Vienašakių variklių valdiklių keitimas į daugiaašakius EtherCAT variklių valdiklius: ne tik vietos taupymas, bet ir šie našumo pranašumai

Ultra tikslus 4 ašių CNC staklių judėjimo valdymo sinchronizavimas

Submikrosekundės virpesys ir paskirstytojo laikrodžio suderinimas daugiaašėse EtherCAT sistemose

EtherCAT variklių valdikliai daugiaašėms sistemoms pasiekia nuostabius sinchronizavimo lygius dėka paskirstytosios laikrodžių technologijos, kuri viską sinchronizuoja su vienu pagrindiniu laikrodžiu, o jų svyravimai yra labai maži – mažesni nei mikrosekundė. Tokia konfigūracija neleidžia susidaryti nepatogioms laiko klaidoms tarp skirtingų ašių, kas ypač svarbu dirbant sudėtingas formas. Net 5 mikrosekundžių nuokrypis gali pabloginti detalių paviršiaus kokybę. Tradicinės impulsais veikiančios sistemos tiesiog negali prilygti EtherCAT pasiekiamam tikslumui, kurį užtikrina įtaisyti „hardware“ laiko žymės. Jos užtikrina apie ±50 nanosekundžių tikslumą nepriklausomai nuo ašių skaičiaus, todėl įrankiai lieka absoliučiai tiksliai išlyginti net atliekant greitą sukamąjį apdirbimą. Visa sistema veikia kitaip – ji vienu metu apdoroja visus padėties įsakymus, o ne laukia kiekvieno po kito. Tai reiškia, kad įrenginiai gali perjungti apdirbimo trajektorijas su nepaprasta tikslumu – iki nanometro lygio. Tai patvirtina ir realaus pasaulio rezultatai: pagal praeitais metais paskelbtą „Machining Dynamics Report“ pramonės įmonės, naudojančios šias sistemas, pastebėjo apie 37 procentų sumažėjimą brokuotų detalių skaičiuje, kurie atsiranda dėl virpesių aukšto greičio sriegimo metu.

Realaus laiko interpoliacija visose ašyse: leidžia sklandų, didelės tikslumo kontūravimą 4 ašių CNC staklėse

Kai kalbama apie 4 ašių CNC sukimo stakles, koordinuota ašių interpoliacija tikrai daro skirtumą, nes ji vienu metu apskaičiuoja įrankio kelius visose variklių ašiųse. Senasis segmentinės interpoliacijos būdas palieka mažyčias pauzes tarp kiekvieno segmento, kurios pasireiškia kaip nepatogūs matomieji žymenys išlenktuose detalių paviršiuose. Todėl EtherCAT sistemos yra žaidimą keičiančios – jų ciklo trukmė yra mažesnė nei 5 mikrosekundės, todėl padėtis, greitis ir pagreitis nuolat perskaičiuojami. Tai leidžia įrenginiui vykdyti tai, ką mes vadiname tikrąja splainų interpoliacija, kai visos ašys juda kartu lygiai, be jokių šuolių. Maitinimo greičiais virš 20 m/min šios staklės išlaiko krypties nuoseklumą iki 0,02 mikrometro. Be to, yra dar viena privalumų – skaičiavimo galia leidžia sistemai kompensuoti tiek šiluminį išsiplėtimą, tiek mechaninį žaidimą, frezuojant kontūrus. Dėl to profilio tikslumo gerinimas siekia apie 80 % geriau nei tradicinėse impulsinėse variklių valdymo sistemose.

Kai tikslus sinchronizavimas nepakanka: kodėl krumpliaratinio veleno apdirbimo kokybė priklauso nuo koordinuoto sukimo momento išankstinio valdymo – ne tik nuo laikymo

Tobulos laiko nuostatos pasiekimas nėra pakankama sąlyga, kad būtų sustabdyta krumpliaračio veleno krumplių iškraipymas apdirbant, nes netolygios pjovimo jėgos sukelia sukimo momentu grindžiamus išlinkimus. Čia kaip tik praverčia daugiapakopės servorajės variklių valdymo sistemos. Jos naudoja taip vadinamąjį koordinuotąjį sukimo momento išankstinį valdymą. Paprastai tariant, šios variklių valdymo sistemos iš anksto įvertina, kiek keisis apkrova, ir prieš tai, kol atsiranda bet kokių padėties problemų, koreguoja srovės išvestį. Sistema įvertina tokias aplinkybes kaip pjovimo įrankio sąveika su medžiaga ir medžiagos pašalinimo greitį iš skirtingų kampų. Tada ji siunčia koriguojamus sukimo momento signalus maždaug po 100 mikrosekundžių nuo jėgų aptikimo. Tai užtikrina, kad viskas išliktų teisingoje padėtyje net tada, kai apkrova nuolat kinta. Pagal praeitais metais išleistą „Journal of Advanced Manufacturing“ žurnalą, bandymai parodė, kad šis metodas sumažina profilio nuokrypius beveik dvigubai kietintuose plieniniuose variklio velenų guoliuose. Jei gamintojai praleidžia šio tipo dinaminę kompensaciją, visos jų brangios nanosekundžių tikslumo sinchronizacijos vis tiek nesuteiks daug naudos, nes paviršiaus defektai, kuriuos sukelia virpesiai, vis tiek pasitaikys.

Didesnė galios tankio ir dinaminio atsako našumas daugiagriačiuose variklių valdymo architektūrose

2,3 kartų didesnis išėjimo galingumas vienetinėje tūrio vienete palyginti su atskirais viengriačiais variklių valdikliais (pagal IEC 61800-3 standarto lyginamąjį rodiklį)

Kai žvelgiame į daugiagriačius sistemas, jos sujungia galios elektroniką ir aušinimą į vieną kompaktų modulį, o ne naudoja visus papildomus komponentus, būtinus atskirų viengriačių sistemoms. Pagal bandymų standartus, tokiuose kaip IEC 61800-3, šios integruotos sistemos gali padidinti galios tankį apytiksliai 2,5 karto tame pačiame tūryje. Šis požiūris taip pat labai naudingas keičiant keturgriačius CNC stakles. Reikalingų šaukštų tūris sumažėja maždaug 60 procentų, nepažeidžiant jokios sukimo momento našumo – tai ypač svarbu, kai gamyklos grindų plotas ribotas. Kitas privalumas – bendro nuolatinės srovės magistralės konstrukcija, kuri sumažina energijos nuostolius maždaug 18 procentų palyginti su tradicinėmis sistemomis, kuriose kiekvienam varikliui skirtas atskiras valdiklis. Šis sprendimas gerai pasitvirtino ilgalaikiuose apdirbimo procesuose, kai efektyvumas yra ypatingai svarbus.

40 % greitesnis stabilizavimos laikas koordinuojant 4 ašių kontūravimą – pasiektas bendros srovės kilpos optimizavimu

Kai srovės kilpos sinchronizuojamos visose ašių, pašalinami tie nepatogūs ryšio delsai, kurie kelia problemas tradicinėse atskirose sistemose. Sudėtingiems kontūrams, pvz., hiperbolinėms įrankių trajektorijoms, ši konfigūracija leidžia mašinoms stabilizuotis 40 procentų greičiau, išlaikant tikslumo ribą 0,01 mm. Sistema veikia optimizuodama realiuoju laiku sukimo momentų sąveiką tarp skirtingų ašių. Paprasčiausiai tariant, kai vienas variklis veikimo metu sukuria perteklinę energiją, ši energija nedelsiant panaudojama kitų variklių, reikalaujančių papildomo pagreitinimo, palaikymui. Ką tai reiškia praktikoje? Šie dinaminiai energijos perdavimai trumpina svyravimų trukmę apytikriai 22 milisekundėmis baigiamajame apdirbime, dėl ko po pjovimo paviršiai gaunasi žymiai lygesni.

Supaprastinta integracija ir našumo padidėjimas naudojant vieno kabelio technologiją

Stabdymo ir paleidimo ciklų pašalinimas: nuolatinis judėjimo valdymas sinchronizuotu sukimo momento/padėties išankstiniu valdymu

Vieno kabelio technologija, arba trumpai OCT, žymiai supaprastina sistemą, nes tiek energiją, tiek duomenis perduoda vienu kabeliu vietoj kelių. Tai sumažina sudėtingą laidynę maždaug 60 %, kaip parodė bandymai. Tačiau svarbiausia – kaip sistema veikia tikrojoje eksploatacijoje. Sistema gali nuolat kartu perduoti sukimo momento ir padėties informaciją visose ašyse, todėl įrankio kelio skirtingose dalyse judėjimas vyksta be nepatogaus stabdymo ir paleidimo. Įrenginiai juda nuolat, todėl pasiekiamas geriau kontaktas su apdirbamu detalių paviršiumi ir pastovesnis pjovimo slėgis visame procese. Vienas gamintojas praktiškai sumažino savo įrengimo laiką beveik dvigubai, įdiegęs OCT siaurose patalpose, kur tradicinės įrengimo procedūros užtrukdavo labai ilgai.

18 % ciklo trukmės sumažėjimas aukštos tikslumo sukimo apdirbime – patvirtinta realiose 4 ašių CNC sukimo staklėse

Bandymai gamybos linijose rodo, kad integruojant OCT technologiją į daugiapagalės sistemos, tikslaus sukimo operacijų ciklo trukmė sutrumpėja apie 18 %. Kodėl? Centrinė sinchronizacija sumažina signalo uždelstumą tarp skirtingų variklių, todėl komponentai geriau veikia kartu, tvarkydami sudėtingus kontūrus. Vienas didelis gamintojas taip pat pastebėjo gan įspūdingą rezultatą. Perėjęs prie EtherCAT vieno kabelio konfigūracijos, jis pranešė apie maždaug 30 % mažesnį kabelių gedimų skaičių. Tai visiškai suprantama, nes mažiau jungties taškų natūraliai lemia patikimesnį veikimą, ypač svarbu aplinkose, kur įrenginiai nuolat stipriai virpa.