모션 액추에이터 및 단계를 처음부터 구축하면 설계자가 수백 부품을 주문, 재고 및 조립하도록합니다. 또한 시장에 시간을 늘리고 기술자와 전문화 된 생산 장비가 필요합니다. 대안은 사전화 모션 장치를 주문하는 것입니다.

무대와 액추에이터는 종종 기계의 재료 청구서에있는 항목 일뿐입니다. 그들이 올바른 힘, 페이로드, 포지셔닝 및 속도를 제공하는 경우, 기계 건축업자는 시간을 추가로 고려할 필요가 없습니다. 그러나 기업은 실제로 사전화 단계와 액추에이터를 사용하여 기계를 개선 할 수 있습니다.

이 Servobelt 선형 액추에이터와 같은 Preengineered 단계는 일반적으로 부품 수, 특히 괄호 및 커넥터의 부품 수 감소 덕분에 구성 요소 기반 대응 물보다 25 ~ 50% 저렴합니다. 또한 인벤토리 설계 및 유지 관리와 관련된 비용을 슬래시합니다.
적절하게 사전화 된 모션 서브 시스템은 정의 된 물리적 공간에 맞고 기계의 컨트롤에 묶습니다. 일반적으로 최상위 컴퓨터 인터페이스, 제어 카드 또는 PLC에서 명령을 수락합니다. 가장 간단한 사전화 시스템은 액추에이터와 커넥터에 지나지 않습니다. 복잡한 사전화 단계는 컨트롤을 추가하고 심지어 엔드 이펙터를 추가하여 페이로드를 움직입니다.

Preengineered States는 종종 컴포넌트 제작 시스템이 사용자 정의되어 있기 때문에 성능이 뛰어납니다. 대조적으로, 많은 기계 건축업자는 숙련 된 기술자, 비품 및 레이저 간섭계 및 기타 장비를 가지고 있지 않으며 단계를 정렬 할 수있는 기타 장비 (종종 축-축 정렬 공차를 측정 함).

제어 전략은 일부 디자인을 지시하므로 사전 엔지니어링 단계가 항상 전통적인 디자인 규칙을 따르지는 않습니다. 관성 불일치를 고려하십시오. 전형적인 경험 법칙은 사전 포장 된 앰프 및 모터 조합의 게인 사전 설정을 사용할 때 문제를 피하기 위해 20 : 1 미만의 페이로드 관성 대 운동 관성의 비율을 유지하는 것입니다. 그러나 많은 사전화 단계는 200 : 1 (또는 로터리 테이블에서 4,500 : 1)의 비율을 가지며 여전히 오버 슈트없이 정확한 움직임을 만듭니다. 여기서 제조업체는 단계의 튜닝 이익을 동적으로 변경하고 물리적 테스트로 검증합니다. 이것은 작은 모터가 일을 할 수있게합니다.

이와 같은 로터리 단계는 일반적으로 포지셔닝에 사용되지만 CNC 기계에도 적합합니다. Preengineered Stages를 사용하는 기계는 가장 많이 융합 된 반도체, 습식 벤치, 레이저 절단, 포장 및 실험실 자동화입니다.
Preengineered 단계도 신뢰할 수 있습니다. 새로운 모션 시스템을 시운전 할 때 개별적으로 사소한 구성 요소가 제대로 작동하지 않습니다. 예를 들어, 결함이있는 커넥터는 전체 시스템을 제거 할 수 있습니다. Preengineered 단계는 기계에 넣기 전에 조립 및 테스트되어 발생하지 않습니다.

예 : 선형 운동
선형 구동이 두 가지 다른 움직임을 만드는 응용 프로그램을 고려하십시오. 하나는 400mm/sec의 긴 여행이고, 다른 하나는 13mm의 고속 조깅으로 150msec에서 목표 위치 10 μm 이내에 정착해야합니다. 이동 질량은 38kg이며 1 µm 광학 선형 인코더의 피드백을 기반으로 목표 양방향 정확도 ± 5 µm입니다.

건축업자가 비싼 제로 바시 버전을 선택하지 않는 한 전통적인 XY Ball-Screw Stage는 충분히 정확하지 않습니다. 선형 모터는 또 다른 옵션이지만,이 응용 프로그램의 경우 긴 모터 코일 만 300 n의 연속력에 대한 요구 사항을 충족하기 때문에이 애플리케이션은 크고 비싸다. 긴 코일은 또한 전체 설계에 대한 넓은 변화가 필요하므로 다른 옵션보다 50% 비용이 더 큽니다.

서브 보벨 벨트 선형 액추에이터를 기반으로 한이 사전화 된 다종기 단계는 반도체 제조 기계에 추가하기 전에 테스트됩니다. 스테이지에는 백래시가 없으므로 디자이너는 컨트롤을 동적 요구 사항으로 조정할 수 있습니다. 이 컴퓨터에서 빠른 인덱스 이동을 만드는 유일한 방법은 선형 인코더를 사용하여 서 볼로 루를 닫는 것이기 때문에 모터에서 페이로드까지의 백래시가없는 드라이브 라인이 필요하기 때문에 도움이됩니다.
대조적으로, 벨트 구동 드라이브를 기반으로 한 전진 스테이지는 비용 효율적입니다. 선형 인코더 만 사용하여 단일 루프 컨트롤로 얻을 수 있기 때문에 듀얼 루프 컨트롤이 필요하지 않습니다. 드라이브는 본질적으로 높은 기계적 댐핑을 가지고 있으며, 이는 컨트롤이 짧은 정착 시간에 대한 높은 튜닝 이득 (속도 및 위치 이득의 4 배)을 가질 수있게한다. 대조적으로, 선형 모터는 ServoAmplifier Electronics의 댐핑을 시뮬레이션하여 가능한 위치 이득을 줄여야합니다.

예 : 회전 운동
3 축 CNC 데스크탑 밀링 머신 인 다른 응용 프로그램을 고려하십시오. 이들은 일반적으로 선형 모션 시스템을 사용하여 절단 도구를 배치합니다. 대조적으로, 사전에있는 단계는 로타리와 선형 위치를 결합합니다. 여기서는 2 개의 벨트 구동 회전 장치가 대규모 직경의 로터리 베어링에 하중을 가지고 있으며 서로 마주칩니다. 하나는 150,000rpm 공기 구동 스핀들을 가지고 있습니다. 다른 하나는 공작물을 보유하고 180 ° 회전하여 절단 도구가 40 × 40 × 40mm 부피로 공작물 표면의 어느 지점에 도달 할 수 있도록합니다.

이 CNC 밀링 머신은 필요한 것보다 더 복잡하지 않은 사전화 단계를 사용합니다. 애플리케이션은 포지셔닝 정확도보다는 우수한 표면 마감이 필요하므로 포기는 인코더와 오픈 루프를 실행합니다 (잠재적으로 기계 당 수천 달러를 절약 할 수 있음).
나사 구동 선형 액추에이터는 선형 축을 구동하지만 절단 헤드가있는 로터리 장치는 공작물을 고정하는 장치에 비해 축 방향으로 번역 할 수 있습니다. 세 장치는 모두 동기화됩니다. 선형 축은 z 축 위치를 처리하고 절단 도구를 공작물의면에 가져옵니다.

로타리 디자인은 뻣뻣하여 설계가 가공 공차를 충족시키는 데 도움이됩니다. Lubed-For-Life 옵션은 오염의 가능성을 줄이고, 두 회전 단계의 이펙터는 절단 챔버의 벽에서 간단한 회전 씰을 통해 확장됩니다. 씰은 유체 절단 및 비행 세라믹 먼지로부터 내부 작업을 보호합니다. 대조적으로, XYZ 단계에는 부피가 큰 벨로우즈와 아르마딜로 커버가 필요합니다.

절단 도구 및 공작물의 로터리 위치는 직교가 아닌 극지 좌표를 사용합니다 (CNC 운동학의 경우 일반적으로). 컨트롤러는 XYZ G 코드 명령을 사용하여 실시간으로 극지 좌표로 변환합니다. 이점? 로터리 모션은 선형 표면 마감재를 만들기 위해 선형보다 낫습니다. 공이로드 된 상태로 순환 할 때 최고의 선형 베어링과 볼 스크류조차도 "럼블"이기 때문입니다. 이 럼블은 모션 시스템을 통해 반향을 불러 일으키고주기적인 표면 품질 변화로 부품에 나타날 수 있습니다.