Sostituire gli azionamenti servo EtherCAT ad asse singolo con quelli multi-asse: non solo un risparmio di spazio, ma anche questi importanti progressi prestazionali

Sincronizzazione ultra-precisa per il controllo del movimento di un torno CNC a 4 assi

Jitter sub-microsecondo e allineamento del clock distribuito nei sistemi EtherCAT multiasse

Gli azionamenti servo EtherCAT per più assi si sincronizzano a livelli straordinari grazie alla tecnologia dell’orologio distribuito, che allinea tutti gli assi a un unico orologio master con un jitter estremamente ridotto, inferiore a un microsecondo. Questa configurazione evita l’accumulo di fastidiosi errori di temporizzazione tra assi diversi, un aspetto particolarmente cruciale durante la lavorazione di forme complesse. Uno scostamento di soli 5 microsecondi può compromettere la qualità superficiale dei pezzi. I sistemi tradizionali basati su impulsi non riescono semplicemente a eguagliare le prestazioni di EtherCAT in termini di timestamp hardware. Questi ultimi garantiscono una sincronizzazione di circa ±50 nanosecondi, indipendentemente dal numero di assi coinvolti, assicurando un allineamento perfetto degli utensili anche durante tagli rotanti ad alta velocità. L’intero sistema funziona inoltre in modo differente: elabora tutti i comandi di posizione simultaneamente, anziché attendere l’esecuzione di ciascuno in sequenza. Ciò consente alle macchine di passare da un percorso di taglio all’altro con una precisione straordinaria, fino al livello del nanometro. Anche i risultati pratici confermano tali vantaggi: secondo il rapporto Machining Dynamics dello scorso anno, le aziende che utilizzano questi sistemi registrano una riduzione del 37% dei pezzi scartati a causa delle vibrazioni durante la filettatura ad alta velocità.

Interpolazione in tempo reale su tutti gli assi: consente una lavorazione di contorno fluida e ad alta fedeltà sui torni CNC a 4 assi

Quando si tratta di torni CNC a 4 assi, l'interpolazione coordinata degli assi fa davvero la differenza, poiché calcola i percorsi utensile su tutti gli assi motorizzati contemporaneamente. Il vecchio metodo basato sull'interpolazione segmentata lascia minuscole pause tra ciascun segmento, che si manifestano come quegli odiosi segni di giunzione sulle parti curve. È per questo motivo che i sistemi EtherCAT rappresentano una vera svolta: presentano tempi di ciclo inferiori a 5 microsecondi, consentendo un continuo ricampionamento di posizione, velocità e accelerazione. Ciò permette alla macchina di eseguire quella che definiamo interpolazione spline vera e propria, in cui tutti gli assi si muovono insieme in modo fluido, senza alcun salto. A velocità di avanzamento superiori a 20 metri al minuto, queste macchine mantengono una coerenza direzionale fino a 0,02 micrometri. E c’è anche un ulteriore vantaggio: la potenza computazionale consente al sistema di compensare sia l’espansione termica sia il gioco meccanico durante la lavorazione di contorni. Ciò comporta un miglioramento dell’accuratezza del profilo pari a circa l’80% rispetto a quanto ottenibile con i tradizionali sistemi a comando a impulsi.

Quando una sincronizzazione più precisa non è sufficiente: perché la qualità della lavorazione dell’albero a camme dipende da un’anticipazione coordinata della coppia, e non solo dalla tempistica

Ottenere una tempistica perfetta non è sufficiente per evitare la deformazione delle lobi durante la lavorazione degli alberi a camme, poiché queste forze di taglio irregolari generano deviazioni dovute al momento torcente. È qui che entrano in gioco i servomotori multiasse. Essi utilizzano una tecnica denominata "anticipazione coordinata della coppia". In pratica, questi regolatori di azionamento analizzano in anticipo le variazioni di carico previste e modificano l’uscita di corrente prima che si verifichino problemi di posizionamento. Il sistema tiene conto di fattori quali il modo in cui la fresa entra in contatto con il materiale e la velocità con cui il materiale viene asportato da angolazioni diverse. Successivamente, invia segnali correttivi di coppia circa 100 microsecondi dopo aver rilevato le forze in gioco. Ciò consente di mantenere un posizionamento accurato anche in presenza di carichi variabili. Secondo uno studio pubblicato lo scorso anno sul Journal of Advanced Manufacturing, questa tecnica riduce quasi della metà le deviazioni del profilo nei mozzi di alberi motore in acciaio temprato. Se i produttori trascurano questo tipo di compensazione dinamica, tutta la loro sofisticata sincronizzazione precisa al nanosecondo risulterà comunque poco efficace, poiché i difetti superficiali causati dalle vibrazioni (chatter) continueranno a manifestarsi.

Maggiore densità di potenza e risposta dinamica nelle architetture di azionamento multiasse

uscita superiore del 2,3× per unità di volume rispetto agli azionamenti discreti monosasse (confronto basato sullo standard IEC 61800-3)

Quando esaminiamo i sistemi multiasse, questi integrano l’elettronica di potenza e il sistema di raffreddamento in un unico modulo compatto, anziché prevedere tutti quei componenti aggiuntivi tipici delle configurazioni monosasse separate. Secondo standard di prova come l’IEC 61800-3, questi sistemi integrati possono aumentare la densità di potenza di circa due volte e mezza nello stesso volume. Anche la modernizzazione di torni CNC a quattro assi trae grandi vantaggi da questo approccio: gli armadi necessari diventano circa il 60% più piccoli, senza alcuna perdita di prestazioni in termini di coppia, aspetto particolarmente rilevante quando lo spazio disponibile sul pavimento della fabbrica è limitato. Un ulteriore vantaggio deriva dalle architetture con bus DC condiviso, che riducono lo spreco energetico di circa il 18% rispetto alle configurazioni tradizionali con azionamenti indipendenti. Questo risultato è stato confermato in operazioni di lavorazione prolungate, dove l’efficienza riveste un ruolo fondamentale.

tempo di assestamento del 40% più rapido nel contornamento coordinato a 4 assi, reso possibile dall'ottimizzazione condivisa del loop di corrente

Quando i loop di corrente sono sincronizzati su tutti gli assi, si eliminano quei fastidiosi ritardi di comunicazione che affliggono i tradizionali sistemi discreti. Per contorni complessi, come i percorsi utensile iperbolici, questa configurazione consente alle macchine di assestarsi il 40% più rapidamente, mantenendo una soglia di precisione pari a soli 0,01 mm. Il sistema opera ottimizzando in tempo reale l'accoppiamento della coppia tra assi diversi. In pratica, quando un motore genera energia in eccesso durante il funzionamento, tale potenza viene immediatamente deviata per supportare i motori vicini che necessitano di ulteriore accelerazione. Cosa significa ciò nella pratica della lavorazione? Beh, questi trasferimenti dinamici di energia riducono i periodi di oscillazione di circa 22 millisecondi durante le operazioni di finitura, con un impatto evidente sulla regolarità delle superfici dopo la lavorazione.

Integrazione semplificata e incremento della produttività grazie alla tecnologia One-Cable

Eliminazione dei cicli di arresto e ripresa: controllo del movimento continuo tramite anticipazione sincronizzata di coppia/posizione

La tecnologia One Cable Tech (OCT), per brevità, semplifica notevolmente il sistema integrando alimentazione e dati in un unico cavo anziché in più cavi. Secondo i test, ciò riduce il complesso groviglio di cablaggi di circa il 60%. Ciò che conta davvero, tuttavia, è il funzionamento effettivo durante le operazioni reali. Il sistema consente di trasmettere in modo continuo e coordinato informazioni relative a coppia e posizione su tutti gli assi, eliminando così fastidiosi arresti e riprese durante il passaggio tra diverse sezioni del percorso utensile. Le macchine mantengono un movimento costante, garantendo un contatto migliore con il pezzo in lavorazione e una pressione di taglio più uniforme lungo tutto il processo. Un produttore ha effettivamente registrato una riduzione dei tempi di allestimento di quasi il 50% passando all’OCT in spazi ristretti, dove le installazioni tradizionali richiederebbero tempi molto lunghi.

riduzione del tempo di ciclo del 18% nella tornitura ad alta precisione—verificata su torni CNC a 4 assi in produzione

I test effettuati sulle linee di produzione indicano che, quando la tecnologia OCT viene integrata in sistemi multiasse, i tempi di ciclo per le operazioni di tornitura di precisione si riducono di circa il 18%. Il motivo? La sincronizzazione centralizzata riduce il ritardo nei segnali tra diversi azionamenti, consentendo così ai componenti di lavorare insieme in modo molto più efficace durante la lavorazione di quei contorni complessi. Anche un importante produttore ha ottenuto risultati piuttosto impressionanti: dopo aver adottato la configurazione a cavo singolo di EtherCAT, ha riportato circa il 30% in meno di guasti ai cavi. Ciò è del tutto comprensibile, poiché un numero minore di punti di connessione porta naturalmente a prestazioni più affidabili, particolarmente importante negli ambienti in cui le macchine vibrano costantemente a livelli elevati.