Замяна на едноосовите с многоосови сервоприводи EtherCAT: не само спестяване на място, но и тези пробиви в производителността

Ултрапрецизно синхронизиране за управление на движението на 4-осев CNC токарен стан

Джитър под микросекунда и синхронизация чрез разпределен часовник в мултиосеви EtherCAT системи

Сервоприводите EtherCAT за множество оси се синхронизират на забележителни нива благодарение на технологията за разпределени часовници, която подравнява всичко спрямо един главен часовник с изключително малко джитър – под една микросекунда. Тази конфигурация предотвратява натрупването на досадни грешки във времето между различните оси – нещо от изключително значение при обработката на сложни форми. Отклонение само с 5 микросекунди може да повлияе неблагоприятно върху качеството на повърхността на детайлите. Традиционните импулсни системи просто не могат да постигнат синхронизацията, която EtherCAT осигурява чрез хардуерни временни маркери. Те гарантират синхронизация от около ±50 наносекунди, независимо от броя на осите, което осигурява идеално подравняване на инструментите дори при бързи въртящи се рязания. Цялата система работи по различен начин – тя обработва командите за позиция едновременно, а не последователно, една след друга. Това означава, че машините могат да превключват между режещи траектории с изключителна точност – до нанометър. Реалните резултати потвърждават това: според доклада на Machining Dynamics за миналата година предприятията, използващи тези системи, регистрират намаляване с около 37 % на бракуваните части, причинени от вибрации по време на високоскоростно нарезане.

Интерполация в реално време по всички оси: Възможност за гладко и висококачествено контуриране на 4-осови ЧПУ токарни машини

Когато става дума за ЧПУ токарни машини с 4 оси, координираната интерполация по осите наистина прави разликата, тъй като изчислява траекториите на резача едновременно по всички моторни оси. Старият начин на работа чрез сегментна интерполация оставя миниатюрни паузи между всеки сегмент, които се проявяват като онези дразнещи следи по криволинейните детайли. Затова системите EtherCAT са истински променящи играта — те имат циклови времена под 5 микросекунди, които постоянно преизчисляват позицията, скоростта и ускорението. Това позволява на машината да извършва това, което наричаме истинска сплайн-интерполация, при която всички оси се движат гладко и синхронно, без никакви скокове. При подаващи скорости над 20 метра в минута тези машини запазват посоковата последователност с точност до 0,02 микрометра. Има и още един бонус: изчислителната мощност позволява на системата да компенсира както термичното разширение, така и механичния люфт по време на фрезоване на контурите. В резултат това води до подобряване на точността на профила с около 80 % спрямо това, което могат да постигнат традиционните системи с импулсно задвижване.

Когато по-строгата синхронизация не е достатъчна: Защо качеството на обработката на разпределителния вал зависи от координирана предварителна подача на въртящ момент — а не само от времевото съвпадение

Постигането на идеално синхронизиране не е достатъчно, за да се предотврати деформацията на кула при фрезоване на разпределителни валове, тъй като неравномерните режещи сили предизвикват отклонения, базирани на възникващия въртящ момент. Тук на помощ идват сервоприводите с множество оси. Те използват така наречената координирана предварителна компенсация на въртящия момент. По същество тези контролери на приводите предвиждат как ще се промени товарът и коригират изходния ток още преди да възникнат проблеми с позиционирането. Системата анализира фактори като начина, по който резецът влизам в контакт с материала, и скоростта, с която материалът се отстранява под различни ъгли. След това изпраща коригиращи сигнали за въртящ момент приблизително 100 микросекунди след регистрирането на силите. Това гарантира правилното позициониране на всички компоненти дори при постоянно променящи се товари. Според проучване, публикувано в „Journal of Advanced Manufacturing“ миналата година, този подход намалява отклоненията от профила почти наполовина при обработката на шийки на колянови валове от твърда стомана. Ако производителите пропуснат тази динамична компенсация, всичкото им скъпо и изключително точно (до наносекунди) синхронизиране няма особено значение, тъй като повърхностни дефекти, причинени от вибрации („чатър“), все пак се появяват.

По-висока плътност на мощността и динамичен отклик в многоосеви архитектури за задвижване

2,3 пъти по-голям изходен капацитет на единица обем спрямо дискретни едноосеви задвижвания (измерено според стандарта IEC 61800-3)

Когато разглеждаме многоосеви системи, те обединяват силовата електроника и охлаждането в един компактен модул, вместо да използват всички допълнителни компоненти, характерни за отделните едноосеви конфигурации. Според изпитателните стандарти като IEC 61800-3 тези интегрирани системи могат да увеличат плътността на мощността приблизително 2,5 пъти в рамките на същия обем. Този подход също значително улеснява модернизацията на четириосеви ЧПУ токарни машини: шкафовете, необходими за тях, стават приблизително с 60 % по-малки, без да се жертва никаква производителност по въртящ момент — което е от особено значение при ограничено пространство на производствената площадка. Друго предимство идва от общи DC-шини, които намаляват енергийните загуби с около 18 % спрямо традиционните конфигурации с индивидуални задвижвания. Това е потвърдено чрез практически изпитания по време на продължителни машинни операции, когато ефективността има решаващо значение.

40 % по-бързо време за установяване при координирано контурно обработване с 4 оси — осигурено чрез оптимизиране на споделената токова петля

Когато токовите петли са синхронизирани по всички оси, това елиминира досадните комуникационни забавяния, които характеризират традиционните дискретни системи. За сложни контури, като хиперболичните траектории на режещия инструмент, тази конфигурация позволява на машините да достигнат устойчиво състояние с 40 % по-бързо, като запазва прецизността в рамките на само 0,01 мм. Системата работи чрез реалновременна оптимизация на връзката между въртящите моменти на различните оси. По същество, когато един двигател генерира излишна енергия по време на работа, тази енергия незабавно се предава на съседни двигатели, които имат нужда от допълнително ускорение. Какво означава това за практическия процес на машинна обработка? Тези динамични прехвърляния на енергия намаляват продължителността на осцилациите с около 22 мс по време на финишната обработка, което води до забележима подобрена гладкост на повърхностите след рязане.

Опростена интеграция и повишена продуктивност благодарение на технологията „един кабел“

Елиминиране на циклите „спиране–пускане“: непрекъснато управление на движението чрез синхронизирана подаваща информация за въртящ момент/позиция

Технологията „един кабел“ (OCT) значително опростява нещата, като обединява енергията и данните в един-единствен кабел вместо в множество кабели. Според извършени тестове това намалява сложността на цялата кабелна инсталация приблизително с 60 %. Важното обаче е как работи системата по време на реална експлоатация. Системата осигурява непрекъснато и синхронно предаване на информация за въртящ момент и позиция по всички оси, поради което се избягват досадните спирания и стартиране при преминаване между различните участъци на траекторията на инструмента. Машините се движат непрекъснато, което означава по-добро контактно взаимодействие с обработваната заготовка и по-постоянно рязане по цялата дължина. Един производител действително отбеляза намаляване на времето за настройка почти наполовина след преминаване към OCT в стеснени пространства, където традиционната инсталация би отнела изключително много време.

намаляване на времето за цикъл с 18 % при високоточни завъртания — потвърдено в производствени 4-оси CNC токарни машини

Тестовете на производствените линии показват, че когато технологията OCT се интегрира в многосоставни системи, цикълните времена за операциите по прецизно точене се съкращават приблизително с 18 %. Причината? Централизираната синхронизация намалява закъснението на сигнала между различните задвижвания, което означава, че компонентите работят значително по-добре заедно при обработката на сложните контури. Един от основните производители също наблюдава нещо доста впечатляващо: след преминаването към еднокабелната конфигурация на EtherCAT те докладват около 30 % по-малко повреди на кабелите. Това е напълно логично, тъй като по-малко точки на свързване естествено води до по-висока надеждност на работата, особено важно в среди, където машините постоянно вибрират на високи нива.