Подводящие магистрали и фитинги подключения

В шпиндель подается не так много технологических жидкостей. Разберем их все:

- Масло или воздух в гидро- или пневмоцилиндр.
- СОЖ через корпус в лейки подачи СОЖ.
- Воздух в лабиринт и для обдува конуса.
- Масляно-воздушная смесь в подшипники передней и задней опоры (от двух до шести каналов, в зависимости от количества подшипников. Обычно к каждому подшипнику идет свой канал).
- Охлаждающая жидкость для контуров охлаждения (вода, тосол).

Все эти среды подаются извне и подключаются к шпинделю через различные фитинги. Фитинги могут быть резьбовые и быстросъемные. Очень важно следить за тем, чтобы соединение было герметичным, так как даже небольшие утечки в долгосрочной перспективе могут привести к скоплению масла, СОЖ или охлаждающей жидкости в верхней части шпинделя и последующему залитию механизма.

После фитингов технологические жидкости попадают в проводящие магистрали — трубки. Магистрали тоже могут быть выполнены по-разному:

- Отверстия в корпусе.
- Металлические трубки, проходящие через корпус.
- Полимерные трубки, проходящие через корпус.
- Металлические/полимерные магистрали вне корпуса.

Как правило, магистраль проходит не через одну деталь, а через несколько — задний фланец, корпус, передний фланец. Места стыков уплотняются резиновыми уплотнениями. Важно следить за утечками в этих стыках.

Практически все технологические жидкости оставляют отложения и загрязняют магистрали, поэтому их необходимо либо менять, либо очень тщательно промывать.

Если магистраль — это отдельная трубка, ее замена не вызывает больших сложностей. Однако если магистраль — это канал внутри корпуса, тогда доступна только прочистка.

Самые чувствительные к загрязнению магистрали — это магистрали подачи масла в подшипник, так как грязь из магистрали будет попадать в подшипник. Такие магистрали мы меняем в процессе ремонта или многократно моем и продуваем высоким давлением.

Остальные магистрали можно промывать, но это лучше делать регулярно, раз в 6-12 месяцев, а не дожидаться полного их забивания.

Количество отложений также зависит от качества технологических сред и правильности подключения и прокладки магистралей.

В этой подборке я собрал рекомендации по требованиям к качеству сред и магистралей, а также советы по обслуживанию.

А тут общая папка с информацией и фотографиями.

Эти знания помогут допускать меньше ошибок и работать с минимальными простоями.

#состав_шпинделя

Дополнительная электроника. Часть 1. Датчики и системы мониторинга

Ранее я уже писал про датчики, когда обсуждал систему обратной связи — энкодеры, а также про автоматическую смену инструмента — датчики системы фиксации инструмента.
В шпинделях встречаются и другие электронные компоненты и датчики.

Давайте рассмотрим, что еще может быть установлено:
1 Термодатчики. Они, как правило, установлены в обмотке электродвигателя и в подшипниковых опорах.
2 Датчики вибрации. Устанавливаются рядом с зоной обработки — максимально близко к передней опоре.
3 Датчики автоматической балансировки. Обычно встречаются в шлифовальных шпинделях и нужны для точной балансировки шлифовального круга.
4 Датчики измерения линейных перемещений. Используются для тепловой компенсации.
5 Датчики утечки. Устанавливаются в дренажные системы, например, в дренаж ротационной муфты, чтобы вовремя обнаружить утечку и оперативно отреагировать.

Кроме того, могут быть установлены специальные модули для сбора информации с датчиков и ультразвуковые генераторы для создания вспомогательной вибрации при обработке.

На следующей неделе я расскажу подробнее про каждый тип датчиков.

#состав_шпинделя

Часть 2. Температурные датчики

Задача температурного датчика может быть различной:

1. Отследить критически высокую температуру и сработать. Это защитный тип, и чаще всего он применяется в обмотке электродвигателя.

2. Постоянно отслеживать фактическую температуру и фиксировать её. Это отслеживающий тип датчика для мониторинга и чаще всего применяется для контроля температуры подшипников.

Самые распространённые температурные датчики в шпинделях — датчики KTY84, PT100, PT1000, RPTC.

Все это PTC-термисторы, и они бывают двух основных типов:

Линейные PTC-термисторы:

- Сопротивление изменяется плавно и примерно линейно с изменением температуры.
- Примеры: платиновые RTD-датчики (например, PT100, PT1000) и кремниевые термисторы серии KTY.
- Применение: точное измерение температуры в широком диапазоне.

Примеры:

KTY84

PT100

PT 1000

Переключающие PTC-термисторы (позисторы):

- Сопротивление изменяется резко при достижении определённой температуры, известной как точка Кюри.
- Применение: защита от перегрева, ограничение пусковых токов, стабилизация температуры в нагревательных элементах.

Пример: EPCOS B59770C01120A070

Вывод: необходимо правильно определять тип датчика при его замене, чтобы показания были корректными.

Важные условия эксплуатации:

При ремонте шпинделя мы проводим испытания мотора: баланс фаз, проверка сопротивления обмотки, тесты на пробой на корпус и т.д., а после сборки подключаем моторы на стенде. При таких тестах есть риск повреждения температурных датчиков.

Чтобы уменьшить этот риск, нужно при отключении температурных датчиков замыкать их накоротко, так же как резервные датчики.

И, конечно же, до и после всех испытаний нужно измерить сопротивление датчика при температуре окружающей среды и при более высокой температуре (например, 40 или 50 градусов) и сравнить показания до и после, чтобы быть уверенным в корректной работе температурного датчика.

Эти рекомендации помогут избежать ошибок при выборе датчиков, диагностике неисправностей и решении проблем, если они возникнут.

#состав_шпинделя

Часть 3. Вибродатчики и АСБ

В шпиндельных узлах датчики вибрации применяются для мониторинга и реализации функций адаптивного резания. Мониторинг я видел, но адаптивное резание не встречал ни разу.

Для контроля вибрации используются компактные трёхосевые акселерометры.

Самый распространённый бренд — Kistler

Можно подобрать аналог у Российского производителя - ГлобалТест.

Сам датчик — прецизионный и дорогостоящий компонент, ориентировочная стоимость — от 2 000 евро.

Если датчик вышел из строя, а он не использовался или использовался только как инструмент производителя оборудования для контроля и «отсечения» гарантии, то рациональнее такой датчик отключить, а не менять на новый.

Совершенно другое дело — вибродатчик для автоматической балансировки.

Это очень удобные и полезные устройства, которые определяют уровень дисбаланса, строят математическую модель и путём смещения массы грузов осуществляют автоматическую балансировку всей системы.

Применяются такие балансировочные системы в шпинделях, которые вращают большие шлифовальные круги для круглой шлифовки.

Примеры производителей таких систем:

— Balance Systems
— MPM Balancing Systems

Эти знания помогут принимать взвешенные решения по замене компонентов.

#состав_шпинделя

Часть 4. Датчики измерения линейных перемещений

Все знают о таком эффекте, как тепловое расширение: если говорить совсем просто, то при повышении температуры размеры металлических деталей и компонентов увеличиваются.

В высокоточных станках, для обеспечения микронных точностей, очень важно компенсировать этот эффект.

Компенсация осуществляется по-разному:

• Зона обработки охлаждается.
• Шпиндель охлаждается контурами охлаждения.
• Через ШВП (шарико-винтовую передачу) циркулирует хладагент для термостабильности.

Существует множество различных методов — всё это борьба за термостабильность, и, как правило, она комплексная.

Однако не только температура влияет на изменение размеров; центробежные силы при высоких скоростях вращения шпинделя также изменяют его линейные размеры.

В прецизионной обработке крайне важно, чтобы инструмент находился в определённом заданном положении.

Поэтому наряду с вышеперечисленными методами борьбы за термостабильность применяются специальные прецизионные датчики измерения расстояния с точностью до 2 мкм.

Такие датчики, как правило, устанавливаются на переднюю опору шпинделя, например, на лабиринтное уплотнение, и измеряют, как меняется размер кольца лабиринта.

Далее данные об изменениях температур и размеров обрабатывает стойка станка и строит компенсационную модель движения осей для сохранения размеров.

А теперь вернёмся к нашим датчикам и посмотрим, какие они бывают и как работают.

Основные производители, которые чаще всего встречаются:

• Micro-Epsilon
• Baumer
Принцип работы этих датчиков примерно следующий:

Он основан на индукции вихревых токов. Катушка в корпусе датчика генерирует высокочастотный переменный ток, создавая электромагнитное поле. Когда это поле взаимодействует с проводящим материалом (кольцом нашего лабиринтного уплотнения), в нём индуцируются вихревые токи, что изменяет импеданс катушки (комплексное сопротивление). Это изменение пропорционально расстоянию между датчиком и лабиринтом, что позволяет измерять перемещения без контакта.

Более детально можно почитать в технических инструкциях к этим датчикам.

И вот мы подходим к самому важному — эти знания позволяют нам понять, что это вихретоковые датчики или вихретоковые преобразователи, и подобрать аналоги у российских производителей, таких как
Глобал Тест или ZETLAB.

#состав_шпинделя

Часть 5. Модули определения утечек: полезно, дорого, очень просто.

Я писал про контуры охлаждения и про то, что они должны быть герметичны.

Это важно для того, чтобы жидкости не попали внутрь шпинделя: электрика не повредилась, электроника не вышла из строя, смазка из подшипников не вымылась и не образовалась коррозия.

Активной защитой от утечек являются детекторы утечек и системы дренажных отверстий.

Но дренажи не всегда находятся в удобных для наблюдения местах. А порой оператор или служба обеспечения работы может даже не знать об их существовании.

В этом случае помогают датчики утечек. Они работают по принципу: если есть определённый поток жидкости — подавай сигнал в стойку, а дальше система сигнализирует об ошибке.

Это очень удобно и помогает вовремя отреагировать и избежать серьёзных поломок.

При небольшой утечке через дренаж ротационного соединения можно отключить внутреннюю подачу СОЖ и заменить ротационную муфту без риска выхода из строя всего шпинделя. Если вовремя не отреагировать, то придётся комплексно ремонтировать шпиндель и, скорее всего, перематывать мотор.

Такая же история может произойти, если контур охлаждения мотора или контур охлаждения опор потеряет герметичность.

Теперь поговорим про эти модули — рассмотрим модуль определения утечки от OTT Jakob.

У модуля есть 2 режима работы:

- Режим обнаружения износа. Система будет выдавать ошибку при утечке в 100 мл/мин на протяжении 30 секунд или 250 мл/мин на протяжении 10 секунд.

- Режим обнаружения отказа. Система будет выдавать ошибку при утечке более 250 мл/мин на протяжении 10 секунд.

Когда датчик фиксирует утечку, то сигнал меняется с 24 В на 0 В — это позволяет достаточно просто интегрировать систему в логику работы станка.

Скорее всего, чувствительный элемент, который измеряет уровень потока, работает на принципе пьезоэлектрического сенсора или дифференциального давления.

Устройство OTT Jakob достаточно сложное, точное и дорогостоящее — стоит примерно 3 000 евро.

Franz Kessler решил упростить свой детектор и сделал датчик с камерой: если утечка небольшая, то камера не успевает заполниться жидкостью, а если утечка большая, то успевает. В верхней точке есть обрыв электрической цепи, жидкость его замыкает, и выдаётся сигнал — вот так всё просто! Но этот датчик тоже дорого стоит — примерно 1500 евро ))))

Если подобрать аналог, то можно найти не уступающее по функционалу устройство в десятки раз дешевле.

Готовых решений у русских производителей я не нашёл, но если устанавливать решения от IFM или SICK, то тоже получится сэкономить, а главное, что можно установить эти системы туда, где просто стоят визуальные детекторы утечек и дренажи. За 500—1000 евро можно найти достойные варианты.

Такие системы однажды сэкономят вам кучу денег на ремонте и спасут от долгого простоя.

По ссылке подборка с материалом: инструкция на OTT, список Русских производителей.

#состав_шпинделя

Часть 6.
Модули генерации вибрации или как работает ULTRASONIC

Есть такая технология — обработка с ультразвуком.
Смысл заключается в том, что на инструмент накладывается высокочастотная вибрация в ультразвуковом диапазоне, примерно 40 кГц и с небольшой амплитудой — 2 мкм.

С такой вибрацией обработка происходит легче, снижаются силы резания, увеличивается стойкость инструмента. Вот тут можно посмотреть примеры с вибрацией и без нее.

Реализуется это следующим образом: в шпинделе установлен специальный модуль с пьезоэлектрическими элементами, и при подаче на этот модуль высокочастотного электрического сигнала от специального генератора сигнал в модуле преобразуется в механические колебания.

Эти модули устанавливаются максимально близко к конусу шпинделя.

Касательно электрического сигнала — тут тоже не всё просто: напряжение от 10 до 100 вольт, а частота от 20 до 40 кГц — достигается это специальным отдельно стоящим устройством — ультразвуковым генератором.

Так как человеческое ухо не воспринимает звук выше 20 кГц, а перемещение в 2 мкм тактильно тоже не ощутить, то при работе всей этой системы будет складываться ощущение, что ничего не происходит. ))

Диагностировать такие модули сложно и дорого — нужен лазерный виброметр, который в состоянии зафиксировать вибрацию в этом диапазоне.

Такие технологии применяются в станках DMG Ultrasonic и DAMA SA.

Шпиндели, где можно увидеть возбудители вибрации: GMN, IBAG, TDM.

А углубиться в тему можно, прочитав эту статью, в конце которой есть ещё много ссылок.

А здесь подборка материала.

#состав_шпинделя