Koch 的開發(fā)人員利用德國倍福的獨門技術(shù)迅速地將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成了直線運動。

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，答案可能會是：他們正在使用 Beckhoff 直線電機和 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 臺直線電機設(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)木工機械制造商，如果想每小時生產(chǎn)500個門框的話，他們絕對不能浪費時間。那么，如果他們采用 Beckhoff 的先進 PC 控制技術(shù)的話，他們就可以節(jié)約一些時間。Beckhoff 在這方面經(jīng)驗豐富：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 軟件進行調(diào)試仿真和遠程服務(wù)/診斷來節(jié)約時間。為了尋找更加節(jié)省時間和更加優(yōu)化的方案，他們開發(fā)了一項利用加工站里的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動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，精確定位 PCB 板時所采用的線性驅(qū)動技術(shù)。因為他們的合作伙伴Beckhoff 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，一臺功能非常強大、維護工作最少、可以適應(yīng)時間要求的木工設(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)動取代了齒條上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，所以定位過程變得更快而且更加精確。這臺長寬為 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器上，它通過齒條來移動，對已經(jīng)編好程序的孔、槽進行加工。因為在這里用直線電機替代了旋轉(zhuǎn)電機，使得定位更快而且更加精確。一般來說，直線電機適用于旋轉(zhuǎn)電機機械結(jié)構(gòu)位置受限，或者是在動態(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 臺由 Beckhoff AX2000 伺服驅(qū)動控制器驅(qū)動的直線電機保證了鉆孔和槽的正確定位。所有的驅(qū)動數(shù)據(jù)通過四個 Lightbus 環(huán)傳送到工業(yè) PC 進行進一步處理。 直接驅(qū)動帶來了 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。在每個工位的吊運式輸送斗（吊裝式托架）必須接納多至 9 個鉆頭，并將它們移動到位。”對于這項作業(yè)任務(wù)來說，Beckhoff 的 AL2000 直線電機是理想之選。AL2000 的移動速度可以達到 10m/s，并且在運動過程中還可以獲得很大的加速度。“從管理角度來講，相對獨立的直接驅(qū)動很容易被人遺忘，因為在一個加工工位里所有直線電機共用一條磁性軌道，使系統(tǒng)非常經(jīng)濟，” G?vert 解釋說。G?vert 承認(rèn)，安裝外部測量系統(tǒng)，在一定程度上會降低成本優(yōu)勢，“但底線是用 8 個驅(qū)動可以節(jié)省 10％的成本”。除了經(jīng)濟原因以外，Koch 也明顯認(rèn)識到該系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢，特別是以下幾個方面： │ 直線伺服電機不受機械磨損 │ 直線電機定位速度快，而且無過沖 │ 易于調(diào)試運行 │ 多個電機可以同時運行于一條軌道之上 “對于機器制造商來說，這些優(yōu)點不容忽視，因為除去冠輪以后，移動距離就幾乎沒有限制了，”Koch 公司軟件工程負責(zé)人 Oliver Bexte 補充說。他把時間優(yōu)勢看作另一個主要優(yōu)勢。實際上，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。直線電機的重復(fù)精度也非常高。Bexte 對這項技術(shù)很有信心，他解釋說，“在實際測試中，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)電機那樣發(fā)生瞬變現(xiàn)象（無伺服抖動現(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，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)點是可以調(diào)整，只要練習(xí)一下就行，時間不超過5分鐘?！避浖こ處熅嬲f，在調(diào)整的時候必須小心，因為磁性工具可以損壞整個測量系統(tǒng)。Beckhoff 公司研發(fā)人員目前正在為突破這項限制而努力。Beckhoff 的工程師們正在進行一項工作：在直線電機內(nèi)部采取措施使電機免受外部干擾。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度可以每24mm 發(fā)出 1000 個脈沖（24mm 對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機的一周）。將信號輸入到 AX2000 驅(qū)動放大器，就可以獲得 0.1mm 的定位精度。

與需要水冷直線驅(qū)動的大功率機床以及需要昂貴的光電測量系統(tǒng)的高精度機床應(yīng)用相比，這里所講的解決方案對于木工機械和包裝機械來講是理想的。Koch 的控制工程師更喜歡直接驅(qū)動的另一個原因是，使用 TwinCAT 可以直接將其無縫集成到現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)當(dāng)中。伺服放大器通過Beckhoff 的 Lightbus 來實現(xiàn)定位，而簡單定位任務(wù)的驅(qū)動則可以通過 CANopen 來操作。 Beckhoff 工業(yè) PC控制 69 根軸 SBFD-B-NC木工機械是用來鉆銑木工部件的自動化機器，然后再由部件制成板條門窗。該設(shè)備由一臺裝有 PENTIUM4 和 15” 面板的工業(yè) PC 來控制。操作系統(tǒng)采用 WINDOWS 2000 SERVER，自動化軟件采用 TwinCAT NC PTP，PLC 循環(huán)時間為 10ms。 總共使用 31 臺 AL 2000 直線電機的 5個機械加工工位，可以提供的最大移動速度為 1000mm/s，可以確保加工頭的精確定位。這些電機和另外 3 臺旋轉(zhuǎn)電機一起通過四個 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。這臺設(shè)備同時包括 27個帶有 CANopen 總線接口的驅(qū)動、7根快速和爬行軸。輸入和輸出點總數(shù)為 1134 個。 裝有 PLC/NC TwinCAT 軟件的 Beckhoff工業(yè) PC C6150 是 69 根軸的主控制站。

實踐小技巧：從直線電機期望得到什么樣的優(yōu)勢？

我們問 Leo G?vert 和 Oliver Bexte，當(dāng)轉(zhuǎn)換為直線驅(qū)動技術(shù)的時候，需要特別注意什么?

PC-Control：G?ver 先生，你已經(jīng)采用Beckhoff 的直接驅(qū)動直線電機在鉆孔工作站進行定位 一年了。你后悔這一步嗎？ Leo G?ver：不，恰恰相反。我們采用的不僅是精確、低維護量 的技術(shù)，而且對我們的項目來說 它幾乎是最經(jīng)濟的技術(shù)。 PC-Control：這么說來，是直線 電機比旋轉(zhuǎn)電機更便宜？ Leo G?ver：如果你僅僅是比較每種技術(shù)的驅(qū)動的話，那么現(xiàn)在并不是時候。但是，在我們的加工站里，在一條軌道上有9臺直線電機工作，這才是節(jié)省開支的地方。 PC-Control：考慮成本的話，每條軌道上你必須采用多少個電機？ Oliver Bexte：粗略地說，我們可以講平衡點是4個。我們可以節(jié)省10％的成本。 PC-Control：那么提高的精度又是來自于哪里呢？ Oliver Bexte：我們通過一個非常好的推力重量比系數(shù)，得到了一個有利于精確定位的推力常數(shù)。在這之上，有直接測量系統(tǒng)，和傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機采用的旋轉(zhuǎn)變壓器相比有著更高的分辨率。直線電機是沒有磨損的，如果我們拿它和齒條、軸承的磨損相比，長時間來看我們也可以得到一個好的結(jié)果。 PC-Control：必須考慮哪些變化條件？ Oliver Bexte：如果設(shè)備要承受來自直線電機的更大的作用力， 而且沒有振動的話，那么設(shè)備的基礎(chǔ)就必須做得更加穩(wěn)定。 PC-Control：那是唯一的困難嗎？ Leo G?ver：我們必須屏蔽用于位移測量系統(tǒng)的磁性編碼器，以免受到來自電力線路的電磁輻射干擾。一旦你知道這是必需的話，那就不再是問題了。 PC-Control：你能夠再概括一下直線電機的優(yōu)勢嗎？ Leo G?ver：正如我們所說的，用31臺直線伺服驅(qū)動我們不僅僅在一個小的項目中獲得了精確定位，參數(shù)化也變得更加容易了。除此之外，該驅(qū)動還能夠平滑地集成到TwinCAT自動化架構(gòu)中。