मोशन एक्ट्यूएटर्स और स्टेज को स्क्रैच से बनाने के लिए डिज़ाइनरों को सैकड़ों पार्ट्स ऑर्डर करने, उन्हें इन्वेंटरी करने और असेंबल करने पड़ते हैं। इससे बाज़ार में आने का समय भी बढ़ जाता है और तकनीशियनों और विशेष उत्पादन उपकरणों की आवश्यकता होती है। एक विकल्प यह है कि पहले से तैयार मोशन डिवाइस ऑर्डर कर दिए जाएँ।

स्टेज और एक्ट्यूएटर अक्सर मशीन के मटेरियल के बिल पर मौजूद आइटम होते हैं। अगर वे सही बल, पेलोड, पोजिशनिंग और गति प्रदान करते हैं, तो मशीन बिल्डरों को उन पर अतिरिक्त विचार करने में समय बर्बाद करने की ज़रूरत नहीं है। लेकिन कंपनियाँ वास्तव में प्रीइंजीनियर्ड स्टेज और एक्ट्यूएटर का उपयोग करके अपनी मशीनों को बेहतर बना सकती हैं।

इस सर्वोबेल्ट लीनियर एक्ट्यूएटर जैसे प्रीइंजीनियर्ड स्टेज की कीमत आमतौर पर उनके घटक-आधारित समकक्षों की तुलना में 25 से 50% कम होती है, क्योंकि इसमें भागों की संख्या कम होती है, खासकर ब्रैकेट और कनेक्टर की। वे डिजाइन और इन्वेंट्री को बनाए रखने से संबंधित लागतों में भी कटौती करते हैं।
उचित रूप से पूर्व-इंजीनियर्ड गति उप-प्रणालियाँ एक परिभाषित भौतिक स्थान के भीतर फिट होती हैं और मशीन के नियंत्रणों से जुड़ती हैं। वे आम तौर पर शीर्ष-स्तरीय कंप्यूटर इंटरफ़ेस, नियंत्रण कार्ड या PLC से आदेश स्वीकार करते हैं। सबसे सरल पूर्व-इंजीनियर्ड सिस्टम में एक एक्ट्यूएटर और कनेक्टर से ज़्यादा कुछ नहीं होता है। जटिल पूर्व-इंजीनियर्ड चरण पेलोड को स्थानांतरित करने के लिए नियंत्रण और यहां तक ​​कि अंतिम प्रभावक भी जोड़ते हैं।

प्री-इंजीनियर्ड स्टेज अक्सर घटक-निर्मित सिस्टम से बेहतर प्रदर्शन करते हैं क्योंकि वे कस्टमाइज़ किए गए होते हैं। इसके विपरीत, कई मशीन बिल्डरों के पास स्टेज को संरेखित करने के लिए कुशल तकनीशियन, फिक्स्चर और लेजर इंटरफेरोमीटर और अन्य उपकरण नहीं होते हैं (जिनमें अक्सर माइक्रोन में मापी गई अक्ष-से-अक्ष संरेखण सहनशीलता होती है)।

नियंत्रण रणनीति कुछ डिज़ाइन को निर्धारित करती है, इसलिए पूर्व-इंजीनियर किए गए चरण हमेशा पारंपरिक डिज़ाइन नियमों का पालन नहीं करते हैं। जड़त्व बेमेल पर विचार करें। एक 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 प्रीइंजीनियर किए गए चरणों में 200:1 (या रोटरी टेबल पर 4,500:1 भी, उदाहरण के लिए) का अनुपात होता है और फिर भी बिना किसी ओवरशूट के सटीक चालें चलती हैं। यहाँ, निर्माता गतिशील रूप से चरण के ट्यूनिंग लाभों को बदलता है और उन्हें भौतिक परीक्षणों के साथ मान्य करता है। यह छोटी मोटरों को काम करने देता है।

इस तरह के रोटरी स्टेज का इस्तेमाल आमतौर पर पोजिशनिंग के लिए किया जाता है, लेकिन ये CNC मशीनों के लिए भी उपयुक्त होते हैं। प्रीइंजीनियर्ड स्टेज का सबसे ज़्यादा इस्तेमाल करने वाली मशीनें फ्यूज़्ड-इन सेमीकंडक्टर, वेट-बेंच, लेजर-कटिंग, पैकेजिंग और लैब ऑटोमेशन हैं।
प्री-इंजीनियर्ड स्टेज भी विश्वसनीय होते हैं। जब नई मोशन सिस्टम को चालू किया जाता है, तो अलग-अलग, प्रतीत होता है कि छोटे घटक एक साथ ठीक से काम नहीं करते हैं। उदाहरण के लिए, एक दोषपूर्ण कनेक्टर पूरी मशीन को खराब कर सकता है। प्री-इंजीनियर्ड स्टेज को मशीनों में डालने से पहले इकट्ठा किया जाता है और उनका परीक्षण किया जाता है ताकि ऐसा न हो।

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

पारंपरिक XY बॉल-स्क्रू चरण तब तक पर्याप्त सटीक नहीं होते जब तक कि निर्माता महंगे शून्य-बैकलैश संस्करण नहीं चुनता। रैखिक मोटर एक अन्य विकल्प है, लेकिन इस अनुप्रयोग के लिए यह बड़ा और महंगा होगा, क्योंकि केवल एक लंबी मोटर कॉइल ही 300 N निरंतर बल की आवश्यकता को पूरा कर सकती है। एक लंबी 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 एक्ट्यूएटर्स पर आधारित इस प्रीइंजीनियर्ड मल्टीएक्सिस स्टेज को सेमीकंडक्टर-मैन्युफैक्चरिंग मशीन में जोड़ने से पहले परीक्षण किया जाता है। स्टेज में शून्य बैकलैश है, इसलिए डिजाइनर गतिशील आवश्यकताओं के लिए नियंत्रण को ट्यून कर सकता है। यह मददगार है क्योंकि इस मशीन में तेज़ इंडेक्स मूव बनाने का एकमात्र तरीका लीनियर 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-चालित ड्राइव पर आधारित एक प्रीइंजीनियर्ड स्टेज लागत प्रभावी है। इसे दोहरे लूप नियंत्रण की आवश्यकता नहीं है क्योंकि यह केवल रैखिक एनकोडर का उपयोग करके एकल-लूप नियंत्रण के साथ काम कर सकता है। ड्राइव में स्वाभाविक रूप से उच्च यांत्रिक डंपिंग भी है, जो नियंत्रण को कम समय के लिए उच्च ट्यूनिंग लाभ (वेग और स्थितिगत लाभ से चार गुना) देता है। इसके विपरीत, रैखिक मोटर्स को सर्वोएम्पलीफायर इलेक्ट्रॉनिक्स में डंपिंग का 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 कटिंग टूल को स्थिति में लाने के लिए रैखिक-गति प्रणालियों का उपयोग करते हैं। इसके विपरीत, एक प्रीइंजीनियर्ड स्टेज रोटरी और रैखिक स्थिति को जोड़ती है। यहाँ, दो बेल्ट-चालित रोटरी डिवाइस बड़े-व्यास वाले रोटरी बीयरिंग पर भार उठाते हैं और एक दूसरे का सामना करते हैं। एक 150,000-आरपीएम वायु-चालित स्पिंडल ले जाता है। दूसरा वर्कपीस को पकड़ता है और इसे 180 डिग्री घुमाता है ताकि कटिंग टूल 40 × 40 × 40-मिमी वॉल्यूम में वर्कपीस की सतह पर किसी भी बिंदु तक पहुँच सके।

यह सीएनसी मिलिंग मशीन एक प्रीइंजीनियर्ड स्टेज का उपयोग करती है जो कि आवश्यकता से अधिक जटिल नहीं है। इस एप्लिकेशन को पोजिशनिंग सटीकता के बजाय अच्छी सतह फिनिश की आवश्यकता होती है, इसलिए एनकोडर का उपयोग नहीं किया जाता है और ओपन लूप चलाया जाता है (संभावित रूप से प्रति मशीन हजारों डॉलर की बचत होती है)।
स्क्रू-चालित रैखिक एक्ट्यूएटर रैखिक अक्ष को चलाता है, लेकिन कटिंग हेड्स के साथ रोटरी डिवाइस को वर्कपीस को पकड़े हुए डिवाइस के सापेक्ष अक्षीय रूप से स्थानांतरित करने देता है। तीनों डिवाइस सिंक में चलते हैं। रैखिक अक्ष Z-अक्ष की स्थिति को संभालता है और कटिंग टूल को वर्कपीस के चेहरे पर लाता है।

रोटरी डिज़ाइन कठोर है, जो डिज़ाइन को मशीनिंग सहनशीलता को पूरा करने में मदद करता है। जीवन भर लुबेड विकल्प संदूषण की संभावना को कम करता है, और दोनों रोटरी चरणों पर प्रभावक कटिंग चैंबर की दीवार में सरल रोटरी सील के माध्यम से विस्तारित होते हैं। सील आंतरिक कामकाज को काटने वाले तरल पदार्थ और उड़ने वाली सिरेमिक धूल से बचाते हैं। इसके विपरीत, XYZ चरणों के लिए भारी धौंकनी और आर्मडिलो कवर की आवश्यकता होती है।

कटिंग टूल और वर्कपीस की रोटरी पोजिशनिंग ध्रुवीय निर्देशांक का उपयोग करती है, न कि कार्टेशियन (जैसा कि 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 खत्म करने के लिए रोटरी गति रैखिक से बेहतर है, क्योंकि सबसे अच्छे रैखिक बीयरिंग और बॉल स्क्रू भी "रंबल" करते हैं क्योंकि बॉल लोड की गई स्थिति में अंदर और बाहर घूमते हैं। यह गड़गड़ाहट गति प्रणाली के माध्यम से गूंजती है और आवधिक सतह-गुणवत्ता भिन्नताओं के रूप में भागों पर दिखाई दे सकती है।