Koch 的開發(fā)人員利用德國倍福的獨(dú)門技術(shù)迅速地將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成了直線運(yùn)動(dòng)。
如果你向普通用戶詢問什么是可變化、可調(diào)整的帶木條的門框,你看到的可能會(huì)是一臉茫然。如果你向 Koch公司的工程師提出同樣的問題,答案可能會(huì)是:他們正在使用 Beckhoff 直線電機(jī)和 PC 控制的 SBFD-B-NC設(shè)備,因此,門框的生產(chǎn)將變得更快、更好、更便宜。由于使用了現(xiàn)代化的工業(yè) PC 控制器,特別為 SBFD-BNC安裝的 31 臺(tái)直線電機(jī)設(shè)備可以使鉆孔和磨孔都變得更加合適。
Koch Maschinenbau 公司作為德國的一家非標(biāo)木工機(jī)械制造商,如果想每小時(shí)生產(chǎn)500個(gè)門框的話,他們絕對不能浪費(fèi)時(shí)間。那么,如果他們采用 Beckhoff 的先進(jìn) PC 控制技術(shù)的話,他們就可以節(jié)約一些時(shí)間。Beckhoff 在這方面經(jīng)驗(yàn)豐富:它曾幫助 Koch 公司應(yīng)用 PC 控制技術(shù)在PC 上采用標(biāo)準(zhǔn) Windows 軟件進(jìn)行調(diào)試仿真和遠(yuǎn)程服務(wù)/診斷來節(jié)約時(shí)間。為了尋找更加節(jié)省時(shí)間和更加優(yōu)化的方案,他們開發(fā)了一項(xiàng)利用加工站里的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)來改善鉆頭定位的技術(shù)。技術(shù)經(jīng)理 Leo G?vert 很快就想到了在電子工業(yè)中安裝 SMD 元件時(shí),精確定位 PCB 板時(shí)所采用的線性驅(qū)動(dòng)技術(shù)。因?yàn)樗麄兊暮献骰锇锽eckhoff 公司在該領(lǐng)域表現(xiàn)也非常出色,對于這種想法,雙方一拍即合:由雙方來合作開發(fā) SBFD-B-NC 設(shè)備。Koch 的管理層為此大開綠燈,一臺(tái)功能非常強(qiáng)大、維護(hù)工作最少、可以適應(yīng)時(shí)間要求的木工設(shè)備就此誕生。在該方案開發(fā)的最開始,精力主要集中在設(shè)備定位功能的改善上。采用直線驅(qū)動(dòng)取代了齒條上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng),所以定位過程變得更快而且更加精確。這臺(tái)長寬為 10mx15m 的設(shè)備,將用于板條式門框的木材分為頭部、中部和底部三個(gè)部分。然后由操作員選擇加工步驟,并決定是先加工左邊還是右邊。最后,鏈條傳送帶將木材沿 +Y 方向依次輸送到9個(gè)加工工位。在傳統(tǒng)的解決方案中,鉆銑設(shè)備安裝在頂部的搬運(yùn)器上,它通過齒條來移動(dòng),對已經(jīng)編好程序的孔、槽進(jìn)行加工。因?yàn)樵谶@里用直線電機(jī)替代了旋轉(zhuǎn)電機(jī),使得定位更快而且更加精確。一般來說,直線電機(jī)適用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)位置受限,或者是在動(dòng)態(tài)性能、同步和加速方面有特殊要求的場合。
在半條門窗加工廠,31 臺(tái)由 Beckhoff AX2000 伺服驅(qū)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)的直線電機(jī)保證了鉆孔和槽的正確定位。所有的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)通過四個(gè) Lightbus 環(huán)傳送到工業(yè) PC 進(jìn)行進(jìn)一步處理。
直接驅(qū)動(dòng)帶來了 10% 的成本優(yōu)勢
控制專家 G?vert 指出,“對我們來說,看起來這是正確的技術(shù)選擇。在每個(gè)工位的吊運(yùn)式輸送斗(吊裝式托架)必須接納多至 9 個(gè)鉆頭,并將它們移動(dòng)到位。”對于這項(xiàng)作業(yè)任務(wù)來說,Beckhoff 的 AL2000 直線電機(jī)是理想之選。AL2000 的移動(dòng)速度可以達(dá)到 10m/s,并且在運(yùn)動(dòng)過程中還可以獲得很大的加速度。“從管理角度來講,相對獨(dú)立的直接驅(qū)動(dòng)很容易被人遺忘,因?yàn)樵谝粋€(gè)加工工位里所有直線電機(jī)共用一條磁性軌道,使系統(tǒng)非常經(jīng)濟(jì),” G?vert 解釋說。G?vert 承認(rèn),安裝外部測量系統(tǒng),在一定程度上會(huì)降低成本優(yōu)勢,“但底線是用 8 個(gè)驅(qū)動(dòng)可以節(jié)省 10%的成本”。除了經(jīng)濟(jì)原因以外,Koch 也明顯認(rèn)識到該系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢,特別是以下幾個(gè)方面:
│ 直線伺服電機(jī)不受機(jī)械磨損
│ 直線電機(jī)定位速度快,而且無過沖
│ 易于調(diào)試運(yùn)行
│ 多個(gè)電機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行于一條軌道之上
“對于機(jī)器制造商來說,這些優(yōu)點(diǎn)不容忽視,因?yàn)槌ス谳喴院?,移?dòng)距離就幾乎沒有限制了,”Koch 公司軟件工程負(fù)責(zé)人 Oliver Bexte 補(bǔ)充說。他把時(shí)間優(yōu)勢看作另一個(gè)主要優(yōu)勢。實(shí)際上,二者的最大區(qū)別并不在于工件的加工,而是在于建立并改進(jìn)繁重的鉆孔任務(wù)。它所需要的定位精度在 0.1mm 到 0.01mm 之間。直線電機(jī)的重復(fù)精度也非常高。Bexte 對這項(xiàng)技術(shù)很有信心,他解釋說,“在實(shí)際測試中,我們用千分表測試了幾百次,通過比較表明定位精度并沒有什么變化。”所有這一切并沒有像旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣發(fā)生瞬變現(xiàn)象(無伺服抖動(dòng)現(xiàn)象),這就意味著,設(shè)定某些簡單的控制參數(shù)變得更加簡單。
儀表管理更加容易
就精度來講,Koch 設(shè)備使用的儀表技術(shù)也非常關(guān)鍵。在按長度切割原材料時(shí),開發(fā)人員使用 SONY 的磁性編碼器,只需把它用膠水粘到軌道上就可以了。這樣做的優(yōu)勢是擁有參考凸輪的和高分辨率閱讀器。Bexte 指出,“這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以調(diào)整,只要練習(xí)一下就行,時(shí)間不超過5分鐘。”軟件工程師警告說,在調(diào)整的時(shí)候必須小心,因?yàn)榇判怨ぞ呖梢該p壞整個(gè)測量系統(tǒng)。Beckhoff 公司研發(fā)人員目前正在為突破這項(xiàng)限制而努力。Beckhoff 的工程師們正在進(jìn)行一項(xiàng)工作:在直線電機(jī)內(nèi)部采取措施使電機(jī)免受外部干擾。其測量原理包括使用次極磁鐵的截面來確定位置和速度。增量式編碼器使用它們的磁場強(qiáng)度可以每24mm 發(fā)出 1000 個(gè)脈沖(24mm 對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一周)。將信號輸入到 AX2000 驅(qū)動(dòng)放大器,就可以獲得 0.1mm 的定位精度。
與需要水冷直線驅(qū)動(dòng)的大功率機(jī)床以及需要昂貴的光電測量系統(tǒng)的高精度機(jī)床應(yīng)用相比,這里所講的解決方案對于木工機(jī)械和包裝機(jī)械來講是理想的。Koch 的控制工程師更喜歡直接驅(qū)動(dòng)的另一個(gè)原因是,使用 TwinCAT 可以直接將其無縫集成到現(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中。伺服放大器通過Beckhoff 的 Lightbus 來實(shí)現(xiàn)定位,而簡單定位任務(wù)的驅(qū)動(dòng)則可以通過 CANopen 來操作。
Beckhoff 工業(yè) PC控制 69 根軸
SBFD-B-NC木工機(jī)械是用來鉆銑木工部件的自動(dòng)化機(jī)器,然后再由部件制成板條門窗。該設(shè)備由一臺(tái)裝有 PENTIUM4 和 15” 面板的工業(yè) PC 來控制。操作系統(tǒng)采用 WINDOWS 2000 SERVER,自動(dòng)化軟件采用 TwinCAT NC PTP,PLC 循環(huán)時(shí)間為 10ms。
總共使用 31 臺(tái) AL 2000 直線電機(jī)的 5個(gè)機(jī)械加工工位,可以提供的最大移動(dòng)速度為 1000mm/s,可以確保加工頭的精確定位。這些電機(jī)和另外 3 臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)一起通過四個(gè) Lightbus 環(huán)耦合到系統(tǒng)中。
通過 CANopen 總線連接用于靜態(tài)定位的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)。這臺(tái)設(shè)備同時(shí)包括 27個(gè)帶有 CANopen 總線接口的驅(qū)動(dòng)、7根快速和爬行軸。輸入和輸出點(diǎn)總數(shù)為 1134 個(gè)。
裝有 PLC/NC TwinCAT 軟件的 Beckhoff工業(yè) PC C6150 是 69 根軸的主控制站。
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