Bretzel GmbH používá technologii pohonu Yaskawa

Výzva

CNC frézování s nejvyšší přesností a dynamikou

Bretzel GmbH Antriebs- und Elektrotechnik se rozhodl pro servopohon Sigma-5 s podporou EtherCAT firmy YASKAWA pro přizpůsobené vybavení CNC frézek. Řešení pohonu zaručuje nejvyšší standardy z hlediska dynamiky, přesnosti a výkonu.

Společnost se sídlem v Eschbornu v Německu dodala velkou část požadovaných komponent automatizace výrobci CNC, který dodává zákazníky v oblasti výroby nástrojů a forem. Společná řešení pro stávající i nové CNC stroje jsou vyvíjena v úzké spolupráci s výrobcem řízení. Zde se používá vysoce výkonné jádro CNC založené na PC. NC kernel a downstream CoDeSys PLC běží nezávisle na ostatních procesech v PC v reálném čase, což umožňuje pohyb bez trhání i ve složitých geometriích.

V interpolovaném posuvu je aktuálně podporováno až devět synchronních os. Na obr. 1 je znázorněn malý čtyřosý stroj, jehož osy X byly do tzv. Portálové operace začleněny dvě rovnoběžné servoosy. Bez ohledu na schopnost NC je zařízení automaticky k dispozici kompletní rozhraní systému Windows, které uživatelům nabízí všechny moderní možnosti sítě a připojení.

Výkonná technologie pohonu

Osy CNC strojů jsou poháněny servomotory Yaskawa Sigma-5. Konkrétněji se Bretzel rozhodl pro modely řady SGMAV. Servomotor Sigma-5 je servopohon sestávající ze servomotorů, servozesilovačů a výkonného instalačního softwaru Sigma Win + (obr. 2). Série zahrnuje rotační motory, přímé pohony a lineární motory. Při krátkých dobách polohování dosahují standardní modely vysoké přesnosti polohování více než 1 μm.

V interpolovaném posuvu je v současné době podporováno až devět synchronních os. Na obr. 1 je znázorněn malý čtyřosý stroj, jehož osy X byly do tzv. Portálové operace začleněny dvě rovnoběžné servoosy. Bez ohledu na schopnost NC je zařízení automaticky k dispozici kompletní rozhraní systému Windows, které uživatelům nabízí všechny moderní možnosti sítě a připojení.

Výkonná technologie pohonu

Osy CNC strojů jsou poháněny servomotory Yaskawa Sigma-5. Konkrétněji se Bretzel rozhodl pro modely řady SGMAV. Servomotor Sigma-5 je servopohon sestávající ze servomotorů, servozesilovačů a výkonného instalačního softwaru Sigma Win + (obr. 2). Série zahrnuje rotační motory, přímé pohony a lineární motory. Při krátkých dobách polohování dosahují standardní modely vysoké přesnosti polohování více než 1 μm.

Jako vysoce dynamický servo systém zajišťuje Sigma-5 minimální doby frézování. Motory se navíc vyznačují extrémně precizním a prakticky bez otěru. Absolutní 20bitový kódovací systém s více než 1 miliónem přírůstků na otáčku motoru detekuje přesnou polohu motoru kdykoli. Kompaktní rozměry a konfigurace s nízkou setrvačností umožňují obrovské zrychlení.

Díky tzv. funkci automatického ladění pro automatickou optimalizaci pohonu a automatické funkci filtru pro potlačení vibrací běží motory Sigma-5 také ticho a prakticky bez vibrací při nízkých rychlostech. Ve vysoce přesných aplikacích je tak zaručen optimální provoz. Současně se snižuje opotřebení stroje, což má pozitivní dopad na náklady životního cyklu.

Uvedení do provozu a diagnostika komponentů Sigma-5 jsou pomocí uživatelského softwaru SigmaWin + jednoduché a rychlé. Ruční nastavení nebo speciální odborné znalosti nejsou nutné. Algoritmus automatického ladění umožňuje dokonalé nastavení například dvou os ve vysoce výkonných strojích za méně než dvě hodiny - namísto obvyklých osmi.

Řešení

EtherCAT sběrnicový systém v reálném čase

Pro integraci servomotorů Sigma-5 do rozsáhlých automatizačních řešení existují modulární rozhraní k EtherCAT, CANopen, POWERLINK a MECHATROLINK-II a III. Řešení Bretzel kombinuje servo systém Sigma-5 s rozhraním EtherCAT. To umožňují servo řadiče řady SGDV s doplňkovou kartou EtherCAT. Servopohony jsou dodávány s 1 x 230V. Zatížení a logické napětí jsou připojeny samostatně. Regulátory nabízejí schválené bezpečné zastavení, které jim umožňuje spolehlivě vypnout v případě nouzového zastavení navzdory použitému zatěžovacímu napětí.

Tento rychlý sběrnicový systém EtherCAT v reálném čase zajišťuje maximální výkon a poskytuje plný přístup ke všem řídicím registrům a stavovým informacím. Kromě toho umožňuje řízení NC provádění víceosých synchronních interpolovaných pohybů dráhy.

Komunikace zajišťuje prostřednictvím standardizovaného protokolu CANopen (CoE = CANopen over EtherCAT). Rozhraní EtherCAT CoE umožňuje konstrukci synchronizovaných distribuovaných pohonných systémů s vyšší rychlostí přenosu dat a vyšší spolehlivostí. Lze tak provádět trojrozměrné frézovací pohyby s nejvyšší mírou přesnosti kontury.

Kompaktní AC pohon V1000

Kromě Sigma-5 byla v CNC frézkách nakonfigurovaných společností Bretzel použita další součástka Yaskawa: vřetena jsou řízena kompaktním vektorovým měničem V1000, obr. 3). Tam, kde lze motory s permanentními magnety přesně a spolehlivě ovládat, poskytuje tento frekvenční měnič spolehlivé a efektivní řešení. Díky vysoce dynamickému vektorovému řízení proudu (vektor s otevřenou smyčkou) optimálně řídí asynchronní i synchronní motory s permanentním magnetem v rozsahu výkonu od 100 W do 15 kW. I při extrémně nízkých otáčkách je dosaženo alespoň jmenovitého točivého momentu. Standardně může V1000 na výstupní straně dodávat až 400 Hz. V případě dvoupólového vřetena to odpovídá synchronním 24 000 otáčkám za minutu. Pro rychlejší rotující vřetena existuje softwarová verze s až 1 000 Hz. V1000, představený jako nejmenší kompaktní frekvenční měnič na světě, má tu výhodu, že vyžaduje velmi málo místa.