用途:特殊数控设计

铣削中心采用工业PC (IPC)和工业以太网自动化技术，具有高度动态的三轴加工，具有极高的稳定性，高能量，效率和紧凑的尺寸。

通过Mark Hoske，控制工程 2011年6月26日

铣削中心的设计可以超越传统的笛卡尔坐标系。据项目团队介绍，维也纳理工大学开发了X-Cut，这是一种高度动态的三轴加工机器，具有出色的稳定性、高能效和紧凑的尺寸。从CPU到电机，采用工业PC和工业以太网技术实现了复杂的控制概念，证明了它们适用于不寻常的任务。

科学家们经常会看到老问题的答案，然后提出新的问题，比如，“为什么仅仅因为几十年来一直是这样做的，机床就总是以同样的方式构造呢?”这是由维也纳理工大学制造技术和高功率激光技术研究所制造实验室的弗里德里希·布莱谢尔教授领导的团队所采用的方法。实验室机电一体化项目经理Falko Puschitz解释说:“实验室采用科学的方法来解决工业中面临的具体问题。”“从制造技术和生产自动化到计算、施工，甚至机床的实施。”在传统发展方法不足的地方都有科学方法的机会。

新机器制造

X-Cut机床设计就是这样一种新方法，机床主轴在两个轴上有自由运动，可以在可用空间中定位自己。第三和第四个轴可以通过在主轴上横向移动刀架或移动工件架来增加。名称的X部分来自于高水平的并联运动学，以2的平行度来定位主轴。主轴位于由两臂组成的三角形的顶端，两臂的另一端在一条共同的轨道上平行地相反方向移动，这条轨道使主轴在x和y方向上移动。

当这个三角形被拉伸到一个极端的角度(非常平或非常尖)，两个手臂几乎平行(科学家称之为奇点)，刚性就会在一个方向上消失。由于这个原因，第二对臂使三角形变成了X(见图)。在任何时候，一双手臂的弱点都会被另一双手臂的力量所弥补。与传统方法相比，这种设计有四个优点。

1)手臂移动的垂直轨道使机器的占地面积非常小，因此它占用更少的地板空间。

2)它在z方向上具有特殊的稳定性，远远超过常规解。

3) x和y方向的稳定性可以通过独立移动两个三角形直接控制，将它们“楔入”以达到极限刚度。

4)与笛卡尔轴结构的机器相比，X-Cut的运动平移允许近2g的加速度，这得益于需要移动的质量很小，这也提高了能源效率。

Puschitz表示:“制造技术和高功率激光技术研究所多年来一直致力于新的机床概念，包括测试和开发特殊运动学，如平行运动学。”Quickstep和Quickstep Neon，两个三脚架结构，已经在EMO贸易博览会上与Krause & Mauser机床一起展示。高度平行的X-Cut结构提供了“相对于传统结构的明显进步，”Puschitz说。

基于数学的机器控制

X-Cut的平行运动学控制超出了对单个运动步骤的顺序编程。

“与其编程线性轴运动，不如使用运动学转换的数学模型，并将其用于所有必要的路径修正，”Puschitz解释道。在开发环境中使用自动化允许开发人员对转换进行编程。对于许多控制器硬件制造商来说，这些功能必须编程到固件中。算法通常由制造商编写到硬件中。“这是不可接受的，”Puschitz说，推迟了项目的每一步，并将宝贵的专业知识传递给控制器制造商。

由于机器复杂的单个部件的生产成本昂贵，公共资金有限，维也纳理工大学的团队在建造原型之前进行了模拟。在机械结构中，需要使用有限元分析在所有可能的负载情况下测试力的分布。它也适用于开环和闭环控制逻辑，在允许作为程序在机器上之前，用仿真软件进行测试。自动化软件从仿真模型生成程序代码，并将其传输给控制器。

普希茨说:“这节省了我们宝贵的时间，提高了安全性。”更改之后，“我们可以在成功执行模拟后的几分钟内将完成的程序安装到机器上。而且我们这样做不会在编程过程中给模拟结果引入新的错误。”Puschitz说，使用一个自动化供应商可以更容易地进行集成。

连接

工控机(IPC)通过工业以太网连接到智能I/O模块。额外的天平通过第二个控制卡连接到控制器。该模块执行机器的开关命令，如打开电机，切换工具，切换电机主轴。机器还没有任何保护设备，但当时间到来时，可以使用安全的I/O组件进行集成，并在相同的开发环境中进行编程。Puschitz说，内部以太网网络“已经在几个方面证明了自己”，减少了布线和交换柜的空间，同时处理“由于并行运动学的高动态和精度，以及反馈和诊断数据也运行在同一个网络上而产生的高数据吞吐量”。

通过以太网连接到CPU的还有驱动器组件。紧凑而强大的伺服驱动器以最小的体积提供最大的功率。嵌入式智能无需外部连接即可提供诊断和安全功能。五台三相同步电机额定转矩为31.6 Nm，失速转矩为36.4 Nm。这些是电子换向同步电机具有优良的动态特性，定位精度，小巧的尺寸和减轻的重量。

人机界面技术

该机床采用数控面板人机界面(HMI)和手动操作装置，主要用于铣削中心。配有专门为CNC加工设计的操作功能，控制元件为用户界面定制，适用于客户编程的可视化应用程序。这种符合人体工学的操作装置组合配备了功能开关和按钮，设计用于在恶劣环境下操作，即使是戴手套的操作人员也可以操作。

www.br-automation.com

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www.mathworks.com/simulink

www.globalelove.com/channels/machine-control.html

维也纳理工大学

维也纳理工大学:维也纳理工大学被认为是欧洲最成功的技术大学之一。它拥有2万多名学生和近2000名研究人员，是奥地利最大的应用科学技术研究和教育机构。

维也纳工业大学制造技术研究所涵盖了广泛的生产技术和机床。在工艺开发和相关的机械工程方面，该研究所被认为对生产技术研究很重要。

本应用程序中使用的自动化技术