Bend-Tech案例研究：混合直線運動組件降低了CNC機床制造商的成本

Bend-Tech是威斯康星州一家專門生產數控管材切割機、制管和彎管系統的公司。5年前，他們發現公司的現場服務電話激增，于是迅速開展調查并查明了原因。原來，越野車等戶外賽車運動日益普及大幅推動了金屬管材和管道制造的需求，導致客戶踴躍要求Bend-Tech進入該市場并將產量提高到遠超預期的水平。因此，Bend-Tech團隊重新開始設計，并在Thomson Industries創新的混合直線運動技術的幫助下找到了成功的解決方案。

“我們的系統讓金屬制造廠家能夠快速精確地切割管材和管道。”Bend-Tech公司生產經理TJ Merry說道，“因此，不僅提高了他們的生產能力，還能使他們能夠內部完成傳統的外包服務，最終提高效益。”

戶外賽車運動定制車輛日益受到青睞，推動了管材和管道加工需求的穩步上升。（圖片由Busted Knuckle Off Road提供）

Bend-Tech公司的業務主要集中在2個市場，并且在這2個市場都增長迅速。他們的許多客戶都是為工業和公共建筑提供定制扶手的制造商，因此業務受建筑行業以及對公共安全的日益關注的影響。然而，他們的最大業務增長機會是涉及攀巖車、賽車和吉普車等越野賽車的改裝車間。

在最初進入市場表明公司無法滿足高產量需求后，Bend-Tech建造了更大的Dragon A400等離子切割、打標和雕刻系統。該系統幾乎能處理任何工件，但也帶來了另一項挑戰：雖然深受大客戶的歡迎，但大約三倍于Dragon A250的價格卻讓一些客戶難以承受。“我們需要的是介乎兩者之間的產品。”Merry說道，“我們知道合理的價位點，并且必須在不影響生產質量的前提下將機器制造成本減半。”

確定成本削減方向

Bend-Tech Dragon系統包括三大組件：結構框架、切割打標工具頭以及控制工具運動的軟件引導執行系統。在決定從正在開發的新系統中刪除一些功能后，削減成本的重點轉向直線運動系統。

Bend-Tech依靠Thomson電動推桿組件在其等離子切割、打標和雕刻系統上實現穩定一致的精確運動控制。

“Thomson為我們制造了用于A400系統運動控制的直線系統，因此我們向他們咨詢如何能夠制造出價位更低的生產級系統。”Merry說道，“我們也咨詢了其他直線運動技術供應商，但Thomson一如既往地迅速回復我們并提供了理想的解決方案。”

Thomson解決方案集成了比先前設計的A400驅動系統更小、更簡單的系統版本，且其驅動機制也完全不同。每臺A400使用兩個Thomson 2DB系列直線運動系統，它們通過螺栓垂直連接以控制A軸和Z軸。其中一個直線運動系統在水平面上定位工具頭，另一個在垂直軸上移動切割、打標和雕刻工具。每個軸都通過步進電機驅動的2英尺滾珠絲杠驅動。由于絲杠的長度較長，需要兩端配置支撐軸承并使用特殊聯軸器連接步進電機。

Bend-Tech借助Thomson創造性的工程專業知識成功開發出成本更低的Dragon A250系統，滿足了不斷增長的市場需求。

對于新的Dragon A250系統，Thomson首先縮短了驅動軸長度，采用11英寸梯形絲杠和6英寸驅動器，從而消除了兩端支撐的需要。這意味著可以選用無需兩端支撐的電動梯形絲杠（MLS），因為負載由電機內的軸承支撐。而且由于梯形絲杠與MLS電機轉子是一體的，無需將絲杠外部連接至轉子。

“Thomson這個組件的設計真的非常巧妙。”Merry說道，“他們通過盡可能減少組件數量降低了成本。使用集成梯形絲杠而不是滾珠絲杠的電機，消除了絲杠與電機連接的成本，以及與此相關的所有支撐硬件。”

Thomson公司為Bend-Tech量身定制的低成本運動控制組件將步進電機驅動的電動絲杠集成到先前滾珠絲杠驅動的直線運動系統中。Thomson通過螺栓將直線運動系統垂直連接在一起，從而移動固定在右側紅色板另一側的等離子割炬和打標工具。

新的運動控制組件比A400上使用的系統更小，但是看起來非常相似，同樣包括圓形導軌、軸承、支架和滑塊。Merry表示，新系統看起來完全是以前系統的縮小版。對于他來說這也是一個賣點，因為它保持了連續性。

降低可重復性的成本

運行期間，驅動系統會連接到一臺裝有CAD/CAM軟件的Windows PC電腦，其中存儲了每個客戶的設計參數，例如長度、彎曲角度、轉數和材料特性。運動控制系統將接收這些信息并按照預編程的順序執行，使工具能夠自動切換等離子切割或零件打標。對于A400和A250，所有切割和打標必須在+/- 0.010”公差以內。

Dragon A250的CAD/CAM軟件預編程了設計參數，可引導Thomson直線運動組件、控制系統的運動并實現高重復精度。

實現這種高精度的關鍵是位置傳感器，它建立了一個零點，并記錄了距離該點的任何變化。在A400中，傳感器延伸在直線運動組件的一側。所有接線都安裝在擠壓成型的鋁制手柄狀結構中，它從組件的一端延伸到另一端。在A250的設計中，Thomson將所有的限位開關都集成在系統的電子元件中，并在端塊上加工了一個凹槽和螺紋孔，使傳感器可以旋入該螺紋孔中。通過這種方式，無需外部夾具即可滿足精度要求，從而進一步降低系統成本。

傳感器為A250提供了高精度、可重復性和可靠性，同時通過消除在直線執行組件側面安裝傳感器夾具的需要，降低了系統成本。

預裝的ACME螺紋螺母也有助于實現Merry所謂的“精準”可靠性。相比于使用標準模制螺母的原始滾珠絲杠組件，工廠校準的滾珠絲杠和復合聚合物螺母具有更小的游隙。

志在必得

Bend-Tech宣布推出Dragon A250的當天，他們就售出了四套系統，并且此后需求一直保持穩定。根據一些始終使用手工方法的中型市場客戶的預計，使用該系統后期生產力將提高5倍以上。隨著新冠大流行相關隔離導致的人們對戶外活動的興趣增加，以及經濟復蘇帶來的建筑熱潮的前景，Bend-Tech公司已做好持續成功的準備。