Amikor a szervomotorok elengedhetetlenné válnak a CNC teljesítményéhez

A CNC kérdés a menetfúrónál kezdődik.

A szervómotorokat gyakran drága fejlesztésként emlegetik CNC gépekhez. Ez a leírás azonban figyelmen kívül hagyja a fontosabb mérnöki kérdést.

A valódi kérdés az, hogy a gép képes-e elvégezni a szükséges folyamatot anélkül, hogy elveszítené a szinkronizációt, pozíciót vagy a gyártási következetességet.

A merev menetfúrás azonnal feltárja ezt a különbséget. A főorsó forgásának és a Z-tengely előtolásának végig szinkronban kell maradnia a teljes menetfúrási ciklus alatt.

Minden főorsófordulatnak meg kell egyeznie a programozott axiális mozgással. Ez a mozgás pontosan meg kell, hogy feleljen a szükséges menetemelkedésnek.

Egy nyitott hurkú mozgásrendszer nem tudja megerősíteni, hogy a parancsolt mozgás valóban megtörtént-e. Bármilyen kihagyott mozgás károsíthatja a menetet vagy eltörheti a menetfúrót.

1. ábra. A sikeres merev menetfúrás a programozott menetemelkedés megtartásától függ a behatolás, visszafordulás és visszahúzás során.

A szervó főorsó enkóder visszacsatolást használ, hogy jelentse tényleges pozícióját. A CNC vezérlő így összehangolhatja a főorsó forgását a Z-tengely mozgásával.

A furat alján a főorsó szabályozott pozíciónál képes megfordulni. A menetfúró ezután követi a meglévő menetútvonalat kifelé.

Ez az összehangolás csökkenti a lebegő menetfúró tartók iránti függőséget. Támogatja az ismételhető, automatizált menetfúrást folyamatos gyártás során.

A zárt hurkú visszacsatolás megváltoztatja a mozgásrendszert.

A vezérlő tudja, mit tett valójában a motor.

A léptetőmotor parancsolt lépésekben mozog. Egy alapvető nyitott hurkú rendszerben a vezérlő feltételezi, hogy minden parancsolt lépés végrehajtásra került.

Ez a feltételezés akkor működik, ha a terhelések kiszámíthatóak maradnak. Kockázatossá válik, ha a vágóerők, gyorsulás vagy a gép súrlódása változik működés közben.

A szervómotor folyamatosan jelzi pozícióját az enkóderén keresztül. A vezérlő összehasonlítja a parancsolt pozíciót a mért pozícióval.

Hiba megjelenésekor a hajtás képes a motor kimenetét korrigálni. Ez a korrekció a gép működése közben történik.

Az eredmény erősebb pozíciószabályozás a változó terhelések alatt. Ez javítja az ismételhetőséget gyors gyorsulás és összetett szerszámpályák esetén is.

Magában a sebességben nem rejlik az előny.

A szervórendszereket gyakran választják magasabb fordulatszámokhoz. Azonban a szabályozott nyomaték és pozíció-visszanyerés ugyanolyan fontos.

Egy géptengelynek gyorsulnia, lassulnia és meg kell állnia anélkül, hogy elveszítené a parancsolt helyzetét. Ezek a követelmények rövid gyártási ciklusok alatt növekednek.

Azok az olvasók, akik teljes mozgásarchitektúrákat értékelnek, megtekinthetik az ipari gépekben használt hajtás- és mozgásvezérlő alkatrészeket.

2. ábra. Az enkóder csatlakozás megkülönbözteti a visszacsatolásos szervo rendszert az alap nyitott hurkú léptetőmotoros elrendezéstől.

A léptetőmotoroknak még mindig van helyük

A léptetőmotorok továbbra is széles körben használatosak, mert gyakorlati mozgásvezérlést kínálnak alacsonyabb rendszerköltséggel.

Kevesebb visszacsatoló alkatrészt igényelnek, és általában könnyebben konfigurálhatók. Ez az egyszerűség előnyös a belépő szintű gépek és korlátozott gyártási környezetek számára.

Tipikus alkalmazások közé tartozik a gravírozás, 3D nyomtatás, NYÁK feldolgozás, fa marás és prototípus gyártás.

Ezek az alkalmazások gyakran mérsékelt sebességeket és kiszámítható terheléseket használnak. Pozíciókövetelményük nem indokolhat teljes szervo architektúrát.

Ezekhez a gépekhez egy megfelelő méretű léptetőmotor kielégítő teljesítményt nyújthat. Az alacsonyabb beszerzési költség javítja a berendezés elérhetőségét is.

Problémák akkor jelentkeznek, amikor az alkalmazás túllépi ezeket a működési feltételeket. Egy léptetőmotor pozíciót veszíthet anélkül, hogy értesítené a vezérlőt.

Jelentős hőt is termelhet, mert sok rendszer magas áramot tart fenn akkor is, amikor a motor alig terhelt.

A nagyobb vágóerők tovább növelhetik az elmaradt lépések kockázatát. A keletkező hiba rejtve maradhat, amíg az elkészült alkatrészt meg nem vizsgálják.

A gyártási igények feltárják a szervo előnyeit

A szervómotorok egyre értékesebbek, amikor a gép teljesítménye közvetlenül befolyásolja a termelékenységet, a selejtarányt vagy a szerszám élettartamát.

A merev menetfúrás egyértelmű példa. Más alkalmazások közé tartozik a precíziós marás, fémesztergálás, plazmavágás, robotika és nagysebességű anyagmozgatás.

Ezek a folyamatok több mozgást igényelnek két pont között. Szabályozott mozgást követelnek meg változó mechanikai körülmények között.

Egy CNC marógép, amely fémet vág, hirtelen terhelésváltozásokat tapasztalhat. Egy szervo rendszer képes felismerni a kialakuló pozícióhibát és reagálni a hajtáson keresztül.

Egy ipari robotnak ezerszám kell ismételnie a mozgásokat működési ciklusok során. Az enkóder visszacsatolás segít megőrizni ezt az ismételhetőséget a terhelés változásakor.

Egy gyártó esztergagépnek össze kell hangolnia a főorsó és a tengely mozgását. A zárt hurkú vezérlés szorosabb szinkronizációt támogat a megterhelő megmunkálási műveletek során.

3. ábra. Az enkóder mérései lehetővé teszik a szervohajtás számára, hogy a mozgáshibákat még azelőtt észlelje, mielőtt azok korrigálatlan pozícióvesztéssé válnának.

A hőviselkedés a megbízhatóságra is hatással van

A szervo motor általában a szükséges nyomatéknak megfelelő áramot vesz fel. Az áramigény csökkenhet tétlen vagy alacsony terhelésű működés közben.

Sok léptető rendszer jelentős áramot tart fenn a tényleges mechanikai terheléstől függetlenül. Ez a működési minta felesleges hőt termelhet.

Az alacsonyabb hő nem garantálja automatikusan a gép hosszabb élettartamát. Azonban a hőszabályozás fontos a motorok, hajtások, csapágyak és a közeli elektronika számára.

A csökkentett hőtermelés ezért stabilabb működést támogat. Ez az előny hosszabb gyártási műszakok alatt válik jelentősebbé.

A gépgyártók a mért mozgás felé haladnak

A szélesebb mozgásvezérlési piac fokozatosan olyan rendszerek felé halad, amelyek a teljesítményt mérik, nem pedig feltételezik.

A gépgyártók egyre inkább használnak enkóder visszacsatolást, hajtásdiagnosztikát és vezérlőadatokat a mozgáshibák azonosítására, mielőtt a gyártási minőség romlana.

Ez a trend nem jelenti azt, hogy a léptetőmotorok eltűnnének. A költségtudatos gépek továbbra is használni fogják őket, ahol a folyamat kiszámítható marad.

Az ügyfelek azonban most rövidebb ciklusokat, szorosabb tűréseket és jobb gyártási adatokat várnak el. Ezek az elvárások a zárt hurkú vezérlést támogatják.

A szervo hajtások olyan információkat is szolgáltatnak, amelyek támogatják a karbantartási döntéseket. A pozícióhibák és a működési korlátok feltárhatják a kialakuló mechanikai problémákat.

Az elavult mozgáshardvert cserélő üzemek megvizsgálhatják a rendelkezésre álló szervo hajtásokat a kompatibilis javítások vagy rendszerfrissítések tervezésekor.

Saját véleményem: a folyamatkockázat alapján vásároljunk, ne a motor ára szerint

A léptető- és szervomotor közötti választás nem a motor árán kell, hogy alapuljon.

A döntést a pozícióvesztés, a szerszámkárosodás, az elutasított alkatrész vagy a megszakított gyártási ciklus költségével kell kezdeni.

A léptetőmotor továbbra is ésszerű választás, ha a terhelés stabil és az alkalmi pozícionálási kockázat elfogadható.

A szervo erősebb választás, ha a szinkronizáció, az ismételhetőség és a terhelés alatti korrekció alapvető folyamatkövetelmény.

A merev menetfúrás ezt a különbséget egyértelműen megmutatja. A művelet ellenőrzött koordináción alapul, nem feltételezett mozgáson.

A gyártási szintű CNC berendezéseknél a szervo vezérlés nem csupán egy prémium funkció. Gyakran a folyamat képességének része.