Hareket aktüatörlerini ve sahnelerini sıfırdan üretmek, tasarımcıları yüzlerce parçayı sipariş etmeye, envantere almaya ve monte etmeye zorlar. Ayrıca, pazara sunma süresini uzatır ve teknisyenler ile özel üretim ekipmanları gerektirir. Alternatif olarak, önceden tasarlanmış hareket cihazları sipariş edebilirsiniz.

Sahneler ve aktüatörler genellikle bir makinenin malzeme listesindeki öğelerdir. Doğru kuvveti, taşıma kapasitesini, konumlandırmayı ve hızı sağlıyorlarsa, makine üreticilerinin bunlara ekstra özen göstermek için zaman harcamasına gerek kalmaz. Ancak şirketler, önceden tasarlanmış sahneler ve aktüatörler kullanarak makinelerini gerçekten geliştirebilirler.

Bu ServoBelt lineer aktüatör gibi önceden tasarlanmış aşamalar, özellikle braket ve konnektörler olmak üzere parça sayısının azaltılması sayesinde, bileşen tabanlı muadillerine göre genellikle %25 ila %50 daha ucuzdur. Ayrıca, tasarım ve envanter yönetimiyle ilgili maliyetleri de azaltırlar.
Doğru şekilde önceden tasarlanmış hareket alt sistemleri, tanımlanmış bir fiziksel alana sığar ve makinenin kontrollerine bağlanır. Genellikle üst düzey bir bilgisayar arayüzünden, kontrol kartından veya PLC'den gelen komutları kabul ederler. En basit önceden tasarlanmış sistemler, bir aktüatör ve konektörlerden biraz daha fazlasını içerir. Karmaşık önceden tasarlanmış aşamalar, yükleri hareket ettirmek için kontroller ve hatta uç efektörler ekler.

Önceden tasarlanmış sahneler, özelleştirilmiş oldukları için genellikle bileşenli sistemlerden daha iyi performans gösterir. Buna karşılık, birçok makine üreticisinin sahneleri hizalamak için gerekli yetenekli teknisyenleri, fikstürleri, lazer interferometreleri ve diğer ekipmanları yoktur (bu sahnelerin eksen hizalama toleransları genellikle mikron cinsinden ölçülür).

Kontrol stratejisi tasarımın bir kısmını belirlediğinden, önceden tasarlanmış kademeler her zaman geleneksel tasarım kurallarına uymaz. Atalet uyumsuzluğunu göz önünde bulundurun. Tipik bir kural, önceden paketlenmiş amplifikatör ve motor kombinasyonlarının kazanç ön ayarlarını kullanırken sorun yaşamamak için yük ataletinin motor ataletine oranını 20:1'in altında tutmaktır. Ancak birçok önceden tasarlanmış kademenin oranları 200:1'dir (örneğin döner tablalarda 4.500:1'e kadar) ve yine de aşırıya kaçmadan hassas hareketler yapabilirler. Burada üretici, kademenin ayar kazançlarını dinamik olarak değiştirir ve fiziksel testlerle doğrular. Bu, daha küçük motorların işi yapmasını sağlar.

Bu tür döner tablalar genellikle konumlandırma için kullanılır, ancak CNC makineleri için de uygundur. Önceden tasarlanmış tablaları en çok kullanan makineler arasında füzyonlu yarı iletken, ıslak tezgah, lazer kesim, paketleme ve laboratuvar otomasyonu yer alır.
Önceden tasarlanmış kademeler de güvenilirdir. Yeni hareket sistemleri devreye alınırken, görünüşte önemsiz görünen bileşenler birlikte düzgün çalışmayabilir. Örneğin, arızalı bir konektör tüm bir makineyi devre dışı bırakabilir. Önceden tasarlanmış kademeler, makinelere yerleştirilmeden önce monte edilip test edilir, böylece böyle bir durum yaşanmaz.

Örnek: Doğrusal hareket
Doğrusal bir sürücünün iki farklı hareket yaptığı bir uygulamayı ele alalım. Biri 400 mm/sn hızında uzun bir hareket, diğeri ise 150 ms içinde hedef konumuna 10 µm mesafede sabitlenmesi gereken 13 mm'lik yüksek hızlı bir harekettir. Hareket eden kütle 38 kg'dır ve 1 µm optik doğrusal kodlayıcıdan gelen geri bildirime göre hedef çift yönlü doğruluk ±5 µm'dir.

Üretici pahalı sıfır boşluklu versiyonları seçmediği sürece, geleneksel XY bilyalı vidalı kademeler yeterince hassas değildir. Lineer motorlar da bir seçenektir, ancak bu uygulama için büyük ve pahalı olacaktır, çünkü yalnızca uzun bir motor bobini 300 N sürekli kuvvet gereksinimini karşılayabilir. Uzun bir bobin ayrıca genel tasarımda kapsamlı değişiklikler gerektirerek diğer seçeneklerden %50 daha pahalı hale getirir.

ServoBelt doğrusal aktüatörlerine dayanan bu önceden tasarlanmış çok eksenli kademe, bir yarı iletken üretim makinesine eklenmeden önce test edilir. Kademede sıfır boşluk vardır, böylece tasarımcı kontrolleri dinamik gereksinimlere göre ayarlayabilir. Bu, bu makinede hızlı endeks hareketleri yapmanın tek yolunun doğrusal kodlayıcıyı kullanarak servo döngülerini kapatmak olması nedeniyle faydalıdır; bu da motordan yüke kadar boşluksuz bir aktarma organı gerektirir.
Buna karşılık, kayış tahrikli tahriklere dayalı önceden tasarlanmış bir aşama uygun maliyetlidir. Çift devreli kontrole ihtiyaç duymaz çünkü yalnızca doğrusal kodlayıcı kullanarak tek devreli kontrolle idare edebilir. Sürücü ayrıca, kontrollerin kısa yerleşme süreleri için yüksek ayar kazançlarına (hız ve konum kazançlarının dört katına kadar) sahip olmasını sağlayan doğası gereği yüksek mekanik sönümlemeye sahiptir. Buna karşılık, doğrusal motorlar servo amplifikatör elektroniklerinde sönümlemeyi simüle etmelidir, bu da olası konum kazancını azaltır.

Örnek: Döner hareket
Başka bir uygulama olan üç eksenli bir CNC masaüstü freze makinesini ele alalım. Bunlar genellikle kesici takımı konumlandırmak için doğrusal hareket sistemleri kullanır. Buna karşılık, önceden tasarlanmış bir tabla, döner ve doğrusal konumlandırmayı birleştirir. Burada, iki kayış tahrikli döner cihaz, büyük çaplı döner yataklar üzerinde yükleri taşır ve birbirine bakar. Biri 150.000 dev/dak hava tahrikli bir mil taşır. Diğeri ise iş parçasını tutar ve kesici takımın iş parçasının yüzeyindeki 40 × 40 × 40 mm'lik bir hacimdeki herhangi bir noktaya ulaşabilmesi için 180° döndürür.

Bu CNC freze makinesi, gereğinden fazla karmaşık olmayan, önceden tasarlanmış bir tabla kullanır. Uygulama, konumlandırma hassasiyetinden ziyade iyi bir yüzey kalitesi gerektirir, bu nedenle kodlayıcıları devre dışı bırakır ve açık çevrim çalışır (makine başına binlerce dolar tasarruf potansiyeli).
Vidalı bir doğrusal aktüatör, doğrusal ekseni tahrik eder, ancak kesme kafalarına sahip döner cihazın, iş parçasını tutan cihaza göre eksenel olarak hareket etmesini sağlar. Her üç cihaz da senkronize hareket eder. Doğrusal eksen, Z ekseni konumlandırmasını gerçekleştirir ve kesici takımı iş parçasının yüzeyine getirir.

Döner tasarımın sertliği, tasarımın işleme toleranslarını karşılamasına yardımcı olur. Ömür boyu yağlama seçeneği, kirlenme olasılığını azaltır ve her iki döner kademedeki efektörler, kesme haznesinin bir duvarındaki basit döner contalardan geçer. Contalar, iç aksamı kesme sıvısından ve uçuşan seramik tozundan korur. Buna karşılık, XYZ kademeleri hacimli körükler ve armadillo kapakları gerektirir.

Kesici takım ve iş parçasının döner konumlandırması, Kartezyen koordinatlar (CNC kinematiğinde tipik olduğu gibi) yerine kutupsal koordinatlar kullanır. Kontrolör, XYZ G kodu komutlarını alır ve bunları gerçek zamanlı olarak kutupsal koordinatlara dönüştürür. Avantajı mı? Döner hareket, pürüzsüz yüzey kalitesi elde etmek için doğrusal hareketten daha iyidir, çünkü en iyi doğrusal rulmanlar ve bilyalı vidalar bile, bilyalar yüklü bir durumda girip çıkarken "gürültü" çıkarır. Bu gürültü, hareket sistemi boyunca yankılanır ve parçalarda periyodik yüzey kalitesi değişimleri olarak ortaya çıkabilir.