TGT公司面臨的挑戰(zhàn)
 

　　Challenge
 

　　近年來，直線電機技術(shù)日趨成熟，在工業(yè)應(yīng)用中承擔(dān)著日益重要的作用。現(xiàn)代直線電機的設(shè)計在散熱、推力和成本方面實現(xiàn)了顯著改進。自動化系統(tǒng)以及精密磨床等數(shù)控機床越來越多地采用直線電機替代傳統(tǒng)的滾珠絲杠。
 

　　直線電機伺服系統(tǒng)的精密度和精確度很大程度上依賴于光柵的線性位置反饋的質(zhì)量。電子細分誤差(一個信號周期內(nèi)的測量誤差)是實現(xiàn)平穩(wěn)的速度控制的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)；刀具磨床制造商都非常清楚，速度控制穩(wěn)定性對于刀具的表面光潔度非常重要。同時，低位置抖動有助于優(yōu)化伺服環(huán)增益。數(shù)控機床輪廓磨削工藝?yán)玫毒吣ゴ哺鬏S的微增量線性移動來產(chǎn)生插補軌跡；因此，精確的運動控制至關(guān)重要。
 

　　TGT的董事之一Ranganatha先生說道：“以前，TGT的磨床采用的是滾珠絲杠。為了進一步提高精度并長期保持高精度，我們決定在新型號中采用直線電機。這個設(shè)計涉及很多技術(shù)因素。我們需要解決的問題包括：直線電機的環(huán)境保護，光柵安裝，抗沖擊能力，以及維護和維修要求。”
 

　　TGT案例視頻
 

　　解決方案
 

　　Solution
 

　　TGT新型刀具磨床的直線電機需要通過光柵獲得線性位置反饋，因此必須采用適用于惡劣環(huán)境的封閉式直線光柵。作為雷尼紹的長期客戶，TGT與雷尼紹工程師一起對FORTiS光柵進行了測試和評估。FORTiS封閉式光柵基于業(yè)內(nèi)成熟的RESOLUTE™絕對式光柵技術(shù)而設(shè)計，抵御液體和固體碎屑污染物侵襲的能力極強。這款光柵還采用專門設(shè)計的集成式調(diào)諧質(zhì)量減振器，不僅具有業(yè)界領(lǐng)先的30 g抗振性，還可確保顯著抵抗光柵以固有頻率振動。因此，F(xiàn)ORTiS光柵能夠大幅降低伺服控制回路受干擾的風(fēng)險。
 

　　“多年來，雷尼紹產(chǎn)品給我們帶來了很好的使用體驗，比如LP2測頭系統(tǒng)和用于直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的RESOLUTE絕對式光柵等，這些產(chǎn)品的性能都很出色，”Ranganatha先生說道。“當(dāng)雷尼紹針對我們的新型磨床推薦FORTiS封閉式光柵時，我們毫不猶豫就立即開始進行必要的測試和評估工作。”作為印度領(lǐng)先的刀具磨床制造商之一，TGT近年來率先推出采用直線電機的精密刀具磨床。
 

TGT的V2 ADVANCED Maxima刀具磨床
 

TGT的V2 ADVANCED Maxima磨床示意圖
 

　　V2 ADVANCED Maxima
 

　　2021年，TGT推出V2 ADVANCED Maxima，這是一款五軸高精度刀具磨床，由三個線性軸(X、Y和Z)和兩個旋轉(zhuǎn)軸(A和C)組成。
 

　　這款機床的橫向X軸和縱向Z軸均采用圓筒型直線電機，沖程分別為300 mm和680 mm。兩個軸都配備了FORTiS-S™封閉式光柵系統(tǒng)，這是FORTiS系列光柵的標(biāo)準(zhǔn)型號。
 

　　垂直Y軸標(biāo)配一個滾珠絲杠系統(tǒng)，但客戶也可根據(jù)需要選用配備FORTiS-S光柵的直線電機。旋轉(zhuǎn)A軸安裝在旋轉(zhuǎn)C軸上，兩個軸都利用配備RESOLUTE絕對式圓光柵的直驅(qū)電機來控制工件的方向，以減小反向間隙。RESOLUTE和FORTiS-S光柵均輸出BISS-C串行通信，可與Beckhoff控制器直接通訊。在加工過程中，A軸旋轉(zhuǎn)裝夾在工件主軸上的工件，同時線性軸(X、Y和Z)控制砂輪的位置。
 

　　這款刀具磨床還配備雷尼紹LP2系列測頭系統(tǒng)，用于在磨削之前執(zhí)行工件找正。在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段，TGT對分辨率從10 nm到1 nm的一系列FORTiS-S封閉式絕對光柵進行了測試。為了實現(xiàn)理想的機床整體性能，TGT最終選用分辨率為1 nm的FORTiS-S光柵。
 

 

　　Microma Auto是一款外圓磨床，用于制備普通鉆頭、立銑刀和型削刀具等切削刀具毛坯，它由四個線性軸(X、Y、Z和V)組成。
 

　　在加工之前，先將刀具毛坯裝夾在工件主軸的夾頭上，并利用LP2測頭系統(tǒng)進行工件檢測和找正。在加工過程中，V軸上安裝的V型夾持器(V型塊)旋轉(zhuǎn)工件，同時縱向X軸(即進給軸)線性驅(qū)動工件。工件進入研磨站后，將被送入到兩個砂輪(粗加工輪和精加工輪)之間，這兩個砂輪分別沿Y軸和Z軸驅(qū)動，并且相互垂直。Microma Auto的一大優(yōu)勢是：一次完成整個制程。
 

　　該機床的運動學(xué)特性是，工件主軸(X軸)和V型塊所在軸(V軸)在同一條直線電機導(dǎo)軌上，但由不同的直線伺服電機驅(qū)動。
 

　　X軸和V軸滑軌連接不同的FORTiS光柵讀數(shù)頭，但使用FORTiS雙讀數(shù)頭系統(tǒng)的同一條封閉式絕對柵尺。兩個讀數(shù)頭分別以10 nm的分辨率，將工件的X軸位置和V型塊的V軸位置反饋給控制器。這樣，F(xiàn)ORTiS光柵就能夠在150mm行程的軸上實現(xiàn)3µm的定位精度。
 

　　使用FORTiS雙讀數(shù)頭封閉式光柵的一大優(yōu)點在于，它可以簡化機床的機械結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省空間并降低成本。Ranganatha先生說：“選擇FORTiS雙讀數(shù)頭直線光柵的一大原因是，它的安裝和維護更快速、更簡便。”
 

　　FORTiS封閉式光柵采用創(chuàng)新型非接觸式機械設(shè)計，無需軸承、彈簧和導(dǎo)向滑架等組件。這種設(shè)計可減少磨耗，大大降低維護和維修過程中的破損風(fēng)險，從而延長系統(tǒng)的使用壽命。FORTiS光柵讀數(shù)頭配備雷尼紹的LED安裝指示燈和精心設(shè)計的安裝附件，可確保光柵安裝直觀明了、一次成功。
 

　　相比于傳統(tǒng)的光柵系統(tǒng)，F(xiàn)ORTiS的安裝用時大大縮短，即使在空間受限的應(yīng)用場合也不例外。安裝人員可通過標(biāo)準(zhǔn)USB連接器將高級診斷工具ADTa-100連接至運行雷尼紹ADT View軟件的計算機，從而實現(xiàn)更多功能。該軟件具有用戶友好型圖形界面，可顯示高級診斷信息，包括關(guān)鍵的光柵性能參數(shù)，例如沿整個軸的信號強度等。
 

　　在機床組裝過程中，TGT的技術(shù)人員使用ADTa-100硬件將FORTiS光柵連接至ADT View軟件。該軟件可實時顯示機床各軸上不同位置的信號強度，以便技術(shù)人員了解哪些位置需要微調(diào)，甚至可以在切斷機床電源的情況下對FORTiS光柵進行校準(zhǔn)。
 

TGT的Microma Auto磨床示意圖
 

ADT View軟件界面

 

　　FORTiS光柵的安裝過程簡便快捷，幫助TGT節(jié)省了大量制造和維護時間。
 

　　Ranganatha先生表示：“FORTiS封閉式光柵的安裝非常簡便，大大提高了我們的生產(chǎn)效率。如果使用高級診斷工具ADTa-100，在接受雷尼紹的相關(guān)培訓(xùn)之后，我們的工程師在短短15分鐘內(nèi)便可完成單軸安裝。如果只使用讀數(shù)頭LED指示燈，我相信速度會更快。通過LED指示燈，我們能夠快速確定光柵的狀態(tài)；當(dāng)機床出現(xiàn)故障時，還有助于提高診斷準(zhǔn)確性。”
 

　　“雷尼紹的專業(yè)團隊經(jīng)常和我們探討我們的技術(shù)。FORTiS封閉式光柵可以根據(jù)軸長、位置分辨率和串行通信協(xié)議提供各種選項，因此我們在機床設(shè)計方面擁有更大的自由度，”Ranganatha先生說道。
 

　　“雖然我們是第一次使用FORTiS光柵，但是對它的設(shè)計充滿信心。我們的新型磨床已經(jīng)裝配了FORTiS光柵，現(xiàn)在已經(jīng)進入批量生產(chǎn)階段。我們非常看好未來磨床的發(fā)展。近年來，印度國內(nèi)的汽車和航空航天行業(yè)方興未艾，切削刀具的市場需求也隨之激增，我們從中受益良多。隨著市場對磨床的需求日益增長，我們看到越來越多的競爭對手開始涌現(xiàn)。未來，TGT將著力于優(yōu)化機床性能，”Ranganatha先生總結(jié)道。