薄金屬片或精確圓筒接縫的高精度鎢極惰性氣體保護焊接（WIG）是一個非常復雜的過程，迄今為止，還無法使用傳統(tǒng)機器或人工完成。為了解決這一難題，來自德國奧格斯堡的機械制造商 Castro 公司基于并聯(lián)運動開發(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，新機器借助基于 PC 的控制技術(shù)和 TwinCAT 3 CNC 快速進入了批量生產(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完美的硅膠縫?！八纬傻暮钢榫鶆蛞恢?。我們提供的是業(yè)界唯一能夠達到這種焊接質(zhì)量水平的解決方案，哪怕是機器人也無法做到這一點。”成功的秘訣在于擁有 Wigpod — 一個基于并聯(lián)運動的全自動鎢極惰性氣體保護焊接設(shè)備。六根軸并聯(lián)布置，其長度可以改變，并沿著三個平移自由度和三個回轉(zhuǎn)自由度移動。通過利用倍福最新的自動化和驅(qū)動技術(shù)，機器現(xiàn)在已經(jīng)準備好進行批量生產(chǎn)。

對于 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)是件非常快且又簡單的事?！拔覀儗φ麄€控制系統(tǒng)進行了改造，并在短短四個月的時間內(nèi)完成了轉(zhuǎn)換過程和 HMI 編程。早在首次拜訪倍福公司時，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，但我們實際實施的時間稍晚。”為系統(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：“我們的所有項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)性的實施目標，并且非?？煽康貙崿F(xiàn)高度專業(yè)化的任務，例如在 Castro 公司的這個項目中。”

高精度和重復性

自 20 世紀 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，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。Castro 多年來一直致力于在工業(yè)機械中實施六自由度技術(shù)，并于 2009 年推出了名為 Caspod 的基本型號。Udo Massari 解釋說道：“我們在開發(fā)新型解決方案時面臨的主要挑戰(zhàn)是需要在基于 CNC 的控制技術(shù)中實現(xiàn)并聯(lián)運動。但我們已經(jīng)進入新技術(shù)時代，基于 PC 的控制可以幫助我們以理想的方式減少復雜性并滿足精密工程的苛刻要求?！?/p>

Caspod 系列包括可針對各種應用（如焊接、去毛刺、銑削、拋光或激光切割）設(shè)計的并聯(lián)運動六軸加工單元。符合 CE 標準的緊湊型焊接設(shè)備具有高動態(tài)性、高軌跡精度和高剛性等特點。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)機器所需的功率輸入的一小部分。

Udo Massari 認為，這可以通過并聯(lián)布置移動凈重非常低的六根軸來實現(xiàn)：“比較特別的是，運動沿著六個驅(qū)動器的軸向進行，而不是只沿著一個驅(qū)動器軸向進行。另一方面，串聯(lián)布置的傳統(tǒng)系統(tǒng)必須為相同的任務移動多個凈重為 100 公斤的裝置，功耗很快就達到數(shù)千瓦。而在類似的工作場景中，運行 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)保的方式全自動焊接，不會出現(xiàn)回火色，同時減少對操作人員的危害。”

強大的運動轉(zhuǎn)換功能

將復雜的六自由度運動轉(zhuǎn)換至 CNC 加工技術(shù)是本項目中的一項特殊挑戰(zhàn)。具體來說，Stewart 轉(zhuǎn)換構(gòu)成基礎(chǔ)數(shù)學模型的核心。確保六軸伺服電機能夠以協(xié)調(diào)的方式進行控制，并精確地產(chǎn)生持續(xù)不斷的運動。Stewart 從上層 TwinCAT 3 CNC 軟件獲取所有運動序列的設(shè)定點，計算所需的軸位置，并將信息返回給驅(qū)動控制系統(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)和同步運動。倍福的 TwinCAT 3 CNC 中提供了實現(xiàn)此目標的相應數(shù)學轉(zhuǎn)換工具和運動轉(zhuǎn)換功能。這樣可以實現(xiàn)特別簡單和靈活的操作及編程。”TwinCAT 3 CNC 提供全面的 CNC 功能，涵蓋各種典型的 CNC 軌跡控制，滿足高復雜度的運動和運動學要求。關(guān)于 Wigpod 的實施，來自倍福慕尼黑辦事處的應用軟件專家 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。當焊頭必須圍繞被焊接的焊縫旋轉(zhuǎn)時，這一點尤其重要。”

基于 PC 的控制系統(tǒng)是具有高可擴展性的自動化系統(tǒng)，也是一個靈活的硬件平臺，可以滿足每個應用需求。Raphik Shahmirian：“TwinCAT 內(nèi)核的硬實時和通過 EtherCAT 通訊的超高速驅(qū)動系統(tǒng)為高精度運動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應用（15 英寸的 CP6942 控制面板）的操作單元用于帶CNC擴展按鈕的機床?！盤eter Bockstiegel 補充道：“創(chuàng)新的 TwinCAT CNC HMI 用作用戶界面?？梢愿鶕?jù) Microsoft .NET 標準輕松對它進行編程，由于它采用的是開放和模塊化的概念，因此可以實現(xiàn)定制化應用設(shè)計。”

運動控制中的安全技術(shù)

焊接設(shè)備的六根主軸由倍福的 AM8000 系列高動態(tài)伺服電機驅(qū)動。還有兩根輔助軸用于直線部件進給和組件的旋轉(zhuǎn)定位。四個緊湊型雙通道 AX5203 伺服驅(qū)動器用于驅(qū)動總共八根 CNC 軸。特別是它們支持高速高動態(tài)定位任務，可以最好地滿足 Peter B?ckstiegel先生對焊接設(shè)備的要求。“倍福驅(qū)動技術(shù)的另一個優(yōu)點是采用單電纜技術(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)動器配有 TwinSAFE AX5805 選項卡，可保護機器操作人員免受應用中的潛在危險的傷害。Peter B?ckstiegel闡釋道：“特別是新產(chǎn)品的試運行或配置機器時，其中一項關(guān)鍵因素是操作人員也可以手動干預工作流程。有了 TwinSAFE，當門被打開或速度降低時，焊接設(shè)備也可以在需要時運行，而不會給操作人員帶來任何危險?！?/p>