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案例頻道奧地利 MICADO 公司主營用于制造飛機(jī)碳纖維復(fù)合零部件的夾具和機(jī)器。為了加工 A350 客機(jī) — 空中客車公司最新旗艦產(chǎn)品 — 的碳纖維零部件，公司開發(fā)了一款被稱為“Hedgehog”的通用型真空抽吸系統(tǒng)。系統(tǒng)采用真空抽吸裝置靈活固定飛機(jī)零部件，無需費(fèi)時(shí)的轉(zhuǎn)換。所有的控制 和驅(qū)動(dòng)任務(wù)都由倍福基于 PC 的控制系統(tǒng)完成。
飛 機(jī)面板是在玻璃或碳纖維增強(qiáng)塑料基礎(chǔ)上采用比以往更輕、更節(jié)約資源的材料制成。空氣動(dòng)力學(xué)零部件必須固定在特殊設(shè)備上，等待進(jìn)一步加工。過去，一個(gè)精確的 負(fù)極鋁錠由一塊鋁銑削而成，且要將重達(dá)數(shù)噸的硬質(zhì)刀具運(yùn)送到一臺(tái)配備起重機(jī)的 CNC 機(jī)床上，以便安全地加工襟翼滑軌整流罩。飛機(jī)零部件在那里插入、校準(zhǔn)并用真空抽吸頭提起。只有在完成這一步之后才能鉆削安裝孔和切割輪廓并去毛刺。但是， 這種方法非常耗時(shí)且成本高昂；尤其是在飛機(jī)制造工業(yè)中，單件流制造是相當(dāng)普遍的。
奧 地利 MICADO 公司為此開發(fā)了一款名為“Hedgehog”的通用型夾持系統(tǒng)，它可以處理 20 多種不同的零部件。該設(shè)備能夠向各個(gè)方向延伸其各個(gè)真空抽吸裝置 — 就像一頭刺猬活動(dòng)它的刺一樣 — 并不斷調(diào)整自己，以便與各個(gè)具體的零部件輪廓相匹配。每個(gè)真空抽吸頭由一根特殊的 NC 軸控制。僅一次逐條輸入不同的襟翼滑軌整流罩形狀，然后將信息保存保存起來為將來所用。
這 一方法的優(yōu)點(diǎn)是，夾持設(shè)備只需要在機(jī)床工作臺(tái)上安裝和測(cè)量一次。之后，所有類型的零部件都可以在幾分鐘內(nèi)安裝和處理。這樣，設(shè)置時(shí)間可以縮短 70%。毫不奇怪，要求是很高的，因此已經(jīng)建造了更多針對(duì)其它飛機(jī)，包括空客飛機(jī) A330、A340 和 A380 以及巴西 Embraer 190 型飛機(jī)的 Hedgehog 系統(tǒng)。
將一個(gè)飛機(jī)零部件安裝到 Hedgehog 上
Beckhoff基于 PC 的控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的 NC 控制器
夾 持設(shè)備有 18 個(gè)真空抽吸頭，每個(gè)抽吸頭作為一根 NC 軸進(jìn)行控制。一旦零部件被手動(dòng)放置在機(jī)械站上并進(jìn)行校準(zhǔn)，Hedgehog 即定位所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)自動(dòng)移動(dòng)到所需位置并固定好零部件。然后通過加工機(jī)床測(cè)量零部件，并通過軸進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。這一順序可以預(yù)設(shè)并配置。銑削后，操 作員釋放零部件，所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)移動(dòng)到它們的空轉(zhuǎn)位置，并將機(jī)械零部件移走。
Hedgehog 控制系統(tǒng)基于倍福的集成式 PC 控制解決方案，它由適合控制柜安裝的面板型 PC CP2219、EtherCAT 端子模塊以及驅(qū)動(dòng)和安全端子模塊構(gòu)成。軸通過伺服電機(jī)端子模塊 EL7201-0010 和在面板型 PC 上運(yùn)行的 TwinCAT NC PTP 軟件控制。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)軸定位取代傳統(tǒng)的定位模塊和 NC 控制器，因?yàn)楦咝阅苊姘逍?PC 可以同時(shí)定位真空抽吸裝置的所有 NC 軸，并且行執(zhí)行 PLC 功能。所有信息通過一個(gè) XML 服務(wù)器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫。
MICADO 使用了倍福的緊湊型單電纜伺服電機(jī) AM8121 來實(shí)施 NC 軸。與傳統(tǒng)的電機(jī)布線系統(tǒng)不同的是，單電纜技術(shù)將動(dòng)力和反饋系統(tǒng)整合在一根電纜中，可以大大節(jié)省安裝空間。電機(jī)與伺服電機(jī)端子模塊 EL7201-0010相連接 — 它在結(jié)構(gòu)緊湊的標(biāo)準(zhǔn)端子模塊外殼中整合了一整套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。“這個(gè)系統(tǒng)超出了我們?cè)谒俣群涂臻g要求方面的預(yù)期。設(shè)備寬度僅為 12 毫米，容納了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) EtherCAT 從站和一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器（包括伺服控制），支持電流控制周期最短為 62.5 μs 的高動(dòng)態(tài)軸定位。當(dāng)我們?cè)谝?guī)劃第一套 Hedgehog 系統(tǒng)時(shí)，倍福是唯一一個(gè)能夠滿足我們對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在空間、速度及性能方面需求的供應(yīng)商。” MICADO AUTOMATION 公司技術(shù)總監(jiān) Andreas Dorer 解釋道。
MICADO AUTOMATION 公司技術(shù)總監(jiān) Andreas Doriansof 站在操作面板旁
“我 們選擇這一控制系統(tǒng)的另一個(gè)重要方面是它的開放性，它讓我們能夠使用其它項(xiàng)目的現(xiàn)有軟件組件。控制器與可視化系統(tǒng)之間的通訊通過 TwinCAT ADS 實(shí)現(xiàn)。設(shè)置和示教程序以及各個(gè)加工零部件系列信息都直接保存在 TwinCAT 中。此外，TwinSAFE 安全技術(shù)也是控制解決方案不可或缺的部分。”Dorer 繼續(xù)說道。
以最大控制質(zhì)量快速重新緊固和定位
“一 個(gè)特殊的挑戰(zhàn)是如何使用驅(qū)動(dòng)技術(shù)控制大量的軸，同時(shí)還要保持體積盡可能緊湊。雖然夾持系統(tǒng)有 6 米多長，但可用的寬度僅為 50 到 70 厘米，高度僅為 1.5 米。在這一空間內(nèi)，我們還必須容納用于 18 個(gè) NC 軸的控制組件。其它組件包括配備操作面板和控制單元，以及分布式外圍設(shè)備、氣動(dòng)元件。”Andreas Dorer 指出。“我們的目標(biāo)是使用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)這一切，這樣可以充分利用 EtherCAT 所具備的優(yōu)點(diǎn)。若說到快速、可靠的通訊，包括驅(qū)動(dòng)技術(shù)，我們還沒遇到過比 EtherCAT 更好的總線系統(tǒng)了。對(duì)于快速位置傳感，我們需要一個(gè)高性能的通訊系統(tǒng)，而 EtherCAT 可以顯著提高控制質(zhì)量。”
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