Egytengelyes EtherCAT szervohajtások kiváltása többtengelyesekkel: nemcsak helymegtakarítás, hanem ezek a teljesítménybeli áttörések

Ultra pontos szinkronizáció 4-tengelyes CNC esztergagép mozgásszabályozásához

Almikroszekundumos jitter és elosztott óra-egyeztetés többtengelyes EtherCAT rendszerekben

Az EtherCAT szervohajtások több tengelyhez való szinkronizációja rendkívül pontos, köszönhetően az elosztott óra technológiának, amely minden egységet egyetlen főórához igazít, mikrosecundumnál is kisebb, rendkívül csekély jitterrel. Ez a megoldás megakadályozza az idegesítő időzítési hibák felhalmozódását a különböző tengelyek között – ami különösen fontos összetett alakzatok megmunkálásakor. Már 5 mikroszekundumnyi eltérés is rombolhatja a munkadarabok felületminőségét. A hagyományos, impulzus-alapú rendszerek egyszerűen nem tudnak versenyre kelni az EtherCAT hardveres időbélyegeivel, amelyek kb. ±50 nanoszekundumos szinkronizációt biztosítanak, függetlenül a tengelyek számától, így a szerszámok tökéletesen párhuzamosan maradnak gyors forgácsolási műveletek során. Az egész rendszer más módon is működik: a pozícióparancsokat egyszerre kezeli, nem várva meg az egyes parancsok egymás utáni feldolgozását. Ennek eredményeként a gépek nanométeres pontossággal váltanak át egyik vágási pályáról a másikra. A gyakorlati eredmények is megerősítik ezt: a Machining Dynamics Jelentés tavalyi kiadása szerint az ilyen rendszereket használó gyártók kb. 37 százalékkal csökkentették a magas sebességű menetvágás során rezgés miatt elutasított alkatrészek számát.

Valós idejű interpoláció minden tengely mentén: zavartalan, nagy felbontású kontúrozás lehetővé tétele 4-tengelyes CNC esztergákon

Amikor 4 tengelyes CNC esztergákról van szó, a koordinált tengelyek interpolációja valóban döntő jelentőségű, mivel egyszerre számítja ki az eszköz mozgását az összes motoros tengely mentén. A régi, szegmensenkénti interpolációs módszer apró szüneteket hagy a szegmensek között, amelyek a görbült alkatrészek felületén az úgynevezett nyomvonal-maradványokként jelennek meg. Ezért jelentenek forradalmat az EtherCAT rendszerek: ciklusidejük 5 mikroszekundumnál rövidebb, így folyamatosan újraszámítják a pozíciót, a sebességet és a gyorsulást. Ennek köszönhetően a gép képes arra, amit igazi spline-interpolációnak nevezünk, azaz minden tengely együtt, zavartalanul mozog, ugrások nélkül. 20 méter per perc feletti előtolási sebességnél ezek a gépek iránytartásukat 0,02 mikrométer pontossággal tartják. Van egy további előny is: a számítási teljesítmény lehetővé teszi, hogy a rendszer a vágási kontúrok kialakítása közben kompenzálja mind a hőtágulást, mind a mechanikai játékot. Ennek eredményeként a profilpontosság körülbelül 80%-kal jobb, mint amit a hagyományos impulzusvezérelt rendszerek elérhetnek.

Amikor a szorosabb szinkronizáció nem elegendő: Miért függ a vezérműtengely megmunkálásának minősége az összehangolt nyomaték-előadási jelről – nem csupán az időzítéstől

A tökéletes időzítés elérése nem elegendő a kamattengelyek megmunkálásakor fellépő profiltorzulás megelőzésére, mivel az egyenetlen vágóerők nyomaték alapú deformációkat okoznak. Itt jönnek jól a többtengelyes szervohajtások. Ezek ún. koordinált nyomaték-előrevezérlést alkalmaznak. Alapvetően ezek a hajtásvezérlők előre kiszámítják, mennyire fog megváltozni a terhelés, és a pozíciós problémák bekövetkezte előtt korrigálják a kimeneti áramot. A rendszer figyelembe veszi például azt is, hogyan kapcsolódik a vágószerszám az anyaghoz, illetve hogy milyen sebességgel távolítódik el az anyag különböző szögekből. Ezután kb. 100 mikroszekundummal az erők érzékelése után kiadja a korrekciós nyomatékjeleket. Így a pozícionálás pontos marad akkor is, ha a terhelés folyamatosan változik. A tesztek szerint ez a módszer majdnem felére csökkenti a profileltéréseket keményített acél forgattyús tengelyek csapágyfelületein – ezt közölte a múlt évi „Journal of Advanced Manufacturing” című szakfolyóirat. Ha a gyártók elhagyják ezt a dinamikus kompenzációt, akkor gyakorlatilag semmit sem érnek a nanomásodperc pontosságú szinkronizációs megoldásaik, mivel a rezgésből adódó felületi hibák így is megjelennek.

Magasabb teljesítménysűrűség és dinamikusabb válaszidő többtengelyes meghajtási architektúrákban

2,3-szor nagyobb kimeneti teljesítmény egységnyi térfogatra vonatkoztatva, mint a diszkrét egytengelyes meghajtók (IEC 61800-3 szabvány szerinti összehasonlítás)

Amikor többtengelyes rendszerekre tekintünk, azok az erőelektronikát és a hűtést egyetlen kompakt modulba integrálják, ellentétben a különálló egytengelyes megoldásokkal járó plusz alkatrészekkel. A tesztelési szabványok – például az IEC 61800-3 – szerint ezek az integrált rendszerek körülbelül 2,5-ször növelik a teljesítménysűrűséget ugyanazon a térfogaton belül. A négytengelyes CNC esztergák utólagos felszerelése is jelentősen profitál ebből a megközelítésből: a szükséges szekrények mérete körülbelül 60 százalékkal csökken, miközben a nyomatékjellemzők nem romlanak, ami különösen fontos, ha korlátozott a gyártóüzem padlóterülete. Egy további előny a közös egyenáramú buszrendszer, amely az energia-haozás csökkentésében körülbelül 18 százalékkal hatékonyabb, mint a hagyományos, különálló meghajtókkal működő rendszerek. Ezt a hatékonyságnövekedést már hosszabb ideig tartó megmunkálási műveletek során is igazoltuk, ahol a hatékonyság különösen döntő szerepet játszik.

40%-kal gyorsabb beállási idő koordinált 4-tengelyes kontúrfunkció esetén – a megosztott áramhurok-optimalizálás révén

Amikor az áramhurkok minden tengelyen szinkronizálva vannak, ez megszünteti azokat a zavaró kommunikációs késleltetéseket, amelyek a hagyományos diszkrét rendszereket érik. Összetett kontúrok, például hiperbolikus szerszámpályák esetén ez a konfiguráció lehetővé teszi, hogy a gépek 40 százalékkal gyorsabban álljanak be, miközben megtartják a csupán 0,01 mm-es pontossági küszöböt. A rendszer a különböző tengelyek közötti valós idejű nyomaték-összekapcsolás optimalizálásával működik. Alapvetően, amikor egy motor működése során többlet energiát termel, azonnal átadja ezt az energiát a szomszédos motoroknak, amelyek további gyorsításra van szükségük. Mit jelent ez a gyakorlati megmunkálás szempontjából? Nos, ezek a dinamikus energiacserék kb. 22 milliszekundummal rövidítik le az ingadozási időszakokat a felületkészítés során, ami érezhetően javítja a vágás utáni felületek simaságát.

Egyszerűsített integráció és termelékenységnövekedés az egycsatornás technológia segítségével

A leállás-indulás ciklusok kiküszöbölése: Folyamatos mozgásszabályozás szinkronizált nyomaték/pozíció-előadással

Az egykábeles technológia, rövidítve OCT, lényegesen egyszerűsíti a dolgokat, mivel mind a tápellátást, mind az adatátvitelt egyetlen kábelen keresztül bonyolítja le, nem pedig több külön kábelen. Tesztek szerint ez körülbelül 60%-kal csökkenti az összetett vezetékezési káoszt. Azonban ami valójában számít, az a gyakorlati működés során mutatkozó teljesítménye. A rendszer minden tengelyen egyidejűleg továbbítja a nyomaték- és pozícióadatokat, így a szerszámpálya különböző szakaszai közötti mozgás során nem fordulnak elő zavaró leállások és újraindulások. A gépek folyamatosan mozognak, ami jobb érintkezést biztosít a megmunkálandó alkatrésszel, és egyenletesebb vágóerőt eredményez az egész folyamat során. Egy gyártó valóságbeli példában majdnem 50%-kal csökkentette a beállítási időt, amikor az OCT-t alkalmazta olyan szűk helyeken, ahol a hagyományos telepítés rendkívül időigényes lenne.

18%-os ciklusidő-csökkenés nagy pontosságú esztergálásnál – ellenőrizve gyártási körülmények között üzemelő 4-tengelyes CNC-esztergákon

A gyártósorokon végzett tesztek azt mutatják, hogy amikor az OCT technológiát többtengelyes rendszerekbe integrálják, a precíziós esztergálási műveletek ciklusideje körülbelül 18%-kal csökken. Ennek az az oka, hogy a központosított szinkronizáció csökkenti a különböző meghajtók közötti jelkésleltetést, így az alkatrészek sokkal hatékonyabban együttműködnek a bonyolult kontúrok kezelése során. Egy jelentős gyártó számára is figyelemre méltó eredményeket hozott a váltás: miután áttértek az EtherCAT egyszerű kábelként való bekötésére, körülbelül 30%-kal kevesebb kábelhiba jelentkezett. Ez érthető is, hiszen kevesebb csatlakozási pont természetes módon megbízhatóbb működést eredményez, különösen fontos ez olyan környezetekben, ahol a gépek folyamatosan magas rezgésszinten működnek.