Решение для быстрой и точной нарезки труб

Процесс резки труб у заказчика организован следующим образом. Первый элемент оборудования — барабанный магазин, который служит своеобразным буфером для заготовок (рис. 1). Управляемая сервомотором система перемещения с наклонными и линейными осями автоматизирует подачу режущего оборудования. Главную роль в процессе резки труб по длине играет режущая головка с захватным устройством, в которой труба размещается в середине линейной оси. Специальная отметка указывает на место, где три круглых лезвия будут соприкасаться с поверхностью. Она производится лазерной установкой на более раннем этапе обработки трубы в соответствии с требованиями производственной работы. Метка обнаруживается оптическим датчиком, который FZH встроил в режущую головку.

Рис. 1. Барабанный магазин — буфер для заготовок

Основные черты

В рамках проекта инжиниринговой компании из Германии системный интегратор Kollmorgen был приглашен для создания и внедрения полного пакета автоматизации процесса резки труб — совместно с QA. «Мы отвечали за проектирование электрооборудования, подготовку документации, сборку шкафа управления, разработку программного обеспечения и, в конечном счете, за ввод оборудования в эксплуатацию», — объясняет Фридхельм Штеффенс (Friedhelm Steffens), один из менеджеров QA. Еще одной целью было автоматизировать режущую головку таким образом, чтобы ее могли использовать для различных поперечных сечений, толщины стенок и материалов труб. Клиенты FZH в основном работают в автомобильной промышленности. «Важно обеспечить гибкость, чтобы различные типы заказов, в том числе небольшие партии, можно было производить экономично», — подчеркивает Штеффенс.

Рис. 2. Сервомоторы Kollmorgen AKM обеспечивают синхронизацию с кулачковым управлением обеих осей

Рис. 3. Ось наклона для извлечения заготовок из барабанного магазина

Для приведения в действие режущей головки QA объединила два серво­привода (рис. 2). Так называемый опорный диск рычажного типа перемещает три круглых режущих лезвия с определенной скоростью вращения вдоль внешнего края трубы, подлежащей резке. При этом ось кулачкового диска обеспечивает опускание трех лопастей к материалу с точно определенной направляющей профиля (рис. 3). Этот процесс координируется и контролируется сервоконтроллером AKD PDMM от Kollmorgen. Данное устройство сочетает в себе сервопривод со свободно программируемым управлением движением. AKD PDMM управляет опорным диском рычажного типа, а также другим сервоконтроллером Kollmorgen через EtherCAT. Для управления оборудованием AKD PDMM поочередно связывается через Profinet с системой управления Siemens (выступающей в качестве ведущего устройства Profinet, рис. 4).

Рис. 4. Решение Kollmorgen KAS AKD PDMM Profinet

Программирование движения

QA обеспечил синхронизацию двух приводов с помощью Kollmorgen Automation Suite (KAS). Платформа разработки интегрирована в AKD PDMM. Это означает, что сервоусилитель обладает как высокопроизводительным ПЛК, так и функциями управления движением. Последовательность движений можно быстро и легко программировать с помощью графической среды программирования Pipe Network (рис. 5). Пользователям доступно пять стандартизированных языков, которые соответствуют IEC 61131-3 (для управления последовательностью), а также с функциональными модулями управления движением PLCopen (для управления движением).

Рис. 5. Пользовательский интерфейс Pipe Network

Pipe Network является одним из ключевых элементов пакета автоматизации Kollmorgen. В этой среде можно выстраивать сложные связи между оборудованием в процессе резки и представлять их по принципу модулей. С точки зрения проектирования, это позволяет легко реализовать оптимальный процесс резки для любой трубы (особенно когда поступают трубы разных материалов, толщины стенок и диаметров). Во время резки поддерживающий диск рычажного типа и кулачковый диск синхронизируются, а лезвие совершает круговое движение вокруг трубы. Добавленное движение, вовлекающее кулачковый диск (который запускается посредством задания движения или электронных кулачков), опускает лезвия в материал и разрезает трубу. В случае использования твердых материалов — особенно драгоценных металлов — масштабированный электронный кулачковый диск срабатывает, когда начинается движение опускания. За счет этого обеспечивается начальное ускорение лезвий. Затем скорость постепенно уменьшается — независимо от толщины стенки, которую еще нужно разрезать. Такое точное управление движением позволяет резать без образования стружки и почти без заусенцев даже дуплексную нержавеющую сталь.

Вернемся к системе Pipe Network. Она четко и точно копирует архитектуру машины, включая связи между осями приложения. Пользователи могут «рисовать» свою машину, одновременно программируя ее. Работу в этой системе можно сравнить со сложной формой программирования мехатронных приводов, которую смогут освоить и инженеры, не обладающие специальными знаниями в этой области.

Очень сложное программирование в Pipe Network заменяется графическим описанием с функцией перетаскивания. Начиная с виртуального мастера все функции и взаимосвязи между компонентами, а также все перемещения и настройки могут быть определены с помощью графических блоков описания.

При использовании режущей головки такой подход приводит к управляемой кулачком подаче и открывающему движению для режущих колес. «С нашей точки зрения, это дает явные преимущества по сравнению с обычным процессом резки», — комментирует Фридхельм Штеффенс. Режущие лезвия приближаются к трубе со значительной скоростью, которая затем снижается: фактически не останавливаясь, они прорезают трубу, пока не достигнут конечного положения. Затем они возвращаются в исходное положение, но снова с высокой скоростью (при этом учитывается производительность).

Рис. 6. Общий вид оборудования

Заключение

При сохранении сути реализованного процесса резки труб можно легко адаптировать нужные детали. Это позволило FZH и QA разработать общее решение для резки труб из всех общедоступных материалов (рис. 6). Система Vario может обрабатывать трубы диаметром 4–120 мм и с толщиной стенки 0,1–2,5 мм (1,5 мм для нержавеющей стали). Кроме того, нет необходимости в охлаждающей жидкости или смазочных материалах. «Процесс чистый», — отмечает Штеффенс. Гибкость решения по управлению движением позволяет настраивать режущую головку для использования с новыми поперечными сечениями трубы или другими материалами практически одним нажатием кнопки. Состав трубы и скорость подачи заготовок можно задать на панели управления.

ООО «Сервостар»
Авторизованный партер Kollmorgen в России
Москва,
Семеновская набережная, д. 2/1, стр. 1
тел.: +7 495 144 53 46
e-mail: info@servostar.ru
www.servostar.ru