بناء مشغلات ومراحل من مصممي قوات الصفر لطلب وتجميع وتجميع مئات الأجزاء. كما أنه يزيد من الوقت للتسويق ويتطلب من الفنيين ومعدات الإنتاج المتخصصة. البديل هو طلب أجهزة حركة ما قبل الهندسة.

غالبًا ما تكون المراحل والمحركات مجرد عناصر على فاتورة المواد للآلة. إذا قاموا بتسليم القوة المناسبة ، والحمولة الصافية ، وتحديد المواقع ، والسرعة ، لا يحتاج بناة الماكينة إلى قضاء بعض الوقت في منحهم المزيد من الاهتمام. لكن يمكن للشركات في الواقع تحسين أجهزتها باستخدام المراحل والمشغلات المسبقة قبل الهندسة.

عادةً ما تكلف المراحل المُثبَّت مسبقًا مثل هذا المشغل الخطي الخادق من 25 إلى 50 ٪ من نظرائهم القائمة على المكونات ، وذلك بفضل تعداد الأجزاء المنخفض ، وخاصة بين قوسين وموصلات. كما أنها تخفض التكاليف المتعلقة بالتصميم والحفاظ على المخزون.
تتناسب الأنظمة الفرعية للحركة المنطقية بشكل صحيح داخل مساحة مادية محددة وربطها بعناصر تحكم الماكينة. عادة ما يقبلون الأوامر من واجهة الكمبيوتر العليا أو بطاقة التحكم أو PLC. أبسط الأنظمة المسبقة المسبقة تتكون من أكثر من مجرد مشغل وموصلات. تضيف المراحل المعقدة مسبقًا عناصر التحكم وحتى المستجيبات النهائية لنقل الحمولات.

غالبًا ما تتفوق المراحل التي تم تصميمها مسبقًا على الأنظمة المبنية على المكونات لأنها مخصصة. في المقابل ، لا يوجد لدى العديد من بناة الماكينة الفنيين المهرة والتركيبات ومقاييس التداخل بالليزر وغيرها من المعدات لمحاذاة المراحل (التي غالبًا ما يكون لها تحمل محاذاة محور إلى محور تقاس بالميكرون).

تملي استراتيجية التحكم بعض التصميم ، لذلك لا تتبع المراحل التي تم تصميمها مسبقًا قواعد التصميم التقليدية دائمًا. النظر في عدم تطابق الجمود. تتمثل القاعدة النموذجية التي تتمثل في الحفاظ على نسبة القصور الذاتي للحمولة إلى الجمود الحركي أقل من 20: 1 لتجنب المشكلات عند استخدام مسبقات مكاسب مكبرات الصوت والمجموعات المحركية. لكن العديد من المراحل المسبقة قبل الهندسة لها نسب إلى 200: 1 (أو حتى 4500: 1 على الجداول الدوارة ، على سبيل المثال) وما زالت تحركات دقيقة دون تجاوز. هنا ، تقوم الشركة المصنعة بتغيير مكاسب ضبط المرحلة ديناميكيًا ويؤكدها مع الاختبارات البدنية. هذا يتيح للمحركات الأصغر القيام بهذه المهمة.

عادة ما يتم استخدام المراحل الدوارة مثل هذه المواقع ، ولكنها مناسبة أيضًا لآلات CNC. الآلات التي تستخدم مراحل ما قبل الهندسة هي أكثر ما تنصهر في أشباه الموصلات ، ومقعد الرطب ، وخفض الليزر ، والتغليف ، وأتمتة المختبر.
مراحل ما قبل الهندسة موثوقة أيضا. عند تكليف أنظمة الحركة الجديدة ، تفشل المكونات الفردية والثانوية على ما يبدو في العمل بشكل صحيح معًا. على سبيل المثال ، يمكن للموصل المعيب إنزال آلة كاملة. يتم تجميع المراحل المسبقة قبل الهندسة واختبارها قبل وضعها في الآلات بحيث لا يحدث ذلك.

مثال: الحركة الخطية
فكر في تطبيق يقوم فيه محرك الأقراص الخطي بإجراء حركتين مختلفتين. أحدهما هو السفر الطويل عند 400 مم/ثانية ، والآخر عبارة عن هرول عالي السرعة يبلغ 13 مم يجب أن يستقر في حدود 10 ميكرون من الموضع المستهدف في 150 مللي ثانية. تبلغ الكتلة المتحركة 38 كجم مع دقة ثنائية الاتجاه المستهدفة من ± 5 ميكرون بناءً على ردود الفعل من التشفير الخطي البصري 1 ميكرون.

لم تكن مراحل SY Ball-Screw التقليدية دقيقة بما فيه الكفاية ما لم يختار المنشئ إصدارات باهظة الثمن. تعد المحركات الخطية خيارًا آخر ، لكن لهذا التطبيق سيكون كبيرًا ومكلفًا ، حيث أن لفائف المحرك الطويلة فقط ستفي بمتطلبات 300 N من القوة المستمرة. سوف يتطلب الملف الطويل أيضًا تغييرات شاملة على التصميم الكلي ، مما يجعله أكثر تكلفة بنسبة 50 ٪ من الخيارات الأخرى.

يتم اختبار هذه المرحلة متعددة الأجزاء التي تم تصميمها قبل الهندسة المستندة إلى المشغلات الخطي servobelt قبل إضافتها إلى آلة تصنيع أشباه الموصلات. لا تحتوي المرحلة على رد فعل عنيف ، بحيث يمكن للمصمم ضبط عناصر التحكم في المتطلبات الديناميكية. هذا مفيد لأن الطريقة الوحيدة لتحركات فهرس سريع في هذا الجهاز هي إغلاق servoloops باستخدام المشفر الخطي ، والذي يتطلب خط القيادة الخالي من رد الفعل من المحرك إلى الحمولة الصافية.
في المقابل ، فإن مرحلة ما قبل الهندسة القائمة على محركات الأقراص التي تعتمد على الحزام فعالة من حيث التكلفة. لا يحتاج إلى عنصر تحكم ثنائي الحلقة لأنه يمكن أن يحصل على التحكم في الحلقة الواحدة باستخدام المشفر الخطي فقط. يحتوي محرك الأقراص أيضًا على التخميد الميكانيكي العالي بطبيعته ، والذي يتيح لعناصر التحكم مكاسب ضبط عالية (إلى أربعة أضعاف المكاسب في السرعة والموضعية) لأوقات الاستقرار القصيرة. في المقابل ، يجب على المحركات الخطية محاكاة التخميد في إلكترونيات مضخم المؤازسات ، مما يقلل من المكاسب الموضعية المحتملة.

مثال: الحركة الدوارة
النظر في تطبيق آخر-آلة طحن سطح المكتب من CNC من ثلاثة محاور. هذه عادة ما تستخدم أنظمة الحركة الخطية لوضع أداة القطع. في المقابل ، تجمع مرحلة ما قبل الهندسة بين المواقع الدوارة والخطية. هنا ، يحمل جهاتان دواران يحركهما الحزام أحمالًا على محامل دوارة ذات قطر كبير ويواجهان بعضهما البعض. واحد يحمل المغزل الذي يحركه الهواء 150،000 دورة في الدقيقة. يحمل الآخر قطعة العمل وتدورها 180 درجة بحيث يمكن أن تصل أداة القطع إلى أي نقطة على سطح قطعة العمل بحجم 40 × 40 × 40 مم.

تستخدم آلة طحن CNC هذه مرحلة ما قبل الهندسة ليست أكثر تعقيدًا مما يجب أن تكون. يحتاج التطبيق إلى إنهاء سطح جيد بدلاً من دقة تحديد المواقع ، لذا فإن التغلب على الترميز ويدير حلقة مفتوحة (يحتمل أن يوفر آلاف الدولارات لكل آلة).
يدفع المشغل الخطي المسمار المسمار المحور الخطي ولكنه يتيح للجهاز الدوار برؤوس القطع ترجمة محوريًا إلى الجهاز الذي يحمل قطعة العمل. جميع الأجهزة الثلاثة تتحرك في المزامنة. يتولى المحور الخطي تحديد موقع المحور z ويجلب أداة القطع على وجه الشغل.

التصميم الدوار قاسي ، مما يساعد التصميم على تلبية التحمل الآلي. يقلل خيار الشحوب للحياة من إمكانية التلوث ، ويمتد المؤثرات على كلتا المرحلتين الدوارتين من خلال الأختام الدوارة البسيطة في جدار غرفة القطع. تحمي الأختام الأعمال الداخلية من قطع السائل والغبار الخزفي الطائر. في المقابل ، تتطلب مراحل XYZ الخوار الضخمة وأغطية Armadillo.

يستخدم الموضع الدوار لأداة القطع وشغل العمل الإحداثيات القطبية ، وليس الديكارت (كما هو معتاد في حركيات CNC). تأخذ وحدة التحكم في أوامر XYZ G-Code وتحولها إلى إحداثيات قطبية في الوقت الفعلي. الفائدة؟ تعتبر الحركة الدوارة أفضل من الخطية لإنشاء تشطيبات سطحية أملس ، لأنه حتى أفضل المحامل الخطية ومسامير الكرة "Rumble" مع انتشار الكرات داخل وخارج حالة محملة. يتردد هذا الدمدمة من خلال نظام الحركة ويمكن أن تظهر على الأجزاء كاختلافات جودة سطحية دورية.