Sisteme de măsurare pentru axe cu turaţii mari, utilizate la prelucrările de precizie

Calitate & Control

de Dr. Johannes Heidenhain

Sisteme de măsurare pentru axe cu turaţii mari, utilizate la prelucrările de precizie

Axele principale influenţează în mare măsură funcţionalitatea şi aparţin componentelor cheie ale maşinii-unelte. Proprietăţile unei axe principale  sunt stabilite de construcţie, de acţionare şi de sistemul de lăgăruire, dar şi sistemele de măsurare utilizate au o influenţă semnificativă  în performanţele axului.

La ora actuală, în construcţia de maşini există trendul pentru maşini-unelte compacte cu productivitate tot mai ridicată. Cerinţele cresc atât în raport cu productivitatea cât şi cu calitatea prelucrării. Asta înseamnă că la degroşare se pune accent pe volumul mare de aşchii, iar la finisare pe precizia foarte mare şi pe o calitate perfectă a suprafeţei. De asemenea, o influenţă tot mai mare o au complexitatea tot mai mare a pieselor prelucrate şi condiţiile de lucru variabile datorate seriilor mici de piese.

Avantajele tehnicii de acţionare directă

Creşterea preciziei de prelucrare a unei maşini-unelte trebuie luată în calcul încă din faza de proiectare a acesteia, ţinându-se cont de ea şi în timpul execuţiei. Acţionările directe se evidenţiază printr-o uzură scăzută, un necesar de întreţinere minim şi o productivitate mare. Totodată, acţionrile directe se disting printr-o construcţie compactă.

Avantajele acţionării directe sunt foarte importante în cazul utilizării la un ax principal. Datorită faptului că  sunt eliminate elementele mecanice de transmisie, acţionarea este mult mai rigidă, permiţând astfel deplasări foarte dinamice şi precise. Faţă de acţionările convenţionale, cele directe asigură în prelucrare forţe şi turaţii mai mari, acestea fiind strict necesare în cazul prelucrării materialelor moderne, în primul rând din punct de vedere economic. Acţionarea directă a axului principal are efecte pozitive şi în cazul prelucrărilor unde se impun turaţii mici deoarece, prin eliminarea elementelor mecanice de transmisie, se reduc abaterile datorate elasticităţii şi a jocurilor la schimbarea sensului, obţinând în acest fel o precizie mai ridicată a prelucrării.

Precizii mai ridicate ale axelor principale sunt necesare şi datorită creşterii complexităţii pieselor prelucrate. Nu sunt puţine cazurile când anumite mişcări de prelucrare se pot face doar prin combinarea axelor de avans cu poziţia axelor principale.

Calitatea semnalului sistemului de măsurare are o influenţă mai mare asupra comportamentului la poziţionarea şi acţionarea sculei după eliminarea din construcţia axului principal a elementelor mecanice de transmisie. De exemplu, controlerul de viteză calculează direct din informaţiile de poziţie ale sistemului de măsurare, curenţii nominali, care apoi frânează  sau accelerează corespunzător motorul. Abaterile informaţiilor de poziţie au ca efect un comportament neregulat al acţionării  şi supraîncălzirea axului principal, eventual zgomote în lagăre. Din aceste motive, sistemele de măsurare şi calitatea semnalului acestora au o importanţă deosebită.

Poza 1: Complexitatea crescândă a pieselor şi rigiditatea mare a maşinilor solicită o precizie mai mare de la axul principal şi de la sistemele de măsurare

Calitate ridicată a semnalului

Calitatea semnalului, respectiv eroarea de interpolare, sunt influenţate în principal de mărimea perioadei de semnal. Din acest motiv sistemele de măsurare cu gradaţii mecanice „ grosiere” sunt înlocuite cu sisteme de măsurare cu precizie mai mare.

În timp ce sistemele de măsurare cu citire optică şi cu gradaţii fine sunt folosite, de obicei, la aplicaţii cu turaţii mici (tipic mai mică decât 2000 rot/min), sistemele de măsurare magnetice sunt ideale pentru axele principale. Perioadele de semnal disponibile de circa 400 μm şi 1000 μm satisfac cerinţele de precizie şi de turaţie. Sistemele de măsurare cu 400 μm se comportă mai bine din punctul de vedere al preciziei decât sistemele cu 1000 μm. La un diametru de 75,44 mm, sistemele au 600 de gradaţii şi sunt  deci mult mai precise decât o roată dinţată cu dimensiuni similare.

Pe lângă mărimea perioadei de semnal, o influenţă mare asupra calităţii semnalului o are şi eroarea relativă de interpolare. Prin utilizarea de senzori cu benzi speciale de rezistenţă aranjate pe suport de sticlă, această eroare a sistemelor de măsurare magnetice este, ca de altfel la majoritatea encoderelor de la HEIDENHAIN, mai mică decât 1 % din perioada de semnal. Datorită acestui fapt sunt generate semnale de ieşire cu o calitate ridicată, pentru o deplasare constantă.

Poza 2: Encodere magnetice ERM pentru axul principal

O mare „insensibilitate” la murdărie

La maşinile-unelte sistemul de măsurare este expus la solicitări mari datorate lichidului de răcire şi a şpanului. Etanşarea este îngreunată de turaţiile mari ale motorului axului principal. Din acest motiv este necesar un sistem de măsurare care să nu fie sensibil la murdărie. Prin construcţia lor robustă, sistemele de măsurare magnetică satisfac pe deplin această cerinţă. Gradaţia permanent magnetică MAGNODUR® şi  principiul de citire magnetorezistiv nu sunt sensibile la murdărie. De aceea sistemele de măsurare pot fi folosite în medii cu multă umezeală, praf sau ceaţă de ulei.

Sistem de măsurare cu ax găurit (gaură străpunsă), cu diametrul găurii mare (raportat la dimensiunile encoderului)

ERM-urile sunt de ani de zile encoderele preferate pentru axa C la strunguri. Aici sunt prevăzute diametre interioare mari pentru a nu avea limitări la prelucrarea din bară. La montarea pe axul principal,  de exemplu la maşini de frezat, avem nevoie de o construcţie foarte compactă. De aceea HEIDENHAIN a creat seria ERM 2400 (perioada de semnal de circa 400 μm) şi ERM 2900 (perioada de semnal de circa 1000 μm), care sunt ideale pentru aplicaţii cu spaţiu de montare mic şi turaţii mari. Aceste encodere se execută cu diferite diametre.

Tamburul are o lăţime de numai 11 mm şi sunt construite în varianta cu diametrul interior lis sau cu caneluri. Varianta cu diametrul lis se asigură împotriva rotaţiei prin strângere. Varianta cu caneluri se poate fixa ori prin strângere ori printr-o asigurare împotriva răsucirii. Pentru a putea lucra cu turaţii mari chiar şi la prelucrarea cu schimbare de sens de rotaţie la această ultimă variantă s-a ales o formă deosebită  a diametrului interior al tamburului. Amândouă variantele asigură un diametru interior mare în raport cu diametrul exterior. De exemplu, un tambur cu diametrul exterior de 64,37 mm are diametrul interior de 40 mm. Tamburul are un paralelism mare între cele 2 feţe , acest lucru permiţând montarea lui uşoară între componentele axului.

Capul de citire este construit foarte compact, acest lucru făcând posibilă montarea lui în spaţii foarte mici.

Poza 3: Tamburul ERM 2405 cu diametrul interior canelat

Turaţii mari

Tambururile sunt astfel concepute încât să poată să lucreze la turaţii mari. Un tambur cu diametrul exterior de 64,37 mm şi cu diametrul interior lis permite lucrul la o turaţie de până la  42.000 rot/min. La specificarea turaţiei maxime admise au fost luate în calcul solicitări extreme. Prin aceasta este garantată prelucrarea la turaţia maximă admisă a encoderului, ca şi prelucrarea mult mai solicitantă cu aceeaşi turaţie maximă dar cu schimbarea periodică a sensului de rotaţie. Determinarea turaţei maxime admise în regim de schimbare periodică a sensului se bazează pe 10⁷ schimbări de sarcină şi asigură astfel cerinţele unei funcţionări de durată.

Montaj simplu

Montajul tamburului şi a capului de citire sunt simple şi sunt posibile fără a fi necesare reglaje complicate. La montare, tamburul se împinge pe axul pe care trebuie montat. Centrarea se face pe o bandă de pe interiorul tamburului. Pentru a minimaliza pe cât posibil excentricitatea gradaţiei faţă de lăgăruire, datorată montajului, şi astfel să avem o precizie cât mai mare, diametrul interior este astfel conceput încât să aibă un joc minim între inelul de centrare şi axul principal al maşinii. Astfel, se poate demonta uşor, de exemplu în cazul unei tamponări a axului principal. Strângerea tamburului se face circular, pe toată suprafaţa lui.

La sfârşit se monteză  capul de citire, care se reglează faţă de tambur cu ajutorul unei folii calibrate. Folia se aşează pe diametrul exterior al tamburului iar capul se tamponează pe folie, apoi se strâng şuruburile. În cazul respectării toleranţelor de montaj prescrise nu mai este necesară verificarea semnalelor de ieşire sau reglajul ulterior.

Interfaţă digitală

Pe lângă semnalele de ieşire sinusoidale informaţiile de poziţie se pot transmite şi prin interfaţa EnDat 2.2. Pentru aceasta semnalele incrementale sunt transformate în itemuri seriale în capul de citire. La această transformare are loc şi o interpolare de 14 biţi, prin care se obţine un control preliminar ideal. Suplimentar se pot utiliza, cu ajutorul interfeţei EnDat 2.2, o mulţime de avantaje, ca de exemplu iniţializare şi siguranţă mare la transferul datelor. Capetele de citire cu interfaţă serială sunt doar cu puţin mai mari decât cele incrementale. Referinţa absolută se face cu ajutorul mărcilor de referinţă, ca şi la cele digitale. Pentru a uşura trecerea prin punctul de referinţă,  trebuie folosite la capetele cu interfeţe seriale, tamburi cu mărci de referinţă  codificate.

Rezumat

Cerinţele crescânde referitoare la productivitate şi la calitatea suprafeţei prelucrate conduc la necesitatea folosirii pe scară tot mai largă a acţionărilor directe la axul principal. Datorită faptului că nu se mai folosesc transmisii mecanice, importanţa sistemului de măsurare în obţinerea unei precizii ridicate este tot mai mare. Pe lângă aceasta axele principale se caracterizează prin construcţie compactă şi turaţii mari. Toate aceste cerinţe sunt îndeplinite de seriile ERM 2400 şi ERM 2900. Aceste encodere se evidenţiează şi prin insensibilitatea la murdărie şi prin montajul simplu, acest lucru şi cele de mai sus le fac ideale pentru utilizarea la axele principale.



 


 


 


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.


Da, sunt de acord