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案例頻道 用于長行程機器應用的滾珠絲杠非常昂貴，并且為了充分支持所需的行程距離，需要增加運動部件。如果機器應用還需要高運轉速度，意味著需要更大的伺服電機和伺服驅動器，這會導致機器成本上升。印度生產設備供應商Proteck的工程師正在設計滿足這些性能的機器。此外，該機器需要在110m/min直線速度運行時保證雙向±10微米的重復定位精度。他們的工程師們向科爾摩根歐洲公司求助，希望在保持或提高運行效率的同時減少機器成本和設備耗電量。
該公司最初設計了高規格的二氧化碳3軸激光切割機，其獨特的光路設計可以適用于各種不同的平板材料。這些機器占用空間小，僅包括鑄鐵床和下側單軸幾何形狀，實現2.5×1.5米尺寸的平板三側開口。該公司在此機器的基礎上推出了新型號，該型號包括以前機器的所有功能，但是使用更輕、成本更低的焊接框架結構。
設計結果是為3軸橋式激光加工中心引入了齒輪齒條結構的長行程下側軸，加工中心包括兩個同步下側X軸，支撐一個空門Y軸和一個垂直Z 軸。
最初的設想是將直線電機技術用于長行程雙同步X軸，但是該設計的成本過于高昂，使機器無法適應目標市場。工程師們認識到在設計齒條和齒輪系統時，需要使用不同的方法實現解決齒隙和重復定位精度需求。該公司設計了一套獨特的預緊結構，該結構通過將齒輪和電機安裝到偏心導向圓以實現齒輪完全接觸，并通過針對性調整，以盡量避免系統動態特性的喪失。該預緊力結構在齒條和齒輪表面的性能良好，但是標準旋轉伺服電機需要配備行星減速箱以產生足以驅動負載的轉矩，當預緊力結構與標準旋轉伺服電機集成時，減速箱齒隙對系統性能影響甚大。該問題的解決方案是采用科爾摩根KBM無框直驅電機來直接驅動齒輪齒條，避免減速箱的齒隙產生的影響。
KBM電機套件包括單獨的轉子和定子，結合依靠機器上的軸承和保護蓋，轉子和定子被直接安裝到機器上，并集成了電源接頭和編碼器接頭。按照其安裝布局，大直徑齒輪軸直接聯接到轉子上，形成一個獨立的剛體，減少了可能導致的空轉和潛在的有害諧波。最終設計已經通過實地驗證，可實現極低的齒隙，并且擁有優秀的動態性能，并提高生產率。齒條和齒輪系統對碎屑擁有較強的抵御能力，不需要達到直線電機系統對激光加工環境所要求的防護等級，如圖1所示。
圖1 KBM單獨轉子和定子的安裝方式有效限制了空轉并減少了有害諧波
該公司還在其他系統中使用KBM無框直驅電機和AKM同步伺服電機。Proteck齒條和齒輪系統采用科爾摩根KBM無框直驅電機，減少了零件數量，更加節能高效，并且實現了更高的速度和精度，同時將齒隙和空轉降低到所需要求以下。擁有多反饋功能的科爾摩根S700 伺服驅動器（如圖2所示）可輕松地實現全閉環，旋變反饋設備安裝到KBM無框直驅電機上用于換向，另一個反饋設備安裝到磁性直線標尺上用于位置環。
圖2 S700 伺服驅動器擁有多反饋功能，EtherCAT和CANopen總線通訊，以及SIL2/SIL3安全功能
反饋協議為SSI absolute、EnDAT或BiSS，以便與各種數控控制器配套，從而通過所有S700驅動器中集成的EtherCAT進行設置和監控。這些可選功能包括用于SIL2和3安全標準的STO（安全轉矩關閉）以及用于設置和監控的以太網連接。
新一代平板切割機能切割的最大平板尺寸為3.1×1.6米，該切割機在Y和Z軸上使用科爾摩根AKM系列同步伺服電機，并且配備了MicronTM系列行星減速機，并且配備制動器，如圖3所示。
該公司在平臺、3軸橋式和龍門式機器的基礎上研發了最新的激光切割機SI 2530，這是一個7軸加工中心，其中包括先進的飛行光路頭設計，可實現成型工件的垂直和傾斜角側的激光切割。大型三維組裝金屬板工件被固定到一個固定式中心工作臺上，多個旋轉式激光頭經過引導總是保持最佳垂直角度以實現完美切割。
圖3 Proteck的平板切割機也使用配備MicronTM 系列行星減速機的科爾摩根AKM 系列同步伺服電機
采用Proteck齒條和齒輪機構的KBM無框直驅電機被用于驅動該機器的主水平軸，其覆蓋區域為1.6×3.3×0.7米。此外，空心軸的KBM無框直驅電機也用作多旋轉飛行光路系統的主驅動電機——實現激光傳輸和聚焦系統直通的同時保持靈活度和精密度，從而實現360度和±135度旋轉行程的雙旋轉軸的完全同步。此外，機器的其他軸采用與S700驅動器完美配合的AKM同步伺服電機，從而減少了備件和庫存成本。
摘自《自動化博覽》2015年11月增刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號