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机床加工——工作速度更快
阅读：1789 发布时间：2012-3-30
“轴加速度的动态性能要更好”：这就是对在利格安家落户的Trumpf生产的新型型冲裁激光组合机床所提出的高要求。福朗克.斯毛德和斯代方.毕特奈可称为这种新型TruMatic7000机床的“精神之父”，这两位Trumpf的工程师将通过这篇文章向读者介绍拖带错误的计算公式是如何在实际中应用的。
即使是在诸如TruMatic冲裁激光组合机床这样的世界的产品中也潜藏着创新的潜力。因此，我们的研发团队将研发目标确定为：这种新型TruMatic7000机床要在组合机床上创造出激光切割的新纪录。我们设定的目标与目前zui快的机床TruMatic6000相比，要将加工能力提高约30%。而且还要在激光切割时达到*的定位加速度，即使是加工很复杂的轮廓也要保证*的无划痕的零件质量和加工组合零件的可靠流程（也包括无人加工）。
*个设想就在很大的运动重量上失败了。因为在称为SheetMover机器的TruMatic机床上，加工头布置在固定位置上，而被加工的钣材则要在加工中运动。常用钣材的zui大厚度为8mm，加工时机床要地移动zui大280kg的标准加工钣材。
在我们的前期研究中，考虑要在250mm工作范围之上再增加一个工作范围大约250mm的附加的运动式光学加工头。隐藏在背后的关键点是：钣材只在修边加工时才移动。其结果是：由于在工作范围交叉中的修边加工运动的原因，只能期待很小的产能提高。另外，还必须带一个随动的Catcher（盛渣器）。这就提高了机床的复杂性、空间需求量和费用。
真正取得设计突破的是将两个运动方案互相组合在一起的设想：一个附加的加工轴与主轴在一起共同工作。在主轴负责完成直线加工的同时，附加轴则负责完成对复杂轮廓的切割——在切换中没有加工流程地中断。
寻找合适的控制器
借助于线性驱动技术和切割头重叠运动的基本设想来实现机器的坐标引导，我们的设计方案确定了机器的实际框架。所缺少的则是精密控制技术的事实。在这里，必须避免由于机器过于复杂而给操作人员带来为这些加工轴进行直接编程工作量的增加。这是该项目中的zui大挑战。大多数控制器制造商都认为相对主轴给定位置在时间上同步进行的附加轴运动的计算是无法完成的。只有博世力士乐股份公司愿意与Trumpf公司一起共同研发一个可行的解决方案。
其基本思想是：主轴也就是*台的进给轴必须以很大的惯性来驱动，借以保证运动地流畅，而不使运动重量出现明显的急冲转矩，同时将所缺少的轮廓以计算的数值作为修正值传递给附加轴。此处的基础是一个模拟模型，用它在驱动器中计算出一个“模型拖带错误”，并且与附加轴的实际拖带错误进行实时比较和修正。
分散式智能型控制器组合
控制战略是这样设计的，对*台一个较低的回路放大系数（Kv系数）进行控制，大到足够的模型精度即可。而附加轴则相反，用一个很高的Kv系数进行控制，以得到*的零件轮廓和的定位动态特性。其中Kv系数描写的是在定位过程中相应的（实际）速度与拖带距离（控制误差）之间的比值。
获取修正值的关键是与主轴运动给定值计算平行进行的模型计算。另外，为了补偿在计算模型中的可能错误，还采用了实时的两个轴的给定值/实际值比较修正。这样，就对计算轨迹与计划轮廓之间的误差没有时间差地进行了补偿。由此带来了的加工效果。zui大的轨迹误差在定位工作中在0.02mm的范围内，在激光切割工作中在0.01mm的范围内。
激光头由附加轴驱动
整个运动学机构的全部功能和坐标运动都由CNC控制器IndraMotionMTX与基于驱动器的MotionLogitcIndraMotionMLD共同完成。在上级的NC控制器完成对*台主运动控制的同时，IndraMotionMLD负责完成激光头借助于附加轴在一个半径52mm的包络圆中的运动。这两个力士乐的部件基于相同的PLC工作，这就极大地简化了实时通信控制器的编程和坐标运动工作。
借助于力士乐的控制器，实现了编程和路程分配之间的明确分离。这两个运动的重叠不仅提高了的运行速度，而且也明显地缩短了拥有复杂轮廓的棘手零件的加工时间。同时这种重叠还平滑了工件台的运动过程，并且将动态运动转移到激光切割头上，由于其很小的运动重量，因此能够达到很高的动态特性。
创新的驱动技术
接下来的工作就是将附加轴集成在现有的机器方案当中。我们的团队成功地实现了一个创新型线性驱动方案，其中在两个轴向上仅使用一个原级部件。再有是TruMatic7000应用方案的基础是一种感应式平行运动学技术，各驱动器相对地布置在各自的运动板上，这样就*平衡了电的磁力。每个驱动器的电磁板如此设计，就允许出现由于对面的轴的运动而引起的垂直于当时运动方向的相对运动的情况。
附加轴原理带来更多功能
在确定了技术数据之后就已经明确，能够将附加的运动自由度应用于更多的功能。例如，现在能够湿切割投在激光凹*围内任意定位。我们可以将凹模直径几乎翻倍，这样就能使更大的加工垃圾通过凹模排出。这就省去了耗时的通过零件翻板来排出加工垃圾。另一个正面的附加效果是更高的零件轮廓准确性。主轴的轮廓错误通过附加轴的高动态运动几乎没有时间滞后地得以补偿。其结果是：由于将加速度和动态特性值提高了4~5倍，从而使零件加工时间降低%30
即使是在诸如TruMatic冲裁激光组合机床这样的世界的产品中也潜藏着创新的潜力。因此，我们的研发团队将研发目标确定为：这种新型TruMatic7000机床要在组合机床上创造出激光切割的新纪录。我们设定的目标与目前zui快的机床TruMatic6000相比，要将加工能力提高约30%。而且还要在激光切割时达到*的定位加速度，即使是加工很复杂的轮廓也要保证*的无划痕的零件质量和加工组合零件的可靠流程（也包括无人加工）。
*个设想就在很大的运动重量上失败了。因为在称为SheetMover机器的TruMatic机床上，加工头布置在固定位置上，而被加工的钣材则要在加工中运动。常用钣材的zui大厚度为8mm，加工时机床要地移动zui大280kg的标准加工钣材。
在我们的前期研究中，考虑要在250mm工作范围之上再增加一个工作范围大约250mm的附加的运动式光学加工头。隐藏在背后的关键点是：钣材只在修边加工时才移动。其结果是：由于在工作范围交叉中的修边加工运动的原因，只能期待很小的产能提高。另外，还必须带一个随动的Catcher（盛渣器）。这就提高了机床的复杂性、空间需求量和费用。
真正取得设计突破的是将两个运动方案互相组合在一起的设想：一个附加的加工轴与主轴在一起共同工作。在主轴负责完成直线加工的同时，附加轴则负责完成对复杂轮廓的切割——在切换中没有加工流程地中断。
寻找合适的控制器
借助于线性驱动技术和切割头重叠运动的基本设想来实现机器的坐标引导，我们的设计方案确定了机器的实际框架。所缺少的则是精密控制技术的事实。在这里，必须避免由于机器过于复杂而给操作人员带来为这些加工轴进行直接编程工作量的增加。这是该项目中的zui大挑战。大多数控制器制造商都认为相对主轴给定位置在时间上同步进行的附加轴运动的计算是无法完成的。只有博世力士乐股份公司愿意与Trumpf公司一起共同研发一个可行的解决方案。
其基本思想是：主轴也就是*台的进给轴必须以很大的惯性来驱动，借以保证运动地流畅，而不使运动重量出现明显的急冲转矩，同时将所缺少的轮廓以计算的数值作为修正值传递给附加轴。此处的基础是一个模拟模型，用它在驱动器中计算出一个“模型拖带错误”，并且与附加轴的实际拖带错误进行实时比较和修正。
分散式智能型控制器组合
控制战略是这样设计的，对*台一个较低的回路放大系数（Kv系数）进行控制，大到足够的模型精度即可。而附加轴则相反，用一个很高的Kv系数进行控制，以得到*的零件轮廓和的定位动态特性。其中Kv系数描写的是在定位过程中相应的（实际）速度与拖带距离（控制误差）之间的比值。
获取修正值的关键是与主轴运动给定值计算平行进行的模型计算。另外，为了补偿在计算模型中的可能错误，还采用了实时的两个轴的给定值/实际值比较修正。这样，就对计算轨迹与计划轮廓之间的误差没有时间差地进行了补偿。由此带来了的加工效果。zui大的轨迹误差在定位工作中在0.02mm的范围内，在激光切割工作中在0.01mm的范围内。
激光头由附加轴驱动
整个运动学机构的全部功能和坐标运动都由CNC控制器IndraMotionMTX与基于驱动器的MotionLogitcIndraMotionMLD共同完成。在上级的NC控制器完成对*台主运动控制的同时，IndraMotionMLD负责完成激光头借助于附加轴在一个半径52mm的包络圆中的运动。这两个力士乐的部件基于相同的PLC工作，这就极大地简化了实时通信控制器的编程和坐标运动工作。
借助于力士乐的控制器，实现了编程和路程分配之间的明确分离。这两个运动的重叠不仅提高了的运行速度，而且也明显地缩短了拥有复杂轮廓的棘手零件的加工时间。同时这种重叠还平滑了工件台的运动过程，并且将动态运动转移到激光切割头上，由于其很小的运动重量，因此能够达到很高的动态特性。
创新的驱动技术
接下来的工作就是将附加轴集成在现有的机器方案当中。我们的团队成功地实现了一个创新型线性驱动方案，其中在两个轴向上仅使用一个原级部件。再有是TruMatic7000应用方案的基础是一种感应式平行运动学技术，各驱动器相对地布置在各自的运动板上，这样就*平衡了电的磁力。每个驱动器的电磁板如此设计，就允许出现由于对面的轴的运动而引起的垂直于当时运动方向的相对运动的情况。
附加轴原理带来更多功能
在确定了技术数据之后就已经明确，能够将附加的运动自由度应用于更多的功能。例如，现在能够湿切割投在激光凹*围内任意定位。我们可以将凹模直径几乎翻倍，这样就能使更大的加工垃圾通过凹模排出。这就省去了耗时的通过零件翻板来排出加工垃圾。另一个正面的附加效果是更高的零件轮廓准确性。主轴的轮廓错误通过附加轴的高动态运动几乎没有时间滞后地得以补偿。其结果是：由于将加速度和动态特性值提高了4~5倍，从而使零件加工时间降低%30