स्क्रैच से मोशन एक्चुएटर्स और चरणों का निर्माण डिजाइनरों को सैकड़ों हिस्सों को ऑर्डर करने, इन्वेंट्री करने और इकट्ठा करने के लिए मजबूर करता है। इससे बाजार में आने का समय भी बढ़ जाता है और तकनीशियनों और विशेष उत्पादन उपकरणों की आवश्यकता होती है। एक विकल्प पूर्व-इंजीनियर्ड गति उपकरणों को ऑर्डर करना है।

स्टेज और एक्चुएटर अक्सर मशीन की सामग्री के बिल पर केवल आइटम होते हैं। यदि वे सही बल, पेलोड, स्थिति और गति प्रदान करते हैं, तो मशीन निर्माताओं को उन पर अतिरिक्त ध्यान देने में समय बर्बाद करने की आवश्यकता नहीं है। लेकिन कंपनियाँ वास्तव में पूर्व-इंजीनियर्ड चरणों और एक्चुएटर्स का उपयोग करके अपनी मशीनों में सुधार कर सकती हैं।

इस सर्वोबेल्ट लीनियर एक्चुएटर जैसे पूर्व-इंजीनियर्ड चरणों की लागत आम तौर पर उनके घटक-आधारित समकक्षों की तुलना में 25 से 50% कम होती है, विशेष रूप से ब्रैकेट और कनेक्टर्स की कम संख्या के कारण। वे डिज़ाइन और इन्वेंट्री बनाए रखने से संबंधित लागत में भी कटौती करते हैं।
उचित रूप से पूर्व-इंजीनियर किए गए मोशन सबसिस्टम एक परिभाषित भौतिक स्थान के भीतर फिट होते हैं और मशीन के नियंत्रण में बंधे होते हैं। वे आम तौर पर शीर्ष-स्तरीय कंप्यूटर इंटरफ़ेस, नियंत्रण कार्ड या पीएलसी से कमांड स्वीकार करते हैं। सबसे सरल प्रीइंजीनियर्ड सिस्टम में एक्चुएटर और कनेक्टर से थोड़ा अधिक होता है। जटिल पूर्व-इंजीनियर चरण पेलोड को स्थानांतरित करने के लिए नियंत्रण और यहां तक ​​कि अंतिम प्रभावकारक भी जोड़ते हैं।

पूर्व-इंजीनियर्ड चरण अक्सर घटक-निर्मित प्रणालियों से बेहतर प्रदर्शन करते हैं क्योंकि वे अनुकूलित होते हैं। इसके विपरीत, कई मशीन बिल्डरों के पास चरणों को संरेखित करने के लिए कुशल तकनीशियन, फिक्स्चर, और लेजर इंटरफेरोमीटर और अन्य उपकरण नहीं होते हैं (जिनमें अक्सर अक्ष-से-अक्ष संरेखण सहनशीलता माइक्रोन में मापी जाती है)।

नियंत्रण रणनीति कुछ डिज़ाइन को निर्देशित करती है, इसलिए पूर्व-इंजीनियर्ड चरण हमेशा पारंपरिक डिज़ाइन नियमों का पालन नहीं करते हैं। जड़ता बेमेल पर विचार करें. सामान्य नियम यह है कि प्रीपैकेज्ड एम्पलीफायर और मोटर संयोजनों के लाभ प्रीसेट का उपयोग करते समय समस्याओं से बचने के लिए पेलोड जड़त्व और मोटर जड़त्व के अनुपात को 20:1 से कम रखा जाए। लेकिन कई पूर्व-इंजीनियर्ड चरणों का अनुपात 200:1 (या उदाहरण के लिए, रोटरी टेबल पर 4,500:1) का होता है और फिर भी वे बिना किसी ओवरशूट के सटीक चाल चलते हैं। यहां, निर्माता गतिशील रूप से चरण के ट्यूनिंग लाभ को बदलता है और उन्हें भौतिक परीक्षणों के साथ मान्य करता है। इससे छोटी मोटरें काम कर सकती हैं।

इस तरह के रोटरी चरण आमतौर पर पोजिशनिंग के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन सीएनसी मशीनों के लिए भी उपयुक्त होते हैं। जो मशीनें प्रीइंजीनियर्ड चरणों का सबसे अधिक उपयोग करती हैं वे हैं फ़्यूज़-इन सेमीकंडक्टर, वेट-बेंच, लेजर-कटिंग, पैकेजिंग और लैब ऑटोमेशन।
पूर्व-इंजीनियर्ड चरण भी विश्वसनीय हैं। नई गति प्रणालियों को चालू करते समय, व्यक्तिगत, प्रतीत होने वाले छोटे घटक एक साथ ठीक से काम करने में विफल हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, एक दोषपूर्ण कनेक्टर पूरी मशीन को ख़राब कर सकता है। पूर्व-इंजीनियर्ड चरणों को मशीनों में डालने से पहले इकट्ठा और परीक्षण किया जाता है ताकि ऐसा न हो।

उदाहरण: रेखीय गति
एक एप्लिकेशन पर विचार करें जिसमें एक रैखिक ड्राइव दो अलग-अलग चालें बनाती है। एक 400 मिमी/सेकंड की लंबी यात्रा है, और दूसरा 13 मिमी की उच्च गति वाली जॉग है जिसे 150 मिसे में लक्ष्य स्थिति के 10 µm के भीतर स्थिर होना चाहिए। 1-µm ऑप्टिकल रैखिक एनकोडर से फीडबैक के आधार पर ±5 µm की लक्ष्य द्विदिश सटीकता के साथ गतिमान द्रव्यमान 38 किलोग्राम है।

जब तक बिल्डर महंगे शून्य-बैकलैश संस्करण नहीं चुनता, पारंपरिक XY बॉल-स्क्रू चरण पर्याप्त सटीक नहीं होते हैं। लीनियर मोटर एक अन्य विकल्प है, लेकिन इसके लिए आवेदन बड़ा और महंगा होगा, क्योंकि केवल एक लंबी मोटर कॉइल 300 N निरंतर बल की आवश्यकता को पूरा करेगी। एक लंबे कॉइल के लिए समग्र डिज़ाइन में व्यापक बदलाव की भी आवश्यकता होगी, जिससे यह अन्य विकल्पों की तुलना में 50% महंगा हो जाएगा।

सर्वोबेल्ट लीनियर एक्चुएटर्स पर आधारित इस प्रीइंजीनियर्ड मल्टीएक्सिस स्टेज को सेमीकंडक्टर-विनिर्माण मशीन में जोड़ने से पहले परीक्षण किया जाता है। मंच पर शून्य प्रतिक्रिया होती है, इसलिए डिज़ाइनर गतिशील आवश्यकताओं के अनुसार नियंत्रणों को समायोजित कर सकता है। यह मददगार है क्योंकि इस मशीन में तेजी से इंडेक्स मूव करने का एकमात्र तरीका रैखिक एनकोडर का उपयोग करके सर्वोलूप को बंद करना है, जिसके लिए मोटर से पेलोड तक बैकलैश-मुक्त ड्राइवलाइन की आवश्यकता होती है।
इसके विपरीत, बेल्ट-संचालित ड्राइव पर आधारित एक पूर्व-इंजीनियर्ड चरण लागत प्रभावी है। इसे दोहरे-लूप नियंत्रण की आवश्यकता नहीं है क्योंकि यह केवल रैखिक एनकोडर का उपयोग करके एकल-लूप नियंत्रण प्राप्त कर सकता है। ड्राइव में स्वाभाविक रूप से उच्च यांत्रिक डंपिंग भी है, जो नियंत्रण को कम निपटान समय के लिए उच्च ट्यूनिंग लाभ (वेग और स्थितिगत लाभ से चार गुना तक) देता है। इसके विपरीत, रैखिक मोटर्स को सर्वोएम्प्लीफायर इलेक्ट्रॉनिक्स में भिगोना अनुकरण करना चाहिए, जो संभावित स्थितिगत लाभ को कम करता है।

उदाहरण: घूर्णी गति
एक अन्य अनुप्रयोग पर विचार करें - एक तीन-अक्ष सीएनसी डेस्कटॉप मिलिंग मशीन। ये आम तौर पर काटने के उपकरण की स्थिति के लिए रैखिक-गति प्रणालियों का उपयोग करते हैं। इसके विपरीत, एक प्रीइंजीनियर्ड चरण रोटरी और रैखिक स्थिति को जोड़ता है। यहां, दो बेल्ट-चालित रोटरी उपकरण बड़े-व्यास वाले रोटरी बीयरिंग पर भार उठाते हैं और एक-दूसरे का सामना करते हैं। एक में 150,000-आरपीएम वायु-चालित स्पिंडल होता है। दूसरा वर्कपीस को पकड़ता है और इसे 180° घुमाता है ताकि काटने वाला उपकरण 40 × 40 × 40-मिमी वॉल्यूम में वर्कपीस की सतह पर किसी भी बिंदु तक पहुंच सके।

यह सीएनसी मिलिंग मशीन एक पूर्व-इंजीनियर्ड चरण का उपयोग करती है जो आवश्यकता से अधिक जटिल नहीं है। एप्लिकेशन को स्थिति सटीकता के बजाय अच्छी सतह फिनिश की आवश्यकता होती है, इसलिए एनकोडर को छोड़ देता है और ओपन लूप चलाता है (संभवतः प्रति मशीन हजारों डॉलर की बचत होती है)।
एक स्क्रू-चालित लीनियर एक्चुएटर रैखिक अक्ष को चलाता है लेकिन कटिंग हेड वाले रोटरी डिवाइस को वर्कपीस को पकड़ने वाले डिवाइस के सापेक्ष अक्षीय रूप से अनुवाद करने देता है। तीनों उपकरण एक साथ चलते हैं। रैखिक अक्ष Z-अक्ष स्थिति को संभालता है और काटने के उपकरण को वर्कपीस के चेहरे पर लाता है।

रोटरी डिज़ाइन कठोर है, जो डिज़ाइन को मशीनिंग सहनशीलता को पूरा करने में मदद करता है। ल्यूब्ड-फॉर-लाइफ विकल्प संदूषण की संभावना को कम कर देता है, और दोनों रोटरी चरणों पर प्रभावकारक काटने वाले कक्ष की दीवार में सरल रोटरी सील के माध्यम से फैलते हैं। सील आंतरिक कामकाज को तरल पदार्थ को काटने और सिरेमिक धूल उड़ने से बचाती है। इसके विपरीत, XYZ चरणों में भारी धौंकनी और आर्मडिलो कवर की आवश्यकता होती है।

काटने के उपकरण और वर्कपीस की रोटरी स्थिति ध्रुवीय निर्देशांक का उपयोग करती है, कार्टेशियन का नहीं (जैसा कि यह सीएनसी किनेमेटिक्स के लिए विशिष्ट है)। नियंत्रक XYZ G-कोड कमांड लेता है और उन्हें वास्तविक समय में ध्रुवीय निर्देशांक में परिवर्तित करता है। लाभ? चिकनी सतह फिनिश बनाने के लिए रोटरी गति रैखिक से बेहतर है, क्योंकि यहां तक ​​कि सबसे अच्छी रैखिक बीयरिंग और बॉल स्क्रू भी "गड़गड़ाहट" करते हैं क्योंकि गेंद भरी हुई अवस्था में अंदर और बाहर घूमती है। यह गड़गड़ाहट गति प्रणाली के माध्यम से गूंजती है और आवधिक सतह-गुणवत्ता भिन्नता के रूप में भागों पर दिखाई दे सकती है।