Skluzné kroužky pro obráběcí stroje: Aplikace, typy a průvodce výběrem

Co je kluzný kroužek obráběcího stroje?

Sběrný kroužek je rotační elektrické rozhraní, které udržuje elektrickou kontinuitu mezi stacionární strukturou a rotační sestavou. V závislosti na aplikaci může přenášet střídavé nebo stejnosměrné napájení, digitální nebo analogové signály, zpětnou vazbu kodéru, průmyslovou komunikaci, Ethernet nebo několik typů obvodů současně.

Klíčovým bodem je, že samotný počet obvodů nedefinuje aplikaci. Deset nízkoúrovňových signálových obvodů vytváří velmi odlišné požadavky na design než deset výkonových obvodů, zatímco stroj přenášející jak výkon motoru, tak vysokorychlostní data zavádí další úvahy o uspořádání kanálů, stínění, elektrickém šumu a konektorech.

U sestav, které vyžadují, aby hřídel nebo jiné součásti procházely středem, akluzný kroužek s průchozím otvoremje často jednou z prvních architektur k hodnocení.

Kde se používají sběrací kroužky v obráběcích strojích?

CNC otočné stoly a indexovací stoly

Otočné a indexovací stoly mohou obsahovat svorky, snímače, kodéry, napájené přípravky nebo ovládací zařízení, která musí zůstat připojena, když se stůl otáčí. Tam, kde rotace přesahuje praktický pohyb kabelového řetězu nebo vyžaduje neomezený pohyb, může rotační elektrické rozhraní eliminovat navíjení kabelu kolem osy.

První otázky jsou obvykle mechanické: Prochází hřídel středem? Kolik radiálního a axiálního prostoru je k dispozici? Indexuje se stůl příležitostně nebo se otáčí nepřetržitě? Odpovědi pomáhají určit, zda je realistická konfigurace s průchozím otvorem, kompaktní nebo vlastní konfigurace.

Rotující vřetena, nástrojové hlavy a živá centra

Některé obráběcí hlavy, vřetena a uspořádání živého centra potřebují napájecí nebo měřicí signály na rotační straně. Tyto instalace často kladou větší důraz na dostupnou obálku, vyvážení, provozní rychlost, vedení kabelů a způsob, jakým je stacionární strana sběracího kroužku omezena.

Pro instalace, kde je axiální výška obzvláště omezená, mohou inženýři také porovnat konvenční válcové konstrukce s akroužek na palačinky. Plošší obal může vyřešit jeden problém s balením a zároveň vytvořit kompromisy v různých průměrech, kabelážích nebo výkonu, takže výběr by měl řídit mechanické uspořádání.

Rotační svařovací a vysokoproudé přípravky

Svařování, pokovování, zahřívání a další vysokoproudé procesy by neměly být považovány za běžné aplikace signálního kroužku. Proud na cestu, odpor připojení, tepelné chování, pracovní cyklus, velikost vodiče, způsob zakončení a uspořádání uzemnění – to vše se stává důležitější.

Pro tento typ aplikace je určen účelovězařízení pro přenos svařovacího proudumůže být vhodnější než snažit se zvýšit kapacitu kombinací běžných signálových obvodů.

Senzory, kodéry a průmyslová data

Moderní obráběcí stroje mohou na rotační sestavu umístit senzory přiblížení, teplotní senzory, kodéry, kamery, měřicí zařízení, servo zpětnou vazbu nebo síťová zařízení.

U těchto obvodů určete skutečný signál nebo protokol spíše než požadujte obecný „datový kanál“. Ethernet, zpětná vazba kodéru, analogové měření a základní digitální I/O nekladou stejné elektrické požadavky.

Je-li vyžadován Ethernet, mělo by být rozhraní vyhodnoceno pro zamýšlenou implementaci Ethernetu, spíše než se předpokládat, že bude fungovat, protože má dostatek vodičů. IEEEPracovní skupina 802.3vyvíjí standardy Ethernet, zatímco praktická rotační aplikace také vyžaduje, aby výrobce sběracích kroužků potvrdil kompatibilitu s požadovaným spojem. Příklad souvisejícího produktu naleznete na webuGigabit Ethernet slip ring.

Klíčové požadavky na kluzné kroužky obráběcích strojů

1. Napětí a proud na obvod

Začněte se skutečným elektrickým zatížením každého okruhu. Neuvádějte pouze celkový výkon spotřebovaný strojem.

• Identifikujte provoz AC nebo DC.
• Zaznamenejte normální proud pro každý okruh.
• V případě potřeby identifikujte podmínky spouštění, brzdění, zahřívání nebo jiné špičkové podmínky.
• Ve specifikaci oddělte obvody vysokého proudu od obvodů nízkoúrovňového signálu.
• Potvrďte jmenovité hodnoty ve skutečném provozním prostředí a pracovním cyklu.

Požadavek na vysoký proud nebo vysoké napětí může změnit konstrukci kontaktu, izolaci, velikost vodiče, uspořádání svorek, tepelné chování a fyzickou velikost sběrného kroužku. Tyto požadavky by proto měly být identifikovány před výběrem krytu pouze proto, že se hodí.

2. Funkce obvodu, integrita signálu a data

Namísto zaslání specifikace, jako je „20 drátů“, popište, co dělá 20 obvodů. Užitečný seznam okruhů může rozlišovat:

• výkon motoru nebo pohonu;
• řídicí výkon 24 VDC;
• digitální I/O;
• analogové signály senzorů;
• kanály kodéru;
• Ethernet nebo jiný průmyslový komunikační protokol;
• tam, kde je to vhodné, vyhrazené uzemňovací nebo spojovací cesty.

Když citlivé signály sdílejí stejné rotační rozhraní s výkonnějšími obvody, zaslouží si další pozornost uspořádání kanálů, konstrukce kabelů, stínění, zemnící strategie a elektrické rušení. Průvodce webustabilní přenos signálu přes sběrací kroužkyposkytuje další kontext pro tuto část návrhu.

3. Rychlost otáčení a pracovní cyklus

Samotné maximální otáčky nejsou úplnou specifikací rychlosti. Dva stroje se stejnou špičkovou rychlostí mohou klást velmi odlišné provozní požadavky.

Poskytněte dodavateli:

• normální provozní otáčky;
• maximální otáčky;
• nepřetržitý nebo přerušovaný provoz;
• typický čas strávený v rychlosti;
• frekvence start-stop;
• změny směru;
• indexování versus plynulé otáčení.

Například tabulka, která indexuje několik stupňů mezi operacemi, by neměla být automaticky považována za osu běžící nepřetržitě po celou výrobní směnu. Vysokorychlostní aplikace mohou vyžadovat zvýšenou pozornost kontaktní technologii, vyvážení, ložiskům, teplu, vibracím a životnosti. Další pozadí je k dispozici v článku na webudesign vysokorychlostního sběracího kroužku.

4. Bore Size, Outer Diameter, and Installation Envelope

Elektrická specifikace může být správná a produkt může stále selhat jako integrační volba, pokud nevyhovuje stroji.

Definovat:

• požadovaný středový otvor;
• maximální vnější průměr;
• dostupná axiální délka;
• způsob připevnění rotoru;
• omezení statoru;
• směr výstupu kabelu;
• vůle konektoru;
• okolní pohyblivé součásti.

Kde není potřeba středový otvor a instalace je malá, akroužek kapslemůže poskytnout kompaktnější architekturu. Konečný výběr stále závisí na skutečných elektrických, rychlostních a environmentálních požadavcích.

5. Chladicí kapalina, olej, prach, vlhkost a mytí

"Průmyslové prostředí" je příliš široké na to, aby šlo o užitečnou specifikaci těsnění. Skluzný kroužek vystavený pouze příležitostnému rozstřiku chladicí kapaliny čelí jinému stavu než ten, který se nachází v přímém mytí, vodivém prachu, abrazivním znečištění nebo trvalé vlhkosti.

Popište skutečnou expozici. Pokud je vyžadována klasifikace IP, určete cíl na základě ochrany skříně potřebné pro stroj.IEC 60529definuje IP kód používaný ke klasifikaci stupňů ochrany krytu. Vysvětlení webuIP hodnocení sběrného kroužkumůže pomoci propojit tuto terminologii s výběrem sběracího kroužku.

6. Údržba, opotřebení a dostupnost

Výrobní stroj by měl být hodnocen nejen z hlediska počátečních nákladů na komponenty, ale také z hlediska přístupu k službám. Zvažte, zda sběrný kroužek lze zkontrolovat nebo vyměnit bez větší demontáže stroje, jak bude přístup ke kabelům a konektorům a jakou údržbu vyžaduje zvolená kontaktní technologie.

Tam, kde jsou během uvádění do provozu nebo údržby důležité ověřovací postupy, použijte příručku pro dané místojak otestovat sběrací kroužekposkytuje užitečnou navazující referenci.

Běžné typy sběracích kroužků pro aplikace obráběcích strojů

Matice pro výběr skluzného kroužku obráběcího stroje

Následující matice je pomůckou při rozhodování, nenahrazuje potvrzení konečného návrhu s výrobcem sběracích kroužků.

Kluzný kroužek vs. Rotační spojka v obráběcích strojích

Sběrný kroužek a rotační spojka řeší různé problémy s převodovkou.

A sběrací kroužekpřenáší elektrickou energii, signály nebo data mezi stacionárními a rotujícími součástmi. Arotační svazekpřenáší tekutiny nebo plyny, jako je stlačený vzduch, chladicí kapalina, hydraulický olej, mazání nebo vakuum.

Některé obráběcí stroje potřebují obojí. V takovém případě může kombinovaná sestava zjednodušit integraci, ale elektrická a kapalinová strana by přesto měly být specifikovány samostatně. Tato stránka jerozsah pneumatických sběracích kroužkůahybridní konfigurace sběracích kroužkůilustrují typy integrovaných řešení, o kterých lze uvažovat.

Jak vybrat kluzný kroužek pro obráběcí stroj

Krok 1: Zmapujte vše, co prochází rotujícím rozhraním

Uveďte všechny silové obvody, signál, datové připojení, zemnící cestu, pneumatické vedení, hydraulické vedení a další služby, které musí procházet osou. To zabraňuje tomu, aby byly mechanické a elektrické požadavky zvažovány odděleně příliš pozdě v návrhu.

Krok 2: Definujte elektrické požadavky podle obvodu

Zaznamenávejte napětí, AC nebo DC provoz, proud na okruh, typ signálu a všechny relevantní špičkové nebo startovací podmínky. Nespoléhejte na celkový jmenovitý výkon stroje.

Krok 3: Identifikujte signály a komunikační protokoly

Oddělte běžné digitální I/O od analogových signálů, kodérů, Ethernetu a další průmyslové komunikace. Tam, kde záleží na citlivosti na hluk, zdokumentujte požadavky na stínění a uzemnění, spíše než je ponechat až do uvedení do provozu.

Krok 4: Popište profil reálné rychlosti

Uveďte normální a maximální otáčky spolu s dobou provozu, frekvencí start-stop, chováním při couvání a tím, zda se osa indexuje nebo otáčí nepřetržitě.

Krok 5: Zmrazte mechanickou obálku

Potvrďte vrtání, vnější průměr, axiální délku, montážní body, vedení kabelů, vůle konektorů a způsob omezení točivého momentu statoru. Prohlédněte si výrobcepokyny k instalacipřed dokončením okolní geometrie stroje.

Krok 6: Definujte prostředí

Specifikujte skutečnou expozici chladicí kapalině, oleji, kovovým částicím, abrazivnímu prachu, vlhkosti, vibracím, teplotě nebo mytí. Vyhněte se použití „sealed“ jako úplný požadavek.

Krok 7: Rozhodněte se, zda je vhodné standardní nebo vlastní

Standardní provedení může být vhodné, pokud elektrické parametry, rychlost, rozměry a prostředí vyhovují stávajícímu produktu. Zakázkové inženýrství se stává relevantnějším, když se současně vyskytuje několik omezení, jako je neobvyklý otvor, smíšený výkon a data, náročné těsnění, speciální konektory, vysoký proud nebo integrace s otočnou spojkou.

Neobvyklé kombinace naleznete v dostupnýchpřizpůsobená řešení sběracích kroužků. Porovnání webustandardní vs. vlastní sběrací kroužkyje také užitečné, než se zbytečně pustíte do vlastního návrhu.

Ilustrativní příklad specifikace obráběcího stroje

Následující příklad je pouze ilustrativní. Nejedná se o hodnocení nebo doporučení produktu.

Zvažte CNC otočný stůl, který potřebuje:

• řídicí výkon 24 VDC;
• zpětná vazba kodéru;
• připojení Gigabit Ethernet;
• středový otvor pro stávající hřídel;
• nepřetržité otáčení během zpracování součásti;
• občas vyšší špičková rychlost;
• rozstřikování chladicí kapaliny kolem oblasti instalace.

Slabý požadavek na dodavatele by byl:

"Potřebujeme 12vodičový sběrací kroužek pro otočný stůl."

Mnohem užitečnější inženýrský brief by identifikoval:

• napětí a proud požadovaný každým silovým obvodem;
• rozhraní kodéru;
• přesný požadavek na Ethernet;
• normální a špičkové otáčky;
• nepřetržitý versus přerušovaný provozní čas;
• minimální průměr vrtání a maximální přípustný vnější průměr;
• dostupná axiální délka;
• expozice chladicí kapalině a požadovaná ochrana krytu;
• omezení montáže a vývodu kabelu.

Tyto dodatečné informace změní konverzaci z "Kolik drátů potřebujete?" na "Které rotační rozhraní dokáže uspokojit kompletní strojní požadavek?"

Běžné chyby při výběru kluzného kroužku obráběcího stroje

Výběr pouze podle počtu okruhů

Stejný počet kanálů může představovat zcela odlišné aplikace. Vždy identifikujte funkci a elektrické požadavky každé cesty.

Použití špičkových otáček jako jediného požadavku na rychlost

Nepřetržité otáčení, časté couvání, příležitostné indexování a události s krátkou špičkovou rychlostí vytvářejí různé provozní profily. Poskytněte dodavateli celý cyklus.

Zacházení s napájecími a datovými kanály stejným způsobem

Citlivé komunikační a měřicí kanály mohou vyžadovat jiné kontakty, stínění, zapojení nebo uspořádání než běžné silové obvody. Pro systémy, kde se jedná o rušení, viz průvodce webustínění pro spolehlivé signály sběracích kroužků.

Výběr krytu před definováním elektrické zátěže

Kryt, který se hodí ke stroji, není automaticky vhodný pro požadované napětí, proud, typ signálu, rychlost nebo prostředí. Elektrický a mechanický výběr by měl probíhat společně.

Nedostatečná specifikace expozice prostředí

„Použití v továrně“ nebo „průmyslové použití“ neříká dodavateli, zda se jednotka setká se suchým prachem, vodivými částicemi, olejovou mlhou, rozstřikem chladicí kapaliny nebo přímým vystavením vodě.

Matoucí procesní uzemnění s ochranným lepením

Rotující elektrická dráha používaná pro svařování, měření nebo jinou procesní funkci by neměla být automaticky považována za splňující požadavky na ochranné spojení celého stroje. Elektrická bezpečnost na úrovni stroje musí být hodnocena podle norem a předpisů platných pro zařízení.IEC 60204-1je důležitou mezinárodní referencí týkající se elektrického vybavení strojů, včetně požadavků na ochranné pospojování.

Kontrolní seznam specifikací kluzného kroužku obráběcího stroje

Princip konečného výběru

Skluzný kroužek obráběcího stroje by měl být vybrán jako součást kompletního rotačního rozhraní, nikoli jako izolovaná elektrická součást.

Začněte tím, co musí překročit osu. Poté definujte elektrickou zátěž, požadavky na signál a komunikaci, skutečný rychlostní profil, mechanickou obálku, prostředí a požadavky na údržbu. Použijte tyto požadavky k zúžení architektury před porovnáním jednotlivých produktů.

Čím přesněji je požadavek na stroj zdokumentován, tím snazší je pro dodavatele určit, zda je vhodný standardní průchozí, kompaktní, vysokoproudý, vysokorychlostní, hybridní nebo přizpůsobený design - a tím nižší je riziko odhalení problému s integrací poté, co byl zbytek stroje již dokončen.