贝加莱系统在沃克曼高速伺服直驱数控冲床上的应用

贝加莱工业自动化（中国）有限公司  温展飞

河北沃克曼数控机械有限公司  余蔚  欧阳春

引言：中国制造2025规划中有一项非常重要的一条即：开发一批精密、高速、高效、柔性数控机床与基础制造装备及集成制造系统，而高速伺服直驱数控冲床就是属于这一类的机床。前几年国内的高速伺服直驱冲床的市场一直被国外公司占领，中国偶有企业投入研发和应用都没有取得非常好的进展，无论是机械设计，还是数控系统的应用与国外公司产品都还存在比较大的差距。河北沃克曼数控机械有限公司在已有的技术上进行创新和再设计，针对数控钣金加工行业，对数控系统在软硬件上进行重新选择和设计，最终实现了对同类产品的超越。

产品机械设计：德国工业4.0中有一个重要的环节是柔性生产，如果需要在设备制造企业中实现柔性化的生产，那么就要求企业在设计和生产管理的各个环节都实现最大限度的模块化的设计，才能实现柔性生产和柔性管理。河北沃克曼高速伺服直驱数控冲床在研发初期就按照这样要求，对机械和控制部分进行模块化设计。在机械上的模块化设计体现在：冲头的模块设计，可以实现冲头的灵活搭配同时又不会降低机器的可靠性；送料架上的模块化设计，可以实现客户对于不同工作台面的特殊要求；床身的模块化设计，可以实现对于不同产品的灵活组合；转盘的模块设计，可以实现客户对于不同工艺的要求；整体的模块化设计，可以实现生产线的灵活搭配以及联机控制的要求。通过机械上的模块化设计，河北沃克曼高速伺服直驱数控冲床最终实现了客户定制化的要求。

       数控系统：市场上大部分数控系统都是封闭的数控系统，无法满足产品模块化设计要求。欧洲的贝加莱工业自动化的数控系统不仅在硬件上采用了模块化设计思路，而且在软件上也同样实现了模块化的设计思路，非常契合河北沃克曼数控机械有限公司对数控转塔冲床的设计思路。贝加莱工业自动化的数控系统是一个完全开放的数控系统，河北沃克曼公司掌握了核心算法和核心的控制软件，为产品的升级和新产品的开发打下来了良好的基础。最终可以实现生产过程的柔性化。

      贝加莱工业自动化的数控系统在架构设计上采用软件与硬件脱离的架构，如图1所示，使得最终实现控制器（PLC,工业PC等）与数控系统的分离，以及实现执行机构（伺服电机，液压等）与数控系统的分离，可以实现要求的配置的灵活组合。

贝加莱的数控系统的运行过程与机床的逻辑以及机床的数据计算运行在同一个任务中如图所示，CNC与其他的任何任务处于同一个任务等级和任务周期中，使得各种数据的实时交换可以实现，通过对数据的分析和应用可以实现比较复杂的功能，例如刀具信息的实时更改，根据当前机床的特性实现加速和减速的实时调整和处理，根据X,Y轴行程实现定量的维修和维护，根据刀具信息实现刀具的定期维护，实现用户的灵活管理等功能，在组建智慧工厂和智能生产系统时，可以实现各种数据的上传和命令的执行，为上层的互联网+提供了信息基础。

控制总线：在控制网络层采用的POWERLINK的实时以太网作为其系统总线，在当今的主流现场总线的都是采用以太网作为物理层，其中市场上比较流行的有POWERLINK，PROFINET，SERCOS III，Ethernet/IP，EtherCAT，这五种总线各有千秋，但是作为现场的控制可靠性和实时性以及高效性来讲，POWERLINK有其独特的优势，POWERLINK在运动控制和实时数据会比较强大，能够实现控制层的数据与执行机构的数据实时同步，并且保证了整个控制的准确和实时，对系统的精度和速度都有比较好的保证。

伺服系统：高速伺服直驱数控冲床对伺服的要求非常高，主要体现在可靠性，高动态性，稳定性，灵活性等方面。数控冲床常用的传动机构是丝杠，丝杠的长度比较长，由于丝杠本身具有较小的刚性，同时在远距离上还有比较大的扰度，这些特性对伺服系统就有比较高的要求，在不同位置时，丝杠的扰度对于负载的影响都不一样，这就要求伺服系统在不同位置对负载有自适应功能和自学习功能，能够根据不同负载来调整输出，保证冲床的高速和高精度的要求。

贝加莱的伺服系统采用POWERLINK作为系统总线，能够快速和高效的响应控制器的命令，并且伺服驱动器有比较齐全的算法控制，例如前馈控制，自动生产负载的波特曲线图，扰动补偿等功能。根据丝杠的波特曲线，我们采用了Biquad滤波的方法，有效的消除了系统的共振频率和截止频率，极大的提高了整个机床的速度和精度。另外贝加莱的伺服系统具有对负载进行建模的功能，下一步将在高速伺服直驱数控冲床中应用，大幅提高机床的速度。

直驱技术的应用：直驱技术在高速伺服直驱数控冲床中作为机床的直接执行机构，在可靠性方面有着特别高的要求，河北沃克曼数控有限公司经过技术上的攻坚和验证，掌握了核心技术，提高了直驱技术的可靠性，达到国际先进水平。

结束语：河北沃克曼数控机械有限公司的数控冲床采用模块化的机械设计以及，配以贝加莱数控系统，整体提高了机床的精度和速度，，并且使得客户定制化的产品得以实现。