Yksiaukkoisten vaihtaminen moniaukkoisilla EtherCAT-servomoottoriohjaimilla: ei ainoastaan tilansäästöä, vaan myös nämä suorituskyvyn läpimurrot

Erittäin tarkka synkronointi neljäakseliselle CNC-kääntökonemittausohjaukselle

Alle mikrosekunnin tärinä ja jakelukellon tasaus moniakselisissa EtherCAT-järjestelmissä

EtherCAT-servomoottoriohjaimet useille akseleille synkronoituvat erinomaisella tarkkuudella jakautuneen kellon teknologian avulla, joka saa kaikki akselet yhden pääkellon tahdille hyvin pienellä jyristyksellä, joka on alle mikrosekunti. Tämä ratkaisu estää nuo ärsyttävät ajoitusvirheet kertymästä eri akseleiden välille, mikä on erityisen tärkeää monimutkaisten muotojen työstössä. Jo 5 mikrosekunnin poikkeama voi heikentää osien pinnanlaatua. Perinteiset pulssipohjaiset järjestelmät eivät yksinkertaisesti pysty vastaamaan EtherCAT:n saavuttamaa tarkkuutta sen laitteistopohjaisten aikaleimojen avulla. Nämä tarjoavat noin ±50 nanosekunnin synkronoinnin riippumatta siitä, kuinka monta akselia on mukana, mikä varmistaa työkalujen täydellisen suuntautumisen nopeissa pyörivissä leikkaustoimenpiteissä. Koko järjestelmä toimii myös eri tavalla: se käsittelee paikkakäskyt kaikki samanaikaisesti sen sijaan, että odottaisi kutakin käskyä yksi kerrallaan. Tämä tarkoittaa, että koneet voivat vaihtaa leikkauspolkuja erinomaisen tarkasti, jopa nanometrin tarkkuudella. Myös käytännön tulokset tukevat tätä. Teollisuusraportin (Machining Dynamics Report) viime vuoden mukaan tehtaat, jotka käyttävät näitä järjestelmiä, havaitsevat noin 37 prosentin laskun hylättyjen osien määrässä, joita aiheutuu värähtelyistä korkean nopeuden kierretyössä.

Todellisaikainen interpolointi kaikkien akselien yli: Mahdollistaa sileän, korkealaatuisen muotoilun 4-akselisissa CNC-kirveskoneissa

Kun kyseessä ovat 4-akseliset CNC-kirveskoneet, koordinoitu akselien interpolointi tekee todellisen eron, koska se laskee työkalupolun kaikkien moottorikäyttöisten akselien yli samanaikaisesti. Vanha segmentoidun interpoloinnin tapa aiheuttaa pieniä taukoja kunkin segmentin välillä, mikä näkyy nuo ärsyttävät jäljet kaarevilla osilla. Siksi EtherCAT-järjestelmät ovat pelin muuttajia: niiden syklausajat ovat alle 5 mikrosekuntia, mikä mahdollistaa sijainnin, nopeuden ja kiihtyvyyden jatkuvan uudelleenlaskennan. Tämä mahdollistaa koneen suorittaa niin sanottua todellista splini-interpolointia, jossa kaikki akselit liikkuvat yhdessä tasaisesti ilman hyppäyksiä. Syöttönopeuksilla yli 20 metriä minuutissa nämä koneet säilyttävät suuntatarkkuuden 0,02 mikrometrin tarkkuudella. On myös toinen etu: laskentateho mahdollistaa järjestelmän kompensoida sekä lämpölaajenemista että mekaanista varjostusta reunojen käsittelyn aikana. Tämä johtaa profiilin tarkkuuden parantumiseen noin 80 % paremmaksi kuin mitä perinteiset pulssikäyttöjärjestelmät voivat saavuttaa.

Kun tarkempi synkronointi ei riitä: Miksi kammiakselin koneistuksen laatu riippuu koordinoitusta vääntömomentin eteenpäin syöttämisestä – ei ainoastaan ajastuksesta

Täydellisen ajoituksen saavuttaminen ei riitä kampiakselien koneistuksessa lopettamaan kampien vääntymistä, koska epätasaiset leikkausvoimat aiheuttavat vääntömomenttipohjaisia taipumia. Tässä vaiheessa tulevat käteväksi moniakseliset servomoottorit. Ne käyttävät niin sanottua koordinoitua vääntömomentin eteenpäin antamista. Periaatteessa nämä ohjainjärjestelmät ennakoivat, kuinka paljon kuormaa muuttuu, ja säätävät virtalähteen lähtöä ennen kuin mikään asemointiongelma ehtii syntyä. Järjestelmä tarkastelee esimerkiksi sitä, miten työkalu tarttuu materiaaliin ja millä nopeudella materiaalia poistetaan eri kulmista. Sen jälkeen se lähettää korjaavia vääntömomenttisignaaleja noin 100 mikrosekunnin kuluttua voimien havaitsemisesta. Tämä pitää kaiken oikeassa asemassa, vaikka kuormat muuttuisivat jatkuvasti. Testit osoittavat, että tämä vähentää profiilipoikkeamia lähes puoleen kovennetun teräksen kampiakselin kauluksesta, kuten viime vuoden Journal of Advanced Manufacturing -lehdessä ilmoitettiin. Jos valmistajat jättävät tämänlaisen dynaamisen kompensoinnin huomiotta, heidän kaikki hienot nanosekunnin tarkkuudella synkronoidut järjestelmänsä eivät kuitenkaan juurikaan auta, sillä pinnanlaatuongelmat, kuten särkäily, tulevat silti esiin.

Korkeampi tehotiukkuus ja dynaaminen vastaus moniakselisissa ajoneuvokonfiguraatioissa

2,3-kertainen tehontuotto yksikkötilavuutta kohden verrattuna erillisihin yksiakselisiin ajoneuvoihin (IEC 61800-3 -standardin mukainen vertailu)

Kun tarkastellaan moniakselisia järjestelmiä, ne yhdistävät tehoelektroniikan ja jäähdytyksen yhdeksi tiukaksi moduuliksi sen sijaan, että käytettäisiin erillisiä yksiakselisia järjestelmiä, joissa on kaikki ylimääräiset komponentit. Testausstandardeihin, kuten IEC 61800-3:aan, perustuen nämä integroidut järjestelmät voivat nostaa tehotiukkuutta noin kaksinkertaisesti ja puolella samassa tilavuudessa. Tämä lähestymistapa tuottaa merkittäviä etuja myös neljäakselisten CNC-jyrsintäkoneiden uudelleenvarustamisessa. Tarvittavien säiliöiden koko pienenee noin 60 prosenttia ilman, että torquen suorituskykyä heikennetään – mikä on erityisen tärkeää, kun tehdastilan käytettävissä oleva pinta-ala on rajoitettu. Toisena edunä olisi jakojänniteväylän käyttö, joka vähentää energiahävikkiä noin 18 prosenttia verrattuna perinteisiin ratkaisuihin, joissa käytetään erillisiä ajoneuvoja. Olemme havainneet tämän toimivan hyvin pitkäkestoisissa koneistustehtävissä, joissa tehokkuus on erityisen tärkeä.

40 % nopeampi asettumisaika koordinoitussa neljän akselin muotoilussa – mahdollistettu jakamalla virtapiirin optimointia

Kun virtapiirit synkronoidaan kaikkien akselien yli, poistuvat ne ärsyttävät viivästykset viestinnässä, joita perinteiset erilliset järjestelmät kärsivät. Monimutkaisille muodoille, kuten hyperbolisille työkalupadoille, tämä järjestelmä mahdollistaa koneiden asettumisen 40 prosenttia nopeammin säilyttäen tarkkuusrajan vain 0,01 mm:ssä. Järjestelmä toimii optimoimalla reaaliaikaisesti vääntömomentin kytkentää eri akselien välillä. Periaatteessa, kun yksi moottori tuottaa liikaa energiaa toiminnan aikana, tuo teho siirtyy välittömästi tukemaan naapurimoottoreita, jotka tarvitsevat lisäkiihtyvyyttä. Mitä tämä tarkoittaa käytännön koneistuksessa? Nämä dynaamiset energiansiirrot lyhentävät värähtelyjaksoja noin 22 millisekuntia viimeistelytyövaiheessa, mikä vaikuttaa havaittavasti leikattujen pintojen sileyteen.

Yksinkertaistettu integrointi ja tuottavuuden parantuminen yhdellä kaapelilla – tekniikalla

Käynnistys- ja pysähtymisyklien poistaminen: Jatkuvan liikkeen ohjaus synkronoidulla momentin/asennon eteenpäin antamalla

Yhden kaapelin teknologia, lyhyesti OCT, yksinkertaistaa asioita huomattavasti sijoittamalla sekä tehon että tiedot yhteen kaapeliin sen sijaan, että käytettäisiin useita erillisiä kaapeleita. Testien mukaan tämä vähentää monimutkaista kaapelointia noin 60 %. Tärkeintä kuitenkin on, kuinka järjestelmä toimii käytännössä. Järjestelmä pystyy säilyttämään momentin ja asennon tiedot virtaamassa yhtä aikaa kaikkien akselien yli, joten työpolun eri osien välillä ei esiinny ärsyttäviä pysähtymisiä ja käynnistyksiä. Koneet pysyvät jatkuvassa liikkeessä, mikä tarkoittaa parempaa kosketusta työkappaleeseen ja tasaisempaa leikkuupainetta koko leikkausprosessin ajan. Yksi valmistaja havaitsi asennusajan vähentyneen lähes puoleen, kun se siirtyi OCT-järjestelmään tiukkoihin tiloihin, joissa perinteinen asennus olisi kestänyt erinomaisen kauan.

18 %:n sykliaikalyhenemä korkean tarkkuuden kääntötyössä – vahvistettu tuotannossa käytetyillä 4-akselisilla CNC-kääntökoneteollisuuskoneilla

Tuotantolinjoilla suoritetut testit osoittavat, että kun OCT-teknologia integroidaan moniakselisiin järjestelmiin, tarkkojen kääntötoimintojen kiertoaika nopeutuu noin 18 %. Miksi? Keskitetty synkronointi vähentää signaaliviiveitä eri moottorien välillä, mikä tarkoittaa, että komponentit toimivat yhdessä huomattavasti paremmin monimutkaisten muotojen käsittelyssä. Yksi merkittävä valmistaja havainnollisti myös melko vaikuttavaa tulosta: sen siirryttyä EtherCAT:n yksikaapeliratkaisuun ilmoitettiin kaapelivioista noin 30 % vähemmän. Tämä on loogista, sillä vähemmän liitoskohtia johtaa luonnollisesti luotettavampaan suorituskykyyn, mikä on erityisen tärkeää ympäristöissä, joissa koneet värähtelevät jatkuvasti korkealla tasolla.