ステージオン - 花崗岩と統合された花崗岩モーションシステムの違い

特定のアプリケーションに最適な花崗岩ベースの線形モーションプラットフォームの選択は、多くの要因と変数に依存します。すべてのアプリケーションには、モーションプラットフォームの観点から効果的なソリューションを追求するために理解および優先順位を付ける必要がある独自の要件セットがあることを認識することが重要です。

よりユビキタスなソリューションの1つは、花崗岩構造に個別の位置決め段階を取り付けることを伴います。別の一般的なソリューションは、運動軸を花崗岩自体に直接構成するコンポーネントを統合します。ステージオン - 花崗岩と統合された花崗岩の動き（IGM）プラットフォームを選択することは、選択プロセスで行われる以前の決定の1つです。両方のソリューションタイプには明確な区別があり、もちろんそれぞれに慎重に理解され、考慮する必要がある独自のメリット、および警告があります。

この意思決定プロセスに対するより良い洞察を提供するために、技術的および財務的な視点から、機械的支持事例研究の形で、2つの基本的な線形モーションプラットフォーム設計（従来の段階的段階ソリューションとIGMソリューション）の違いを評価します。

背景

IGMシステムと従来のステージオングラナイトシステムの類似点と相違点を調査するために、2つのテストケース設計を生成しました。

• 機械的ベアリング、ステージオン - 花崗岩
• 機械的ベアリング、IGM

どちらの場合も、各システムは3つの運動軸で構成されています。 Y軸は1000 mmの移動を提供し、花崗岩の構造の基部にあります。アセンブリの橋にあるX軸は、400 mmの移動を備えたもので、100 mmの移動で垂直Z軸を搭載しています。この配置は絵文字で表されます。

ステージオン - 花崗岩の設計では、この「Y/XZスプリッジブリッジ」配置を使用して多くのモーションアプリケーションで一般的な荷重運搬能力が大きいため、Y軸用の幅1つのワイドボディステージを選択しました。 X軸の場合、Pro280LMを選択しました。これは、多くのアプリケーションで一般的にブリッジ軸として使用されます。 Pro280LMは、フットプリントと顧客のペイロードでZ軸を運ぶ能力との実用的なバランスを提供します。

IGMの設計では、上記の軸の基本的な設計概念とレイアウトを密接に複製しました。主な違いは、IgM軸が花崗岩構造に直接組み込まれているため、花崗岩の段階に存在する機械加工コンポーネント塩基がないことです。

両方の設計の場合によくあるZ軸は、Pro190SLのボールスクリュー駆動段階として選択されました。これは、寛大なペイロード容量と比較的コンパクトなフォームファクターのため、ブリッジの垂直方向で使用する非常に人気のある軸です。

図2は、研究された特定のステージオングラナイトおよびIGMシステムを示しています。

技術的な比較

IGMシステムは、従来のステージオングラナイトデザインに見られるものと同様のさまざまな手法とコンポーネントを使用して設計されています。その結果、IGMシステムとステージオングラナイトシステムの間には、多くの技術的特性が共通しています。逆に、運動軸を花崗岩構造に直接統合すると、IGMシステムをステージオングラナイトシステムと区別するいくつかの際立った特性が得られます。

フォームファクター

おそらく最も明らかな類似性は、マシンの基礎である花崗岩から始まります。ステージオングラナイトとIGMの設計には特徴と許容値に違いがありますが、花崗岩のベース、ライザー、ブリッジの全体的な寸法は同等です。これは主に、名目上の旅行と制限旅行が花崗岩とIGMの間で同一であるためです。

工事

IGM設計に機械加工された成分軸ベースがないことは、段階的な段階のソリューションよりも特定の利点を提供します。特に、IGMの構造ループ内のコンポーネントの減少は、軸全体の剛性を高めるのに役立ちます。また、花崗岩のベースとキャリッジの上面との間の距離が短くなります。この特定のケーススタディでは、IGM設計は33％低い作業表面の高さ（120 mmと比較して80 mm）を提供します。この小さな作業高さがよりコンパクトな設計を可能にするだけでなく、モーターとエンコーダからワークポイントへのマシンのオフセットを削減するため、アッベエラーが減少し、したがってワークポイントの位置決めパフォーマンスが向上します。

軸成分

デザインの奥深くを見ると、ステージオングラナイトおよびIGMソリューションは、線形モーターや位置エンコーダーなどのいくつかの重要なコンポーネントを共有しています。一般的なforcerおよびマグネットトラックの選択は、同等の力出力機能につながります。同様に、両方のデザインで同じエンコーダーを使用すると、フィードバックを配置するために同じように細かい解像度が提供されます。その結果、線形精度と再現性のパフォーマンスは、ステージオングラナイトソリューションとIGMソリューションの間で有意差はありません。ベアリングの分離や耐性を含む同様のコンポーネントレイアウトは、幾何学的エラー運動（つまり、水平および垂直のまっすぐさ、ピッチ、ロール、ヨー）の点で同等のパフォーマンスにつながります。最後に、ケーブル管理、電気制限、ハードストップなど、両方のデザインのサポート要素は、機能が根本的に同一ですが、物理的な外観が多少異なる場合があります。

ベアリング

この特定のデザインでは、最も注目すべき違いの1つは、線形ガイドベアリングの選択です。再循環ボールベアリングは、ステージオングラナイトシステムとIGMシステムの両方で使用されていますが、IGMシステムにより、軸の作業高を増やすことなく、より大きな、より硬いベアリングを設計に組み込むことができます。 IGMの設計は、個別の機械加工コンポーネントベースとは対照的に、花崗岩に基部に依存しているため、それ以外の場合は機械加工されたベースによって消費される垂直の不動産の一部を取り戻し、基本的にこのスペースを大きなベアリングで満たしながら、花崗岩の上の全体的な車両の高さを減らします。

剛性

IGM設計でのより大きなベアリングの使用は、角の剛性に大きな影響を与えます。ワイドボディ下軸（Y）の場合、IGMソリューションは、対応する段階のステージオン - 花崗岩のデザインよりも、40％以上のロール剛性、30％のピッチ剛性、20％のヨー剛性を提供します。同様に、IGMのブリッジは、ロール剛性の4倍の増加、ピッチの剛性の2倍、およびその段階の対応物よりも30％以上のヨーの剛性を提供します。角の剛性が高いほど、動的パフォーマンスの改善に直接貢献するため、有利です。これは、より高いマシンスループットを可能にするための鍵です。

負荷容量

IGMソリューションのより大きなベアリングは、花崗岩の段階ソリューションよりもかなり高いペイロード容量を可能にします。ステージオン - 花崗岩溶液のPro560LMベース軸の負荷容量は150 kgですが、対応するIGM溶液は300 kgのペイロードに対応できます。同様に、ステージオングラナイトのPro280LMブリッジ軸は150 kgをサポートしますが、IgMソリューションのブリッジ軸は最大200 kgを運ぶことができます。

動く質量

機械を含むIgM軸の大きなベアリングは、より良い角度性能属性とより大きな負荷容量容量を提供しますが、より大きな、より重いトラックも搭載されています。さらに、IGMキャリッジは、段階的な軸に必要な特定の機械加工機能（IgM軸では必要ありません）が除去され、部分剛性を高め、製造を簡素化するように設計されています。これらの要因は、IgM軸が、対応する段階の段階軸よりも大きい動く質量を持っていることを意味します。議論の余地のない欠点は、運動力の出力が変更されていないと仮定して、IGMの最大加速度が低いことです。しかし、特定の状況では、より大きな動きの質量は、その大きな慣性が障害に対してより大きな抵抗を提供できるという観点から有利になる可能性があります。

構造ダイナミクス

IGMシステムのより高いベアリング剛性とより剛性のあるキャリッジは、有限要素分析（FEA）ソフトウェアパッケージを使用してモーダル分析を実行した後に明らかな追加の利点を提供します。この研究では、サーボ帯域幅への影響のため、移動するキャリッジの最初の共鳴を調べました。 Pro560LMキャリッジは400 Hzで共鳴しますが、対応するIGMキャリッジは430 Hzで同じモードを経験します。図3は、この結果を示しています。

IgM溶液のより高い共鳴は、伝統的な段階の段階と比較して、一部は硬い運送とベアリングの設計に起因する可能性があります。より高いキャリッジ共鳴により、サーボ帯域幅が大きくなるため、動的パフォーマンスが向上することが可能になります。

動作環境

軸の密閉性は、ユーザーのプロセスを通じて生成されるか、マシンの環境に存在するかどうかにかかわらず、汚染物質が存在する場合、ほとんど常に義務付けられます。軸の本質的に閉鎖された性質のため、これらの状況では特に花崗岩の段階ソリューションが特に適しています。たとえば、プロシリーズの線形ステージには、内部段階のコンポーネントを妥当な程度まで保護するハードカバーとサイドシールが装備されています。これらのステージは、ステージが横断するにつれて、トップハードカバーからデブリをスイープするように、オプションのテーブルトップワイパーで構成することもできます。一方、IGMモーションプラットフォームは本質的に本質的に開かれており、ベアリング、モーター、エンコーダーが露出しています。クリーンな環境では問題ではありませんが、これは汚染が存在する場合に問題がある場合があります。特別なベローズスタイルのウェイカバーをIgM軸設計に組み込み、破片からの保護を提供することにより、この問題に対処することができます。しかし、正しく実装されていない場合、ベローズは、あらゆる走行範囲を移動する際に、キャリッジに外力を伝えることにより、軸の動きに悪影響を与える可能性があります。

メンテナンス

保守性は、花崗岩とIGMモーションプラットフォームのステージとIGMのモーションプラットフォームの差別化要因です。線形モーター軸は堅牢性でよく知られていますが、メンテナンスを実行するために必要になることもあります。特定のメンテナンス操作は比較的単純であり、問​​題の軸を除去または分解することなく実現できますが、より徹底的な分裂が必要になる場合があります。モーションプラットフォームが花崗岩に取り付けられた離散ステージで構成されている場合、サービスはかなり簡単なタスクです。まず、花崗岩からステージを降ろし、次に必要なメンテナンス作業を実行して再マウントします。または、単に新しいステージに置き換えます。

IGMソリューションは、メンテナンスを実行するときに、時にはより困難になる可能性があります。この場合、線形モーターの単一のマグネットトラックを交換することは非常に単純ですが、より複雑なメンテナンスと修理には、軸を構成する多くのコンポーネントを完全に分解することがよくあります。また、メンテナンスを実行した後、花崗岩ベースの軸を互いに再調整することも困難です。これは、離散段階でかなり簡単なタスクです。

表1。Granite-on-graniteの機械的存在段階とIGMソリューションの基本的な技術的違いの概要。

経済的比較

モーションシステムの絶対コストは、移動の長さ、軸の精度、負荷容量、動的能力、この研究で実施された類似のIGMの相対的な比較、および段階の花崗岩の動きシステムの相対的な比較に基づいて異なりますが、IGMソリューションは、段階的なコストよりも中程度の低いコストで中程度の高予測モーションを提供できることを示唆しています。

私たちの経済調査は、3つの基本的なコストコンポーネントで構成されています。機械部品（製造された部品と購入したコンポーネントの両方を含む）、花崗岩のアセンブリ、労働と頭上です。

機械部品

IGMソリューションは、機械部品の観点から、段階的なソリューションよりも注目に値する節約を提供します。これは主に、YおよびX軸に複雑に機械加工された段階の塩基が不足しているためであり、段階の段階ソリューションに複雑さとコストを追加します。さらに、コストの節約は、IGMシステムで使用するために設計された場合、より単純な機能を備えており、ややリラックスした許容範囲を備えた移動型キャリアなど、IGMソリューション上の他の機械加工部品の相対的な単純化に起因する可能性があります。

花崗岩のアセンブリ

IGMとステージオングラナイトシステムの両方の花崗岩ベースリザーブリッジアセンブリは、同様のフォームファクターと外観を持っているように見えますが、IGM花崗岩アセンブリはわずかに高価です。これは、IgM溶液中の花崗岩が、臨界領域で一般的により厳しい許容範囲を持つ必要がある花崗岩の段階で機械加工された段階のベースを取得するためです。ただし、私たちのケーススタディでは、花崗岩構造の追加された複雑さは、機械部品の単純化によって相殺されています。

労働と頭上

IGMと段階の両方のグラナイトシステムの両方を組み立ててテストすることには多くの類似点があるため、労働コストとオーバーヘッドコストに大きな違いはありません。

これらのすべてのコスト係数が組み合わされると、この研究で検査された特定の機械的支持IgM溶液は、機械的存在段階の段階的溶液よりも約15％コストが少なくなります。

もちろん、経済分析の結果は、旅行の長さ、精度、負荷容量などの属性だけでなく、花崗岩のサプライヤーの選択などの要因にも依存します。さらに、花崗岩の構造の調達に関連する輸送および物流コストを考慮することは賢明です。非常に大きな花崗岩システムには特に役立ちますが、すべてのサイズに当てはまりますが、最終的なシステムアセンブリの位置に近接して適格な花崗岩のサプライヤーを選択すると、コストを最小限に抑えることができます。

また、この分析では実装後のコストを考慮していないことにも注意する必要があります。たとえば、運動軸を修復または交換することにより、モーションシステムをサービスする必要があると仮定します。段階的な軸を削除および交換する/交換するだけで、ステージオン - 花崗岩のシステムにサービスを提供できます。よりモジュール式ステージスタイルのデザインのため、これは、初期システムコストが高いにもかかわらず、比較的容易さと速度で実行できます。一般に、IGMシステムは、花崗岩の段階のカウンターパートよりも低コストで取得できますが、建設の統合された性質のために、分解とサービスがより困難になる可能性があります。

結論

明らかに、各タイプのモーションプラットフォーム設計（ステージオングラナイトとIGM）は、明確な利点を提供できます。ただし、特定のモーションアプリケーションに最も理想的な選択肢が常に明らかではありません。したがって、Aerotechなどの経験豊富なモーションおよびオートメーションシステムサプライヤーと提携することは非常に有益です。これは、挑戦的なモーションコントロールと自動化アプリケーションの代替案に関する貴重な洞察を探求および提供するための明確にアプリケーションに焦点を当てたコンサルティングアプローチを提供します。これら2つの種類の自動化ソリューションの違いだけでなく、解決するために必要な問題の基本的な側面も理解することは、プロジェクトの技術的および財務目標の両方に対処するモーションシステムを選択する際の成功の根本的な鍵です。

Aerotechから。