Marginal Column

Maggiore dinamica e minore potenza assorbita grazie alla testa di punzonatura elettromeccanica.

La gestione intelligente dell’energia con Smart Energy Mode evita i carichi di picco lato rete e riduce le perdite nella linea di connessione alla rete elettrica.

Se entrambi I mandrini filettati girano in controrotazione, l’utensile va a sbattere. Se girano invece nella stessa direzione, anche l’utensile ruota

Tensione di mantenimento!

Durante lo sviluppo della testa di punzonatura elettromeccanica per la nuova punzonatrice TruPunch 3000, la ditta Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH & Co. KG ha puntato sulla collaborazione con Bosch Rexroth. Ecco una relazione di Werner Erlenmaier e Stefan Büttner della ditta Trumpf sulle domande che hanno posto e sulle risposte che hanno ricevuto

 

Anche concetti di macchine e tecnologie apparentemente maturi, come ad esempio le punzonatrici, hanno ancor sempre un elevato potenziale innovativo a disposizione. Se non si ottimizzano solamente concetti consolidati, bensì si compie un passo indietro, si scoprono nuove strade per incrementare la produttività delle macchine. La TruPunch 3000 è la prima punzonatrice a lavorare senza eventuali residui: sul piano di lavoro non resta alcun residuo di lamiera da eliminare. Ciò consente di risparmiare ore di lavoro e, mediamente, il 10% del materiale. Il presupposto alla base di tutto ciò è rappresentato, tra l’altro, da funzioni macchina pilotate anche da Rexroth, nonché funzioni di programma per la lavorazione della lamiera.

Inizialmente non lavoravamo ad una punzonatrice completamente nuova, bensì volevamo solamente apportare delle modifiche ad un componente importante: la testa di punzonatura. Questo elemento non doveva più avere un azionamento idraulico, bensì servoelettrico. Da questo adattamento ci attendevamo in primo luogo un minore assorbimento di potenza. Trumpf ha sviluppato e brevettato uno specifico sistema di azionamento per la testa di punzonatura elettromeccanica. La precisione è garantita anche in caso di dinamica elevata: invece di azionare separatamente la rotazione della testa di punzonatura e il movimento di sollevamento, utilizziamo per entrambi i movimenti due motori sincronizzati.

Se entrambi i mandrini filettati girano uniformemente nella stessa direzione, l’utensile può ruotare all’infinito, ad esempio per la rotazione di un utensile troncatore. Se vengono azionati con controrotazione, ne conseguirà un movimento di sollevamento dello spintore (vedere illustrazione a pagina 28). Il principio costruttivo per noi era già stabilito prima che iniziassimo a ricercare il controllo adatto.

Le esigenze erano molto elevate, poiché noi miravamo ad ottenere una frequenza di punzonatura di 1.000 corse/minuto con un passo di perforazione di un millimetro. Le possibilità del Motion Logic Drive (MLD) nell’IndraDrive e il relativo ciclo di controllo posizione di 0,5 millisecondi risultarono determinanti nella nostra decisione di avviare nuovamente una partnership con Bosch Rexroth nell’ambito dello sviluppo della testa di punzonatura elettromeccanica.

Ridotta complessità del sistema

Insieme progettammo, nel corso di regolari incontri di sviluppo, una soluzione meccatronica con sottosistema, nella quale la complessa cinematica viene controllata dall’unità di comando decentrata presente nell’azionamento. Questa combinazione di unità di controllo centrale e decentrata riduce la complessità del sistema: la soluzione di sistema CNC IndraMotion MTX controlla gli assi principali della macchina, mentre la cinematica della testa di punzonatura viene controllata da un regolatore MLD posizionato sul lato di comando in prossimità del luogo dell’azione, nel servocomando. I valori nominali dell’unità di controllo su base azionamento in hard real time sono prestabiliti dal controllo subordinante IndraMotion MTX. In questo modo fu possibile raggiungere la necessaria velocità di elaborazione per la frequenza di corsa desiderata.

Ciò consente di avere reazioni più rapide, rende possibili correzioni di posizione a causa di deviazione termica e consente di raggiungere, mediante la funzione di punzonatura, fino a 2.500 corse al minuto con un generatore di valori nominali interno, nonché di riconoscere la rottura con adattamento della velocità per la punzonatura leggera. Con la rotazione dell’utensile ci si poneva la domanda: quanto è esatto il posizionamento?

A questo proposito la rigidità intrinseca dei motori si rivelò la vera sfida. Le rigidità raggiunte con la rotazione mediante azionamento a vite a sfere di regola non sono esattamente identiche. Tuttavia, visto che si utilizzano due motori in combinazione e viene raggiunta una precisione elevata, dovevamo comparare le diverse rigidità mediante un adeguamento dei parametri nel controllo. Con l’engineering tool IndraWorks è inoltre disponibile per il CNC e il sistema Motion Logic, nonché per gli azionamenti un software tool unitario, che semplifica la programmazione e la messa in funzione della macchina.

Gestione intelligente dell’energia

Il secondo grande tema discusso nei colloqui di sviluppo fu il consumo energetico.

  • Visto che con le punzonatrici si rilevano di default elevati numeri di giri del motore in fase di accelerazione e ritardo, occorre una considerevole tensione del circuito intermedio.
  • La tensione del circuito intermedio non dovrebbe essere tuttavia subordinata alla rispettiva tensione di rete, ma deve essere regolata anch’essali>
  • Per ridurre il carico sulla rete, volevamo evitare un funzionamento continuo (con alimentazione in ingresso e a recupero).

Non fu più possibile esaudire queste tre richieste, né con unità di alimentazione semplici, né con unità di alimentazione in ingresso e a recupero. Decidemmo di lasciare a Bosch Rexroth il compito di trovare una soluzione a tal proposito. Uno speciale software per i moduli di alimentazione di rete in collegamento con il modulare IndraDrive raggiunge ora, anche in presenza di forti oscillazioni nelle performance di processo, un carico di rete quasi costante.

Inoltre nel range ad ampia gamma di tensione, il circuito intermedio resta indipendente dalla tensione di rete. Accumulatori di energia nel circuito intermedio evitano un eventuale ritorno di energia. L’energia in eccesso viene accumulata nel condensatore e riutilizzata per l’accelerazione. Questo Smart Energy Mode unisce in sé i vantaggi delle unità di alimentazione classiche delle unità di alimentazione in ingresso e a recupero. Se l’accelerazione ciclica e il ritardo della testa di punzonatura portava, nelle soluzioni tradizionali, ad elevati carichi impulsivi lato rete, ora il carico di rete è notevolmente ridotto. Le performance rimangono invece costanti.

Ridotti requisiti di rete

Così si risparmia energia: rispetto alla soluzione tradizionale senza Smart Energy Mode, la potenza di picco lato rete viene più che dimezzata, da circa 50 a 22 kilowatt. In presenza di velocità di lavorazione medie nella macchina si riduce l’assorbimento di potenza medio del 30%, fino a 5,9 kilowatt. Il carico termico massimo del modulo di alimentazione impiegato scende dal 95% al 65%. Secondo i feedback ricevuti intanto dai nostri clienti, le massime correnti di avviamento per la TruPunch 3000 risultano inferiori a quelle della concorrenza, tuttavia con la stessa potenza assorbita.

Grazie al condensatore interno le batterie tampone possono avere un dimensionamento inferiore, poiché i requisiti di rete sono meno elevati. Ciò consente di ridurre i costi, così come il notevolmente ridotto consumo energetico per ciclo e la minor potenza allacciata necessaria per la macchina. Grazie alla migliorata compatibilità di rete (cosφ e TPF = 1,0) e alle ridotte perdite nel filtro di rete e nella farfalla, gli utilizzatori possono ora trarre vantaggio dalla minore reazione di rete. Quando la testa di punzonatura raggiunse la produzione di serie, poté essere impiegata sulla nuova TruPunch 3000 ed incrementò ulteriormente il livello di rendimento totale della macchina.

 
 
 
 

Autori

 

Werner Erlenmaier, Direttore sviluppo e progettazione punzonatrici e macchine combinate TRUMPF GmbH + Co. KG

Stefan Büttner, Direttore gestione prodotto punzonatrici e macchine combinate TRUMPF GmbH + Co. KG