآلة، وهو الجرانيت.على الرغم من وجود اختلافات في الميزات والتفاوتات بين تصميمات المرحلة على الجرانيت وتصميمات IGM، إلا أن الأبعاد الإجمالية لقاعدة الجرانيت والرافعات والجسر متكافئة.ويرجع ذلك في المقام الأول إلى أن الرحلات الاسمية والحدية متطابقة بين المرحلة على الجرانيت وIGM.

بناء

يوفر عدم وجود قواعد محاور المكونات الآلية في تصميم IGM مزايا معينة مقارنة بالحلول المرحلية على الجرانيت.وعلى وجه الخصوص، يساعد تقليل المكونات في الحلقة الهيكلية لـ IGM على زيادة صلابة المحور بشكل عام.كما يسمح أيضًا بمسافة أقصر بين قاعدة الجرانيت والسطح العلوي للعربة.في دراسة الحالة هذه تحديدًا، يوفر تصميم IGM ارتفاعًا أقل لسطح العمل بنسبة 33% (80 مم مقارنة بـ 120 مم).لا يسمح ارتفاع العمل الأصغر هذا بتصميم أكثر إحكاما فحسب، بل إنه يقلل أيضًا من إزاحة الماكينة من المحرك والمشفر إلى نقطة العمل، مما يؤدي إلى تقليل أخطاء Abbe وبالتالي تحسين أداء تحديد موضع نقطة العمل.

مكونات المحور

وبالنظر بشكل أعمق إلى التصميم، تشترك حلول المسرح على الجرانيت وIGM في بعض المكونات الرئيسية، مثل المحركات الخطية وأجهزة تشفير الموضع.يؤدي اختيار مسار القوة والمغناطيس المشترك إلى قدرات إنتاج قوة مكافئة.وبالمثل، فإن استخدام نفس أجهزة التشفير في كلا التصميمين يوفر دقة دقيقة مماثلة لتحديد موضع التعليقات.ونتيجة لذلك، فإن الدقة الخطية وأداء التكرار لا يختلف بشكل كبير بين حلول المرحلة على الجرانيت وحلول IGM.يؤدي تخطيط المكونات المماثل، بما في ذلك فصل المحامل والتسامح، إلى أداء مشابه من حيث حركات الأخطاء الهندسية (أي الاستقامة الأفقية والرأسية، والميل، والالتفاف، والانعراج).أخيرًا، العناصر الداعمة لكلا التصميمين، بما في ذلك إدارة الكابلات والحدود الكهربائية والحواجز الصلبة، متطابقة بشكل أساسي في الوظيفة، على الرغم من أنها قد تختلف إلى حد ما في المظهر المادي.

رمان

بالنسبة لهذا التصميم بالذات، أحد أبرز الاختلافات هو اختيار محامل التوجيه الخطية.على الرغم من استخدام محامل الكرات المعاد تدويرها في كل من أنظمة المرحلة على الجرانيت وأنظمة IGM، فإن نظام IGM يجعل من الممكن دمج محامل أكبر وأكثر صلابة في التصميم دون زيادة ارتفاع عمل المحور.نظرًا لأن تصميم IGM يعتمد على الجرانيت كقاعدة له، بدلاً من قاعدة منفصلة مكونة من مكونات آلية، فمن الممكن استعادة بعض العقارات الرأسية التي كان من الممكن أن تستهلكها قاعدة مُشكَّلة، وملء هذه المساحة بشكل أساسي بأجزاء أكبر محامل مع الاستمرار في تقليل ارتفاع النقل الإجمالي فوق الجرانيت.

الكزازة

إن استخدام محامل أكبر في تصميم IGM له تأثير عميق على الصلابة الزاوية.في حالة المحور السفلي ذو الجسم العريض (Y)، يوفر حل IGM صلابة أكبر للالتفاف بنسبة تزيد عن 40%، وصلابة أكبر بنسبة 30%، وصلابة انعراج أكبر بنسبة 20% مقارنة بالتصميم المطابق على الجرانيت.وبالمثل، يوفر جسر IGM زيادة في صلابة التدحرج بمقدار أربعة أضعاف، ومضاعفة صلابة الميل وأكثر من 30% من صلابة الانعراج مقارنة بنظيره المثبت على الجرانيت.تعتبر الصلابة الزاوية الأعلى مفيدة لأنها تساهم بشكل مباشر في تحسين الأداء الديناميكي، وهو أمر أساسي لتمكين إنتاجية أعلى للآلة.

سعة التحميل

تسمح المحامل الأكبر لحل IGM بسعة حمولة أعلى بكثير من حل المرحلة على الجرانيت.على الرغم من أن المحور الأساسي PRO560LM لمحلول المرحلة على الجرانيت لديه قدرة تحميل تبلغ 150 كجم، فإن حل IGM المقابل يمكنه استيعاب حمولة 300 كجم.وبالمثل، يدعم محور الجسر PRO280LM الخاص بالمنصة على الجرانيت 150 كجم، في حين أن محور الجسر الخاص بمحلول IGM يمكنه حمل ما يصل إلى 200 كجم.

تتحرك الكتلة

في حين أن المحامل الأكبر في محاور IGM ذات المحامل الميكانيكية توفر سمات أداء زاوي أفضل وقدرة أكبر على حمل الحمولة، فإنها تأتي أيضًا مع شاحنات أكبر وأثقل.بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم عربات IGM بحيث تتم إزالة بعض الميزات الآلية اللازمة لمحور المرحلة على الجرانيت (ولكنها غير مطلوبة بواسطة محور IGM) لزيادة صلابة الجزء وتبسيط التصنيع.تعني هذه العوامل أن محور IGM لديه كتلة متحركة أكبر من محور المرحلة على الجرانيت المقابل.الجانب السلبي الذي لا جدال فيه هو أن الحد الأقصى لتسارع IGM أقل، على افتراض أن خرج قوة المحرك لم يتغير.ومع ذلك، في مواقف معينة، قد تكون الكتلة المتحركة الأكبر مفيدة من منظور أن القصور الذاتي الأكبر لديها يمكن أن يوفر مقاومة أكبر للاضطرابات، والتي يمكن أن ترتبط بزيادة الاستقرار في الموقع.

الديناميات الهيكلية

توفر صلابة المحمل الأعلى لنظام IGM والحمل الأكثر صلابة فوائد إضافية تظهر بعد استخدام حزمة برامج تحليل العناصر المحدودة (FEA) لإجراء تحليل مشروط.قمنا في هذه الدراسة بفحص الرنين الأول للحامل المتحرك بسبب تأثيره على عرض النطاق الترددي المؤازر.يواجه حامل PRO560LM رنينًا عند 400 هرتز، بينما يواجه حامل IGM المقابل نفس الوضع عند 430 هرتز.ويوضح الشكل 3 هذه النتيجة.

يمكن أن يُعزى الصدى العالي لحل IGM، عند مقارنته بالطرق التقليدية على الجرانيت، جزئيًا إلى تصميم الحامل والمحمل الأكثر صلابة.يتيح الرنين العالي للحامل إمكانية الحصول على نطاق ترددي مؤازر أكبر وبالتالي تحسين الأداء الديناميكي.

بيئة التشغيل

تكون قابلية إغلاق المحور إلزامية دائمًا تقريبًا عند وجود الملوثات، سواء تم إنشاؤها من خلال عملية المستخدم أو الموجودة في بيئة الجهاز.تعتبر حلول المرحلة على الجرانيت مناسبة بشكل خاص في هذه المواقف بسبب طبيعة المحور المغلقة بطبيعتها.على سبيل المثال، تأتي المراحل الخطية من سلسلة PRO مجهزة بأغلفة صلبة وأختام جانبية تحمي مكونات المرحلة الداخلية من التلوث إلى حد معقول.يمكن أيضًا تكوين هذه المراحل باستخدام مساحات سطح الطاولة الاختيارية لإزالة الحطام من الغلاف العلوي أثناء مرور المرحلة.من ناحية أخرى، منصات حركة IGM مفتوحة بطبيعتها، مع كشف المحامل والمحركات وأجهزة التشفير.على الرغم من أن هذا لا يشكل مشكلة في البيئات النظيفة، إلا أنه قد يكون مشكلة عند وجود التلوث.من الممكن معالجة هذه المشكلة من خلال دمج غطاء طريق خاص على شكل منفاخ في تصميم محور IGM لتوفير الحماية من الحطام.ولكن إذا لم يتم تنفيذها بشكل صحيح، يمكن أن يؤثر المنفاخ سلبًا على حركة المحور من خلال نقل قوى خارجية إلى العربة أثناء تحركها عبر نطاق الحركة الكامل.

صيانة

تعد قابلية الخدمة بمثابة الفارق بين منصات الحركة على الجرانيت وIGM.محاور المحرك الخطي معروفة بمتانتها، ولكن في بعض الأحيان يصبح من الضروري إجراء الصيانة.تعتبر بعض عمليات الصيانة بسيطة نسبيًا ويمكن إنجازها دون إزالة المحور المعني أو تفكيكه، ولكن في بعض الأحيان يلزم إجراء عملية تفكيك أكثر شمولاً.عندما تتكون منصة الحركة من مراحل منفصلة مثبتة على الجرانيت، تكون الصيانة مهمة واضحة إلى حد معقول.أولاً، فك المنصة من الجرانيت، ثم إجراء أعمال الصيانة اللازمة وإعادة تركيبها.أو ببساطة استبدلها بمرحلة جديدة.

قد تكون حلول IGM في بعض الأحيان أكثر صعوبة عند إجراء الصيانة.على الرغم من أن استبدال مسار مغناطيسي واحد للمحرك الخطي أمر بسيط للغاية في هذه الحالة، إلا أن الصيانة والإصلاحات الأكثر تعقيدًا غالبًا ما تتضمن التفكيك الكامل للعديد أو كل المكونات التي يتألف منها المحور، وهو ما يستغرق وقتًا أطول عندما يتم تركيب المكونات مباشرة على الجرانيت.من الصعب أيضًا إعادة ضبط المحاور القائمة على الجرانيت مع بعضها البعض بعد إجراء الصيانة - وهي مهمة أكثر وضوحًا إلى حد كبير مع المراحل المنفصلة.

الجدول 1. ملخص للاختلافات التقنية الأساسية بين المرحلة الميكانيكية الحاملة للجرانيت وحلول IGM.

المقارنة الاقتصادية

في حين أن التكلفة المطلقة لأي نظام حركة ستختلف بناءً على عدة عوامل بما في ذلك طول السفر ودقة المحور وسعة الحمولة والقدرات الديناميكية، فإن المقارنات النسبية لأنظمة IGM المماثلة وأنظمة الحركة على المسرح التي أجريت في هذه الدراسة تشير إلى أن حلول IGM هي قادرة على تقديم حركة متوسطة إلى عالية الدقة بتكاليف أقل بشكل معتدل من نظيراتها على الجرانيت.

تتكون دراستنا الاقتصادية من ثلاثة مكونات أساسية للتكلفة: أجزاء الآلة (بما في ذلك الأجزاء المصنعة والمكونات المشتراة)، وتجميع الجرانيت، والعمالة والنفقات العامة.

أجزاء الآلة

يوفر حل IGM توفيرًا ملحوظًا مقارنةً بحل المرحلة على الجرانيت فيما يتعلق بأجزاء الماكينة.ويرجع ذلك في المقام الأول إلى افتقار IGM إلى قواعد المسرح المجهزة بشكل معقد على المحورين Y وX، مما يزيد من التعقيد والتكلفة لحلول المسرح على الجرانيت.علاوة على ذلك، يمكن أن يعزى توفير التكاليف إلى التبسيط النسبي للأجزاء الآلية الأخرى في حل IGM، مثل العربات المتحركة، والتي يمكن أن تحتوي على ميزات أبسط وتفاوتات أكثر استرخاء إلى حد ما عند تصميمها للاستخدام في نظام IGM.

جمعيات الجرانيت

على الرغم من أن تجميعات الجسور ذات القاعدة الجرانيتية في كل من أنظمة IGM وأنظمة المسرح على الجرانيت يبدو أنها تتمتع بعامل شكل ومظهر مماثل، إلا أن تجميع الجرانيت IGM أغلى قليلاً.وذلك لأن الجرانيت الموجود في حل IGM يحل محل قواعد المرحلة المُشكَّلة آليًا في حل المرحلة على الجرانيت، الأمر الذي يتطلب أن يتمتع الجرانيت بتفاوتات أكثر صرامة بشكل عام في المناطق الحرجة، وحتى ميزات إضافية، مثل القطع المبثوقة و/ أو إدراج الصلب الخيوط، على سبيل المثال.ومع ذلك، في دراسة الحالة الخاصة بنا، فإن التعقيد الإضافي لهيكل الجرانيت يقابله تبسيط أجزاء الآلة.

العمل والنفقات العامة

بسبب أوجه التشابه العديدة في تجميع واختبار كل من IGM وأنظمة المرحلة على الجرانيت، لا يوجد فرق كبير في تكاليف العمالة والتكاليف العامة.

بمجرد الجمع بين كل عوامل التكلفة هذه، يكون حل IGM المحدد ذو المحمل الميكانيكي الذي تم فحصه في هذه الدراسة أقل تكلفة بنسبة 15٪ تقريبًا من الحل المحمل الميكانيكي على الجرانيت.

وبطبيعة الحال، لا تعتمد نتائج التحليل الاقتصادي فقط على سمات مثل طول السفر والدقة وقدرة الحمولة، ولكن أيضًا على عوامل مثل اختيار مورد الجرانيت.بالإضافة إلى ذلك، فمن الحكمة النظر في تكاليف الشحن والخدمات اللوجستية المرتبطة بشراء هيكل الجرانيت.إنه مفيد بشكل خاص لأنظمة الجرانيت الكبيرة جدًا، على الرغم من أنه ينطبق على جميع الأحجام، إلا أن اختيار مورد جرانيت مؤهل على مقربة من موقع التجميع النهائي للنظام يمكن أن يساعد في تقليل التكاليف أيضًا.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن هذا التحليل لا يأخذ في الاعتبار تكاليف ما بعد التنفيذ.على سبيل المثال، لنفترض أنه أصبح من الضروري خدمة نظام الحركة عن طريق إصلاح أو استبدال محور الحركة.يمكن صيانة نظام المرحلة على الجرانيت بمجرد إزالة وإصلاح/استبدال المحور المتأثر.ونظرًا للتصميم الأكثر نمطية على طراز المسرح، يمكن القيام بذلك بسهولة وسرعة نسبيتين، على الرغم من ارتفاع تكلفة النظام الأولية.على الرغم من أنه يمكن الحصول على أنظمة IGM عمومًا بتكلفة أقل من نظيراتها التي يتم وضعها على الجرانيت، إلا أنها قد تكون أكثر صعوبة في التفكيك والصيانة بسبب الطبيعة المتكاملة للبناء.

خاتمة

من الواضح أن كل نوع من تصميم منصات الحركة - المسرح على الجرانيت وIGM - يمكن أن يقدم فوائد مميزة.ومع ذلك، ليس من الواضح دائمًا ما هو الخيار الأمثل لتطبيق حركة معين.لذلك، من المفيد جدًا الدخول في شراكة مع أحد موردي أنظمة الحركة والأتمتة ذوي الخبرة، مثل Aerotech، الذي يقدم نهجًا استشاريًا يركز بشكل واضح على التطبيقات لاستكشاف وتوفير رؤية قيمة لبدائل الحلول لتطبيقات التحكم في الحركة والأتمتة الصعبة.إن فهم ليس فقط الفرق بين هذين النوعين من حلول الأتمتة، ولكن أيضًا الجوانب الأساسية للمشكلات المطلوب حلها، هو المفتاح الأساسي للنجاح في اختيار نظام الحركة الذي يعالج الأهداف الفنية والمالية للمشروع.

من ايروتيك.