Решение для быстрой и точной нарезки труб

Опубликовано в номере:
PDF версия
Качество отрезков труб, использующихся в машиностроении и автомобильной промышленности, определяется точностью их длины, а также отсутствием стружки и заусенцев по краям. Чтобы обеспечить выверенную и аккуратную нарезку, компания FZH Maschinenbau (Германия) создала систему Vario, работающую в тандеме с решением по управлению движением от Kollmorgen. В статье рассмотрен проект, который компания Kollmorgen выполнила совместно с инженерами Quality Automation GmbH (QA) для одного заказчика из Германии.

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.

Барабанный магазин — буфер для заготовок

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.

Сервомоторы Kollmorgen AKM обеспечивают синхронизацию с кулачковым управлением обеих осей

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

 Ось наклона для извлечения заготовок из барабанного магазина

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).

Решение Kollmorgen KAS AKD PDMM Profinet

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).

Пользовательский интерфейс Pipe Network

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).

Общий вид оборудования для нарезки труб

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.