Если вы создаете машины, вы, вероятно, работаете с приводами и позиционирующими этапами каждый день. Но действительно ли вы получаете наилучшую производительность или самую низкую стоимость владения от этих устройств движения? Ответ может оказаться не таким, как вы ожидаете.

Слишком часто инженеры думают о ступенях или приводах как о просто еще одном элементе в списке материалов. Пока устройство движения номинально соответствует желаемым требованиям позиционирования, силы, полезной нагрузки, скорости и стоимости, оно готово к работе.

При простых требованиях к движению этот подход к выбору ступени или привода может дать приемлемые результаты. Однако машины со сложными требованиями к механическому движению выиграют от встроенной стратегии проектирования движения. Вместо набора электромеханических компонентов, которые могут или не могут хорошо работать вместе, встроенные системы движения функционируют как настоящие подсистемы машины plug-and-play.

Встроенные системы движения спроектированы так, чтобы соответствовать предопределенному физическому пространству на машине и привязываться к системе управления движением машины, готовые принимать команды от компьютерного интерфейса верхнего уровня, платы управления или ПЛК. В простейшем случае встроенные системы движения могут состоять из немного большего, чем этап или привод, которые были подключены для облегчения установки. В самом сложном случае эти подсистемы движения простираются от распиновки до полезной нагрузки. Они охватывают не только само устройство движения, но и все, что оно несет.

По сравнению с покомпонентным подходом к движению машины, встроенное движение предлагает ряд убедительных преимуществ:

Механические характеристики

Даже если они используют ту же сцену или привод, встроенные системы движения обычно превосходят компонентные системы движения. Причина этого сводится к опыту применения и сборки. Хороший поставщик встроенных систем движения будет иметь многолетний опыт решения сложных задач позиционирования и набор проверенных строительных блоков движения, которые можно настроить для поставленной задачи. Они будут иметь глубокое понимание того, как динамика сцены, архитектура управления движением и операционная среда повлияют на требования к позиционированию.

Что касается сборки, то многим машиностроителям не хватает квалифицированных специалистов, специализированных приспособлений, лазерных интерферометров и других метрологических систем, необходимых для выравнивания самых точных многоосевых платформ, допуски совмещения которых между осями часто измеряются микронами.

Экспертиза управления

Встроенные системы движения могут поставляться с элементами управления движением или без них в зависимости от требований заказчика. Но стратегия управления всегда должна быть частью уравнения встроенного движения. Хороший поставщик встроенного движения будет обладать обширными знаниями о том, как различные платформы управления движением и их кинематические возможности будут взаимодействовать с механическими системами движения. Эти знания могут позволить нам расширить границы того, что возможно с точки зрения динамических возможностей, таких как приемлемые коэффициенты несоответствия инерции.

Надежность

При вводе в эксплуатацию новой системы движения некоторые из наиболее распространенных проблем возникают из-за того, что отдельные, казалось бы, незначительные компоненты не работают должным образом — или не работают должным образом друг с другом. Например, один неисправный разъем или неправильный провод могут оставить даже лучшую ступень движения неподвижной. Встроенные системы движения избегают этого типа сбоев, поскольку они собираются и тестируются как система перед интеграцией в производственную машину. В системах движения, состоящих из отдельных компонентов, небольшие сбои и несовместимости могут остаться незамеченными, пока производственная машина не будет собрана.

Сокращение затрат

Встроенные системы движения обычно стоят на 25–50 % меньше, чем их компоненты-аналоги. Отчасти эта экономия достигается за счет возможности сократить количество деталей, например, путем проектирования кронштейнов, разъемов и других компонентов. Снижение стоимости может резко возрасти более чем на 50 %, если учесть все скрытые компоненты затрат, связанные с созданием и установкой системы движения. К ним относятся затраты, связанные с проектированием, инвентаризацией, временем выхода на рынок и т. д.

Многие типы приложений могут извлечь выгоду из встроенного движения. Мы внедрили этот подход на десятках полупроводниковых, мокрых стендовых, лазерных режущих, упаковочных и лабораторных автоматизированных машин.

Скрытые затраты на системы движения

Системы движения, построенные на основе компонентов, имеют ряд скрытых затрат, которые можно устранить с помощью подхода, основанного на встроенном движении, в том числе:

1. Затраты на вывод продукции на рынок. Встроенные системы движения, которые изначально поддерживают параллельное проектирование, могут сэкономить недели или даже месяцы времени на разработку сложной машины.
2. Расходы на программу, производство и управление материалами. Встроенные системы движения поставляются как единый перечень материалов, что исключает необходимость заказа, инвентаризации и сборки сотен деталей.
3. Производственные издержки. Системы точного движения требуют квалифицированных сборщиков и специализированного производственного оборудования, затраты на которое может быть сложно оправдать при неполном использовании.
4. Гарантия и расходы на отказы. Хороший поставщик встроенных систем движения гарантирует отсутствие отказов в своих системах и отвечает за свою работу, что снижает риск OEM-производителя.

Этот нетрадиционный станок с ЧПУ обладает всеми признаками идеального приложения встроенного движения. Для этого требуется:

1. Как элементы управления, так и механическая экспертиза.Объединение механической системы с элементами управления и усилителями, поддерживающими сложную кинематику для полярного движения, потребовало системного подхода и месяцев тестирования. Нам также пришлось разработать набор методов и инструментов выравнивания для создания этой новой системы ЧПУ.

2. Компактная конструкция, простая интеграция.Пространство было в дефиците на этом настольном станке с ЧПУ. Конструкция сервомодуля Rotary, которая отличается большим свободным сквозным отверстием, позволила нам эффективно использовать имеющееся пространство. Сквозные отверстия диаметром 100 мм позволили легко подвести подачу воздуха прямо к шпинделю, встроить индексатор материала со стороны заготовки и выполнить все необходимые силовые соединения.

3. Сдерживание затрат.Один интересный аспект этой встроенной системы движения заключается в том, что она не сложнее, чем нужно. Основное функциональное требование включало в себя обработку поверхности, а не точность позиционирования. Потребности в позиционировании на самом деле довольно скромны, по крайней мере, по нашим стандартам. Поэтому мы смогли отказаться от кодеров прямого считывания и запустить всю систему в режиме открытого контура. Это сэкономило нашему клиенту тысячи долларов на машину.

Начало работы со встроенным движением

Переход от компонентных систем движения к встроенным системам движения может показаться прыжком веры. В конце концов, вы будете передавать управление движением на аутсорсинг поставщику.

Однако если вы выберете правильного поставщика, аутсорсинг окупится за счет повышения производительности и надежности. Расходы также снизятся, поскольку подсистемы движения будут доставлены на ваш завод полностью протестированными, с гарантией и готовыми к установке в вашу машину.