Serwonapędy Sigma-5 rewolucjonizują frezowanie CNC

Cel: precyzyjna kontrola ruchu wielu osi

Zlokalizowana w niemieckim Eschborn firma Bretzel jakiś czas temu stanęła przed nie lada wyzwaniem: miała dostarczyć jednemu z producentów maszyn CNC komponenty systemów automatyki do centrów frezarskich dedykowanych branży produkcji form i narzędzi. Wszystkie powstały w ścisłej współpracy z producentem sterowania maszyn, tak by umożliwić automatyzację zarówno nowych, jak i istniejących urządzeń. Sercem nowego systemu automatyki jest wydajny układ sterowania numerycznego oparty na komputerze PC. Zarówno on, jak i sterownik PLC pracujący w środowisku programistycznym CoDeSys działają w czasie rzeczywistym całkowicie niezależnie od innych procesów, dzięki czemu zapewniają płynne ruchy maszyny nawet w przypadku frezowania złożonych geometrii.

System jest w stanie obsłużyć do dziewięciu interpolowanych osi działających w najróżniejszych konfiguracjach. Przykładowo w małych, 4-osiowych maszynach umożliwia zaprogramowanie trybu równobiegu pary serwoosi (tzw. osi Gantry) w osi X. To jednak nie wszystko: użytkownicy mogą bowiem korzystać nie tylko z funkcjonalności NC, ale także wszystkich opcji komunikacyjnych i sieciowych systemu Windows, dostępnych automatycznie w interfejsie maszyny.

Rozwiązanie: dynamiczne, precyzyjne i bezobsługowe serwonapędy

Osie maszyn CNC napędzane są serwonapędami Sigma-5 firmy YASKAWA, a konkretnie: jednostkami z serii SGMAV wyposażonymi w interfejs EtherCAT. Każdy zestaw składa się z serwosilników (obrotowych, liniowych lub z napędem bezpośrednim), serwowzmacniaczy i wydajnego oprogramowania wdrożeniowego SigmaWin+. Dzięki krótkim czasom pozycjonowania standardowe modele napędów uzyskują dokładność pozycjonowania powyżej 1 μm.

Serwonapędy Sigma-5 łączą w sobie wysoką dynamikę, precyzję i bezobsługowość, zapewniając znaczne skrócenie czasów frezowania. Zintegrowany z jednostką 20-bitowy enkoder absolutny zliczający ponad milion sygnałów (impulsów) na każdy obrót silnika precyzyjnie definiuje jego pozycję w czasie rzeczywistym. Zaś kompaktowe wymiary i niska bezwładność napędu zapewniają mu możliwość osiągania wysokich przyspieszeń.

Seria Sigma-5 świetnie radzi sobie jednak także z małymi prędkościami – a to dzięki automatycznym filtrom wibracji oraz funkcji autotuningu umożliwiającej automatyczną optymalizację pracy silnika. W efekcie napęd działa bardzo cicho i generuje minimalne drgania również na małych obrotach, dzięki czemu idealnie sprawdza się w wysoce precyzyjnych aplikacjach, ograniczając zużycie maszyny i wydłużając okres jej eksploatacji.

Całość uzupełnia łatwe w obsłudze oprogramowanie SigmaWin+ usprawniające montaż, uruchomienie i diagnostykę poszczególnych komponentów systemu. Software działa w pełni automatycznie, dzięki czemu nie wymaga specjalistycznej wiedzy ani ręcznej parametryzacji. Zintegrowana funkcja autotuningu sama dba o optymalną nastawę parametrów ruchu, co np. w przypadku wydajnych maszyn dwuosiowych ogranicza czas programowania z ośmiu do dwóch godzin.

Magistrala EtherCAT czasu rzeczywistego

Serwonapędy Sigma-5 wyposażone są w zestaw modułowych interfejsów sieci EtherCAT, CANopen, POWERLINK oraz MECHATROLINK-II i III, dzięki czemu można je łatwo zintegrować z istniejącym systemem automatyki. W rozwiązaniu opracowanym przez firmę Bretzel współpracują z interfejsem sieci EtherCAT czasu rzeczywistego oferującym maksymalną wydajność przy pełnym dostępie do wszystkich rejestrów kontrolnych i informacji o stanie urządzenia. Dostęp do interfejsu zapewnia serwokontroler z serii SGDV wyposażony w certyfikowany system bezpiecznego zatrzymania umożliwiający niezawodne wyłączenie w przypadku zatrzymania awaryjnego mimo przyłożonego obciążenia. Kontroler zasilany jest z jednofazowego złącza 230 V, zaś napięcie do obsługi silnika i systemu sterowania dostarczane jest z osobnego źródła.

Komunikacja realizowana jest tu z wykorzystaniem otwartego protokołu CANopen (CoE = CANopen over EtherCAT). Protokół umożliwia tworzenie zsynchronizowanych rozproszonych systemów napędowych o wysokiej przepustowości przepływu danych i równie wysokiej niezawodności. Przekłada się to na możliwość realizacji ruchów frezu w trzech osiach z zachowaniem najwyższego poziomu dokładności prowadzenia narzędzia.

Kompaktowy przemiennik częstotliwości V1000

Serwonapędy Sigma-5 to jednak nie jedyny produkt marki YASKAWA zastosowany przez firmę Bretzel w rozwiązaniach do obróbki frezowaniem. Konfigurowane przez nią maszyny CNC wyposażone zostały także w falownik wektorowy V1000 odpowiedzialny za sterowanie prędkością obrotową silników z magnesami trwałymi napędzającymi wrzeciono obrabiarki. Dzięki funkcji dynamicznej kontroli wektora napięcia (w otwartej pętli) przemienniki umożliwiają precyzyjne, niezawodne sterowanie ruchem silników asynchronicznych i synchronicznych z magnesami trwałymi o mocy od 100 W do 15 kW, zapewniając nominalny moment obrotowy nawet przy bardzo niskich prędkościach.

Seria V1000 jest standardowo przystosowana do regulacji częstotliwości w zakresie do 400 Hz, co w przypadku wrzecion dwubiegunowych odpowiada ok. 24 tys. obrotów na minutę. W przypadku szybszych wrzecion można dodatkowo zastosować oprogramowanie zwiększające zakres regulowanych częstotliwości nawet do 1000 Hz. A wszystko to w kompaktowej obudowie zapewniającej falownikowi miano najmniejszego przemiennika częstotliwości dostępnego na rynku.