本期案例介紹印度的Tool Grinding Technologies Inc.(TGT)公司開發(fā)了一系列精密刀具磨床之后谐区，如何利用雷尼紹FORTiS?封閉式絕對直線光柵叉瘩，成功提高磨床配備直線電機加工精度和制程穩(wěn)定性竟宋。

1提完、TGT公司面臨的挑戰(zhàn)

Challenge

近年來，直線電機技術日趨成熟，在工業(yè)應用中承擔著日益重要的作用⊥叫溃現(xiàn)代直線電機的設計在散熱逐样、推力和成本方面實現(xiàn)了顯著改進。自動化系統(tǒng)以及精密磨床等數(shù)控機床越來越多地采用直線電機替代傳統(tǒng)的滾珠絲杠帚称。

直線電機伺服系統(tǒng)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(zhì)量官研。電子細分誤差（一個信號周期內(nèi)的測量誤差）是實現(xiàn)平穩(wěn)的速度控制的關鍵技術參數(shù)；刀具磨床制造商都非常清楚闯睹，速度控制穩(wěn)定性對于刀具的表面光潔度非常重要戏羽。同時，低位置抖動有助于優(yōu)化伺服環(huán)增益楼吃。數(shù)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(chǎn)生插補軌跡始花；因此，精確的運動控制至關重要路统。

TGT的董事之一Ranganatha先生說道：“以前茴辈，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乞审，我們決定在新型號中采用直線電機绎噩。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(huán)境保護鸠丸，光柵安裝缨诱，抗沖擊能力，以及維護和維修要求赡脚∧傻梗”

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2、解決方案

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幸持，因此必須采用適用于惡劣環(huán)境的封閉式直線光柵苟暗。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川砌。FORTiS封閉式光柵基于業(yè)內(nèi)成熟的RESOLUTE?絕對式光柵技術而設計韭寸，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(diào)諧質(zhì)量減振器荆隘，不僅具有業(yè)界領先的30 g抗振性恩伺，還可確保顯著抵抗光柵以固有頻率振動。因此臭胜，F(xiàn)ORTiS光柵能夠大幅降低伺服控制回路受干擾的風險莫其。

“多年來癞尚，雷尼紹產(chǎn)品給我們帶來了很好的使用體驗耸三，比如LP2測頭系統(tǒng)和用于直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的RESOLUTE絕對式光柵等，這些產(chǎn)品的性能都很出色，”Ranganatha先生說道仪壮√殖停“當雷尼紹針對我們的新型磨床推薦FORTiS封閉式光柵時辰诉，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榄兑，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年祥国，TGT推出V2 ADVANCED Maxima万窄，這是一款五軸高精度刀具磨床，由三個線性軸（X拱矫、Y和Z）和兩個旋轉(zhuǎn)軸（A和C）組成漂手。

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牌聋。兩個軸都配備了FORTiS-S?封閉式光柵系統(tǒng)曼散，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(tǒng)嫂前，但客戶也可根據(jù)需要選用配備FORTiS-S光柵的直線電機污兄。旋轉(zhuǎn)A軸安裝在旋轉(zhuǎn)C軸上，兩個軸都利用配備RESOLUTE絕對式圓光柵的直驅(qū)電機來控制工件的方向萝渐，以減小反向間隙午四。RESOLUTE和FORTiS-S光柵均輸出BISS-C串行通信，可與Beckhoff控制器直接通訊倚辟。在加工過程中谬碱，A軸旋轉(zhuǎn)裝夾在工件主軸上的工件，同時線性軸（X早假、Y和Z）控制砂輪的位置蠢挡。

這款刀具磨床還配備雷尼紹LP2系列測頭系統(tǒng)，用于在磨削之前執(zhí)行工件找正凳忙。在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段业踏，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(xiàn)理想的機床整體性能涧卵，TGT最終選用分辨率為1 nm的FORTiS-S光柵勤家。

Microma Auto

Microma Auto是一款外圓磨床，用于制備普通鉆頭柳恐、立銑刀和型削刀具等切削刀具毛坯伐脖，它由四個線性軸（X、Y乐设、Z和V）組成讼庇。

在加工之前绎巨，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(tǒng)進行工件檢測和找正蠕啄。在加工過程中场勤，V軸上安裝的V型夾持器（V型塊）旋轉(zhuǎn)工件，同時縱向X軸（即進給軸）線性驅(qū)動工件艺踪。工件進入研磨站后首潮，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(qū)動滚讼，并且相互垂直剑学。Microma Auto的一大優(yōu)勢是：一次完成整個制程。

該機床的運動學特性是绊域，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鞍伟，但由不同的直線伺服電機驅(qū)動。

X軸和V軸滑軌連接不同的FORTiS光柵讀數(shù)頭请状，但使用FORTiS雙讀數(shù)頭系統(tǒng)的同一條封閉式絕對柵尺秀吧。兩個讀數(shù)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铝儒。這樣醒腹，F(xiàn)ORTiS光柵就能夠在150mm行程的軸上實現(xiàn)3μm的定位精度。

使用FORTiS雙讀數(shù)頭封閉式光柵的一大優(yōu)點在于抬邑，它可以簡化機床的機械結構漆暑，從而節(jié)省空間并降低成本。Ranganatha先生說：“選擇FORTiS雙讀數(shù)頭直線光柵的一大原因是个扰，它的安裝和維護更快速瓷炮、更簡便〉菡”

FORTiS封閉式光柵采用創(chuàng)新型非接觸式機械設計娘香，無需軸承、彈簧和導向滑架等組件办龄。這種設計可減少磨耗烘绽，大大降低維護和維修過程中的破損風險，從而延長系統(tǒng)的使用壽命俐填。FORTiS光柵讀數(shù)頭配備雷尼紹的LED安裝指示燈和精心設計的安裝附件安接，可確保光柵安裝直觀明了、一次成功英融。

相比于傳統(tǒng)的光柵系統(tǒng)盏檐，F(xiàn)ORTiS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驶悟。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軟件的計算機胡野，從而實現(xiàn)更多功能贬丛。該軟件具有用戶友好型圖形界面，可顯示高級診斷信息夯铡，包括關鍵的光柵性能參數(shù)，例如沿整個軸的信號強度等相誓。

在機床組裝過程中闷墅，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贡按，以便技術人員了解哪些位置需要微調(diào)熙屁，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

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FORTiS光柵的安裝過程簡便快捷惫吝，幫助TGT節(jié)省了大量制造和維護時間匹憎。

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(chǎn)效率每镀。如果使用高級診斷工具ADTa-100业满，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(nèi)便可完成單軸安裝克矿。如果只使用讀數(shù)頭LED指示燈李臀，我相信速度會更快。通過LED指示燈冷离，我們能夠快速確定光柵的狀態(tài)吵冒；當機床出現(xiàn)故障時，還有助于提高診斷準確性西剥”云埽”

“雷尼紹的專業(yè)團隊經(jīng)常和我們探討我們的技術。FORTiS封閉式光柵可以根據(jù)軸長瞭空、位置分辨率和串行通信協(xié)議提供各種選項揪阿，因此我們在機床設計方面擁有更大的自由度，”Ranganatha先生說道咆畏。

“雖然我們是第一次使用FORTiS光柵图甜，但是對它的設計充滿信心。我們的新型磨床已經(jīng)裝配了FORTiS光柵鳖眼，現(xiàn)在已經(jīng)進入批量生產(chǎn)階段黑毅。我們非常看好未來磨床的發(fā)展钦讳。近年來矿瘦，印度國內(nèi)的汽車和航空航天行業(yè)方興未艾，切削刀具的市場需求也隨之激增栖挣，我們從中受益良多学蛤。隨著市場對磨床的需求日益增長贮祥，我們看到越來越多的競爭對手開始涌現(xiàn)。未來夭菲，TGT將著力于優(yōu)化機床性能程昨，”Ranganatha先生總結道。

（雷尼紹）

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