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2022年4月27日

电动缸帮助生产设备摆脱压缩空气需求

AA3000 系列:高耗能气缸的高效伺服电机替代解决方案

倍福新推出的 AA3000 系列电动缸非常适合用作直驱装置,用于加工过程作用力大和高速的应用场合。它充分利用了伺服技术在力、动态性和紧凑性方面的优势,如可控定位、堵转时的保持制动器和高能效。现在,生产设备拥有完全消除高耗能气缸和压缩空气需求所需的所有工具。

在某些典型应用场景中,用户的目标是在不使用压缩空气的情况下动态地产生强大的作用力。而倍福的 AA3000 系列电动缸就是实现这一目标的理想选择。传统气缸增压需要耗费较多的时间,而这种基于现代伺服电机的替代解决方案响应速度更快,并且更加可控、更加高效节能。

尽管 AA3000 电动缸的结构非常紧凑,体积很小,但其峰值推力却高达 25,000 N。同时,此款电动缸的设计符合 DIN ISO 15552 标准,因此在替换气缸时非常简单。电动缸中集成的主轴防转装置和预编程的绝对式智能编码器系统可以实现简单的即插即用安装(包括终点位置监测),大幅减少设备安装和运行涉及到的工作量。

目前 AA3000 系列有三个版本,每个版本有两个型号。
目前 AA3000 系列有三个版本,每个版本有两个型号。

系统优势详解

倍福电动缸在设计上基于空心轴原理,它是机械设计中结构最紧凑的一种,可以保持与现场安装的传统气缸兼容。

集成有高精度滚子轴承、滚珠丝杆和导轨的机构确保 AA3000 电动缸实现无背隙的纯平移运动,这样也可以让结构非常紧凑。主轴的轴端有一个外螺纹,可以在上面安装市售适配器,如气动/液压应用中常用的球头或张紧钩。电动缸的法兰尺寸符合 ISO 15552 标准,两侧都有螺栓连接节点,例如,如果应用中需要旋转螺栓连接。这种兼容性让从气动到电动驱动技术的转换变得特别容易。AA3000 电动缸的特别之处是集成了主轴防转装置,因此是一个完全即用型系统,无需额外添加任何机械装置(如扭矩臂)。

除了高分辨率之外,所安装的 24 位多圈安全编码器还采用了单电缆技术(OCT)和电子铭牌,使得调试更简单、更快速。这意味着电动缸也可与倍福的 AX8000 伺服驱动器一起无缝集成到 TwinSAFE 解决方案中,高效实现设备安全。此外,AA3000 能够轻松获取过程数据,而气缸则需要额外配备传感器。这些数据可用于快速、轻松地优化加工性能。

完全集成到基于 PC 的控制系统中

AA3000 电动缸的另一个主要优势是它能够直接集成到倍福基于 PC 的控制系统中。它集成的终点位置监测装置就是一个典型的即插即用方案,如果没有这个监测装置,调试过程中可能会出现执行机构或受影响的设备部件损坏,甚至全部损毁。另一方面,相应的软停止已存储在电子铭牌中,从而避免了此类调试错误。

倍福驱动产品经理 Sven Arne Lange
倍福驱动产品经理 Sven Arne Lange

市场上只有极少数的电动缸能够深度集成到综合控制系统中,如基于 PC 的控制系统。对于设备和系统工程专家来说,这是释放这些可精确控制的执行机构全部优化潜力的唯一途径。此外,具有相应功能的选型工具 TwinCAT 3 Motion Designer 可以简化电动缸的使用。这种方便的一站式解决方案特别适用于以前依赖气缸并因此依赖机械和压缩空气专业知识的应用。在这些应用中,AA3000 电动缸可以 1:1 替代气缸使用,而无需额外的专业知识、复杂的编程或参数设置。

节能潜力巨大

AA3000 电动缸与传统气缸以及小型液压缸相比有明显的应用优势:例如在焊接或铆接钳、冲压连接应用,以及计量和搬运系统中,适用于所有需要大作用力的线性运动的应用场合。

电动缸多方位地开辟了优化和节能潜力,它是一款完整的即用型解决方案,与需要安装机械辅助装置(如末端止动装置)的气动系统相比,可以显著降低设计和安装成本。此外,系统具有高刚性特点,可以快速加大推力,并能够很好地控制需要实现的推力,确保更好地控制工艺过程。
设备调整工作更加简单,直接通过软件完成,无需改变设备的机械机构,显著提升了整个工艺过程的灵活性。通过比较可以看出,即便是伺服气动解决方案,也要比电动缸更慢、更复杂,而且成本更高。

电动缸的另一个优点是它集成了位置和力反馈,无需额外安装气缸所需的传感器,因此性能更高,可以开辟广泛的应用领域,例如用于全面记录保证生产质量的数据信息或最小化生产人员的工作量。此外,与通常只知道起始位置和结束位置信息的气缸不同,它支持运行所有运动曲线。这也有助于提高工艺效率和质量。

电动缸采用了单电缆技术(OCT),可以显著减少布线工作,它配备的电子铭牌可以简化调试工作。
电动缸采用了单电缆技术(OCT),可以显著减少布线工作,它配备的电子铭牌可以简化调试工作。

电动缸在可持续性和环保方面的表现也可圈可点。一方面,电动缸的使用寿命更长、更加可预测。气缸通常只能实现其中的一小部分,通常的维护间隔为一百万到两百万循环次数,只相当于更持久的电动缸的十分之一。另一方面,使用电动缸能够减少生产人员的工作量,降低运营成本,避免含油废气造成的环境污染,提高加工精度,减少原料浪费。此外,由于电动缸无需使用压缩空气,因此能够实现更加节能且可持续的生产,从而减少碳足迹。

具体的应用优势

以压装工艺为例,它可以很好地说明带连续反馈功能的完整运动控制带来的实实在在的好处:如果压装工艺使用的是气缸,则指定的型号尺寸往往会过大,最终导致空气消耗量过高。这样做的目的是为了确保始终可靠地达到工艺所要求的最小作用力,即使通常使用的是更大的作用力。此外,气动解决方案的终点位置传感器仅显示是否达到了指定的最小偏移量,即压入深度。进一步的工艺反馈只有通过额外安装的传感器和相关的分析用电子装置才能实现,这也相应地额外增加了成本、材料和工程方面的支出。

另一方面,如果这种压装工艺使用电动缸,则可以带来很多优势:在调试期间进行初步校准后,可以根据应用真正所需的尺寸更精确地分别设置力。这也意味着可以正确进行驱动系统(电动缸和伺服驱动器)选型,并根据具体的应用情况进行调整。此外,与气缸不同的是,电动缸可以直接产生所需的力,在增压期间不会有时间延迟,让受压更加均匀,最终提高工艺效率,显著降低能耗。除此之外,电动缸还具有详细的位置反馈的优点,无需额外安装外部传感器。例如,这也可以轻松记录力位移曲线,有助于快速识别可能发生的生产性错误。如果力值过低,则说明压装不正确。而如果使用的是只能移动到指定位置的气缸,则不容易发现问题。这种力位移图或附加的工艺过程信息也可以与序列号相结合,以便在日后由于错误的压装而导致出现任何故障时能够进行追溯。

AA3000 系列的最新情况

AA3000 系列电动缸目前包括以下产品,每个产品的额定供电电压范围都是 100...480 V AC,并有两种型号可选:

  • AA3023 提供 6250 N 峰值推力(最大速度达到 0.5 m/s,最大加速度达到 10 m/s2 时)或 3125 N 峰值推力(最大速度达到 1.0 m/s,最大加速度达到 20 m/s2)。最大行程为 150 毫米。在外形尺寸上,法兰尺寸和螺栓连接节点对应的是符合 DIN ISO 15552 标准、活塞直径为 40 毫米的气缸
  • AA3033 提供 12,500 N 峰值推力(最大速度达到 0.5 m/s,最大加速度达到 10 m/s2 时)或 6250 N 峰值推力(最大速度达到 1.0 m/s,最大加速度达到 20 m/s2 时)。最大行程为 200 毫米。在外形尺寸上,法兰尺寸和螺栓连接节点对应的是符合 DIN ISO 15552 标准、活塞直径为 63 毫米的气缸
  • AA3053 提供 25,000 N 峰值推力(最大速度达到 0.5 m/s,最大加速度达到 10 m/s2 时)或 12,500 N 峰值推力(最大速度达到 1.0 m/s,最大加速度达到 20 m/s2 时)。最大行程为 250 毫米。在外形尺寸上,法兰尺寸和螺栓连接节点对应的是符合 DIN ISO 15552 标准、活塞直径为 100 毫米的气缸

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