薄金屬片或精確圓筒接縫的高精度鎢極惰性氣體保護(hù)焊接（WIG）是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，迄今為止，還無法使用傳統(tǒng)機(jī)器或人工完成。為了解決這一難題，來自德國(guó)奧格斯堡的機(jī)械制造商 Castro 公司基于并聯(lián)運(yùn)動(dòng)開發(fā)了一款創(chuàng)新的焊接設(shè)備。在來自彭茨貝格的系統(tǒng)集成商 Bockstiegel Automation 的支持下，新機(jī)器借助基于 PC 的控制技術(shù)和 TwinCAT 3 CNC 快速進(jìn)入了批量生產(chǎn)。

Castro 公司總經(jīng)理 Udo Massari 展示的豪華車鈦催化轉(zhuǎn)化器上的焊縫看起來很像一個(gè)完美的硅膠縫?！八纬傻暮钢榫鶆蛞恢隆Ｎ覀兲峁┑氖菢I(yè)界唯一能夠達(dá)到這種焊接質(zhì)量水平的解決方案，哪怕是機(jī)器人也無法做到這一點(diǎn)?！背晒Φ拿卦E在于擁有 Wigpod — 一個(gè)基于并聯(lián)運(yùn)動(dòng)的全自動(dòng)鎢極惰性氣體保護(hù)焊接設(shè)備。六根軸并聯(lián)布置，其長(zhǎng)度可以改變，并沿著三個(gè)平移自由度和三個(gè)回轉(zhuǎn)自由度移動(dòng)。通過利用倍福最新的自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，機(jī)器現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行批量生產(chǎn)。

對(duì)于 Udo Massari 來說，從以前使用的控制技術(shù)轉(zhuǎn)換到使用基于 PC 的控制技術(shù)是件非?？烨矣趾?jiǎn)單的事?！拔覀儗?duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并在短短四個(gè)月的時(shí)間內(nèi)完成了轉(zhuǎn)換過程和 HMI 編程。早在首次拜訪倍福公司時(shí)，倍福慕尼黑辦事處的銷售經(jīng)理 Raphik Shahmirian 就已提出了可行的解決方案，但我們實(shí)際實(shí)施的時(shí)間稍晚?！睘橄到y(tǒng)集成提供支持的 Bockstiegel Automation 公司總經(jīng)理 Peter Bockstiegel 也有同樣的體會(huì)：“我們的所有項(xiàng)目都得到了最好的支持，這讓我們這樣一家小型公司能夠根據(jù)客戶需求完成具有挑戰(zhàn)性的實(shí)施目標(biāo)，并且非?？煽康貙?shí)現(xiàn)高度專業(yè)化的任務(wù)，例如在 Castro 公司的這個(gè)項(xiàng)目中。”

高精度和重復(fù)性

自 20 世紀(jì) 90 年代以來，Castro 公司就一直開發(fā)各種基于六自由度技術(shù)的系統(tǒng)。最初，該公司專門開發(fā)生產(chǎn)醫(yī)用手術(shù)臺(tái)，如激光眼睛手術(shù)和腎結(jié)石碎石治療中使用的手術(shù)臺(tái)。Castro 多年來一直致力于在工業(yè)機(jī)械中實(shí)施六自由度技術(shù)，并于 2009 年推出了名為 Caspod 的基本型號(hào)。Udo Massari 解釋說道：“我們?cè)陂_發(fā)新型解決方案時(shí)面臨的主要挑戰(zhàn)是需要在基于 CNC 的控制技術(shù)中實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)。但我們已經(jīng)進(jìn)入新技術(shù)時(shí)代，基于 PC 的控制可以幫助我們以理想的方式減少?gòu)?fù)雜性并滿足精密工程的苛刻要求?！?/p>

Caspod 系列包括可針對(duì)各種應(yīng)用（如焊接、去毛刺、銑削、拋光或激光切割）設(shè)計(jì)的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)六軸加工單元。符合 CE 標(biāo)準(zhǔn)的緊湊型焊接設(shè)備具有高動(dòng)態(tài)性、高軌跡精度和高剛性等特點(diǎn)。全新的 Wigpod 焊接設(shè)備可以以 60 米/分鐘的速度、以最高精度定位 0.5 公斤的 WIG 焊槍，且只使用了傳統(tǒng)機(jī)器所需的功率輸入的一小部分。

Udo Massari 認(rèn)為，這可以通過并聯(lián)布置移動(dòng)凈重非常低的六根軸來實(shí)現(xiàn)：“比較特別的是，運(yùn)動(dòng)沿著六個(gè)驅(qū)動(dòng)器的軸向進(jìn)行，而不是只沿著一個(gè)驅(qū)動(dòng)器軸向進(jìn)行。另一方面，串聯(lián)布置的傳統(tǒng)系統(tǒng)必須為相同的任務(wù)移動(dòng)多個(gè)凈重為 100 公斤的裝置，功耗很快就達(dá)到數(shù)千瓦。而在類似的工作場(chǎng)景中，運(yùn)行 Wigpod 所需的功耗僅為 0.8 千瓦，能效明顯提高很多。這意味著貿(mào)易、工業(yè)、航空航天和汽車行業(yè)所使用的組件（特別是由鈦、鋁和不銹鋼制成的）可以使用節(jié)能環(huán)保的方式全自動(dòng)焊接，不會(huì)出現(xiàn)回火色，同時(shí)減少對(duì)操作人員的危害?！?/p>

強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能

將復(fù)雜的六自由度運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換至 CNC 加工技術(shù)是本項(xiàng)目中的一項(xiàng)特殊挑戰(zhàn)。具體來說，Stewart 轉(zhuǎn)換構(gòu)成基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型的核心。確保六軸伺服電機(jī)能夠以協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行控制，并精確地產(chǎn)生持續(xù)不斷的運(yùn)動(dòng)。Stewart 從上層 TwinCAT 3 CNC 軟件獲取所有運(yùn)動(dòng)序列的設(shè)定點(diǎn)，計(jì)算所需的軸位置，并將信息返回給驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。

Peter B?ckstiegel繼續(xù)解釋道：“CNC 與 Stewart 轉(zhuǎn)換的完美交互確保了六根軸的平穩(wěn)和同步運(yùn)動(dòng)。倍福的 TwinCAT 3 CNC 中提供了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的相應(yīng)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換工具和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。這樣可以實(shí)現(xiàn)特別簡(jiǎn)單和靈活的操作及編程?！盩winCAT 3 CNC 提供全面的 CNC 功能，涵蓋各種典型的 CNC 軌跡控制，滿足高復(fù)雜度的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。關(guān)于 Wigpod 的實(shí)施，來自倍福慕尼黑辦事處的應(yīng)用軟件專家 Dieter Auer 解釋說道：“借助 TwinCAT 提供的控制和轉(zhuǎn)換功能，它現(xiàn)在也可以繞著一根附加軸旋轉(zhuǎn)，而前任系統(tǒng)在這方面是受到限制的。當(dāng)焊頭必須圍繞被焊接的焊縫旋轉(zhuǎn)時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要?！?/p>

基于 PC 的控制系統(tǒng)是具有高可擴(kuò)展性的自動(dòng)化系統(tǒng)，也是一個(gè)靈活的硬件平臺(tái)，可以滿足每個(gè)應(yīng)用需求。Raphik Shahmirian：“TwinCAT 內(nèi)核的硬實(shí)時(shí)和通過 EtherCAT 通訊的超高速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為高精度運(yùn)動(dòng)控制提供了理想的條件。C6920 控制柜式 PC 是能夠滿足 Wigpod 要求的最適合的硬件?；诰唧w應(yīng)用（15 英寸的 CP6942 控制面板）的操作單元用于帶CNC擴(kuò)展按鈕的機(jī)床?！盤eter Bockstiegel 補(bǔ)充道：“創(chuàng)新的 TwinCAT CNC HMI 用作用戶界面?？梢愿鶕?jù) Microsoft .NET 標(biāo)準(zhǔn)輕松對(duì)它進(jìn)行編程，由于它采用的是開放和模塊化的概念，因此可以實(shí)現(xiàn)定制化應(yīng)用設(shè)計(jì)?！?/p>

運(yùn)動(dòng)控制中的安全技術(shù)

焊接設(shè)備的六根主軸由倍福的 AM8000 系列高動(dòng)態(tài)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。還有兩根輔助軸用于直線部件進(jìn)給和組件的旋轉(zhuǎn)定位。四個(gè)緊湊型雙通道 AX5203 伺服驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)總共八根 CNC 軸。特別是它們支持高速高動(dòng)態(tài)定位任務(wù)，可以最好地滿足 Peter B?ckstiegel先生對(duì)焊接設(shè)備的要求。“倍福驅(qū)動(dòng)技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是采用單電纜技術(shù)（OCT），大大減少了布線開銷，從而顯著降低了材料和調(diào)試成本?！?/p>

AX5203 伺服驅(qū)動(dòng)器配有 TwinSAFE AX5805 選項(xiàng)卡，可保護(hù)機(jī)器操作人員免受應(yīng)用中的潛在危險(xiǎn)的傷害。Peter B?ckstiegel闡釋道：“特別是新產(chǎn)品的試運(yùn)行或配置機(jī)器時(shí)，其中一項(xiàng)關(guān)鍵因素是操作人員也可以手動(dòng)干預(yù)工作流程。有了 TwinSAFE，當(dāng)門被打開或速度降低時(shí)，焊接設(shè)備也可以在需要時(shí)運(yùn)行，而不會(huì)給操作人員帶來任何危險(xiǎn)?！?/p>