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产生重要影响的定制化解决方案

互联的工程设计服务可以提高生产效率,创造有形的附加价值

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线性轴可以使用一个AKD & AKM单电缆套件(包括控制单元)进行精确定位。


MEquadrat AG是一家初创公司,四年来一直作为一家机电服务公司提供高度专业化的解决方案,特别是在实验室和医疗领域。跨领域思维在该公司的产品研发活动当中扮演着基础性的角色。在与运动控制专家科尔摩根合作,为医疗领域提供全新生产模块的过程中,该公司在实施步骤、高效研发以及定制化支持方面也展示出原创性思维。科尔摩根的无背隙直驱解决方案可以实现精确同步和同心度,最大精度高达2微米,并且更具成本效益。
服务公司MEquadrat AG位于瑞士卢塞恩州Root市。该公司的基本理念之一就是关联性思维,以及创新的设备与系统,通过所使用软件的持续性、先进的机械电子部件以及与之相关的自动化程度的提高来满足客户需求。身为MEquadrat AG管理团队成员,Stefan Nyffenegger确信:“机械、电子以及软件之间的紧密契合是获得创新产品和更高生产效率的关键。此外,我们还通过非常规方法来争取实现新的突破,目前大家可以从医疗领域薄壁材料处理的机械模块项目中体会到这一点”。

 

 

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科尔摩根的KBM Kit电机详细图示。
由于空心轴具有较大尺寸,因而精细的产品可以通过流体工艺加以导引使其通过电机。精度高达2 µm的绝对精确同步是完成这一操作的关键。

一项艰巨的任务:高速旋转下的精确夹紧
对易损的玻璃或铝管从两侧零扭力地夹紧,这对于在Root市生产模块的研发和制造来说是一项特殊挑战。产品直径范围1 - 20毫米,壁厚非常小,大约只有十分之一毫米。切割和接合在易损的空心棒材上进行。由于被夹持材料的高转速,对两侧进行夹紧时要求绝对精确的同步。
按照客户的严格规范开发这样一种结构紧凑的整体模块,必须为工件提供结构主轴以及被夹产品结构提供高度精细和非常精确的运动控制系统。Stefan Nyffenegger强调说:“科尔摩根的KBM kit电机是满足我们需求的完美解决方案,因为空心轴较大的尺寸,产品可以通过流体工艺导引使其通过电机。”

针对非常规解决方案开展平等合作
MEquadrat的工程师在设计驱动系统的时候已经有意选择直接驱动技术。他们希望使用现有的模块化设计,以便满足精度要求,并能够确保进度和高成本效益。
但显而易见的是,由于紧凑的封装和组件的复杂性,应当采用具有完整伺服功能的定子和转子。最终,该公司确定科尔摩根的产品是最佳解决方案。此时,科尔摩根的驱动制造专家们已经对所有特殊要求做好了准备。在该项目的实施阶段,双方的决策很迅速,因为双方的专家们一直平等合作。然而,同步性仍然是一个问题。但是,针对该问题已经有了一些思路,产品选型在经过初步的电话讨论之后很快就得以确定。科尔摩根的大客户经理Martin Zimmermann及其同事为此提供了全力支持:“当MEquadrat仅要求为该项目的供料单元提供转子和定子时,我们知道一名机电工程师需要关注电机的更多细节。当您尝试新东西的时候必须满怀信心,比如这个工程,相互之间必须保持绝对的信任”。

 

 

 

 

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Stefan Nyffenegger和Martin Zimmermann在机器模块前。


Nyffenegger强调:“科尔摩根的KBM kit电机让我们找到了完美的解决方案,它的整体驱动概念的确是为我们的需求定制。”
Zimmermann:“MEquadrat团队非常了解他们想要什么。正是根据他们的意见,我们才能够提出具体建议,从而一起开发出最佳解决方案。”


除了时间压力和对功能规格精度的要求极高之外,还有医疗技术领域的其他重大挑战:“运动控制解决方案不得涉及磨损和润滑剂,并且我们无法在实施和调试阶段对机械和软件进行任何测试”,Nyffenegger表示。因此该机器模块中所提供的所有组件必须预先进行测试并显示绝对可靠。
AKD驱动器带来的直接驱动技术与美国国家仪器公司(NI)的控制器协同工作,实现了极其精确的定位。电流调节器的周期时间大约为670 ns,速度调节器的周期时间只有62.5 µs。Nyffenegger强调:“这让我们能够实现最佳同步性,以满足这些高动态要求。因此,这一运动控制组合代表了最佳的性价比。”


以即插即用的解决方案实现精确定位
在该项目当中,重中之重在于两个同步轴必须达到2 µm的高精同心度。Nyffenegger补充说:“在该项目中所实现的精度范围只有在大型生产设备的主轴上才能看得到。”高转速是该项目的另一个重要挑战。市场上有些系统“确实能够以所要求的精度水平夹紧易损的产品,比如我们项目中的产品,但是当转速超过500 rpm时,则往往会松动。在市场上的同类产品当中,我还没有看到像我们产品这样,在3000 rpm的转速下仍然能保持完全夹紧的产品!” Nyffenegger强调说。
该机器的线性轴设计最终选择了配有单电缆解决方案和SFD反馈的AKM伺服电机。现在只需将组件组装起来即可。
将旋转变压器作为一个单电缆解决方案是驱动器专家的专长之一,旨在充分利用旋转变压器的鲁棒性。Nyffenegger强调:“这样一来,AKM电机仅需要最低限度的布线。也可以使用高度紧凑的电缆,它们对于狭窄空间来说是绝佳选择。”

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线性轴可以使用一个AKD&AKM单电缆套件(包括控制单元)进行精确定位。负责对穿越管件进行同步的KBM Kit电机位于线性轴上方。

 

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直接驱动器可以实现非常精确的定位。电流调节器的周期时间为670 ns,而速度调节器的周期时间为62.5 µs。


总结:互信协作实现目标
AKD单电缆套件(控制器&伺服电机)被用作供料设备的线性驱动器组件。这种设计的主要好处在于,系统来自同一个供应商。Nyffenegger强调:“这样我就不必担心螺钉尺寸不合或管脚不匹配的问题。我们只需将设备插接好启动即可,这也使得项目实施时间变得非常短。” 因此,在针对该项目所进行的紧密和专注的合作当中,将精密的驱动器技术集成到精密的机械设备当中是其中最核心的要素。此外,除了所要求的速度精度水平,轴承和机械构件形状的公差,以及从设备启动开始所有构件必须毫无差错地运行之外,我们还必须对成本保持关注,这就要求双方保持高度互信。Martin Zimmermann补充说:“我们在该项目当中发挥了具体作用,特别是针对客户如何以优化和最具成本效益的方式实现目标,我们提供了全面的建议。
Stefan Nyffenegger确信:“我们可以直接与科尔摩根的产品开发人员展开讨论,并提出我们对于轴和轮毂连接的要求。双方围坐讨论以便找到解决方案,或者就设计细节进行电话讨论,这就为我们提供了保证,让我们确信驱动器的一切都会正确工作,我们从项目一开始就走在正确的道路上。”机器的设计阶段仅用了3个月,这是非常高的效率。“科尔摩根方面的工作,比如安装轴,连接电机,以及进行完整的设置和测试,在两天内就全部完成。这种驱动概念的确是针对我们需求的定制化设计,表现非常完美。它从一开始就运行完美,不仅满足了预定目标,并且也满足了我们自己为客户设定的所有要求。”

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AKD伺服驱动器快速、灵活,可用于多种以太网通信功能,可以快速方便地集成到任何应用当中。


优点:
• 配合部件具有高柔性
• 针对需要夹紧系统的特殊应用集成了空心轴,可以在3000 rpm的转速下保持夹紧力
• 直接驱动,没有任何多余的机械部件,可以实现精确同步和同心度,最高精度高达2 µm,是刚性连接
• 集成EtherCAT,以方便实施和集成(硬件和软件)- 此外还可配备LabVIEW。
• 科尔摩根提供出色而全面的支持,从设计到执行再到调试。
• 可以方便地转换成不同直径
• 在增加自动化程度,实现更高生产效率的同时具有高工艺稳定性
使用的产品:该项目使用了以下科尔摩根电机(单电缆系统)和驱动器:
AKM标准永磁同步伺服电机。强大的AKM系列同步伺服电机,包括超过500,000个标准型号,可以提供不同的紧固、连接、速度和反馈版本以及很多的额外选项。
KBM 无框电机(客户进行了客户定制以便能够集成到模块当中)。KBM无框电机用于直驱旋转应用中。宽范围的KBM系列无框电机是最新的直驱技术。它们可以满足机器制造商对于灵活性、功率密度、动态性能、使用寿命以及安装简单性的所有要求。
便于集成的AKD & AKM单电缆套件。AKD伺服驱动器和AKM伺服电机可以用于任何应用,是具有极高成本效益的单电缆解决方案。AKD伺服驱动器速度快,灵活性高,可用于多种以太网通信功能,可以快速而方便地集成到任何应用当中。AKD可以实现即插即用调试,并且可以无障碍地与所有机器部件相连。

 

关于科尔摩根

科尔摩根 (Kollmorgen) 是全球领先的运动控制系统和配件供应商。依托超过七十年的运动控制设计和研发领域的专业经验,为全球 OEM 设备制造商提供突破性的解决方案,实现无以伦比的性能、可靠性和便捷性。

凭借世界一流的运动控制技术,业内领先的品质、以及集成和定制产品的专业能力,科尔摩根助力印刷、包装、医疗、机床和机器人等行业的OEM设备制造商设计出更好的机器,获得竞争优势。

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