如何通过伺服自动化降低成本并最大化生产

一个2×4英尺。木材是建筑行业的终极商品，这就是为什么木材行业的领导者正在使用复杂的自动化来获得这种价格敏感产品的竞争优势。

创建具有自动化的解决方案

WaneShear Technologies创造了锯木厂机器，将成品边缘放在尺寸木材上，以创建直，干净，高档2×4-ft。2×6英尺。2×8英尺。，以及更大的木板。WaneShear位于加州尤基亚市的设备面临的挑战是，如何从从原始原木锯下的粗木材中加工出一致的产品，这些原木在进入磨边机器之前的宽度和长度可能会有很大差异。由于在动荡的建筑行业价格波动的情况下保持盈利能力的压力，不断需要增加产量，因此技术挑战也随之增加。

虽然自动化一直是这个等式的一部分，但WaneShear一直在开拓一种不同的解决方案。传统的磨边自动化设备采用液压元件。液压系统提供应用所需的强大、高扭矩输出，但经常导致液压油泄漏。溢出的液体会损坏木材，使其无法出售。液体还会与锯末结合，形成一种粘性物质，使机器堵塞，使清理变得困难。

“我们知道，通过从液压转向伺服自动化，操作员可以解决我们的许多问题，”Ron McGehee说，他是WaneShear设备的总裁兼首席设计师，拥有25多项锯木厂相关发明专利。“在过去，我们并没有仔细研究伺服自动化，因为我们觉得伺服系统没有足够的扭矩来完成工作，而且如果不进行大量的重新设计，它们就太大了，无法适应我们机器的物理空间。”

这种态度在过去几年中发生了变化，因为伺服电机的足迹已经减少，新的，更强大的伺服电机已经进入市场。

McGehee说:“是时候采取新方法了，我们看到了成为行业领导者的机会。”

伺服自动磨边

伺服运动也提供了一个机会，以提高WaneShear边缘机的精度，这将导致更多的可用板从每一个原木。WaneShear率先使用视觉系统和变频驱动器来进行毛坯磨边。板子的分段尤其具有挑战性，因为将不规则的板子切成正方形并不总是需要完美的直线切割。切割角度通常可以变化6度，需要使用精确的凸轮程序，往往必须迅速改变，以补偿各种板的轮廓。因为板材是分级的，切割质量越好，机器的产量就能卖得越高。

WaneShear生产的磨边机必须与拥挤的锯木厂的其他设备集成，这对自动化磨边过程提出了一系列单独的挑战。每个磨边机都是定制的，以适应锯木厂地板上的可用空间，锯木厂地板上充满了各种其他设备，这使得最小化每台机器的占地面积至关重要。

麦吉说:“在狭小的空间里连接机器是非常必要的。”“如果我们可以在相同的物理空间内用伺服系统替换变速箱和液压设备，我们就可以在不增加客户集成问题的情况下增加功能。”控制系统集成同样重要，大多数工厂使用以plc为中心的生产设备控制体系结构。“plc是客户的舒适区，”McGehee说。“无论你增加什么自动化，它都必须以一种给锯木厂工作人员带来最小麻烦的方式与PLC集成，否则他们不会接受它。”

在考虑切换到伺服控制时，可靠性是WaneShear的主要关注点和要求。锯木厂必须一年365天全天候运转才能保持盈利。这种对可靠性的渴望使McGehee和工程团队的其他成员成为运动自动化制造商，为具有挑战性的应用提供可靠的伺服电机和工程支持。

视觉系统识别目标

应用技术挑战开始于板的切割阶段。边缘机的视觉系统将每块板的位置外推为四个位置点，这些位置点由运动控制器转换为1000多个位置点。运动控制器的凸轮编辑器工具被用来创建一组运动轮廓，这些轮廓被基于伺服的输送机用来精确地定位板，以尽可能少的浪费获得最精确的边缘。

通过添加可使用标准PLC的附加指令控制的伺服放大器，简化了PLC和伺服轴之间的接口。事实证明，这一特性对于WaneShear软件开发团队来说尤为重要，它可以避免要求客户学习一个全新的编程接口来成功集成新的伺服系统。

集成伺服电机

伺服电机本身的集成被证明是开发过程中最积极的成果之一。伺服电机的尺寸使它们很容易适应曾经被液压元件占用的空间。电机的扭矩额定值很适合于在锯木厂应用所需的高功率、低转速下输送木材。伺服电机的扭矩密度曲线也使得在WaneShear机器设计上替换变速箱成为可能，从而降低了组件成本。运动控制组件的精度使WaneShear能够将输送机上的误差从1/8英寸减少到1/8英寸。降到1/250英寸。，允许该公司缩短其传送带的长度，而不影响切割的准确性。

伺服电机的实现使切边机达到性能目标。目标是将输出提高到每分钟75个板，每个板需要800毫秒的周期时间。由于伺服驱动控制系统的额外精度，设计团队还希望提高电路板的质量。所有目标都超额完成。板输出质量提高了25%，新的WaneShear伺服切边机处理标准8英尺板的速度超过每秒20英尺，远远超过800毫秒的目标。

“我们非常成功，”McGehee说，“现在我们客户的其他工厂设备需要升级，以跟上edge的步伐……而过去是反过来的。”

所使用的伺服电机和驱动器将被设计到所有万希尔机器中。“我们还看到客户工厂内的其他机器使用了(伺服)产品。”McGehee预计将在“未来很长一段时间内”继续使用自动化技术提供商。

猎人Stofferahn是安川美国公司的区域运动工程师。编辑:Emily Guenther，副内容经理，控制工程， CFE传媒，eguenther@cfemedia.com．

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关键概念

• 的好处集成伺服电机，更换液压元件
• 如何最大限度地利用伺服自动化生产
• 解决自动化带来的生产挑战。

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