Amikor a szervomotorok nélkülözhetetlenné válnak a CNC teljesítményéhez

A CNC kérdése a menetfúrónál kezdődik

A szervomotorokról gyakran úgy beszélnek, mint a CNC-gépek drága fejlesztéséről. Ez a megfogalmazás figyelmen kívül hagyja a fontosabb mérnöki kérdést.

A valódi kérdés az, hogy a gép képes-e a szükséges folyamatot a szinkron, a pozíció vagy a gyártás egyenletességének elvesztése nélkül végrehajtani.

A merev menetfúrás azonnal láthatóvá teszi ezt a különbséget. Az orsó forgásának és a Z-tengely előtolásának a teljes menetfúrási ciklus során szinkronban kell maradnia.

Minden orsófordulatnak meg kell egyeznie a programozott tengelyirányú mozgással. Ennek a mozgásnak pontosan meg kell felelnie a szükséges menetemelkedésnek.

A nyílt hurkú mozgásrendszer nem tudja megerősíteni, hogy a kiadott mozgás valóban megtörtént-e. Bármilyen kihagyott mozgás károsíthatja a menetet vagy eltörheti a menetfúrót.

1. ábra. A merev menetfúrás sikere attól függ, hogy a programozott menetemelkedés a behatolás, a megfordulás és a kihúzás során végig megmaradjon.

A szervoorsó jeladó-visszacsatolást használ a tényleges pozíciójának jelentésére. A CNC-vezérlő így össze tudja hangolni az orsó forgását a Z-tengely mozgásával.

A furat alján az orsó szabályozott pozícióban megfordulhat. A menetfúró ezután kifelé, a meglévő menetpályát követve halad.

Ez az összehangolás csökkenti a lebegő menetfúró-tartók használatától való függést. Emellett támogatja az ismételhető, automatizált menetfúrást folyamatos gyártás során.

A zárt hurkú visszacsatolás megváltoztatja a mozgásrendszert

A vezérlő tudja, mit végzett ténylegesen a motor

A léptetőmotor a megadott lépésekben mozog. Egy alapvető, nyílt hurkú rendszerben a vezérlő feltételezi, hogy minden kiadott lépés végrehajtódott.

Ez a feltételezés akkor működik, ha a terhelések kiszámíthatók maradnak. Kockázatossá válik azonban, amikor a forgácsolóerők, a gyorsulás vagy a gép súrlódása működés közben megváltozik.

A szervomotor a jeladóján keresztül folyamatosan jelenti a pozícióját. A vezérlő összehasonlítja a megadott pozíciót a mért pozícióval.

Hiba megjelenésekor a hajtás módosítani tudja a motor kimenetét. Ez a korrekció működés közben történik, miközben a gép tovább üzemel.

Az eredmény nagyobb pozíciószabályozási pontosság változó terhelések mellett. Emellett javítja az ismételhetőséget gyors gyorsításkor és összetett szerszámpályák esetén.

A sebesség önmagában nem magyarázza az előnyt

A szervorendszereket gyakran a nagyobb forgási sebesség miatt választják. Ugyanakkor a szabályozott nyomaték és a pozíció helyreállítása ugyanolyan fontos.

Egy géptengelynek gyorsulnia, lassulnia és stabilizálódnia kell anélkül, hogy elveszítené a számára megadott pozíciót. Ezek a követelmények rövid gyártási ciklusok esetén még fontosabbá válnak.

A teljes mozgásarchitektúrákat értékelő olvasók áttekinthetik az ipari gépekben használt elérhető hajtásokat és mozgásvezérlési komponenseket is.

2. ábra. A jeladó csatlakozása különbözteti meg a visszacsatolt vezérlésű szervorendszert az egyszerű, nyílt hurkú léptetős elrendezéstől.

A léptetőmotoroknak továbbra is megvan a maguk helye

A léptetőmotorokat továbbra is széles körben használják, mert alacsonyabb rendszerköltség mellett praktikus mozgásvezérlést kínálnak.

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

Tipikus alkalmazások közé tartozik a gravírozás, a 3D-nyomtatás, a NYÁK-feldolgozás, a faipari marás és a prototípusgyártás.

Ezek az alkalmazások gyakran mérsékelt sebességet és kiszámítható terhelést használnak. Pozicionálási követelményeik nem feltétlenül indokolják a teljes szervóarchitektúrát.

Ezekhez a gépekhez a megfelelően méretezett léptetőmotor kielégítő teljesítményt nyújthat. Az alacsonyabb beszerzési költség az eszközök hozzáférhetőségét is javítja.

A problémák akkor jelentkeznek, amikor az alkalmazás túllép ezeken az üzemi feltételeken. A léptetőmotor pozíciót veszíthet anélkül, hogy értesítené a vezérlőt.

Jelentős hőt is termelhet, mivel számos rendszer nagy áramerősséget tart fenn akkor is, amikor a motor csak kis terhelést visel.

A nagyobb forgácsolóerők tovább növelhetik a lépéskihagyás kockázatát. Az ebből eredő hiba rejtve maradhat egészen a kész darab ellenőrzéséig.

A gyártási követelmények feltárják a szervo előnyeit

A szervomotorok egyre értékesebbé válnak, amikor a gép teljesítménye közvetlenül befolyásolja az áteresztőképességet, a selejtarányt vagy a szerszám élettartamát.

A merev menetfúrás egyértelmű példa erre. További alkalmazások közé tartozik a precíziós marás, a fémesztergálás, a plazmavágás, a robotika és a nagy sebességű anyagmozgatás.

Ezek a folyamatok többet igényelnek két pont közötti mozgásnál. Szabályozott mozgást igényelnek változó mechanikai körülmények között.

A fémet forgácsoló CNC-marógép hirtelen terhelésváltozásokat tapasztalhat. A szervorendszer képes felismerni a kialakuló pozícióhibát, és a hajtáson keresztül reagálni rá.

Egy ipari robotnak több ezer üzemelési cikluson keresztül meg kell ismételnie a mozgásokat. A jeladó visszacsatolása segít megőrizni ezt az ismételhetőséget a terhelés változásakor.

Egy gyártóesztergának össze kell hangolnia az orsó és a tengely mozgását. A zárt hurkú vezérlés szorosabb szinkronizálást tesz lehetővé az igényes megmunkálási műveletek során.

3. ábra. Az enkóder mérései lehetővé teszik, hogy a szervohajtás észlelje a mozgáshibákat, mielőtt azok korrigálatlan pozicionálási veszteséggé válnának.

A hőviselkedés a megbízhatóságot is befolyásolja

A szervomotor általában a szükséges nyomatéknak megfelelő áramot vesz fel. Az áramigény üresjáratban vagy kis terhelés mellett csökkenhet.

Számos léptetőrendszer a tényleges mechanikai terheléstől függetlenül jelentős áramerősséget tart fenn. Ez az üzemeltetési minta szükségtelen hőt termelhet.

Az alacsonyabb hőmérséklet önmagában nem garantálja automatikusan a gép hosszabb élettartamát. A hőszabályozás azonban továbbra is fontos a motorok, a hajtások, a csapágyak és a közeli elektronikai alkatrészek szempontjából.

A kisebb hőtermelés ezért stabilabb működést támogathat. Az előny hosszabb gyártási műszakok során jelentősebbé válik.

A gépgyártók a mért mozgás felé haladnak

A mozgásvezérlés tágabb piaca fokozatosan olyan rendszerek felé mozdul, amelyek mérik a teljesítményt ahelyett, hogy feltételeznék azt.

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

Ez a tendencia nem jelenti azt, hogy a léptetőmotorok eltűnnek. A költségérzékeny gépek továbbra is használni fogják őket, ahol a folyamat kiszámítható marad.

A vásárlók azonban ma már rövidebb ciklusidőt, szűkebb tűréseket és jobb gyártási adatokat várnak el. Ezek az elvárások a zárt hurkú vezérlésnek kedveznek.

A szervohajtások olyan információkat is biztosítanak, amelyek támogathatják a karbantartási döntéseket. A pozícióhibák és az üzemi határértékek jelezhetik a kialakuló mechanikai problémákat.

A régi mozgásvezérlő hardvert lecserélő üzemek a kompatibilis javítások vagy rendszerfrissítések tervezésekor megtekinthetik az elérhető szervohajtásokat.

Véleményem: a folyamatkockázat alapján vásároljon, ne a motor ára alapján

A léptetőmotor és a szervomotor közötti döntést nem a motor árával kell kezdeni.

A döntést egy elvesztett pozíció, a sérült szerszám, a selejtes alkatrész vagy a megszakadt gyártási ciklus költségével kell kezdeni.

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

A szervomotor akkor a jobb választás, ha a szinkronizálás, az ismételhetőség és a terhelés alatti korrekció alapvető folyamatkövetelmény.

A merev menetfúrás jól szemlélteti ezt a különbséget. A művelet ellenőrzött összehangolást igényel, nem feltételezett mozgást.

Gyártási szintű CNC-berendezéseknél a szervovezérlés nem egyszerűen prémiumfunkció. Gyakran a folyamatképesség része.