如果您問普通用戶什么是可變、可調(diào)的板條框架，您看到的可能會(huì)是一臉茫然。而如果您向 Koch 公司的工程師提出同樣問題，答案可能會(huì)是：他們正在使用 Beckhoff 直線電機(jī)和 PC 控制的 SBFD-B-NC 設(shè)備，因此，板條框架的生產(chǎn)將變得更快、更好、更經(jīng)濟(jì)。由于使用了現(xiàn)代化的工業(yè) PC 控制器，特別為SBFD-B-NC 安裝的 31 臺(tái)直線電機(jī)設(shè)備使得鉆孔和銑槽正好匹配。

Koch 的開發(fā)人員利用Beckhoff 的獨(dú)門技術(shù)迅速地將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成了直線運(yùn)動(dòng)

　　作為德國(guó)的一家非標(biāo)木工機(jī)械制造商，Koch Maschinenbau公司如果想要每小時(shí)生產(chǎn) 500 個(gè)框架的話，他們絕對(duì)不能浪費(fèi)時(shí)間。當(dāng)然，由于他們一直都采用 Beckhoff 先進(jìn)的工業(yè) PC 技術(shù)，若想節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間也并非難事。Beckhoff 在這方面經(jīng)驗(yàn)豐富：它曾幫助 Koch 公司應(yīng)用 PC 控制技術(shù)在 PC 上采用標(biāo)準(zhǔn) Windows 軟件進(jìn)行調(diào)試仿真和遠(yuǎn)程服務(wù) / 診斷來(lái)節(jié)約時(shí)間。為了尋求一種更節(jié)省時(shí)間和更加優(yōu)化的方案，他們研發(fā)出一項(xiàng)利用加工站內(nèi)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)來(lái)改善鉆頭定位的技術(shù)。控制技術(shù)經(jīng)理 Leo G.vert 立即就想到了在電子行業(yè)中安裝 SMD 元件過程中精確定位電路板時(shí)所選用的直線驅(qū)動(dòng)器。由于他們的合作伙伴 Beckhoff 在該領(lǐng)域表現(xiàn)也也非常出色，雙方一拍即合，誕生了這樣一個(gè)構(gòu)想：由雙方合作開發(fā)設(shè)計(jì) SBFD-B-NC 設(shè)備。Koch 的管理層為此大開綠燈，一臺(tái)功能非常強(qiáng)大、維護(hù)工作最少及能夠適應(yīng)時(shí)間要求的木工機(jī)械就此誕生。
　　在該解決方案開發(fā)伊始，精力主要放在設(shè)備定位功能的改善上。用直線驅(qū)動(dòng)取代了齒軌上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，使得定位過程變得更快、更加精確。這臺(tái)長(zhǎng)寬為 10 m x 15 m 的設(shè)備將用于板條框架的木材同時(shí)分為頭部、中部和底部三個(gè)部分。然后，操作人員選擇加工步驟，決定是先加工右邊還是左邊。
　　最后，鏈條輸送帶將木材坯料沿 ＋Y 方向依次輸送到 9 個(gè)加工工位。在傳統(tǒng)的解決方案中，鉆銑設(shè)備安裝在吊運(yùn)式輸送機(jī)上，它通過齒軌來(lái)移動(dòng)，對(duì)已經(jīng)編好程序的鉆孔和槽進(jìn)行加工。由于在這里用直線驅(qū)動(dòng)取代了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，使得定位過程更快而且更加精確。一般來(lái)說(shuō)，直線電機(jī)適合用在旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)受限的地方，或者是在動(dòng)態(tài)性能、同步和加速方面有特殊要求的場(chǎng)合。
　　直接驅(qū)動(dòng)帶來(lái)了 10％ 的成本優(yōu)勢(shì)

　　控制專家 G.vert 指出：“對(duì)我們來(lái)說(shuō)，看起來(lái)這是正確的技術(shù)選擇。每個(gè)工位上的吊運(yùn)式輸送機(jī)仍然必須接收多至 9個(gè)鉆頭，并將它們移動(dòng)到位。”對(duì)于這項(xiàng)作業(yè)任務(wù)來(lái)說(shuō)，Beckhoff 的直線電機(jī) AL2000 是理想選擇。AL2000 的移動(dòng)速度可以達(dá)到 10 m/s，并且在運(yùn)動(dòng)中還可以獲得很大的加速度。“從管理角度來(lái)講，相對(duì)獨(dú)立的直接驅(qū)動(dòng)很容易人被遺忘，因?yàn)樵谝粋€(gè)加工工位里所有直線電機(jī)都共用一條磁性軌道，可帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。”G.vert 解釋說(shuō)。
　　G.vert 承認(rèn)，安裝外部測(cè)量系統(tǒng)，在一定程度上會(huì)降低成本優(yōu)勢(shì)。“但至少用 8 個(gè)驅(qū)動(dòng)可以節(jié)省 10 ％ 的成本。”除了經(jīng)濟(jì)原因之外，Koch 也認(rèn)識(shí)到該系統(tǒng)在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，特別是以下幾個(gè)方面：
　　│直線伺服電機(jī)無(wú)機(jī)械磨損，
　　│直線伺服電機(jī)定位速度快，而且無(wú)過沖，
　　│易于調(diào)試運(yùn)行，
　　│多個(gè)電機(jī)可以在一條軌道上同時(shí)運(yùn)行。
　　“對(duì)于機(jī)器制造商來(lái)說(shuō)，這些優(yōu)點(diǎn)不容忽視，因?yàn)槌ス跔铨X輪后，移動(dòng)距離就幾乎沒有限制了。”Koch 公司的軟件工程負(fù)責(zé)人 Oliver Bexte 補(bǔ)充道。他把時(shí)間優(yōu)勢(shì)看作另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。最大的區(qū)別不在于工件的實(shí)際加工情況，而是在于建立和改進(jìn)繁重的鉆孔任務(wù)。它所需要的定位精度在0.1 mm 到 0.01 mm 之間。直線電機(jī)的重復(fù)定位精度也是非常卓越的。Bexte 對(duì)這項(xiàng)技術(shù)很有信心，他解釋說(shuō)：“在實(shí)際測(cè)試中，我們用千分表測(cè)試了數(shù)百次，通過比較表明定位精度并沒有什么變化。”事實(shí)證明，并沒有像旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣發(fā)生瞬變現(xiàn)象，這就意味著某些簡(jiǎn)單的控制參數(shù)設(shè)置工作變得更加簡(jiǎn)單了。
　　儀表管理更加輕松
　　就精度來(lái)講，Koch 專用設(shè)備上使用的儀表技術(shù)也非常關(guān)鍵。在按長(zhǎng)度切割原材料時(shí)，研發(fā)人員使用了 Sony 的磁性編碼器系統(tǒng)，只需將它用膠水粘到軌道上即可。這樣做的好處是擁有了一個(gè)參考凸輪和高分辨率閱讀器頭。Bexte 指出：“這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以調(diào)整，只需幾個(gè)步驟即可，時(shí)間不超過 5 分鐘。”軟件工程師警告說(shuō)，在操作的時(shí)候必須非常小心，因?yàn)榇判怨ぞ呖梢該p壞整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。Beckhoff公司研發(fā)人員們目前正在為突破這一限制而不懈努力。他們目前正在研究在直線電機(jī)內(nèi)部采取何種措施使電機(jī)免受外部干擾。其測(cè)量原理包括使用次極部件的磁鐵來(lái)確定位置和速度。增量式編碼器使用它們的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以每 24 mm 發(fā)出 1000 個(gè)增量信號(hào)（24 mm 對(duì)應(yīng)于直線電機(jī)的一次邏輯旋轉(zhuǎn)）。將信號(hào)輸入到 AX2000 驅(qū)動(dòng)器，就可以獲得 0.1 mm的定位精度。
　　與需要水冷直線驅(qū)動(dòng)的大功率機(jī)床以及需要昂貴的光電測(cè)量系統(tǒng)的高精度機(jī)床應(yīng)用相比，這里所講的解決方案對(duì)于木工機(jī)械和包裝機(jī)械來(lái)講是理想的。Koch 的控制工程師更喜歡直接驅(qū)動(dòng)的另一個(gè)原因是：使用 TwinCAT 可以直接將其無(wú)縫集成到現(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)中。伺服驅(qū)動(dòng)器通過 Beckhof的 Lightbus 來(lái)實(shí)現(xiàn)定位，而用于簡(jiǎn)單定位任務(wù)的驅(qū)動(dòng)則可以通過 CANopen 來(lái)操作。
　　使用 Beckhoff 工業(yè) PC 控制 69 根軸

　　SBFD-B-NC 木工機(jī)械是用來(lái)鉆銑木工部件的自動(dòng)化機(jī)器，然后再由這些部件制成板條框架。該設(shè)備由一臺(tái)裝有Pentium 4 和 15” 面板的工業(yè) PC 來(lái)控制。操作系統(tǒng)采用的是 Windows2000 專業(yè)版，自動(dòng)化軟件采用的是TwinCAT NC PTP，PLC 周期時(shí)間為 10ms。
　　總共使用了 5 個(gè)機(jī)械加工站，共 31 臺(tái)AL2000 直線伺服電機(jī)，可提供的最大移動(dòng)速度為 1000 mm/s，可以確保加工頭的精確定位。這些電機(jī)和另外 3 臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)一起通過四個(gè) Lightbus 環(huán)耦合到系統(tǒng)中。用于靜態(tài)定位的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)通過 CANopen 連接。這臺(tái)設(shè)備同時(shí)包括 27 個(gè)帶有 CAN 總線接口的定位驅(qū)動(dòng)器、7 根快軸和蠕動(dòng)軸。輸入和輸出總數(shù)為 1134。