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機(jī)床加工——工作速度更快
閱讀：1858 發(fā)布時(shí)間：2012-3-30| 提 供 商 | 鹽山縣沃朗機(jī)床附件經(jīng)銷處 | 資料大小 | 79.7KB |
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“軸加速度的動態(tài)性能要更好”：這就是對在利格安家落戶的Trumpf生產(chǎn)的新型型沖裁激光組合機(jī)床所提出的高要求。福朗克.斯毛德和斯代方.畢特奈可稱為這種新型TruMatic7000機(jī)床的“精神之父”，這兩位Trumpf的工程師將通過這篇文章向讀者介紹拖帶錯(cuò)誤的計(jì)算公式是如何在實(shí)際中應(yīng)用的。
即使是在諸如TruMatic沖裁激光組合機(jī)床這樣的世界的產(chǎn)品中也潛藏著創(chuàng)新的潛力。因此，我們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)將研發(fā)目標(biāo)確定為：這種新型TruMatic7000機(jī)床要在組合機(jī)床上創(chuàng)造出激光切割的新紀(jì)錄。我們設(shè)定的目標(biāo)與目前zui快的機(jī)床TruMatic6000相比，要將加工能力提高約30%。而且還要在激光切割時(shí)達(dá)到*的定位加速度，即使是加工很復(fù)雜的輪廓也要保證*的無劃痕的零件質(zhì)量和加工組合零件的可靠流程（也包括無人加工）。
*個(gè)設(shè)想就在很大的運(yùn)動重量上失敗了。因?yàn)樵诜Q為SheetMover機(jī)器的TruMatic機(jī)床上，加工頭布置在固定位置上，而被加工的鈑材則要在加工中運(yùn)動。常用鈑材的zui大厚度為8mm，加工時(shí)機(jī)床要地移動zui大280kg的標(biāo)準(zhǔn)加工鈑材。
在我們的前期研究中，考慮要在250mm工作范圍之上再增加一個(gè)工作范圍大約250mm的附加的運(yùn)動式光學(xué)加工頭。隱藏在背后的關(guān)鍵點(diǎn)是：鈑材只在修邊加工時(shí)才移動。其結(jié)果是：由于在工作范圍交叉中的修邊加工運(yùn)動的原因，只能期待很小的產(chǎn)能提高。另外，還必須帶一個(gè)隨動的Catcher（盛渣器）。這就提高了機(jī)床的復(fù)雜性、空間需求量和費(fèi)用。
真正取得設(shè)計(jì)突破的是將兩個(gè)運(yùn)動方案互相組合在一起的設(shè)想：一個(gè)附加的加工軸與主軸在一起共同工作。在主軸負(fù)責(zé)完成直線加工的同時(shí)，附加軸則負(fù)責(zé)完成對復(fù)雜輪廓的切割——在切換中沒有加工流程地中斷。
尋找合適的控制器
借助于線性驅(qū)動技術(shù)和切割頭重疊運(yùn)動的基本設(shè)想來實(shí)現(xiàn)機(jī)器的坐標(biāo)引導(dǎo)，我們的設(shè)計(jì)方案確定了機(jī)器的實(shí)際框架。所缺少的則是精密控制技術(shù)的事實(shí)。在這里，必須避免由于機(jī)器過于復(fù)雜而給操作人員帶來為這些加工軸進(jìn)行直接編程工作量的增加。這是該項(xiàng)目中的zui大挑戰(zhàn)。大多數(shù)控制器制造商都認(rèn)為相對主軸給定位置在時(shí)間上同步進(jìn)行的附加軸運(yùn)動的計(jì)算是無法完成的。只有博世力士樂股份公司愿意與Trumpf公司一起共同研發(fā)一個(gè)可行的解決方案。
其基本思想是：主軸也就是*臺的進(jìn)給軸必須以很大的慣性來驅(qū)動，借以保證運(yùn)動地流暢，而不使運(yùn)動重量出現(xiàn)明顯的急沖轉(zhuǎn)矩，同時(shí)將所缺少的輪廓以計(jì)算的數(shù)值作為修正值傳遞給附加軸。此處的基礎(chǔ)是一個(gè)模擬模型，用它在驅(qū)動器中計(jì)算出一個(gè)“模型拖帶錯(cuò)誤”，并且與附加軸的實(shí)際拖帶錯(cuò)誤進(jìn)行實(shí)時(shí)比較和修正。
分散式智能型控制器組合
控制戰(zhàn)略是這樣設(shè)計(jì)的，對*臺一個(gè)較低的回路放大系數(shù)（Kv系數(shù)）進(jìn)行控制，大到足夠的模型精度即可。而附加軸則相反，用一個(gè)很高的Kv系數(shù)進(jìn)行控制，以得到*的零件輪廓和的定位動態(tài)特性。其中Kv系數(shù)描寫的是在定位過程中相應(yīng)的（實(shí)際）速度與拖帶距離（控制誤差）之間的比值。
獲取修正值的關(guān)鍵是與主軸運(yùn)動給定值計(jì)算平行進(jìn)行的模型計(jì)算。另外，為了補(bǔ)償在計(jì)算模型中的可能錯(cuò)誤，還采用了實(shí)時(shí)的兩個(gè)軸的給定值/實(shí)際值比較修正。這樣，就對計(jì)算軌跡與計(jì)劃輪廓之間的誤差沒有時(shí)間差地進(jìn)行了補(bǔ)償。由此帶來了的加工效果。zui大的軌跡誤差在定位工作中在0.02mm的范圍內(nèi)，在激光切割工作中在0.01mm的范圍內(nèi)。
激光頭由附加軸驅(qū)動
整個(gè)運(yùn)動學(xué)機(jī)構(gòu)的全部功能和坐標(biāo)運(yùn)動都由CNC控制器IndraMotionMTX與基于驅(qū)動器的MotionLogitcIndraMotionMLD共同完成。在上級的NC控制器完成對*臺主運(yùn)動控制的同時(shí)，IndraMotionMLD負(fù)責(zé)完成激光頭借助于附加軸在一個(gè)半徑52mm的包絡(luò)圓中的運(yùn)動。這兩個(gè)力士樂的部件基于相同的PLC工作，這就極大地簡化了實(shí)時(shí)通信控制器的編程和坐標(biāo)運(yùn)動工作。
借助于力士樂的控制器，實(shí)現(xiàn)了編程和路程分配之間的明確分離。這兩個(gè)運(yùn)動的重疊不僅提高了的運(yùn)行速度，而且也明顯地縮短了擁有復(fù)雜輪廓的棘手零件的加工時(shí)間。同時(shí)這種重疊還平滑了工件臺的運(yùn)動過程，并且將動態(tài)運(yùn)動轉(zhuǎn)移到激光切割頭上，由于其很小的運(yùn)動重量，因此能夠達(dá)到很高的動態(tài)特性。
創(chuàng)新的驅(qū)動技術(shù)
接下來的工作就是將附加軸集成在現(xiàn)有的機(jī)器方案當(dāng)中。我們的團(tuán)隊(duì)成功地實(shí)現(xiàn)了一個(gè)創(chuàng)新型線性驅(qū)動方案，其中在兩個(gè)軸向上僅使用一個(gè)原級部件。再有是TruMatic7000應(yīng)用方案的基礎(chǔ)是一種感應(yīng)式平行運(yùn)動學(xué)技術(shù)，各驅(qū)動器相對地布置在各自的運(yùn)動板上，這樣就*平衡了電的磁力。每個(gè)驅(qū)動器的電磁板如此設(shè)計(jì)，就允許出現(xiàn)由于對面的軸的運(yùn)動而引起的垂直于當(dāng)時(shí)運(yùn)動方向的相對運(yùn)動的情況。
附加軸原理帶來更多功能
在確定了技術(shù)數(shù)據(jù)之后就已經(jīng)明確，能夠?qū)⒏郊拥倪\(yùn)動自由度應(yīng)用于更多的功能。例如，現(xiàn)在能夠濕切割投在激光凹*圍內(nèi)任意定位。我們可以將凹模直徑幾乎翻倍，這樣就能使更大的加工垃圾通過凹模排出。這就省去了耗時(shí)的通過零件翻板來排出加工垃圾。另一個(gè)正面的附加效果是更高的零件輪廓準(zhǔn)確性。主軸的輪廓錯(cuò)誤通過附加軸的高動態(tài)運(yùn)動幾乎沒有時(shí)間滯后地得以補(bǔ)償。其結(jié)果是：由于將加速度和動態(tài)特性值提高了4~5倍，從而使零件加工時(shí)間降低%30
即使是在諸如TruMatic沖裁激光組合機(jī)床這樣的世界的產(chǎn)品中也潛藏著創(chuàng)新的潛力。因此，我們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)將研發(fā)目標(biāo)確定為：這種新型TruMatic7000機(jī)床要在組合機(jī)床上創(chuàng)造出激光切割的新紀(jì)錄。我們設(shè)定的目標(biāo)與目前zui快的機(jī)床TruMatic6000相比，要將加工能力提高約30%。而且還要在激光切割時(shí)達(dá)到*的定位加速度，即使是加工很復(fù)雜的輪廓也要保證*的無劃痕的零件質(zhì)量和加工組合零件的可靠流程（也包括無人加工）。
*個(gè)設(shè)想就在很大的運(yùn)動重量上失敗了。因?yàn)樵诜Q為SheetMover機(jī)器的TruMatic機(jī)床上，加工頭布置在固定位置上，而被加工的鈑材則要在加工中運(yùn)動。常用鈑材的zui大厚度為8mm，加工時(shí)機(jī)床要地移動zui大280kg的標(biāo)準(zhǔn)加工鈑材。
在我們的前期研究中，考慮要在250mm工作范圍之上再增加一個(gè)工作范圍大約250mm的附加的運(yùn)動式光學(xué)加工頭。隱藏在背后的關(guān)鍵點(diǎn)是：鈑材只在修邊加工時(shí)才移動。其結(jié)果是：由于在工作范圍交叉中的修邊加工運(yùn)動的原因，只能期待很小的產(chǎn)能提高。另外，還必須帶一個(gè)隨動的Catcher（盛渣器）。這就提高了機(jī)床的復(fù)雜性、空間需求量和費(fèi)用。
真正取得設(shè)計(jì)突破的是將兩個(gè)運(yùn)動方案互相組合在一起的設(shè)想：一個(gè)附加的加工軸與主軸在一起共同工作。在主軸負(fù)責(zé)完成直線加工的同時(shí)，附加軸則負(fù)責(zé)完成對復(fù)雜輪廓的切割——在切換中沒有加工流程地中斷。
尋找合適的控制器
借助于線性驅(qū)動技術(shù)和切割頭重疊運(yùn)動的基本設(shè)想來實(shí)現(xiàn)機(jī)器的坐標(biāo)引導(dǎo)，我們的設(shè)計(jì)方案確定了機(jī)器的實(shí)際框架。所缺少的則是精密控制技術(shù)的事實(shí)。在這里，必須避免由于機(jī)器過于復(fù)雜而給操作人員帶來為這些加工軸進(jìn)行直接編程工作量的增加。這是該項(xiàng)目中的zui大挑戰(zhàn)。大多數(shù)控制器制造商都認(rèn)為相對主軸給定位置在時(shí)間上同步進(jìn)行的附加軸運(yùn)動的計(jì)算是無法完成的。只有博世力士樂股份公司愿意與Trumpf公司一起共同研發(fā)一個(gè)可行的解決方案。
其基本思想是：主軸也就是*臺的進(jìn)給軸必須以很大的慣性來驅(qū)動，借以保證運(yùn)動地流暢，而不使運(yùn)動重量出現(xiàn)明顯的急沖轉(zhuǎn)矩，同時(shí)將所缺少的輪廓以計(jì)算的數(shù)值作為修正值傳遞給附加軸。此處的基礎(chǔ)是一個(gè)模擬模型，用它在驅(qū)動器中計(jì)算出一個(gè)“模型拖帶錯(cuò)誤”，并且與附加軸的實(shí)際拖帶錯(cuò)誤進(jìn)行實(shí)時(shí)比較和修正。
分散式智能型控制器組合
控制戰(zhàn)略是這樣設(shè)計(jì)的，對*臺一個(gè)較低的回路放大系數(shù)（Kv系數(shù)）進(jìn)行控制，大到足夠的模型精度即可。而附加軸則相反，用一個(gè)很高的Kv系數(shù)進(jìn)行控制，以得到*的零件輪廓和的定位動態(tài)特性。其中Kv系數(shù)描寫的是在定位過程中相應(yīng)的（實(shí)際）速度與拖帶距離（控制誤差）之間的比值。
獲取修正值的關(guān)鍵是與主軸運(yùn)動給定值計(jì)算平行進(jìn)行的模型計(jì)算。另外，為了補(bǔ)償在計(jì)算模型中的可能錯(cuò)誤，還采用了實(shí)時(shí)的兩個(gè)軸的給定值/實(shí)際值比較修正。這樣，就對計(jì)算軌跡與計(jì)劃輪廓之間的誤差沒有時(shí)間差地進(jìn)行了補(bǔ)償。由此帶來了的加工效果。zui大的軌跡誤差在定位工作中在0.02mm的范圍內(nèi)，在激光切割工作中在0.01mm的范圍內(nèi)。
激光頭由附加軸驅(qū)動
整個(gè)運(yùn)動學(xué)機(jī)構(gòu)的全部功能和坐標(biāo)運(yùn)動都由CNC控制器IndraMotionMTX與基于驅(qū)動器的MotionLogitcIndraMotionMLD共同完成。在上級的NC控制器完成對*臺主運(yùn)動控制的同時(shí)，IndraMotionMLD負(fù)責(zé)完成激光頭借助于附加軸在一個(gè)半徑52mm的包絡(luò)圓中的運(yùn)動。這兩個(gè)力士樂的部件基于相同的PLC工作，這就極大地簡化了實(shí)時(shí)通信控制器的編程和坐標(biāo)運(yùn)動工作。
借助于力士樂的控制器，實(shí)現(xiàn)了編程和路程分配之間的明確分離。這兩個(gè)運(yùn)動的重疊不僅提高了的運(yùn)行速度，而且也明顯地縮短了擁有復(fù)雜輪廓的棘手零件的加工時(shí)間。同時(shí)這種重疊還平滑了工件臺的運(yùn)動過程，并且將動態(tài)運(yùn)動轉(zhuǎn)移到激光切割頭上，由于其很小的運(yùn)動重量，因此能夠達(dá)到很高的動態(tài)特性。
創(chuàng)新的驅(qū)動技術(shù)
接下來的工作就是將附加軸集成在現(xiàn)有的機(jī)器方案當(dāng)中。我們的團(tuán)隊(duì)成功地實(shí)現(xiàn)了一個(gè)創(chuàng)新型線性驅(qū)動方案，其中在兩個(gè)軸向上僅使用一個(gè)原級部件。再有是TruMatic7000應(yīng)用方案的基礎(chǔ)是一種感應(yīng)式平行運(yùn)動學(xué)技術(shù)，各驅(qū)動器相對地布置在各自的運(yùn)動板上，這樣就*平衡了電的磁力。每個(gè)驅(qū)動器的電磁板如此設(shè)計(jì)，就允許出現(xiàn)由于對面的軸的運(yùn)動而引起的垂直于當(dāng)時(shí)運(yùn)動方向的相對運(yùn)動的情況。
附加軸原理帶來更多功能
在確定了技術(shù)數(shù)據(jù)之后就已經(jīng)明確，能夠?qū)⒏郊拥倪\(yùn)動自由度應(yīng)用于更多的功能。例如，現(xiàn)在能夠濕切割投在激光凹*圍內(nèi)任意定位。我們可以將凹模直徑幾乎翻倍，這樣就能使更大的加工垃圾通過凹模排出。這就省去了耗時(shí)的通過零件翻板來排出加工垃圾。另一個(gè)正面的附加效果是更高的零件輪廓準(zhǔn)確性。主軸的輪廓錯(cuò)誤通過附加軸的高動態(tài)運(yùn)動幾乎沒有時(shí)間滯后地得以補(bǔ)償。其結(jié)果是：由于將加速度和動態(tài)特性值提高了4~5倍，從而使零件加工時(shí)間降低%30