電動(dòng)代替液壓，伺服電動(dòng)缸取代液壓系統(tǒng)——用于全自動(dòng)工件成型、壓制或自動(dòng)化裝配越來(lái)越多地采用機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)技術(shù)。對(duì)用戶而言，除顯著降低運(yùn)行成本外，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)特性也是首要的決定性優(yōu)勢(shì)。Ortlieb精密設(shè)備公司將如SICKStegmann的SKS36等電機(jī)反饋系統(tǒng)用于旗下的SERAC®伺服電動(dòng)缸，進(jìn)而確保高可用性的精確位移測(cè)量和位置調(diào)節(jié)。如圖1所示

    在同一機(jī)器上加工不同強(qiáng)度的工件和毛坯、利用單一電動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)模式執(zhí)行多個(gè)工序、無(wú)級(jí)順暢移動(dòng)至不同加工位置——在許多情況下，相對(duì)于液壓和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，伺服技術(shù)擁有決定性優(yōu)勢(shì)。“因此，帶有運(yùn)動(dòng)控制功能的機(jī)電一體化系統(tǒng)勢(shì)不可擋。”位于Kirchheim/Teck的Ortlieb精密設(shè)備有限產(chǎn)品經(jīng)理NielsSelig解釋道。“此時(shí)，我們察覺到市場(chǎng)上的風(fēng)向標(biāo)發(fā)生了改變，無(wú)論是針對(duì)新設(shè)備還是翻新改造——尤其是當(dāng)比較運(yùn)行成本時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)也顯著優(yōu)于液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)。”為使機(jī)電一體化系統(tǒng)能高精度完成塑型或鉚接工藝，必要時(shí)可以做多根伺服軸同步運(yùn)動(dòng)，伺服電動(dòng)缸（如Ortlieb的SERAC®產(chǎn)品系列中）使用了高可用性的精確位移測(cè)量系統(tǒng)——例如配備HIPERFACE®接口的SICKStegmann旋轉(zhuǎn)電機(jī)反饋系統(tǒng)SKS36。

Ortlieb：夾持與伺服絲杠技術(shù)的“精密公司”

    100多年來(lái)，位于Kirchheim/Teck的Ortlieb公司將自身定位為“精密公司”，在工件與工具夾持以及伺服電動(dòng)缸領(lǐng)域提供經(jīng)濟(jì)、精確的解決方案。“基于我們的研發(fā)和專利已定義了眾多重要的夾持技術(shù)DIN標(biāo)準(zhǔn)，”NielsSelig指出。“從標(biāo)準(zhǔn)的壓緊式夾鉗到單個(gè)生產(chǎn)的非標(biāo)夾持解決方案，我們一站式提供靈活的標(biāo)準(zhǔn)化和客戶定制化解決方案。”機(jī)電一體化構(gòu)件和伺服電動(dòng)缸已成為公司日益重要的第二大支柱，其將于2017年春入駐其中一所位于巴登-符騰堡州的最具創(chuàng)新力、建筑和能效方面均達(dá)最高標(biāo)準(zhǔn)的公司辦公樓。其中，預(yù)先連接安裝的完整解決方案是重中之重，其由可模塊化配置的伺服電動(dòng)缸組成。“電機(jī)、絲桿、編碼器和剎車閘（如需）均已完整集成在電缸中，”NielsSelig說道?；诠驹诮z桿技術(shù)領(lǐng)域擁有的特殊專利技術(shù)，SERAC®伺服電動(dòng)缸展現(xiàn)出非同一般的性能。

SERAC®伺服電動(dòng)缸匯集航天和機(jī)械制造領(lǐng)域的專有技術(shù)

    正如“電動(dòng)代替液壓”這一口號(hào)，Ortlieb憑借SERAC®伺服電動(dòng)缸產(chǎn)品系列，為取代液壓缸和氣缸提供創(chuàng)新解決方案。各個(gè)型號(hào)的外殼構(gòu)造、電機(jī)規(guī)格、扭轉(zhuǎn)止動(dòng)裝置或固定方式各不相同，均因較高的集中大推力和集成性而出眾。在小零件裝配或沖壓、成型和鉚接的不同工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，該產(chǎn)品系列在極其惡劣的運(yùn)行條件下屢經(jīng)考驗(yàn)。SERAC電缸的技術(shù)基礎(chǔ)是最初為航天領(lǐng)域研發(fā)的特殊行星滾柱絲杠，其主要特征在于重量極輕，無(wú)需附加減速齒輪即可實(shí)現(xiàn)精確定位?；贒LR（德國(guó)航空航天中心）遍布全球的專利，Ortlieb研發(fā)出ASCA®行星絲杠，并為機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行批量生產(chǎn)。許多SERAC®型號(hào)的作動(dòng)絲桿可實(shí)現(xiàn)僅一毫米的微小導(dǎo)程，從而能夠通過電缸達(dá)成極為精確的作業(yè)點(diǎn)移動(dòng)。其前提在于支持同等精確的位移測(cè)量和定位的編碼器，如電機(jī)反饋系統(tǒng)SKS36。

電機(jī)反饋系統(tǒng)SKS36調(diào)節(jié)精確定位

    Ortlieb將配備HIPERFACE®接口的SICKStegmann電機(jī)反饋系統(tǒng)SKS36應(yīng)用于所有SERAC®產(chǎn)品系列。“其緊湊的設(shè)計(jì)可確保較短的電機(jī)安裝長(zhǎng)度”，NielsSelig列舉出一向重要結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，精心設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使得外殼直徑僅為36mm，而結(jié)構(gòu)高度（不含軸）同樣極小，僅為37mm。正因如此，該款電機(jī)反饋系統(tǒng)僅“重”65g，是同類產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)最為緊湊的編碼器之一。作為Ortlieb伺服電動(dòng)缸數(shù)字調(diào)節(jié)電路中的單圈型編碼器系統(tǒng)，SKS36通過細(xì)分為128個(gè)正弦/余弦周期的單圈旋轉(zhuǎn)，提供關(guān)于轉(zhuǎn)向、速度以及絕對(duì)位置信息的數(shù)值。同時(shí)，該系統(tǒng)還具有極高的可靠性和精度——這一點(diǎn)主要通過極小的碼盤實(shí)現(xiàn)，其位于旋轉(zhuǎn)軸的中間位置，借此杜絕任何偏心誤差。該碼盤上有128條線，專門研制的Opto專用集成電路對(duì)其進(jìn)行掃描，從而產(chǎn)生具有極高線性度和插值可行性的正弦信號(hào)。“由此可極為精確地測(cè)量SERAC絲桿的進(jìn)給量，并用于精確定位”，NielsSelig解釋道。只因行星滾柱絲桿的作業(yè)方式并非形狀配合，而是滾動(dòng)摩擦配合。“故而可傳遞明顯更多的力，同時(shí)絲桿的使用壽命不受影響”，NielsSelig說道。“工作原理導(dǎo)致絲桿運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)，因此除編碼器外還需要額外的線性測(cè)量系統(tǒng)。這樣一來(lái)，通過兩個(gè)編碼器系統(tǒng)的相互配合，可實(shí)現(xiàn)<0.01mm的定位精度和±0.01mm的重復(fù)精度。”SKS36也由此以其高精度、高可用性和堅(jiān)固性而出類拔萃。“伺服缸中允許的最高工作溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于編碼器指定的125°C，”NielsSelig描述道。“沖壓、成型和壓制期間可能出現(xiàn)的振動(dòng)和沖擊將無(wú)損SKS36的功能可靠性。例如，在板材成型過程中，配備該電機(jī)反饋系統(tǒng)的SERAC®KH電缸可在三秒同步信號(hào)內(nèi)完成超過4千萬(wàn)次循環(huán)而無(wú)任何問題。”

機(jī)電一體化系統(tǒng)的多圈型和安全型解決方案

    在Ortlieb電缸中，單圈型電機(jī)反饋系統(tǒng)SKS36因其精確度、方便的集成方式和可用性而令人信服。針對(duì)需要重復(fù)旋轉(zhuǎn)位移測(cè)量和定位的任務(wù)設(shè)置，多圈型電機(jī)反饋系統(tǒng)SKM36憑借內(nèi)置的微型機(jī)械式傳動(dòng)裝置測(cè)量最多4,096圈旋轉(zhuǎn)并以高達(dá)16,777,219步的分辨率輸出。

    若以安全為導(dǎo)向考量機(jī)電一體化系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)解決方案，SICKSTEGMANN的SIL2電機(jī)反饋系統(tǒng)SKS36S和SKM36S作為動(dòng)態(tài)型精確伺服控制電路中的安全編碼器脫穎而出。這兩種系統(tǒng)可用于依據(jù)EN62061與IEC61508符合SIL2分級(jí)以及依據(jù)ENISO13849-1符合性能等級(jí)(PLd)的應(yīng)用。因此，它們可提供經(jīng)認(rèn)證的功能安全，即能夠以安全為導(dǎo)向?qū)λ欧妱?dòng)缸與機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能和功能鏈進(jìn)行有關(guān)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和停機(jī)狀態(tài)的監(jiān)控。SICKStegmann電機(jī)反饋系統(tǒng)可借此提供機(jī)電一體化系統(tǒng)中的多種位移測(cè)量和定位選項(xiàng)——不只是在Ortlieb的電缸中。如圖3