TwinCAT 3 NC I 在机器人抛光打磨设备上的应用

苏州帕玛致力于用尖端的自动化打磨解决方案改变国内钣金行业传统的手工打磨工艺，推广环保、高效的自动化打磨解决方案，并提供更多钣金打磨定制化的解决方案。德国帕玛公司很早就已经是倍福的忠实客户，为其砂带磨床配备了倍福基于 PC 和 EtherCAT 的整套控制和驱动解决方案。

帕玛自动化科技（苏州）有限公司成立于 2015 年 8 月，位于苏州工业园区现代工业坊，是德国帕玛公司砂带磨床亚太区生产、服务基地及销售总部。帕玛产品范围涵盖标准设备及适用于客户工艺流程的定制方案，如可加工的工件例如机箱机柜、厨具外罩、食药机械或包装设备的覆盖件等等。

尤其在食品及制药设备行业，更精细的表面抛光效果意味着更少的污垢。这些应用场合的打磨质量要求往往非常高，手工打磨的劳动强度很大，而且打磨过程中会产生大量的粉尘，对打磨工人的身体健康构成危害。因此，只有提高砂带打磨的自动化水平，才能够保证钣金产品打磨后稳定的高质量和打磨工艺的高效性，即便是针对小批量的甚至是最小批量大小为“1”的情况。基于此我们开发了新一代抛光打磨设备。倍福基于 PC 的控制系统和 TwinCAT 软件以及机器人技术，使砂带磨床可实现自动打磨，减少了人工的参与，提高了打磨效率。

实现高精度和高动态性的硬件架构

苏州帕玛的传统机型已经采用了倍福控制器。这次新开发的机器人抛光打磨设备在 TwinCAT 软件上实现编程以及示教和操作。苏州帕玛公司总经理朱月阳先生解释道：“倍福基于 PC 的控制技术非常灵活，即使是复杂的算法也能方便地进行编程，TwinCAT 的软件功能丰富，可以满足我们抛光打磨设备产品的通用需求。特别是倍福基于 PC 的控制系统和 TwinCAT 软件，具有出色的实时性，因此也可以实现复杂的运动控制。倍福的产品系列涵盖了从 EtherCAT I/O 到伺服驱动产品以及完整的控制系统等所有所需的自动化组件。新一代砂带磨床的控制系统采用了倍福 CX2020 高性能嵌入式控制器和 CP2915 多点触控面板，以及功能强大的 AX8000 多轴伺服系统和 AM8000 伺服电机。另外，为了提高设备的安全性，整个系统还配备了 TwinSAFE 安全模块。

机器人的 X 和 Y 轴采用龙门轴结构，另外机器人的 ABC 轴各自配备了一个伺服电机，再加上一个打磨头 Z 轴，构造出 6 个自由度的直线和旋转运动。基于 EtherCAT 的 AX8000 紧凑型驱动系统将功能强大的 FPGA 技术和 ARM 多核处理器完美结合在一起。基于 FPGA 的控制算法和多通道电流控制技术能够实现电流环的采样和响应时间小于 1 μs 以及低至 16 μs 的速度环控制循环时间，具体取决于所配置的开关频率，能够满足电机宽泛的调节范围和高动态的机器人动作要求。

加上其 EtherCAT I/O 端子模块系统，为满足帕玛产品强大的模块化设计制造理念提供了必要的速度和灵活性。此外，通过 TwinSAFE，所需的安全功能可以作为控制解决方案的一个不可或缺的组成部分实施：例如，如果按下急停按钮或皮带断裂，在主驱动电机切换到无扭矩运行之前，驱动器可以通过一个斜坡下降功能以最快速度让其停机。在光感保护设置模式下，如果启动安全措施，TwinSAFE 会将进给速度降至每分钟 2 米。

软件平台助力实现灵活的磨削工艺

传统的打磨设备只能实现打磨头以及 X、Y 方向的自动控制，这只能打磨平面。对于一些曲面以及两个平面之间的曲面过渡，还需要人工介入。相比之下，基于机器人的抛光打磨设备不仅能自动打磨平面，还能打磨曲面。对于六个自由度的运动，只需用一个手轮来追踪工件的轮廓，示教其起始点，并输入所需的进给速度即可完成程序的输入。每个工件目前可以输入八个面，每个面最多可以示教 32 个过渡点以及 8 个打磨配方。

系统采用倍福 TwinCAT 3 软件，通过触摸屏上的示教点轻松实现机器人的轨迹运动。在设置好磨削工艺配方后，苏州帕玛的系统会自动装载钣金件，利用轨迹插补完成平面、圆弧面和不规则曲面的自动打磨，以及自动上下料。TwinCAT 3 NCI 可以实现 3 轴插补以及 5 个辅助轴的运动，其丰富的 G 代码指令和平滑过渡类型为机器人精确穿越示教点提供了保障，并提高了开发效率。

基于 PC 的控制技术的应用优势

苏州帕玛认为，基于 PC 的控制技术的核心优势在于其模块化性、控制组件的灵活应用以及组建最佳控制系统的能力。还有一点比较重要的是，加工不同形状工件时的编程速度以及控制系统的灵活性。朱月阳先生总结道：“倍福的 TwinCAT 软件功能强大，应用灵活。未来还会有图形 G 代码的导入、机器人抓取、传动带同步等一系列打磨工艺，只有倍福控制器才能完全满足要求，PC 控制技术通过集成运动控制、机器人算法、可视化触摸界面，为我们实现抛光设备上机器人的应用提供了巨大的便利，这种通用集成的控制架构简化了工作流程，降低了解决方案的总体成本。”

设备的主要特点

全伺服和柔性双砂带磨床 OG-Twin-3107-AF的主要特点：多根轴之间协作配合（最多 10 根伺服轴）；机械手负载能力达 50 kg；有 5 根用于旋转特殊工件（和机器人一样灵活）的集成式伺服轴；与全自动刀具协同动作，可轻松磨削形状复杂的工件；基于 TwinCAT 3 和机器人算法对轴进行插补控制。该设备专为全自动打磨和抛光而设计，不仅可以批量生产如机箱机柜、厨具外罩等工件，而且能够快速更换不同模具，实现多种生产模式。