Hedgehog：一款应用于飞机制造工业的通用夹具

奥地利 MICADO 公司主营用于制造飞机碳纤维复合零部件的夹具和机器。为了加工 A350 客机 — 空中客车公司最新旗舰产品 — 的碳纤维零部件，公司开发了一款被称为“Hedgehog”的通用型真空抽吸系统。系统采用真空抽吸装置灵活固定飞机零部件，无需费时的转换。所有的控制和驱动任务都由倍福基于 PC 的控制系统完成。

飞机面板是在玻璃或碳纤维增强塑料基础上采用比以往更轻、更节约资源的材料制成。空气动力学零部件必须固定在特殊设备上，等待进一步加工。过去，一个精确的负极铝锭由一块铝铣削而成，且要将重达数吨的硬质刀具运送到一台配备起重机的 CNC 机床上，以便安全地加工襟翼滑轨整流罩。飞机零部件在那里插入、校准并用真空抽吸头提起。只有在完成这一步之后才能钻削安装孔和切割轮廓并去毛刺。但是，这种方法非常耗时且成本高昂；尤其是在飞机制造工业中，单件流制造是相当普遍的。

奥地利 MICADO 公司为此开发了一款名为“Hedgehog”的通用型夹持系统，它可以处理 20 多种不同的零部件。该设备能够向各个方向延伸其各个真空抽吸装置 — 就像一头刺猬活动它的刺一样 — 并不断调整自己，以便与各个具体的零部件轮廓相匹配。每个真空抽吸头由一根特殊的 NC 轴控制。仅一次逐条输入不同的襟翼滑轨整流罩形状，然后将信息保存保存起来为将来所用。

这一方法的优点是，夹持设备只需要在机床工作台上安装和测量一次。之后，所有类型的零部件都可以在几分钟内安装和处理。这样，设置时间可以缩短 70%。毫不奇怪，要求是很高的，因此已经建造了更多针对其它飞机，包括空客飞机 A330、A340 和 A380 以及巴西 Embraer 190 型飞机的 Hedgehog 系统。

将一个飞机零部件安装到 Hedgehog 上

Beckhoff基于 PC 的控制系统取代传统的 NC 控制器

夹持设备有 18 个真空抽吸头，每个抽吸头作为一根 NC 轴进行控制。一旦零部件被手动放置在机械站上并进行校准，Hedgehog 即定位所需的执行机构。系统自动移动到所需位置并固定好零部件。然后通过加工机床测量零部件，并通过轴进行精确调节。这一顺序可以预设并配置。铣削后，操作员释放零部件，所有执行机构移动到它们的空转位置，并将机械零部件移走。

Hedgehog 控制系统基于倍福的集成式 PC 控制解决方案，它由适合控制柜安装的面板型 PC CP2219、EtherCAT 端子模块以及驱动和安全端子模块构成。轴通过伺服电机端子模块 EL7201-0010 和在面板型 PC 上运行的 TwinCAT NC PTP 软件控制。点对点轴定位取代传统的定位模块和 NC 控制器，因为高性能面板型 PC 可以同时定位真空抽吸装置的所有 NC 轴，并且行执行 PLC 功能。所有信息通过一个 XML 服务器传输到数据库。

MICADO 使用了倍福的紧凑型单电缆伺服电机 AM8121 来实施 NC 轴。与传统的电机布线系统不同的是，单电缆技术将动力和反馈系统整合在一根电缆中，可以大大节省安装空间。电机与伺服电机端子模块 EL7201-0010相连接 — 它在结构紧凑的标准端子模块外壳中整合了一整套伺服驱动系统。“这个系统超出了我们在速度和空间要求方面的预期。设备宽度仅为 12 毫米，容纳了一个标准 EtherCAT 从站和一个伺服驱动器（包括伺服控制），支持电流控制周期最短为 62.5 μs 的高动态轴定位。当我们在规划第一套 Hedgehog 系统时，倍福是唯一一个能够满足我们对驱动系统在空间、速度及性能方面需求的供应商。” MICADO AUTOMATION 公司技术总监 Andreas Dorer 解释道。

MICADO AUTOMATION 公司技术总监 Andreas Doriansof 站在操作面板旁

“我们选择这一控制系统的另一个重要方面是它的开放性，它让我们能够使用其它项目的现有软件组件。控制器与可视化系统之间的通讯通过 TwinCAT ADS 实现。设置和示教程序以及各个加工零部件系列信息都直接保存在 TwinCAT 中。此外，TwinSAFE 安全技术也是控制解决方案不可或缺的部分。”Dorer 继续说道。

以最大控制质量快速重新紧固和定位

“一个特殊的挑战是如何使用驱动技术控制大量的轴，同时还要保持体积尽可能紧凑。虽然夹持系统有 6 米多长，但可用的宽度仅为 50 到 70 厘米，高度仅为 1.5 米。在这一空间内，我们还必须容纳用于 18 个 NC 轴的控制组件。其它组件包括配备操作面板和控制单元，以及分布式外围设备、气动元件。”Andreas Dorer 指出。“我们的目标是使用标准产品实现这一切，这样可以充分利用 EtherCAT 所具备的优点。若说到快速、可靠的通讯，包括驱动技术，我们还没遇到过比 EtherCAT 更好的总线系统了。对于快速位置传感，我们需要一个高性能的通讯系统，而 EtherCAT 可以显着提高控制质量。”

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