貝加萊系統在沃克曼高速伺服直驅數控沖床上的應用

貝加萊工業自動化（中國）有限公司  溫展飛

河北沃克曼數控機械有限公司  余蔚  歐陽春

引言：中國制造2025規劃中有一項非常重要的一條即：開發一批精密、高速、高效、柔性數控機床與基礎制造裝備及集成制造系統，而高速伺服直驅數控沖床就是屬于這一類的機床。前幾年國內的高速伺服直驅沖床的市場一直被國外公司占領，中國偶有企業投入研發和應用都沒有取得非常好的進展，無論是機械設計，還是數控系統的應用與國外公司產品都還存在比較大的差距。河北沃克曼數控機械有限公司在已有的技術上進行創新和再設計，針對數控鈑金加工行業，對數控系統在軟硬件上進行重新選擇和設計，最終實現了對同類產品的超越。

產品機械設計：德國工業4.0中有一個重要的環節是柔性生產，如果需要在設備制造企業中實現柔性化的生產，那么就要求企業在設計和生產管理的各個環節都實現最大限度的模塊化的設計，才能實現柔性生產和柔性管理。河北沃克曼高速伺服直驅數控沖床在研發初期就按照這樣要求，對機械和控制部分進行模塊化設計。在機械上的模塊化設計體現在：沖頭的模塊設計，可以實現沖頭的靈活搭配同時又不會降低機器的可靠性；送料架上的模塊化設計，可以實現客戶對于不同工作臺面的特殊要求；床身的模塊化設計，可以實現對于不同產品的靈活組合；轉盤的模塊設計，可以實現客戶對于不同工藝的要求；整體的模塊化設計，可以實現生產線的靈活搭配以及聯機控制的要求。通過機械上的模塊化設計，河北沃克曼高速伺服直驅數控沖床最終實現了客戶定制化的要求。

       數控系統：市場上大部分數控系統都是封閉的數控系統，無法滿足產品模塊化設計要求。歐洲的貝加萊工業自動化的數控系統不僅在硬件上采用了模塊化設計思路，而且在軟件上也同樣實現了模塊化的設計思路，非常契合河北沃克曼數控機械有限公司對數控轉塔沖床的設計思路。貝加萊工業自動化的數控系統是一個完全開放的數控系統，河北沃克曼公司掌握了核心算法和核心的控制軟件，為產品的升級和新產品的開發打下來了良好的基礎。最終可以實現生產過程的柔性化。

      貝加萊工業自動化的數控系統在架構設計上采用軟件與硬件脫離的架構，如圖1所示，使得最終實現控制器（PLC,工業PC等）與數控系統的分離，以及實現執行機構（伺服電機，液壓等）與數控系統的分離，可以實現要求的配置的靈活組合。

貝加萊的數控系統的運行過程與機床的邏輯以及機床的數據計算運行在同一個任務中如圖所示，CNC與其他的任何任務處于同一個任務等級和任務周期中，使得各種數據的實時交換可以實現，通過對數據的分析和應用可以實現比較復雜的功能，例如刀具信息的實時更改，根據當前機床的特性實現加速和減速的實時調整和處理，根據X,Y軸行程實現定量的維修和維護，根據刀具信息實現刀具的定期維護，實現用戶的靈活管理等功能，在組建智慧工廠和智能生產系統時，可以實現各種數據的上傳和命令的執行，為上層的互聯網+提供了信息基礎。

控制總線：在控制網絡層采用的POWERLINK的實時以太網作為其系統總線，在當今的主流現場總線的都是采用以太網作為物理層，其中市場上比較流行的有POWERLINK，PROFINET，SERCOS III，Ethernet/IP，EtherCAT，這五種總線各有千秋，但是作為現場的控制可靠性和實時性以及高效性來講，POWERLINK有其獨特的優勢，POWERLINK在運動控制和實時數據會比較強大，能夠實現控制層的數據與執行機構的數據實時同步，并且保證了整個控制的準確和實時，對系統的精度和速度都有比較好的保證。

伺服系統：高速伺服直驅數控沖床對伺服的要求非常高，主要體現在可靠性，高動態性，穩定性，靈活性等方面。數控沖床常用的傳動機構是絲杠，絲杠的長度比較長，由于絲杠本身具有較小的剛性，同時在遠距離上還有比較大的擾度，這些特性對伺服系統就有比較高的要求，在不同位置時，絲杠的擾度對于負載的影響都不一樣，這就要求伺服系統在不同位置對負載有自適應功能和自學習功能，能夠根據不同負載來調整輸出，保證沖床的高速和高精度的要求。

貝加萊的伺服系統采用POWERLINK作為系統總線，能夠快速和高效的響應控制器的命令，并且伺服驅動器有比較齊全的算法控制，例如前饋控制，自動生產負載的波特曲線圖，擾動補償等功能。根據絲杠的波特曲線，我們采用了Biquad濾波的方法，有效的消除了系統的共振頻率和截止頻率，極大的提高了整個機床的速度和精度。另外貝加萊的伺服系統具有對負載進行建模的功能，下一步將在高速伺服直驅數控沖床中應用，大幅提高機床的速度。

直驅技術的應用：直驅技術在高速伺服直驅數控沖床中作為機床的直接執行機構，在可靠性方面有著特別高的要求，河北沃克曼數控有限公司經過技術上的攻堅和驗證，掌握了核心技術，提高了直驅技術的可靠性，達到國際先進水平。

結束語：河北沃克曼數控機械有限公司的數控沖床采用模塊化的機械設計以及，配以貝加萊數控系統，整體提高了機床的精度和速度，，并且使得客戶定制化的產品得以實現。