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智慧化需求 传动元件逐步整合感测技术
即时监控与预测诊断成主流功能
[作者 王明德]   2018年08月24日 星期五 浏览人次: [3921]


现今各国制造业正竞相角逐工业4.0的终极目标,其所引发的工业数位化潮流,势必将对金属加工机制造厂商的产品可靠度有更高的要求。尤其业者须能提前预估其产品失效的时间并示警,其检测装置不仅要能通过支援服务单位的IoT传输,预估「平均故障间隔时间(MTBF, Mean Time Between Failure)」;还要向制造厂商精确输出资讯,以提早做好服务准备,确保生产线能持续处於稳定条件下工作。


传动系统整合感测器是智慧化大势

目前传动系统的智慧化趋势是整合感测器,落实监控轴承状态,及依需求润滑功能。其中监控轴承状态是透过将压电加速度感测器安装在导向装置的钢支撑体上,用来监控并传送滚子轴承的即时振动速度、加速度讯号等叁数,并传送给相连的讯号转换器,直接反??用户,以防止其超出预设极限值,确保运行寿命。


润滑功能则利用感测器,依需求将资讯回??给机器电控系统,启动自动再润滑,此系统系统,允许使用者直接向设备电控系统回??并传讯,得依需求自动润滑及导入维护步骤。经自动化状态监控而实现计划性维护,使之未来不必再定期安排人工润滑,也可减少消耗润滑剂,达成更高可用性和品质。


此外,也有厂商积极投入开发工业4.0合作方案,以监控工具机关键零组件的状态和预估使用寿命,例如就有业者在龙门立式五轴加工中心机上,便安装所有工业4.0所需配备,以满足高阶模具和航太、汽车制造业等生产需求。


这类型产品通常会强调不须更改机器设计,能直接安装原始线性导轨系统,包含附带在滑架上的感测器,具有非常紧凑设计,不会干涉设置线轨的周遭环境;感测器和滑架之间的质量比极低,几??不影响原始频率响应函数(FRF),使机器系统能够保持优异的动态响应和结构刚性。



图1 : 传动系统的智慧化趋势是整合感测器,落实监控轴承状态。(source:上银)
图1 : 传动系统的智慧化趋势是整合感测器,落实监控轴承状态。(source:上银)

同时也将系统结构的润滑步骤概分为接收和诊断振动讯息、控制命令和油润滑,待先行通过安装在滑架上的传感器来测量机器运行时的振动值,再利用信号转换器和演算法处理,提供导轨润滑要求的指标;当控制器接收到需求时,便命令润滑系统重新完成线性导轨润滑作业。


目前市场上有厂商将此类型产品结合预测维护技术与智慧加工技术(SMT),并使用感测器监控关键零组件并采集数据,将初始处理过後的测量数据分别进行即时状态监控和上传云端,利用准确的生产及讯息分析来协助决策。


转台轴承技术持续进化

此外,新型态的转台轴承系列,还包括可适用於所有应用工况的YRTC推力向心滚珠轴承,其具有最强的抗倾覆能力,可提供最高加工精度与最大切削能力,透过特殊滚道形状,让YRTS推力向心滚珠轴承的摩擦水准更隹,且提升转台轴承中的倾覆刚度。


举例来说,针对内孔约325mm的标准转台轴承,在100rpm时的摩擦力矩为90~100N-M,YRTS的摩擦力矩则可小於10N-M。因此,若每天固定工作7小时的话,YRTS可以节省耗能约800W或1,000欧元,将使得客户在加工高品质产品时可降低成本。


另为了实现转台最大可能的位置精度,若能将测量装置越靠近台面的受力变形最小,测量精度越隹,但又不可能将刻线划在台面上,且直径越大的测量精度越高,所以将刻线划在轴承外圈上是最好的选择。


对此可选用带有刻线和绝对式测量头的绝对角度感应测量系统,目前已有厂商推出专利的人性化设计,安装时仅须直接以螺丝钉将测量头锁入轴承外圈,即可快速装配在转台轴承上,毋须调整测量头与磁栅的间隙,且很容易就能从转台上取下测量头。



图2 : 新型态的转台轴承系列,还包括可适用於所有应用工况的滚珠轴承。
图2 : 新型态的转台轴承系列,还包括可适用於所有应用工况的滚珠轴承。

由於绝对式测量系统在工具机突然停机重启後,不必重新寻找叁考点,工具机数控系统就会即时监测转台的具体角度;当突然断电时,能控制刀具自动远离工件,以德系大厂舍弗勒的产品为例,其内部设计采用1Vss的类比信号传输,能相容於所有市面上工具机数控系统Siemens Drive-CliQ、Fanuc alpha、Heidenhain EnDat2.2等,对於选用不同数控系统的顾客非常有吸引力。目前舍弗勒的产品定位精度可以达到2arc sec,适合在转盘和铣头上应用。


传动元件业者全力发展智慧技术

而传动元件智慧化的趋势,从目前主要的传动元件业者的产品方向就可看出,他们在今年「2018 台北国际自动化工业大展」上就展示了一系列相关的技术与应用。


今年甫上市的传动元件大厂全球传动,就在今年的自动化大展中出了滚珠螺杆、滚珠花键、三轴机器人,以及结合滚珠螺杆及花键三合一功能产品。总经理李进胜指出,工业4.0根基於自动化系统,而自动化系统必先需要求足够的精准性,智慧化才有其意义。而全球传动除了持续提升产品的精度与多样性外,今年来也积极投入智慧化传动元件的设计。



图3 : 全球传动滚珠花键。(source:全球传动)
图3 : 全球传动滚珠花键。(source:全球传动)

另一家自动化传动元件大厂高明铁,也把主力放在自动化产品上,展出一系列高精度自动化产品,业务处国内业务部一课??课长张传昌指出,该公司的产品以实用为最高设计准则。


张传昌表示,高明铁主要产品线包括微型滚珠螺杆、微型线性滑轨、交叉滚子轴承及联轴器等自动化零组件;以及精密滑台、精密对位平台、工业臂滑台、电缸滑台、小型工业臂、电动夹爪等自动化模组产品,其广泛应用於各种自动化制造产业,其中高达90%以上之零组件自制率,可确保产品品质及产品交期稳定;且自行开发生产专用机,提升加工速度及产品精度;同时还进行产品「驱控一体」,强化模组产品竞争力。


线性传动元件大厂精浚科技也同样看准智慧化趋势,今年展出了自制的奈米级控制器,营运长黄伯仁指出,近年来智慧化成为全球制造业最重要的趋势,而智慧化的基石世自动化,要达到自动化,合理化与标准化则是必要条件,该公司的产品除透过精密设计让系统达到上述要求外,也与国际大厂包括Epson、KUKA等大厂合作,形成产业生态系,提供合理化与标准化产品。


黄伯仁进一步表示,线轨是自动化设备的关键元件,而随着制程的精进,相关设备逐渐走向高精度与高效能,这些高阶应用的设备需要同等级线轨产品,而精浚产品就可满足相关要求。


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