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激光加工的尖端应用

采用经济型机械传动设计的最新机型

 
总部设于印度金奈的Proteck成立于二十五年前,现已成为印度领先的生产型设备供应商,在印度国内以及全球20多个国家销售、供应和制造各种印刷机、机床、金属切屑和成型设备以及CAD/CAM软件。作为Proteck在制造业的子公司,Proteck Precision拥有一支年轻、有活力且高素质的工程师队伍,为快速增长的印度制造业研发和提供令人振奋的新经济型解决方案,同时,为亚洲以外的地区提供高性价比的机器。该技术驱动型公司形成了欧洲模式的生产、质量控制和工程物流部门,并且在金奈拥有两个现代化程度极高的制造工厂,拥有世界一流的CAD/CAM、MRP系统和最新的ISO认证。

Proteck曾经将德国数控机床销售到本国市场,而该数控机床采用了全球领先的运动控制系统供应商科尔摩根的伺服电机驱动器,其展现的高性能和高可靠性给Proteck留下了深刻的印象,此后Proteck开始与科尔摩根欧洲分公司紧密合作。科尔摩根欧洲分公司的生产和研发工厂为Proteck提供了完善的产品培训和紧密的应用支持,而且科尔摩根孟买团队同样为其提供了进一步技术支持,这降低了学习曲线并且使合作更紧密。

Proteck的工程师在科尔摩根的Ratingen工厂接受了全面的培训。目前,随着Proteck开发自主研发的专用激光切割和数控机床系列产品,科尔摩根毫无疑问地成为Proteck的制造合作伙伴。Proteck的总经理K. Bala先生表示:“我们最新一代激光仿形切削机床源于我们这二十多年来合作伙伴为我们提供的先进的机床技术经验,以及我们日益增强的内部设计和制造能力。对于这两项重要因素,我们将科尔摩根视为主要技术贡献者和重要的合作伙伴。”
 
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齿条和齿轮系统对碎屑拥有极强抵御能力,在激光加工环境无需直线电机系统要求的防护等级

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KBM无框直驱电机凭借其灵活的模块化设计,能够针对空间进行优化,并且为配置伺服轴提供了极大的灵活性。
 
Proteck系列产品

Proteck最先自主研发的机型是高规格的二氧化碳3轴激光切割机,其独特的光路设计可以适用于各种不同的平板材料。这些机器占用空间小,最初仅包括铸铁床和下侧单轴几何形状,实现2.5 x 1.5米尺寸的平板三侧开口。博世力士乐或西门子数控控制器配件与Proteck高度发达的MetaCAM CAD/CAM软件完全集成,为所有类型的金属板切割带来了便利。随着对该机器的研发,Proteck为制造车间推出了“即插即用”的型号,该型号包括以前机器的所有功能,但是使用了更轻、成本更低的焊接框架结构。该技术领导者已经开始推广其开拓性的营销观念,即激光切割机应该与办公室激光打印机一样简单。
 
作为该持续性计划的一部分,其设计者针对传动机构进行了优化。2.5米行程的精密研磨滚珠丝杠的成本高昂,带悬臂荷载的单轴/单丝杠设计需要更坚固和更昂贵的直线运动导轨,进行充分支撑。此外,为了保持良好的动态性能,滚珠丝杠需要保持大直径以便实现高转速,这增加了伺服电机和伺服驱动器的尺寸。由于需要生产行程更长的机器以便加工更大尺寸的平板,Proteck和科尔摩根欧洲分公司开始解决一些核心问题:

KBM无框直驱电机三分快三计划凭借其灵活的模块化设计,能够针对空间进行优化,并且为配置伺服轴提供了极大的灵活性。

  • 如何使机器保持+/- 10微米双向可重复性移动,以及110 米/每分钟的最大直线速度?
  • 如何减少设备耗电量并且提高效率?
  • 如何进一步降低传动系统组件的成本?

其结果是为新型3轴桥式激光加工中心的机器长行程下侧轴引入创新的齿条和齿轮驱动系统,包括支撑龙门式Y轴的两个同步下侧X轴,和垂直Z轴。
 
S700伺服驱动器在机柜中占用较小的空间.png
S700伺服驱动器在机柜中占用较小的空间。


新一代平板切割机也使用配备MicroTM系列行星减速机的科尔摩根AKM系列旋转伺服电机.png
新一代平板切割机也使用配备MicronTM系列行星减速机的科尔摩根AKM系列旋转伺服电机
  采用直驱电机和创造性地使用预紧力的齿条和齿轮
 
最初的设想是将直线电机技术用于长行程双同步X轴,但是该设计的成本过于高昂,使机器无法适应Proteck设定的目标市场。Proteck意识到,需要使用创新的方法去实现齿隙和重复性性能,于是,具有成本效益的齿条和齿轮设计理念应运而生。Proteck设计了一套独特的预紧结构,该机构通过将齿轮和电机安装到偏心导向圆以实现齿轮完全接触,并通过针对性调整,以尽量避免系统动态特性的丧失。该预紧力机构在齿条和齿轮表面的性能超出了预期,但是标准旋转伺服电机需要配备行星减速箱以产生足以驱动负载的转矩,当预紧力机构与标准旋转伺服电机集成时,减速箱齿隙虽然相对较小,但对系统性能影响甚大。该问题的解决方案是采用科尔摩根KBM无框直驱电机来直接驱动齿轮齿条,这样避免了减速机的背隙所带来的影响。
 
直接联接

KBM单独的转子和定子包现在以套件形式提供,Proteck将转子和定子直接安装到机器上,并为机器配备了Proteck制造的轴承系统和保护壳,并且为其集成了电源接头和编码器接头。按照其安装布局,大直径齿轮轴直接联接到转子上,形成一独立的刚体,阻止了松耦合可能导致的空转和潜在的有害谐波。最终设计已经通过实地验证,可实现极低的齿隙,并且拥有与直线伺服电机性能非常接近的动态性能和生产力性能。此外,齿条和齿轮系统对碎屑拥有较强的抵御能力,不需要达到直线电机系统对激光加工环境所要求的防护等级。

新一代平板切割机能切割的最大平板尺寸为3.1 x 1.6米,该切割机使用科尔摩根AKM系列伺服电机,为Y轴和Z轴配备了MicronTM系列行星减速机,并且配备制动器。为了实现全面兼容性,整个机器使用S700驱动器三分快三计划。与科尔摩根欧洲分公司密切合作的德国切割机专家Eckelmann为该机器设计了成本效益最大化的数控控制解决方案,该机器将受益于该解决方案。

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随着Proteck使用科尔摩根KBM无框直驱电机和AKM伺服电机在性能和可靠性方面取得成功,其他方面的研发也随之跟进。
直接驱动提供了更多的优势

Proteck在平台、3轴桥式和龙门式机器的基础上研发了最新的激光切割机Sl 2530,这是一个巨型7轴“walkin”加工中心,其中包括先进的飞行光路头设计,可实现成型工件的垂直和倾斜角侧的激光切割。大型三维组装金属板工件被固定到一个固定式中心工作台上,多个旋转式激光头经过引导总是保持最佳垂直角度以实现完美切割。采用Proteck的创新齿条和齿轮机构的KBM直接驱动电机用于驱动该机器的主水平轴,其覆盖区域为1.6 x 3.3 x 0.7米。此外,空心轴KBM电机也用作多旋转飞行光路系统的主驱动电机——实现激光传输和聚焦系统的直通的同时保持灵活度和精密度,从而实现360度和+/-135度旋转行程的双旋转轴的完全同步。此外,该机器将与S700驱动器配套的一组AKM伺服电机用于其他轴,使Proteck及其客户减少备件和库存成本。

简而言之,与科尔摩根KBM无框直驱电机集成到一起的Proteck齿条和齿轮系统减少了零件数量,更加节能高效并且实现了更高的速度和精度,同时将齿隙和空转降低到所需要求以下。作为该设计的固有部件,拥有多反馈功能的科尔摩根S700伺服驱动器可以轻松的实现全闭环,旋变反馈设备安装到KBM无框直驱电机上用于换向,另一个反馈设备安装到磁性直线标尺上用于位置环。反馈协议为SSI absolute、EnDAT或BiSS,以便与各种数控控制器配套,从而通过所有S700伺服驱动器中集成的EtherCAT进行设置和监控。先进伺服驱动器的许多可选功能可能已经包含在机器规格中。这些可选功能包括用于SIL 2和3安全标准的STO(安全转矩关闭)以及用于设置和监控的以太网连接。此外,可提供EtherCAT现场总线,并且未来将其集成到机器中用于轴同步。

其他研发和未来项目

随着Proteck使用KBMAKM电机在性能和可靠性方面取得成功,其他方面的研发也随之跟进。BMT 125是一种先进的西门子数控控制台式卧式镗铣床,近期使用KBM无框直驱电机三分快三计划更换了标准旋转伺服电机驱动器和易产生齿隙的减速箱,该镗铣床从中受益。改进的传动系统直接联接到X、Y和Z轴滚珠丝杠,因此减少了零件,提高了效率,减少了能耗并且通过消除减速箱导致的齿隙提高了速度和精度。Proteck再一次将转子和定子组件连同负责电气连接的保护壳安装到了自身设计的轴承中。

总之,金砖四国经济体的快速增长正在推动具有天时地利的Proteck不断取得成功,更多的机器将受益于科尔摩根的直接驱动技术。实际上,研发时间正在缩短。K. Bala先生表示:“通过在机器设计中减少零件的数量以及科尔摩根标准化的、成熟的直接驱动技术,我们减少了工程设计时间。这样,我们可以更迅速地将产品推向市场。由于零件数量的减少、精度的提高、以及更高的机器可靠性和效率,我们能够在竞争中取得先机,从而获得更多的市场份额。”
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KBM的转子和定子现在以成套形式提供,并且直接安装到机器上。

 


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作者:
Alexander Hack
市场拓展经理
科尔摩根,Ratingen





 

关于科尔摩根

科尔摩根(Kollmorgen)是全球领先的运动控制系统和配件供应商。凭借七十多年的运动控制设计与开发专业经验,科尔摩根公司提供的突破性解决方案便捷可靠,性能无与伦比。科尔摩根拥有世界顶尖的运动控制理念、业内领先的产品质量、以及集成和定制产品的专业能力,致力于为设备制造商创造毋庸置疑的市场竞争优势。

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