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優化型高功率密度伺服技術 改善自動化精加工作業

供稿:科爾摩根 2019/10/12 10:04:17

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  • 關鍵詞: 科爾摩根 伺服
  • 摘要:許多尺寸驅動制造過程要求進行力控磨光或精加工作業。這些作業通常是由人工操作員來完成的,因為人手具有完成這些作業所必需的柔順性,而這正是機床基于位置的“僵硬”控制所欠缺的。

許多尺寸驅動制造過程要求進行力控磨光或精加工作業。這些作業通常是由人工操作員來完成的,因為人手具有完成這些作業所必需的柔順性,而這正是機床基于位置的“僵硬”控制所欠缺的。

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人工精加工作業不僅費力、重復性高,且容易致傷,因此制造商嘗試通過柔順力臂端機器人工裝夾持到刀具,以恒定的壓力作用于工件以實現自動化操作。柔性機械臂通常需要有一個電機驅動倒角、磨壓或拋光刀具。基本要求是要將機械臂端的重量最小化,使機械臂能夠實現快速動態響應,以達到高生產率和高質量。

PushCorp 公司通過使用科爾摩根的新型無框伺服電機,以“罐頭”大小的尺寸提供高達5馬力的功率,進一步提高了由伺服電機驅動的臂端設備產品線的性能。這一獨一無二的高功率密度使PushCorp能夠制造出滿足工業用戶高性能需求的機械臂,以改善操作員的安全性、生產率和工作質量。

柔性精加工挑戰

通常,各個零件通過機械加工、鑄造、鍛造、模塑和類似的制造過程而獲得精確的三維形狀。這些零件通常能夠滿足規格要求,但是需要進一步的加工才能達到表面精加工的要求。加工零件上的刀痕和荷葉邊需要去掉。通過噴射造型法和鑄鍛加工而成的零件需要去除飛邊、澆口和分型線。這些精加工作業需要一個力控制過程,而這種柔順性是基于位置控制的“僵硬的”機器所不能提供的,因此這些操作幾乎總是由操作員手持電動工具,或者直接由人工接觸提供合適的力來完成。但是,由于工具的重量和進入縫隙對零件進行完整表面加工的操控需要,這些操作對操作者而言是很難完成的。例如,一個鑄鋁汽車車輪供應商曾經雇了好幾百個工人使用磨砂機拋光車輪。結果,公司遭遇了工人受傷、離職率高、生產率低、培訓成本高和質量問題等情況。

使這些作業自動化的領先解決方案是使用機械手進行定位和運動控制,由臂端柔順工裝提供自動化表面加工所需的柔順力。由于柔順力的軸線會發生變化,將力控裝置安裝到機械手的手腕上需要需要深思熟慮。設備、介質和底座的重量總是垂直向下作用的,而運動的柔性主軸會隨著機械手在空間中的移動而不斷變化。執行機構的力必須根據重力相對于柔性主軸的方向增加或減小。

通過使用獨立的控制器,主動力控制可以持續監控作用力的測壓元件的輸入,以糾正錯誤來實現整個系統的閉環。加速計跟蹤柔性主軸的定向角,從而對因重力作用而引起的偏差進行糾正。

高功率密度電機設計的需求

PushCorp是為各種磨光和精加工應用開發定制的臂端柔順工裝領導者。這種工裝需要高功率密度的電機設計,因為機器人的性能取決于臂端工具的大小和重量。PushCorp使用由無軸承的獨立轉子和定子、外殼或反饋裝置組成的無框直接驅動旋轉系統。這些部件構成了一個套件并被設計作為PushCorp工裝的直驅部件。

該系統通過在臂端柔順工裝中集的成力矩傳感器、加速度計及伺服電機實現系統閉環。反饋裝置和電機是由電子驅動器來驅動的。

PushCorp的產品逐漸擴大滲透到大型企業中。隨后他們發現,許多客戶希望將其臂端柔順工裝連接到這些工廠中常用的480VAC電源上。但是早期無框電機的驅動不能支持這么高的電壓,因此客戶們被迫安裝變壓器,而這又增加了解決方案的成本、復雜性,并額外占用了地面空間。Push-Corp咨詢科爾摩根以解是否能夠開發一個解決方案來處理客戶的高壓供電需求。經過詳細的工程討論,科爾摩根確信能夠提供優化的無框電機解決方案,在480VAC的環境下運行,并且超越當前工裝的性能。同一型號電機和驅動還能向后兼容低電壓水平的應用工況,使PushCorp能夠通過僅一個電機和驅動器的組合,即能應對客戶的所有需求。

PushCorp工程師們在應用中強調了液冷對高功率密度機的重要性,以及從前幾代電機改進性能的需求。科爾摩根工程師們開發了一個5馬力、6,000rpm轉速的無刷直流伺服電機,其重量僅為6磅,直徑為3.2英寸,長4.6英寸。科爾摩根還為不同的精加工應用提供相同外觀的3馬力、15,000rpm轉速的電機。這些科爾摩根電機提供了更高的功率密度,運行溫度明顯降低了8%,這使PushCorp柔順工裝能夠以更高的可靠性和更高的性能運行。科爾摩根將優化的電磁設計和擁有專利的絕緣系統整合起來,使產品在480V的應用中具備更長的壽命。PushCorp報告其客戶過去兩年一直使用該柔順工裝,沒有遇到任何電機問題。

大量的成功應用案例

PushCorp將科爾摩根無框伺服電機系列應用到臂端柔順工裝上,成功地滿足了各種制造商的需求。在本文第一頁中提到的生產鑄鋁車輪的汽車供應商使用PushCorp的臂端柔順工裝,在鍍鉻之前除去了表面上可見的100%擦痕和瑕疵。利用工具變換器,該工裝獲得了處理所有復雜的表面特征的多種不同的介質類型。該汽車供應商目前有八個機器人24*7進行該應用工作,從而將幾百名操作員轉移到了較為簡單、安全的工作環境中。

該系統的伺服電機換刀器中包含一個輕型的、高功率密度的科爾摩根無框電機。而當其與柔順工裝配合時能夠訊速、準確地混合和拋光工作表面。該過程需要多種不同的介質類型來處理高度復雜的表面特征。這是一種高強度作業,需要八個機器人持續工作。

一家1級汽車供應商使用了PushCorp力控工具和帶砂磨鼓輪的伺服電機換刀器,而后者采用了科爾摩根伺服電機,其目的是進行片狀模塑料(SMC)車體嵌板的邊緣處理。這個工作單元負責除去嵌板邊緣的飛邊,然后壓彎,以提高其上漆能力。此工作單元還將員工撤離了有害環境,并且提高了質量、可重復性和生產能力。

PushCorp還向一家生產自動取款機(ATM)鋼制箱體的公司提供了由科爾摩根無框伺服電機驅動的臂端柔順工裝。該系統負責融合箱體表面的焊縫、除去箱體表面污點。將ATM箱體放置在一張旋轉桌上,使機器人能夠方便地接觸所有金屬薄片接縫。在所有研磨介質用完后,機器人會旋轉到自動分配盤以獲得新的介質。這個自動化系統取代了極其耗時、危險的手工操作。

一家大型的摩托車制造商使用集成了科爾摩根伺服電機的PushCorp 設備對車架進行倒角、打線和修飾性打磨。注塑成型的車架的邊緣上會存在飛邊和粗糙的平面。左右機器人單元負責去除飛邊,鉆出安裝孔,然后使用細砂介質打磨寬闊的表面。準備工作由PushCorp柔順力工裝完成,該工裝內的伺服電機換刀器配備了一個輕型、高功率密度科爾摩根無框電機。工作單元使用了硬質合金鉆頭和安裝在軸上的旋轉砂磨盤。

經過優化的伺服電機技術解決工業挑戰

對高度自動化的機械加工、模塑、鍛鑄操作中生產的零件進行磨砂、倒角、研磨和拋光通常是通過耗時、高成本、易受傷的人工操作完成的。通過機器人實現的這些精加工操作的自動化,需要功率密度非常高的電機設計,以減小臂端設備的尺寸和重量,從而實現機器人性能的最大化。

科爾摩根與PushCorp合作,為PushCorp的臂端工裝產品優化了多個不同類型的高轉矩伺服電機。科爾摩根的電磁設計知識和高壓絕緣專業知識幫助PushCorp組建了能實現其工業用戶最高生產率要求的工裝。

PushCorp STC 1503-BT30高速伺服刀架是重載應用的理想解決方案。STC 1503-BT30擁有強大的3馬力(2.2kW)科爾摩根無框伺服電機和集成刀架,具備執行任何操作所需的力量、速度控制和恒定轉矩。

PushCorp STC0605-BT30高轉矩伺服刀架是重載應用的理想解決方案。STC0605-BT30擁有強大的5馬力(3.8kW)科爾摩根無框伺服電機和集成刀架,具備執行任何操作所需的力量、速度控制和保持轉矩。

PushCorp STC1503高速伺服電機換刀器是全自動工作單元的理想解決方案。15,000rpm轉速的STC1503擁有強大的3馬力(2.2kW)科爾摩根無框伺服電機和集成的Collect鉗位,具備輕松執行磨砂、研磨、鉆孔和打線操作所需的力量、速度控制和恒定轉矩。小型尺寸和低重量使該裝置非常適于機器人應用。

結論

通過使用柔順力臂端機器人工裝實現自動化之后,制造過程中各種磨光和精加工操作能夠得到顯著優化,而這需要一個電機來驅動倒角、研磨和拋光設備。

實際的客戶應用證明,使用適用于多種電壓范圍的科爾摩根無框伺服電機,機器生產商能夠有效改善其伺服驅動的臂端柔順工裝產品線的性能。這些高功率密度的電機能夠以“罐頭”大小的尺寸實現5馬力的功率,使機器生產商能夠達到工業用戶所需的性能,提高操作員的安全性、生產率和工作質量。

根據客戶的具體應用優化的無框電機,使機器開發商能夠獲得最高效的嵌入式電機技術。通過應用科爾摩根的電磁設計知識和利用現有生產電機中的部件,無框電機的高價值將成為您下一代機器開發中的強大元素。

審核編輯(王靜)
更多內容請訪問 科爾摩根(http://c.gongkong.com/?cid=48049)

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