בניית מפעילי תנועה ושלבים מאפס מאלצת את המעצבים להזמין, למלאי ולהרכיב מאות חלקים. זה גם מגדיל את זמן היציאה לשוק ודורש טכנאים וציוד ייצור מיוחד. חלופה היא להזמין מכשירי תנועה מהונדסים מראש.

שלבים ומפעילים הם לרוב רק פריטים בלוח החומרים של המכונה. אם הם מספקים את הכוח, המטען, המיקום והמהירות הנכונים, בוני מכונות לא צריכים להשקיע זמן בהתחשבות נוספת. אבל חברות יכולות למעשה לשפר את המכונות שלהן על ידי שימוש בשלבים ומפעילים מהונדסים מראש.

שלבים שהונדסו מראש כמו המפעיל הליניארי הזה של ServoBelt עולים בדרך כלל ב-25 עד 50% פחות ממקבילים שלהם מבוססי רכיבים, הודות לספירת חלקים מופחתת, במיוחד של תושבות ומחברים. הם גם מקצצים בעלויות הקשורות לתכנון ותחזוקת מלאי.
תת-מערכות תנועה שהונדסו מראש כהלכה משתלבות במרחב פיזי מוגדר ומתחברות לפקדים של המכונה. בדרך כלל הם מקבלים פקודות מממשק מחשב ברמה עליונה, כרטיס בקרה או PLC. המערכות המהונדסות מראש הפשוטות ביותר מורכבות מקצת יותר ממפעיל ומחברים. שלבים מורכבים מהונדסים מראש מוסיפים פקדים ואפילו אפקטורי קצה להעברת מטענים.

שלבים שהונדסו מראש עולים על ביצועים של מערכות בנויות רכיבים מכיוון שהם מותאמים אישית. לעומת זאת, להרבה בוני מכונות אין את הטכנאים המיומנים, המתקנים, אינטרפרומטרי לייזר וציוד אחר ליישור שלבים (שלרוב יש להם סובלנות יישור ציר לציר הנמדדת במיקרונים).

אסטרטגיית הבקרה מכתיבה חלק מהעיצוב, כך שלבים שהוכנו מראש לא תמיד עוקבים אחר כללי העיצוב המסורתיים. קחו בחשבון חוסר התאמה של אינרציה. כלל אצבע טיפוסי הוא לשמור על היחס בין אינרצית המטען לאינרצית המנוע מתחת ל-20:1 כדי למנוע בעיות בעת שימוש בקביעות המוגדרות מראש של ההגבר של שילובי מגבר ומנוע ארוזים מראש. אבל להרבה שלבים שהוכנו מראש יש יחסים של 200:1 (או אפילו 4,500:1 בשולחנות סיבוביים, למשל) ועדיין מבצעים מהלכים מדויקים ללא חריגה. כאן, היצרן משנה באופן דינמי את רווחי הכוונון של הבמה ומאמת אותם באמצעות בדיקות פיזיות. זה מאפשר למנועים קטנים יותר לעשות את העבודה.

שלבים סיבוביים כמו זה משמשים בדרך כלל למיקום, אך מתאימים גם למכונות CNC. מכונות שמשתמשות הכי הרבה בשלבים מהונדסים מראש הן מוליכים למחצה ממוזגים, ספסל רטוב, חיתוך לייזר, אריזה ואוטומציה של מעבדה.
שלבים מהונדסים מראש הם גם אמינים. בעת הזמנת מערכות תנועה חדשות, רכיבים בודדים, מינוריים לכאורה, אינם פועלים כראוי יחד. לדוגמה, מחבר פגום יכול להוריד מכונה שלמה. שלבים שהוכנו מראש מורכבים ונבדקים לפני שהם מוכנסים למכונות כדי שזה לא יקרה.

דוגמה: תנועה לינארית
שקול יישום שבו כונן ליניארי מבצע שני מהלכים שונים. האחד הוא נסיעה ארוכה במהירות 400 מ"מ לשנייה, והשני הוא ריצה מהירה של 13 מ"מ שצריכה להתייצב בטווח של 10 מיקרומטר ממיקום היעד תוך 150 מ"מ. המסה הנעה היא 38 ק"ג עם דיוק דו-כיווני מטרה של ±5 מיקרומטר על סמך משוב ממקודד ליניארי אופטי של 1-מיקרומטר.

שלבי בורג כדור XY המסורתיים אינם מדויקים מספיק, אלא אם כן הקבלן בוחר גרסאות יקרות של אפס-גב. מנועים ליניאריים הם אפשרות נוספת, אך עבור יישום זה יהיה גדול ויקר, מכיוון שרק סליל מנוע ארוך יעמוד בדרישה ל-300 N של כוח מתמשך. סליל ארוך יחייב גם שינויים מפליגים בעיצוב הכללי, מה שהופך אותו ליקר ב-50% מאופציות אחרות.

שלב רב-צירי שהונדס מראש זה המבוסס על מפעילים ליניאריים של ServoBelt נבדק לפני הוספתו למכונה לייצור מוליכים למחצה. לבמה יש אפס תגובה, כך שהמעצב יכול לכוון את הפקדים לדרישות דינמיות. זה מועיל מכיוון שהדרך היחידה לבצע מהלכי אינדקס מהירים במכונה זו היא לסגור את הסרבולופים באמצעות המקודד הליניארי, הדורש קו הנעה נטול רעש מהמנוע למטען.
לעומת זאת, שלב שהונדס מראש המבוסס על כוננים מונעי רצועה הוא חסכוני. הוא אינו זקוק לשליטה בלולאה כפולה מכיוון שהוא יכול להסתדר עם שליטה בלולאה אחת באמצעות המקודד הליניארי בלבד. לכונן יש גם שיכוך מכני גבוה מטבעו, המאפשר לפקדים לקבל רווחי כוונון גבוהים (עד פי ארבעה מהמהירות והרווחים המיקוםיים) לזמני התייצבות קצרים. לעומת זאת, מנועים לינאריים חייבים לדמות שיכוך באלקטרוניקה של מגבר הסרוו, מה שמפחית את הרווח המיקום האפשרי.

דוגמה: תנועה סיבובית
שקול יישום אחר - מכונת כרסום שולחנית CNC תלת צירים. אלה משתמשים בדרך כלל במערכות תנועה ליניארית כדי למקם את כלי החיתוך. לעומת זאת, שלב שהונדס מראש משלב מיקום סיבובי וליניארי. כאן, שני מכשירים סיבוביים מונעי רצועה נושאים עומסים על מיסבים סיבוביים בעלי קוטר גדול ופונים זה לזה. אחד נושא ציר מונע באוויר של 150,000 סל"ד. השני מחזיק את חומר העבודה ומסובב אותו ב-180° כך שכלי החיתוך יכול להגיע לכל נקודה על פני היצירה בנפח של 40 × 40 × 40 מ"מ.

מכונת כרסום CNC זו משתמשת בשלב מהונדס מראש שאינו מורכב יותר ממה שהוא צריך להיות. היישום זקוק לגימור משטח טוב במקום דיוק מיקום, ולכן מוותר על מקודדים ומפעיל לולאה פתוחה (עלול לחסוך אלפי דולרים למכונה).
מפעיל ליניארי מונע בהברגה מניע את הציר הליניארי אך מאפשר למכשיר הסיבובי עם ראשי החיתוך להתהפך צירית ביחס להתקן המחזיק את חומר העבודה. כל שלושת המכשירים נעים בסנכרון. הציר הליניארי מטפל במיקום ציר Z ומביא את כלי החיתוך לפנים חומר העבודה.

העיצוב הסיבובי נוקשה, מה שעוזר לעיצוב לעמוד בסובלנות עיבוד. אפשרות סיכה לכל החיים מפחיתה את האפשרות של זיהום, ואפקטורים בשני השלבים הסיבוביים משתרעים דרך אטמים סיבוביים פשוטים בקיר של תא החיתוך. אטמים מגנים על העבודה הפנימית מפני נוזל חיתוך ואבק קרמי מעופף. לעומת זאת, שלבי XYZ דורשים מפוח מגושם וכיסויי ארמדיל.

המיקום הסיבובי של כלי החיתוך וחומר העבודה משתמש בקואורדינטות קוטביות, לא קרטזיאניות (כפי שהוא אופייני לקינמטיקה של CNC). הבקר מקבל פקודות XYZ G-code וממיר אותן לקואורדינטות קוטביות בזמן אמת. התועלת? תנועה סיבובית טובה יותר מאשר ליניארית ליצירת גימורי משטח חלקים, מכיוון שאפילו המסבים הליניאריים והברגים הכדוריים הטובים ביותר "מרעישים" כשהכדורים מסתובבים במצב טעון ומחוצה לו. הרעש הזה מהדהד דרך מערכת התנועה ויכול להופיע בחלקים כווריאציות תקופתיות באיכות פני השטח.