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活動專題 TGT公司面臨的挑戰
Challenge
直線電機伺服系統的精密度和精確度很大程度上依賴于光柵的線性位置反饋的質量。電子細分誤差(一個信號周期內的測量誤差)是實現平穩的速度控制的關鍵技術參數；刀具磨床制造商都非常清楚，速度控制穩定性對于刀具的表面光潔度非常重要。同時，低位置抖動有助于優化伺服環增益。數控機床輪廓磨削工藝利用刀具磨床各軸的微增量線性移動來產生插補軌跡；因此，精確的運動控制至關重要。
TGT的董事之一Ranganatha先生說道：“以前，TGT的磨床采用的是滾珠絲杠。為了進一步提高精度并長期保持高精度，我們決定在新型號中采用直線電機。這個設計涉及很多技術因素。我們需要解決的問題包括：直線電機的環境保護，光柵安裝，抗沖擊能力，以及維護和維修要求。”
TGT案例視頻
解決方案
Solution
TGT新型刀具磨床的直線電機需要通過光柵獲得線性位置反饋，因此必須采用適用于惡劣環境的封閉式直線光柵。作為雷尼紹的長期客戶，TGT與雷尼紹工程師一起對FORTiS光柵進行了測試和評估。FORTiS封閉式光柵基于業內成熟的RESOLUTE™絕對式光柵技術而設計，抵御液體和固體碎屑污染物侵襲的能力極強。這款光柵還采用專門設計的集成式調諧質量減振器，不僅具有業界領先的30 g抗振性，還可確保顯著抵抗光柵以固有頻率振動。因此，FORTiS光柵能夠大幅降低伺服控制回路受干擾的風險。
“多年來，雷尼紹產品給我們帶來了很好的使用體驗，比如LP2測頭系統和用于直驅轉臺的RESOLUTE絕對式光柵等，這些產品的性能都很出色，”Ranganatha先生說道。“當雷尼紹針對我們的新型磨床推薦FORTiS封閉式光柵時，我們毫不猶豫就立即開始進行必要的測試和評估工作。”作為印度領先的刀具磨床制造商之一，TGT近年來率先推出采用直線電機的精密刀具磨床。
TGT的V2 ADVANCED Maxima刀具磨床
TGT的V2 ADVANCED Maxima磨床示意圖
V2 ADVANCED Maxima
2021年，TGT推出V2 ADVANCED Maxima，這是一款五軸高精度刀具磨床，由三個線性軸(X、Y和Z)和兩個旋轉軸(A和C)組成。
這款機床的橫向X軸和縱向Z軸均采用圓筒型直線電機，沖程分別為300 mm和680 mm。兩個軸都配備了FORTiS-S™封閉式光柵系統，這是FORTiS系列光柵的標準型號。
垂直Y軸標配一個滾珠絲杠系統，但客戶也可根據需要選用配備FORTiS-S光柵的直線電機。旋轉A軸安裝在旋轉C軸上，兩個軸都利用配備RESOLUTE絕對式圓光柵的直驅電機來控制工件的方向，以減小反向間隙。RESOLUTE和FORTiS-S光柵均輸出BISS-C串行通信，可與Beckhoff控制器直接通訊。在加工過程中，A軸旋轉裝夾在工件主軸上的工件，同時線性軸(X、Y和Z)控制砂輪的位置。
這款刀具磨床還配備雷尼紹LP2系列測頭系統，用于在磨削之前執行工件找正。在產品開發的早期階段，TGT對分辨率從10 nm到1 nm的一系列FORTiS-S封閉式絕對光柵進行了測試。為了實現理想的機床整體性能，TGT最終選用分辨率為1 nm的FORTiS-S光柵。
Microma Auto
Microma Auto是一款外圓磨床，用于制備普通鉆頭、立銑刀和型削刀具等切削刀具毛坯，它由四個線性軸(X、Y、Z和V)組成。
在加工之前，先將刀具毛坯裝夾在工件主軸的夾頭上，并利用LP2測頭系統進行工件檢測和找正。在加工過程中，V軸上安裝的V型夾持器(V型塊)旋轉工件，同時縱向X軸(即進給軸)線性驅動工件。工件進入研磨站后，將被送入到兩個砂輪(粗加工輪和精加工輪)之間，這兩個砂輪分別沿Y軸和Z軸驅動，并且相互垂直。Microma Auto的一大優勢是：一次完成整個制程。
該機床的運動學特性是，工件主軸(X軸)和V型塊所在軸(V軸)在同一條直線電機導軌上，但由不同的直線伺服電機驅動。
X軸和V軸滑軌連接不同的FORTiS光柵讀數頭，但使用FORTiS雙讀數頭系統的同一條封閉式絕對柵尺。兩個讀數頭分別以10 nm的分辨率，將工件的X軸位置和V型塊的V軸位置反饋給控制器。這樣，FORTiS光柵就能夠在150mm行程的軸上實現3µm的定位精度。
使用FORTiS雙讀數頭封閉式光柵的一大優點在于，它可以簡化機床的機械結構，從而節省空間并降低成本。Ranganatha先生說：“選擇FORTiS雙讀數頭直線光柵的一大原因是，它的安裝和維護更快速、更簡便。”
FORTiS封閉式光柵采用創新型非接觸式機械設計，無需軸承、彈簧和導向滑架等組件。這種設計可減少磨耗，大大降低維護和維修過程中的破損風險，從而延長系統的使用壽命。FORTiS光柵讀數頭配備雷尼紹的LED安裝指示燈和精心設計的安裝附件，可確保光柵安裝直觀明了、一次成功。
相比于傳統的光柵系統，FORTiS的安裝用時大大縮短，即使在空間受限的應用場合也不例外。安裝人員可通過標準USB連接器將高級診斷工具ADTa-100連接至運行雷尼紹ADT View軟件的計算機，從而實現更多功能。該軟件具有用戶友好型圖形界面，可顯示高級診斷信息，包括關鍵的光柵性能參數，例如沿整個軸的信號強度等。
在機床組裝過程中，TGT的技術人員使用ADTa-100硬件將FORTiS光柵連接至ADT View軟件。該軟件可實時顯示機床各軸上不同位置的信號強度，以便技術人員了解哪些位置需要微調，甚至可以在切斷機床電源的情況下對FORTiS光柵進行校準。
TGT的Microma Auto磨床示意圖
ADT View軟件界面
FORTiS光柵的安裝過程簡便快捷，幫助TGT節省了大量制造和維護時間。
Ranganatha先生表示：“FORTiS封閉式光柵的安裝非常簡便，大大提高了我們的生產效率。如果使用高級診斷工具ADTa-100，在接受雷尼紹的相關培訓之后，我們的工程師在短短15分鐘內便可完成單軸安裝。如果只使用讀數頭LED指示燈，我相信速度會更快。通過LED指示燈，我們能夠快速確定光柵的狀態；當機床出現故障時，還有助于提高診斷準確性。”
“雷尼紹的專業團隊經常和我們探討我們的技術。FORTiS封閉式光柵可以根據軸長、位置分辨率和串行通信協議提供各種選項，因此我們在機床設計方面擁有更大的自由度，”Ranganatha先生說道。
“雖然我們是第一次使用FORTiS光柵，但是對它的設計充滿信心。我們的新型磨床已經裝配了FORTiS光柵，現在已經進入批量生產階段。我們非常看好未來磨床的發展。近年來，印度國內的汽車和航空航天行業方興未艾，切削刀具的市場需求也隨之激增，我們從中受益良多。隨著市場對磨床的需求日益增長，我們看到越來越多的競爭對手開始涌現。未來，TGT將著力于優化機床性能，”Ranganatha先生總結道。
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