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白皮书

舞台上花岗岩和集成花岗岩运动系统之间的差异

布莱恩·芬克
产品经理

为给定应用程序选择最合适的基于花岗岩的线性运动平台取决于一些因素和变量。至关重要的是认识到每个应用程序都有自己独特的要求集,必须理解和优先考虑,以便在运动平台方面进行有效的解决方案。

其中一个更普遍的解决方案包括将离散定位阶段安装到花岗岩新万博最新版本结构上。另一个常见的解决方案将包括直接进入花岗岩本身的动作轴的部件集成。选择舞台上花岗岩和集成花岗岩运动(IGM)平台是在选择过程中提前做出的较早决定之一。两种解决方案类型之间存在明显的区别,当然每个都有自己的优点 - 并且警告 - 需要仔细理解和考虑。

为了提供更好地了解这一决策过程,我们评估了两个基本线性运动平台设计的差异 - 一种传统的舞台上的花岗岩解决方案和IGM解决方案 - 从机械 - 的技术和财务视角轴承案例研究。

背景

为了探索IGM系统和传统的stage-on-granite系统之间的异同,我们生成了两个测试用例设计:

  • 机械轴承,stage-on-granite
  • 机械轴承,IgM

在这两种情况下,每个系统由三个运动轴组成。Y轴提供1000 mm的行程,位于花岗岩结构的底部。位于装配桥上的X轴具有400 mm的行程,携带100毫米行程的垂直Z轴。在图1中象喻地表示这种布置。

图1所示。运动平台的象形表示和轴的排列。

对于花岗岩舞台的设计,我们选择了PRO560LM宽体舞台的Y轴,因为它更大的承载能力,使用这种“Y/X-Z分体式桥”安排的许多运动应用常见。对于X轴,我们选择了PRO280LM,它在很多应用中通常被用作桥轴。PRO280LM在其占地面积和携带Z轴的能力之间提供了一个实际的平衡。

对于IGM的设计,我们紧密地复制了上述轴线的基本设计概念和布局,主要的区别是,IGM轴线直接嵌入花岗岩结构中,因此缺乏花岗岩上阶段设计中存在的机械零件基础。

在两种设计案例中常见的是Z轴,它被选择为PRO190SL滚珠丝杠驱动级。这是一个非常流行的轴使用在垂直方向上的桥梁,因为它慷慨的有效载荷能力和相对紧凑的形式因素。

图2说明了所研究的特定阶段的花岗岩和IgM系统。

图2.用于本案例的机械轴承运动平台 - 研究:(a)型上花岗岩溶液和(b)IgM溶液。

技术比较

IGM系统采用各种技术和组件设计,类似于传统的花岗岩设计中的那些。结果,IGM系统和舞台上花岗岩系统之间存在许多技术性。相反,将运动轴直接集成到花岗岩结构中,提供了几个区别的特性,可从花岗岩系统中区分IGM系统。

构成因素

也许最明显的相似性从机器的基础开始 - 花岗岩。虽然舞台上花岗岩和IgM设计之间的特征和公差存在差异,但花岗岩底座,立管和桥梁的整体尺寸等同。这主要是因为标称和极限旅行在舞台上的花岗岩和IgM之间是相同的。

建设

IGM设计中缺乏加工组件轴基础提供了型上的花岗岩解决方案的某些优点。新万博最新版本特别地,IGM结构环中的组分的减少有助于增加整个轴刚度。它还允许花岗岩基座和滑架的顶表面之间的较短距离。在这种特殊的案例研究中,IGM设计提供了33%的工作表面高度(80 mm,而120 mm)。该较小的工作高度不仅允许更紧凑的设计,而且它还将机器从电机和编码器偏移降低到工作点,从而减少了ABBE错误,因此增强了工作点定位性能。

轴组件

深入研究设计,stage-on-granite和IGM解决方案共享一些关键组件,如直线电机和位置编码器。新万博最新版本常见的力和磁铁轨道选择导致等效的力输出能力。同样,在两种设计中使用相同的编码器为定位反馈提供了相同的精细分辨率。结果表明,花岗岩上阶段溶液与IGM溶液的线性精度和重复性没有显著差异。新万博最新版本类似的组件布局,包括轴承分离和公差,导致几何误差运动(即水平和垂直直线度,俯仰,滚转和偏航)方面的类似性能。最后,两种设计的支持元素,包括电缆管理、电气限制和硬止回阀,在功能上基本相同,尽管它们在物理外观上可能有所不同。

轴承

对于这种特殊的设计,最值得注意的差异之一是线性引导轴承的选择。虽然在花岗岩阶段和IGM系统中使用了再循环滚珠轴承,但是IGM系统使得可以将较大的稳定轴承掺入设计,而不会增加轴工作高度。因为IGM设计依赖于花岗岩作为基础,所以与单独的加工组件基座相反,可以回收一些垂直房地产,否则将被加工基地消耗,基本上填充这种空间轴承仍在降低花岗岩上方的整体托架高度。

刚性

在IGM设计中使用较大的轴承对角刚度产生了深刻的影响。在宽体下轴(Y)的情况下,IgM溶液提供超过40%的辊刚度,比相应的花岗岩设计比相应的阶段设计更高的俯仰刚度,30%更高的偏航刚度和20%。类似地,IGM的桥梁提供辊刚度的四倍,使俯仰刚度的双倍增加,比其舞台上的横向刚度更高的偏航刚度。较高的角刚度是有利的,因为它直接有助于改善动态性能,这是实现更高机器吞吐量的关键。

负载能力

IGM溶液的较大轴承允许比上花岗岩溶液的有效载荷容量更高。虽然阶段上花岗岩溶液的PRO560LM基轴的负载能力为150千克,但相应的IgM溶液可容纳300kg有效载荷。类似地,舞台上花岗岩的PRO280LM桥轴支撑150千克,而IGM溶液的桥轴可以载有高达200千克。

移动质量

虽然机械轴承IGM轴中的较大轴承提供更好的角度性能属性和更大的负载承载能力,但它们也具有较大,更重的卡车。另外,IgM托架被设计成使得在花岗岩轴轴(但不是IgM轴不需要)所需的某些机加工特征以增加部分刚度并简化制造。这些因素意味着IGM轴的移动质量比相应的级花岗岩轴更大。不稳定的下行是,假设电机力输出不变,IGM的最大加速度较低。然而,在某些情况下,从视角来,其较大惯性可以提供更大的障碍能力,这可以是有利的,这可以与增加的位置稳定性增加。

结构动力学

在使用有限元分析(FEA)软件包进行模态分析后,IGM系统更高的轴承刚度和更刚性的导轨提供了明显的额外好处。在本研究中,我们研究了运动车厢的第一共振,因为它对伺服带宽的影响。PRO560LM车厢在400hz时发生共振,而对应的IGM车厢在430hz时经历相同的模式。图3演示了这个结果。

图3。FEA输出显示了机械轴承系统基轴的第一阶振动模式:(a)在400 Hz时的台阶-花岗岩y轴,(b)在430 Hz时的IGM y轴。

与传统的花岗岩相比,IgM溶液的较高共振可部分地归因于更纤细的托架和轴承设计。较高的托架共振使得可以具有更大的伺服带宽,从而提高动态性能。

操作环境

当存在污染物时,轴封几乎总是强制性的,无论是通过用户的过程生成还是在机器环境中都存在。由于轴线的固有闭合性质,阶段 - 新万博最新版本花岗岩溶液特别适用于这些情况。例如,Pro系列线性阶段配备了硬栅和侧面密封,可保护内部阶段部件免受污染的合理程度。这些阶段还可以配置有可选的桌面刮水器,以随着阶段横向而在顶部硬顶的碎片扫除。另一方面,IGM运动平台本质上本质上是开放的,轴承,电机和编码器暴露。虽然在清洁环境中不是一个问题,但是当存在污染时,这可能是有问题的。可以通过将特殊的波纹管式方式覆盖到IGM轴设计中来解决此问题,以提供免受碎片的保护。但是,如果没有正确实现,波纹管可以通过在托架上传递到全部行程时赋予托架上的外力来负面影响轴的运动。

维护

可维护性是舞台上花岗岩和IGM运动平台之间的差异化器。线性电机轴对于其稳健性而闻名,但有时它确实有必要进行维护。某些维护操作相对简单,可以在不删除或拆卸所讨论的轴的情况下实现,但有时需要更彻底的拆解。当运动平台由安装在花岗岩上的离散阶段组成时,维修是一种相当简单的任务。首先,从花岗岩中卸下舞台,然后执行必要的维护工作并重新安装它。或者,只需用新阶段更换它。

在执行维新万博最新版本护时,IGM解决方案有时会更具挑战性。尽管在这种情况下更换线性电动机的单个磁轨道非常简单,但是更复杂的维护和维修通常涉及完全拆卸包括轴的许多或所有组件,当部件直接安装到花岗岩时,这更耗时。在执行维护之后,还更难以将花岗岩基轴彼此重新化 - 一种与离散阶段相当简单的任务。

表1.机械轴承架上花岗岩和IgM溶液之间的基本技术差异概述。新万博最新版本

机械轴承解决方案的技术比较新万博最新版本
描述 舞台-花岗岩系统,机械轴承 IGM系统,机械轴承

描述 基轴(Y) 桥轴(X) 基轴(Y) 桥轴(X)
标准化刚度 垂直 1.0 1.0 1.2 1.1
标准化刚度 1.0 1.0 1.2 1.5
标准化刚度 沥青 1.0 1.0 1.3 2.0
标准化刚度 1.0 1.0 1.4 4.1
标准化刚度 偏航 1.0 1.0 1.2 1.3
有效载荷容量(kg) 150. 150. 300 200.
移动质量(kg) 25 14 33. 19
桌面高度(mm) 120 120 80 80
密封性能 精装和侧密封件提供从进入轴线的碎屑保护。 IgM通常是开放式设计。密封需要添加波纹管覆盖或类似的方式。
可服务性 可以移除组件阶段并易于维修或更换。 轴固有地建造在花岗岩结构中,使维修更加困难。

经济比较

虽然任何运动系统的绝对成本将根据包括旅行长度,轴精度,负载能力和动态能力的多个因素而变化,但本研究中进行的类似IGM和花岗岩级运动系统的相对比较表明IGM解决方案是新万博最新版本能够以比其舞台上的花岗岩对应物在更低的成本下提供介质至高精度运动。

我们的经济研究包括三种基本成本组成部分:机器零件(包括制造零件和购买的组件),花岗岩组装和劳动力和开销。

机械零件

IGM解决方案在机器零件方面提供了在舞台上的花岗岩解决方案上的值得注意的节省。这主要是由于IGM在Y和X轴上缺乏复杂的机加工阶段基础,这增加了花岗岩级解决方案的复杂性和成本。新万博最新版本此外,节省成本可以归因于IGM解决方案上的其他机加工部件的相对简化,例如移动托架,其在设计用于IGM系统时可以具有更简单的特征和一些更松弛的公差。

花岗岩总成

虽然IgM和舞台上的花岗岩基础立管桥组件似乎具有类似的外形和外观,但IgM花岗岩组装略高。这是因为IgM溶液中的花岗岩取代了花岗岩液中加工阶段基础的地位,这需要花岗岩在临界区域中具有通常更严格的公差,甚至是附加特征,例如挤压切口和/例如,螺纹钢插入物。然而,在我们的案例研究中,花岗岩结构的增加复杂性通过机器部件的简化来抵消。

劳动和开销

由于组装和测试IGM和舞台上花岗岩系统的许多相似之处,劳动力和开销成本上没有显着差异。

综合考虑所有这些成本因素后,本研究中检测的特定机械轴承IGM溶液的成本比机械轴承、花岗岩上的阶段溶液低约15%。

当然,经济分析的结果不仅取决于旅行长度,精度和负载能力等属性,还取决于花岗岩供应商选择等因素。此外,考虑与采购花岗岩结构相关的运输和物流成本是谨慎的。对于非常大的花岗岩系统特别有帮助,虽然适用于所有尺寸,但选择合格的花岗岩供应商靠近最终系统组件的位置,可以有助于最大限度地降低成本。

还应注意,此分析不考虑实施后成本。例如,假设通过修复或更换运动轴来维修运动系统。可以通过简单地移除和修复/更换受影响的轴来维护花岗岩系统。由于模块化阶段式设计越多,尽管初始系统成本较高,但这可以采用相对缓和的速度来完成。尽管通常可以以比其舞台上的花岗岩对应物的成本更低的成本获得,但由于构造的综合性质,它们可以更具挑战性而拆卸和服务。

结论

显然,每一种类型的运动平台设计-舞台上的花岗岩和IGM -可以提供明显的好处。然而,对于特定的运动应用来说,哪一个是最理想的选择并不总是显而易见的。因此,与有经验的运动和自动化系统供应商合作是非常有益的,如Aerotech,它提供了一个明确的以应用为重点的咨询方法,以探索并提供有价值的见解,以解决具有挑战性的运动控制和自动化应用的替代方案。新万博英超h不仅要了解这两种自动化解决方案的区别,还要了解它们需要解决的问题的基本方面,这是成功选择一种既能满足项目的技术目标又能满足项目财务目标的运动系统的根本关键。新万博最新版本

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