Измерительная система шпинделя — Часть 1: Энкодеры - датчики обратной связи
Энкодеры — это датчики, которые позволяют определять угловое положение вала. В шпинделе энкодеры необходимы для решения двух задач:
1. Автоматическая смена инструмента. Те самые кулачки, про которые мы уже говорили, должны быть параллельны оси Х при смене инструментальной оправки.
2. Управление мотором. Частотный привод управляет мотором с обратной связью, что позволяет более эффективно использовать его мощность.
Измерительная система шпиндельных узлов всегда включает в себя колесо энкодера, которое крепится к валу, и сам датчик-энкодер, который крепится к корпусу и реагирует на колесо.
Колеса бывают зубчатые, магнитные и с интегрированной перфорированной лентой.
Датчики-энкодеры отличаются по типу и уровню выходного сигнала: sin/cos, TTL.
Как правило, колесо энкодера и сам энкодер устанавливаются в задней части шпинделя. При установке важно точно выставлять осевой и угловой зазор между колесом и самим энкодером.
В следующих разделах мы подробно поговорим о колесах и измерительных головках.
А пока посмотрим на список основных брендов, которые мы встречаем в шпинделях:
- Lenord Bauer - www.lenord.de
- Siemens - www.siemens.com/
- Heidenhain - www.heidenhain.com
- VS Sensorik - www.vs-sensorik.com
- AMO - www.amo-gmbh.com
- Woelke - www.woelke-gmbh.eu
- Fanuc - www.fanuc.com
- Mitsubishi - www.mitsubishielectric.com
- Tamagawa - www.tamagawa-seiki.com
- Fagor - www.fagorautomation.com
- СКБ ИС - ЛИР - www.skbis.ru
#состав_шпинделя
Энкодеры — это датчики, которые позволяют определять угловое положение вала. В шпинделе энкодеры необходимы для решения двух задач:
1. Автоматическая смена инструмента. Те самые кулачки, про которые мы уже говорили, должны быть параллельны оси Х при смене инструментальной оправки.
2. Управление мотором. Частотный привод управляет мотором с обратной связью, что позволяет более эффективно использовать его мощность.
Измерительная система шпиндельных узлов всегда включает в себя колесо энкодера, которое крепится к валу, и сам датчик-энкодер, который крепится к корпусу и реагирует на колесо.
Колеса бывают зубчатые, магнитные и с интегрированной перфорированной лентой.
Датчики-энкодеры отличаются по типу и уровню выходного сигнала: sin/cos, TTL.
Как правило, колесо энкодера и сам энкодер устанавливаются в задней части шпинделя. При установке важно точно выставлять осевой и угловой зазор между колесом и самим энкодером.
В следующих разделах мы подробно поговорим о колесах и измерительных головках.
А пока посмотрим на список основных брендов, которые мы встречаем в шпинделях:
- Lenord Bauer - www.lenord.de
- Siemens - www.siemens.com/
- Heidenhain - www.heidenhain.com
- VS Sensorik - www.vs-sensorik.com
- AMO - www.amo-gmbh.com
- Woelke - www.woelke-gmbh.eu
- Fanuc - www.fanuc.com
- Mitsubishi - www.mitsubishielectric.com
- Tamagawa - www.tamagawa-seiki.com
- Fagor - www.fagorautomation.com
- СКБ ИС - ЛИР - www.skbis.ru
#состав_шпинделя
👍10❤2🔥1
А вот здесь есть наглядное видео, как меняют энкодер без съема шпинделя.
Потом проверяют работу энкодера специальным прибором - Heidenhain PWM20
https://youtu.be/Jt_wNLLXeKU?si=unpxCue3vFgu5RXy
Все хорошо сделали, но крутить шпиндель без оправки нельзя )))
Потом проверяют работу энкодера специальным прибором - Heidenhain PWM20
https://youtu.be/Jt_wNLLXeKU?si=unpxCue3vFgu5RXy
Все хорошо сделали, но крутить шпиндель без оправки нельзя )))
YouTube
DECKEL MAHO, spindle encoder mounting, GEL2444Y05 Lenord+Bauer
Enjoy the videos and music you love, upload original content, and share it all with friends, family, and the world on YouTube.
👍8😁1🤝1
Измерительная система шпинделя — Часть 2: Колеса энкодеров
Датчикам необходим источник информации, и они получают её от колеса энкодера.
Простейший пример — тахометр: метка на валу и приёмник (датчик), который улавливает эту метку. Сколько раз за минуту датчик улавливает метку, такая и скорость вращения (rpm, об/мин, 1/мин).
У колеса энкодера также есть референтная метка, которая может быть выполнена в виде отдельной впадины или большого зуба — флага.
Однако задача ставится шире — необходимо знать точное положение. Для этого на колесе размещено множество меток по всей его окружности, обычно 128, 256 или 512. Количество меток определяет точность определения угла поворота.
Методы исполнения меток:
- Магнитный: чередование северного и южного полюсов.
- Оптический: чередование тёмных и светлых полос.
- Механический: чередование возвышений и впадин.
Соответственно, существуют различные типы колес:
- Механические: зубчатые, с перфорированной лентой.
- Магнитные.
- Оптические.
Механическое колесо — самое простое и надёжное, но создание колеса с большим количеством зубьев особенно на малых диаметрах сложно.
Магнитное колесо решает проблему большого количества зубьев. Плюсы:
- Хорошая работоспособность в загрязнённых условиях.
- Стабильный сигнал с энкодера на высоких скоростях вращения вала за счёт отсутствия акустических шумов.
Минусы магнитных колёс включают возможность случайного размагничивания, о чём я напишу отдельно.
Оптика представляет собой высший класс исполнения, но, как и всё высококлассное, стоит дорого.
Также существуют перфорированные ленты — интересное решение, которое интегрируется на большие диаметры и встраивается в подшипники поворотных осей.
Если тема вас заинтересовала, обязательно посмотрите подборку материала:
Ссылка на материал
#состав_шпинделя
Датчикам необходим источник информации, и они получают её от колеса энкодера.
Простейший пример — тахометр: метка на валу и приёмник (датчик), который улавливает эту метку. Сколько раз за минуту датчик улавливает метку, такая и скорость вращения (rpm, об/мин, 1/мин).
У колеса энкодера также есть референтная метка, которая может быть выполнена в виде отдельной впадины или большого зуба — флага.
Однако задача ставится шире — необходимо знать точное положение. Для этого на колесе размещено множество меток по всей его окружности, обычно 128, 256 или 512. Количество меток определяет точность определения угла поворота.
Методы исполнения меток:
- Магнитный: чередование северного и южного полюсов.
- Оптический: чередование тёмных и светлых полос.
- Механический: чередование возвышений и впадин.
Соответственно, существуют различные типы колес:
- Механические: зубчатые, с перфорированной лентой.
- Магнитные.
- Оптические.
Механическое колесо — самое простое и надёжное, но создание колеса с большим количеством зубьев особенно на малых диаметрах сложно.
Магнитное колесо решает проблему большого количества зубьев. Плюсы:
- Хорошая работоспособность в загрязнённых условиях.
- Стабильный сигнал с энкодера на высоких скоростях вращения вала за счёт отсутствия акустических шумов.
Минусы магнитных колёс включают возможность случайного размагничивания, о чём я напишу отдельно.
Оптика представляет собой высший класс исполнения, но, как и всё высококлассное, стоит дорого.
Также существуют перфорированные ленты — интересное решение, которое интегрируется на большие диаметры и встраивается в подшипники поворотных осей.
Если тема вас заинтересовала, обязательно посмотрите подборку материала:
Ссылка на материал
#состав_шпинделя
👍13❤2🔥1
Измерительная система шпинделя — Часть 3: Что внутри
Есть две большие группы энкодеров:
Абсолютные - каждая метка колеса уникальная, и энкодер всегда знает, в каком положении находится вал, даже после перезапуска станка или отключения электричества. Это особенно важно для энкодеров, которые установлены на перемещениях осей станка.
Инкрементальные - метки не уникальные, и чтобы энкодер сориентировался, валу нужно сделать полный оборот и найти референтную метку. Референт на метке — начало отсчета, дальше энкодер уже не «слепой». Поэтому при запуске шпиндель делает один оборот — ориентируется.
Далее энкодеры нужно классифицировать по сигналам и протоколам:
Сразу нужно сказать, что протоколов много, они разные.
Для тех, кто эксплуатирует, разницы практически нет.
Для тех, кто ремонтирует и диагностирует, разница очень большая, для разных протоколов нужны свои приборы и адаптеры.
Аналоговые сигналы:
- 1Vpp, 1Vss — это sin/cos сигнал со смещением.
- Минимум 8 проводов: 2 на синус, 2 на косинус, 2 на референтный сигнал, 2 на питание.
- Аналоговый сигнал поступает в сервоусилитель и обрабатывается им.
Цифровые сигналы:
- TTL сигнал или сигнал в битах по какому-то цифровому интерфейсу: EnDat, DriveCliq, IOLink, ProfiBus, RS485 и другие.
- Здесь мы уже получаем обработанный сигнал от энкодера, который поступает в сервоусилитель, и сервоусилитель берет его «как есть».
- В случае с TTL — это обработанный sin/cos: сигнал есть/сигнала нет = 1/0 = черное/белое = зуб/впадина = мальчик/девочка))))
Цифровые интерфейсы — это очень хорошо для тех, кто их эксплуатирует, так как это расширяет возможности. Энкодер умеет общаться с сервоусилителем, ему можно присвоить новую ноль-метку в любом месте, спрашивать дополнительную информацию, проводить дополнительные проверки и диагностику.
Интерфейсы и протоколы — обширная тема. Давайте обсудим?
В нашем сервисном центре мы умеем хорошо диагностировать энкодеры с аналоговыми сигналами и энкодеры EnDat и DriveCliq.
#состав_шпинделя
Есть две большие группы энкодеров:
Абсолютные - каждая метка колеса уникальная, и энкодер всегда знает, в каком положении находится вал, даже после перезапуска станка или отключения электричества. Это особенно важно для энкодеров, которые установлены на перемещениях осей станка.
Инкрементальные - метки не уникальные, и чтобы энкодер сориентировался, валу нужно сделать полный оборот и найти референтную метку. Референт на метке — начало отсчета, дальше энкодер уже не «слепой». Поэтому при запуске шпиндель делает один оборот — ориентируется.
Далее энкодеры нужно классифицировать по сигналам и протоколам:
Сразу нужно сказать, что протоколов много, они разные.
Для тех, кто эксплуатирует, разницы практически нет.
Для тех, кто ремонтирует и диагностирует, разница очень большая, для разных протоколов нужны свои приборы и адаптеры.
Аналоговые сигналы:
- 1Vpp, 1Vss — это sin/cos сигнал со смещением.
- Минимум 8 проводов: 2 на синус, 2 на косинус, 2 на референтный сигнал, 2 на питание.
- Аналоговый сигнал поступает в сервоусилитель и обрабатывается им.
Цифровые сигналы:
- TTL сигнал или сигнал в битах по какому-то цифровому интерфейсу: EnDat, DriveCliq, IOLink, ProfiBus, RS485 и другие.
- Здесь мы уже получаем обработанный сигнал от энкодера, который поступает в сервоусилитель, и сервоусилитель берет его «как есть».
- В случае с TTL — это обработанный sin/cos: сигнал есть/сигнала нет = 1/0 = черное/белое = зуб/впадина = мальчик/девочка))))
Цифровые интерфейсы — это очень хорошо для тех, кто их эксплуатирует, так как это расширяет возможности. Энкодер умеет общаться с сервоусилителем, ему можно присвоить новую ноль-метку в любом месте, спрашивать дополнительную информацию, проводить дополнительные проверки и диагностику.
Интерфейсы и протоколы — обширная тема. Давайте обсудим?
В нашем сервисном центре мы умеем хорошо диагностировать энкодеры с аналоговыми сигналами и энкодеры EnDat и DriveCliq.
#состав_шпинделя
👍11🔥1👏1🤝1
Измерительная система шпинделя — Часть 4: Настройка и диагностика
После замены энкодера или колеса энкодера требуется настройка, или юстировка измерительной системы.
Установка колеса:
Если в шпинделе используется синхронный мотор, управление им сложнее, и нулевая точка колеса должна совпадать с нулевым магнитным полем мотора. Вероятно, после переустановки измерительной системы потребуется адаптация мотора с энкодером.
Также существует общее требование к радиальному биению колеса энкодера — не более 0,02 мм. Повышенное биение влияет на стабильность уровня сигнала, так как изменяется зазор между считывающей головкой (энкодером) и штрихами колеса энкодера.
Со всеми видами колес нужно обращаться аккуратно при демонтаже и монтаже, избегать ударных нагрузок и поддерживать чистоту.
Особенности обращения с колесами:
- Магнитные колеса: Необходимо размагничивать инструмент, избегать попадания колеса в зону действия других магнитных полей, не ставить колесо на его радиальную поверхность и не подвергать его резкому и высокому нагреву (выше 140 градусов Цельсия).
- Оптические колеса: Особенно аккуратно обращаться, так как они хрупкие.
Установка считывающей головки:
Плоскость датчика должна быть перпендикулярна нормали колеса энкодера. Зазор между считывающей головкой и колесом выставляется по щупу, который идет в комплекте. Рекомендуется использовать пластиковые щупы вместо металлических.
Общая проверка и диагностика:
После установки системы её необходимо протестировать. Для этого нужно подать питание на энкодер и считывать сигналы с него. Для этой задачи подойдет источник питания и двухканальный осциллограф. Если есть специализированные приборы для диагностики, это ещё лучше.
PWM 20, 21, 10 от Хайденхайн
GEL 210 от Ленорд Бауер.
Ключевая задача — убедиться в уровне и характере сигнала.
При правильной подготовке и аккуратности у вас все получится!
Подобранный материал с рекомендациями по настройке и монтажу.
#состав_шпинделя
После замены энкодера или колеса энкодера требуется настройка, или юстировка измерительной системы.
Установка колеса:
Если в шпинделе используется синхронный мотор, управление им сложнее, и нулевая точка колеса должна совпадать с нулевым магнитным полем мотора. Вероятно, после переустановки измерительной системы потребуется адаптация мотора с энкодером.
Также существует общее требование к радиальному биению колеса энкодера — не более 0,02 мм. Повышенное биение влияет на стабильность уровня сигнала, так как изменяется зазор между считывающей головкой (энкодером) и штрихами колеса энкодера.
Со всеми видами колес нужно обращаться аккуратно при демонтаже и монтаже, избегать ударных нагрузок и поддерживать чистоту.
Особенности обращения с колесами:
- Магнитные колеса: Необходимо размагничивать инструмент, избегать попадания колеса в зону действия других магнитных полей, не ставить колесо на его радиальную поверхность и не подвергать его резкому и высокому нагреву (выше 140 градусов Цельсия).
- Оптические колеса: Особенно аккуратно обращаться, так как они хрупкие.
Установка считывающей головки:
Плоскость датчика должна быть перпендикулярна нормали колеса энкодера. Зазор между считывающей головкой и колесом выставляется по щупу, который идет в комплекте. Рекомендуется использовать пластиковые щупы вместо металлических.
Общая проверка и диагностика:
После установки системы её необходимо протестировать. Для этого нужно подать питание на энкодер и считывать сигналы с него. Для этой задачи подойдет источник питания и двухканальный осциллограф. Если есть специализированные приборы для диагностики, это ещё лучше.
PWM 20, 21, 10 от Хайденхайн
GEL 210 от Ленорд Бауер.
Ключевая задача — убедиться в уровне и характере сигнала.
При правильной подготовке и аккуратности у вас все получится!
Подобранный материал с рекомендациями по настройке и монтажу.
#состав_шпинделя
👍9👏2🔥1
Контуры охлаждения - Часть 1: Зачем, Что, Как?
Из названия понятно, что контуры охлаждения необходимы для охлаждения.
Самый распространённый контур охлаждения — это рубашка охлаждения мотора шпинделя. Её задача — снимать избыточный нагрев с мотора.
Существуют и другие контуры охлаждения, например, контур охлаждения подшипников передней и задней опоры. Охлаждение может также применяться к ротационному соединению, чтобы торцевые уплотнения работали в нужном температурном режиме.
Охлаждаются также измерительные системы (колесо энкодера и энкодер), чтобы уменьшить погрешность измерений.
Охлаждение применяется к самому валу через систему каналов внутри вала.
А если говорить о системах «вне шпинделя», то охлаждение может применяться к винтам ШВП и станине для стабилизации линейных размеров.
«Что» и «Зачем» мы обсудили. Осталось затронуть тему «Как» охлаждают.
Самый распространённый способ — контуры охлаждения или рубашки охлаждения. Это система незамкнутого контура: внутренняя поверхность выполняет роль спирали, а внешняя — цилиндра. С одной стороны подаётся хладагент, с другой — выходит. Жидкость проходит по спиральному пути, снимает тепло и уходит в чиллер для охлаждения уже самой себя, и так снова и снова. Избыточное тепло уходит, все счастливы.
Альтернативный способ спиральной рубашки — система из большого количества прямолинейных цилиндрических каналов, которые сообщаются между собой по торцевым поверхностям. Этот метод проще в изготовлении, но менее эффективен.
По ссылке подборка различных контуров охлаждения.
В следующий раз я расскажу о причинах выхода из строя, связанных с контурами охлаждения, и требованиях к хладагентам.
#состав_шпинделя
Из названия понятно, что контуры охлаждения необходимы для охлаждения.
Самый распространённый контур охлаждения — это рубашка охлаждения мотора шпинделя. Её задача — снимать избыточный нагрев с мотора.
Существуют и другие контуры охлаждения, например, контур охлаждения подшипников передней и задней опоры. Охлаждение может также применяться к ротационному соединению, чтобы торцевые уплотнения работали в нужном температурном режиме.
Охлаждаются также измерительные системы (колесо энкодера и энкодер), чтобы уменьшить погрешность измерений.
Охлаждение применяется к самому валу через систему каналов внутри вала.
А если говорить о системах «вне шпинделя», то охлаждение может применяться к винтам ШВП и станине для стабилизации линейных размеров.
«Что» и «Зачем» мы обсудили. Осталось затронуть тему «Как» охлаждают.
Самый распространённый способ — контуры охлаждения или рубашки охлаждения. Это система незамкнутого контура: внутренняя поверхность выполняет роль спирали, а внешняя — цилиндра. С одной стороны подаётся хладагент, с другой — выходит. Жидкость проходит по спиральному пути, снимает тепло и уходит в чиллер для охлаждения уже самой себя, и так снова и снова. Избыточное тепло уходит, все счастливы.
Альтернативный способ спиральной рубашки — система из большого количества прямолинейных цилиндрических каналов, которые сообщаются между собой по торцевым поверхностям. Этот метод проще в изготовлении, но менее эффективен.
По ссылке подборка различных контуров охлаждения.
В следующий раз я расскажу о причинах выхода из строя, связанных с контурами охлаждения, и требованиях к хладагентам.
#состав_шпинделя
👍5❤2🔥1💯1
EMAG USC-11 - сборка.
А вот видео с одним из моих любимых проектов — ремонтом большого токарного шпинделя Emag USC-11.
На видео есть момент монтажа рубашки охлаждения мотора в корпус.
А вот видео с одним из моих любимых проектов — ремонтом большого токарного шпинделя Emag USC-11.
На видео есть момент монтажа рубашки охлаждения мотора в корпус.
👍13❤2🔥2
Контуры охлаждения. Часть 2: Требования к охлаждающей жидкости и последствия неправильной эксплуатации.
...Просто используй правильный теплоноситель и не ошибайся. Можно было бы на этом закончить, но давайте разберемся подробнее.
Основные требования к охлаждающей жидкости — это состав, температура, степень фильтрации и объем.
Список требований.
Состав:
Теплоноситель нужно правильно подготовить — дистиллированная вода плюс покупной компонент. Такой подход предотвращает разрушение резиновых уплотнений, содержит ингибиторы коррозии (что снижает коррозию и разрушение рубашки охлаждения) и значительно повышает температуру кипения до 170 градусов Цельсия, снижая риск испарения жидкости.
Температура:
На чиллере должно быть выставлено +1 градус. Если окружающая среда 25 градусов, температура теплоносителя должна быть 26 градусов. Это предотвращает образование конденсата внутри шпинделя, что может привести к выходу мотора из строя и коррозии внутри шпинделя.
Степень фильтрации и корректный объем заполнения:
Объем проверяем по уровню на баке, чистоту фильтрации — по состоянию механических фильтров. После фильтрации фракция включений должна быть не более 100 мкм.
Проверяем все раз в неделю.
Это необходимо, чтобы каналы рубашки охлаждения не забивались и охлаждающая жидкость эффективно циркулировала.
Герметичность контуров охлаждения:
- Давление в контурах — 2-3 бара.
- Объемный расход — 5-15 литров в минуту.
Контур должен быть герметичен, чтобы утечки отсутствовали.
Правилом хорошего тона у производителей шпинделей является наличие детекторов утечек в контурах охлаждения. Если у вас есть такая опция, не пренебрегайте контролем.
В подборке на этот раз — фотографии забитых и сгнивших рубашек охлаждения.
Хочется добавить, что при правильном обслуживании проблем не будет.
#состав_шпинделя
...Просто используй правильный теплоноситель и не ошибайся. Можно было бы на этом закончить, но давайте разберемся подробнее.
Основные требования к охлаждающей жидкости — это состав, температура, степень фильтрации и объем.
Список требований.
Состав:
Теплоноситель нужно правильно подготовить — дистиллированная вода плюс покупной компонент. Такой подход предотвращает разрушение резиновых уплотнений, содержит ингибиторы коррозии (что снижает коррозию и разрушение рубашки охлаждения) и значительно повышает температуру кипения до 170 градусов Цельсия, снижая риск испарения жидкости.
Температура:
На чиллере должно быть выставлено +1 градус. Если окружающая среда 25 градусов, температура теплоносителя должна быть 26 градусов. Это предотвращает образование конденсата внутри шпинделя, что может привести к выходу мотора из строя и коррозии внутри шпинделя.
Степень фильтрации и корректный объем заполнения:
Объем проверяем по уровню на баке, чистоту фильтрации — по состоянию механических фильтров. После фильтрации фракция включений должна быть не более 100 мкм.
Проверяем все раз в неделю.
Это необходимо, чтобы каналы рубашки охлаждения не забивались и охлаждающая жидкость эффективно циркулировала.
Герметичность контуров охлаждения:
- Давление в контурах — 2-3 бара.
- Объемный расход — 5-15 литров в минуту.
Контур должен быть герметичен, чтобы утечки отсутствовали.
Правилом хорошего тона у производителей шпинделей является наличие детекторов утечек в контурах охлаждения. Если у вас есть такая опция, не пренебрегайте контролем.
В подборке на этот раз — фотографии забитых и сгнивших рубашек охлаждения.
Хочется добавить, что при правильном обслуживании проблем не будет.
#состав_шпинделя
👍9✍2🔥1🤝1