Hareket aktüatörleri ve platformlarını sıfırdan inşa etmek, tasarımcıları yüzlerce parçayı sipariş etmeye, stoklamaya ve monte etmeye zorlar. Ayrıca pazara sunma süresini uzatır ve teknisyenler ile özel üretim ekipmanları gerektirir. Alternatif olarak, önceden tasarlanmış hareket cihazları sipariş edilebilir.

Makinelerin malzeme listesindeki temel unsurlardan biri genellikle platformlar ve aktüatörlerdir. Doğru kuvveti, taşıma kapasitesini, konumlandırmayı ve hızı sağladıkları takdirde, makine üreticilerinin bunlara ekstra özen göstermelerine gerek kalmaz. Ancak şirketler, önceden tasarlanmış platformlar ve aktüatörler kullanarak makinelerini gerçekten geliştirebilirler.

ServoBelt lineer aktüatör gibi önceden tasarlanmış kademeler, özellikle braketler ve konektörler olmak üzere parça sayısının azalması sayesinde, bileşen bazlı muadillerine göre genellikle %25 ila %50 daha ucuzdur. Ayrıca tasarım ve stok yönetimiyle ilgili maliyetleri de önemli ölçüde azaltırlar.
Düzgün bir 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 komut alırlar. En basit önceden tasarlanmış sistemler, bir aktüatör ve bağlantı elemanlarından oluşur. Karmaşık önceden tasarlanmış aşamalar, yükleri hareket ettirmek için kontroller ve hatta uç efektörler ekler.

Önceden tasarlanmış platformlar, özelleştirilmiş oldukları için genellikle bileşenlerden üretilen sistemlerden daha iyi performans gösterirler. Buna karşılık, birçok makine üreticisinin platformları hizalamak için (eksenler arası hizalama toleransları genellikle mikron cinsinden ölçülen) yetenekli teknisyenleri, fikstürleri, lazer interferometreleri ve diğer ekipmanları yoktur.

Kontrol stratejisi tasarımın bir kısmını belirler, bu nedenle önceden tasarlanmış aşamalar her zaman geleneksel tasarım kurallarına uymayabilir. Atalet uyumsuzluğunu ele alalım. Tipik bir kural, önceden paketlenmiş amplifikatör ve motor kombinasyonlarının kazanç ön ayarlarını kullanırken sorunlardan kaçınmak için yük ataletinin motor ataletine oranını 20:1'in altında tutmaktır. Ancak birçok önceden tasarlanmış aşama, 200:1'e (hatta örneğin döner tablalarda 4500:1'e kadar) oranlara sahiptir ve yine de aşırı salınım olmadan hassas hareketler yapar. Burada üretici, aşamanın ayar kazançlarını dinamik olarak değiştirir ve bunları fiziksel testlerle doğrular. Bu, daha küçük motorların işi yapmasına olanak tanır.

Bu tür döner platformlar genellikle konumlandırma için kullanılır, ancak CNC makineleri için de uygundur. Önceden tasarlanmış platformları en çok kullanan makineler arasında entegre yarı iletken, ıslak tezgah, lazer kesim, paketleme ve laboratuvar otomasyonu yer almaktadır.
Önceden tasarlanmış hareket platformları da güvenilirdir. Yeni hareket sistemleri devreye alınırken, görünüşte önemsiz olan bazı bileşenler düzgün çalışmayabilir. Örneğin, arızalı bir bağlantı tüm makineyi devre dışı bırakabilir. Önceden tasarlanmış hareket platformları, makinelere yerleştirilmeden önce monte edilir ve test edilir, böylece bu durum yaşanmaz.

Örnek: Doğrusal hareket
İki farklı hareket gerçekleştiren bir doğrusal tahrik sistemini ele alalım. Bunlardan biri, saniyede 400 mm hızla uzun bir hareket; diğeri ise 150 milisaniye içinde hedef konumun 10 µm yakınına yerleşmesi gereken 13 mm'lik yüksek hızlı bir adımlama hareketidir. Hareket eden kütle 38 kg olup, 1 µm'lik optik doğrusal kodlayıcıdan gelen geri bildirime dayalı olarak hedef çift yönlü doğruluk ±5 µm'dir.

Geleneksel XY bilyalı vidalı hareket sistemleri, üretici pahalı sıfır boşluklu versiyonları seçmedikçe yeterince hassas değildir. Doğrusal motorlar başka bir seçenektir, ancak bu uygulama için büyük ve pahalı olurlar, çünkü yalnızca uzun bir motor bobini 300 N'luk sürekli kuvvet gereksinimini karşılayabilir. Uzun bir bobin ayrıca genel tasarımda kapsamlı değişiklikler gerektirecek ve diğer seçeneklere göre %50 daha pahalı hale getirecektir.

ServoBelt lineer aktüatörlere dayalı bu önceden tasarlanmış çok eksenli platform, bir yarı iletken üretim makinesine eklenmeden önce test edilmiştir. Platformda sıfır boşluk (backlash) bulunur, bu nedenle tasarımcı kontrolleri dinamik gereksinimlere göre ayarlayabilir. Bu faydalıdır çünkü bu makinede hızlı indeksleme hareketleri yapmanın tek yolu, lineer enkoder kullanarak servo döngülerini kapatmaktır; bu da motordan yüke kadar boşluksuz bir tahrik hattı gerektirir.
Buna karşılık, kayış tahrikli sistemlere dayalı önceden tasarlanmış bir aşama maliyet açısından daha avantajlıdır. Sadece doğrusal kodlayıcı kullanarak tek döngülü kontrol ile çalışabildiği için çift döngülü kontrole ihtiyaç duymaz. Tahrik sistemi ayrıca doğal olarak yüksek mekanik sönümlemeye sahiptir; bu da kontrollerin kısa yerleşme süreleri için yüksek ayar kazançlarına (hız ve konum kazançlarının dört katına kadar) sahip olmasını sağlar. Buna karşılık, doğrusal motorlar servo yükseltici elektroniğinde sönümlemeyi simüle etmek zorundadır, bu da olası konum kazancını azaltır.

Örnek: Dairesel hareket
Başka bir uygulamayı ele alalım: üç eksenli bir CNC masaüstü freze makinesi. Bunlar genellikle kesici takımın konumlandırılması için doğrusal hareket sistemleri kullanır. Buna karşılık, önceden tasarlanmış bir platform, döner ve doğrusal konumlandırmayı birleştirir. Burada, iki kayış tahrikli döner cihaz, büyük çaplı döner yataklar üzerinde yük taşır ve birbirine bakar. Birinde 150.000 devir/dakika hızında çalışan hava tahrikli bir mil bulunur. Diğeri ise iş parçasını tutar ve 180° döndürür, böylece kesici takım, iş parçasının yüzeyindeki herhangi bir noktaya 40 × 40 × 40 mm'lik bir hacim içinde ulaşabilir.

Bu CNC freze makinesi, gereğinden fazla karmaşık olmayan önceden tasarlanmış bir tabla kullanır. Uygulama, konumlandırma hassasiyetinden ziyade iyi bir yüzey kalitesi gerektirdiğinden, kodlayıcılardan vazgeçer ve açık döngüde çalışır (bu da makine başına binlerce dolar tasarruf sağlayabilir).
Vidalı tahrikli bir doğrusal aktüatör, doğrusal ekseni hareket ettirir ancak kesici kafalara sahip döner cihazın, iş parçasını tutan cihaza göre eksenel olarak hareket etmesine olanak tanır. Her üç cihaz da senkronize olarak hareket eder. Doğrusal eksen, Z ekseni konumlandırmasını sağlar ve kesici aleti iş parçasının yüzeyine getirir.

Döner tasarım sağlamdır, bu da tasarımın işleme toleranslarını karşılamasına yardımcı olur. Ömür boyu yağlama seçeneği, kirlenme olasılığını azaltır ve her iki döner kademedeki efektörler, kesme odasının duvarındaki basit döner contalardan geçer. Contalar, iç mekanizmaları kesme sıvısından ve uçuşan seramik tozundan korur. Buna karşılık, XYZ kademeleri hantal körükler ve armadillo kapakları gerektirir.

Kesici takım ve iş parçasının döner konumlandırması, Kartezyen koordinatlar yerine (CNC kinematiğinde tipik olduğu gibi) kutupsal koordinatlar kullanır. Kontrol ünitesi, XYZ G-kod komutlarını alır ve bunları gerçek zamanlı olarak kutupsal koordinatlara dönüştürür. Bunun faydası nedir? Döner hareket, pürüzsüz yüzey elde etmek için doğrusal hareketten daha iyidir, çünkü en iyi doğrusal rulmanlar ve bilyalı vidalar bile bilyalar yüklü durumdan çıkıp girerken "titreşim" yapar. Bu titreşim hareket sistemi boyunca yankılanır ve parçalarda periyodik yüzey kalitesi değişimleri olarak ortaya çıkabilir.