Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Použití servomotorů na obráběcích strojích

Firma KEZ s. r. o. použila při rekonstrukci obráběcích strojů SAY 6/32 a Gildemeister AS-67 s úspěchem měniče frekvence Altivar a servopohony Lexium od společnosti Schneider Electric. Vícevřetenové soustružnické automaty typu SAY 6/32 a Gildemeister AS-67 mohou při obrábění používat šest až osm vřeten současně (podle typu stroje). Vřetena jsou nesena v tzv. vřetenovém bubnu, který se vždy po vykonání pracovní operace přetočí o jednu pozici dále a rozpracovaný obrobek se dostane k další výrobní operaci. Obrobek tak postupně prochází všemi pozicemi. Dobré produktivity práce se tak dosahuje i u velmi složitých obrobků. Obráběcí nástroje jsou upevněny na podélných a příčných suportech, takže v každé pracovní pozici se může na obrábění dílce podílet i více nástrojů. Elektrické vybavení stroje v součinnosti s jeho mechanickými prvky má zajistit mimo jiné pohon vřeten a pohon posuvů (pohyb suportů a přetáčení vřetenového bubnu).
 

Obráběcí stroj SAY 6/32

Šestivřetenový soustružnický automat SAY 6/32, vyrobený v ZPS a. s. Zlín v roce 1980 (obr. 1), umožňuje obrábět tyčový materiál o průměru až 32 mm.
 

Původní řešení pohonu stroje

Pro pohon vřeten stroje byl používán klasický třífázový asynchronní motor. Počet otáček vřeten se měnil výměnou sad ozubených kol v převodovce. Vzhledem k omezenému počtu kol byl omezen i rozsah otáček.
 
Posuvy byly poháněny servomotorem a změna otáček se nastavovala již jako parametr na operátorském panelu stroje. Stroj prošel kompletní generální opravou strojních celků a výměnou celé elektroinstalace.
 

Nynější řešení pohonu stroje

Nyní jsou vřetena poháněna klasickým třífázovým asynchronním motorem o výkonu 18,5 kW se jmenovitými otáčkami 1 460 min–1. Motor byl doplněn snímačem polohy (encoder) typu 1XP8001-2 (HTL1024) a ventilátorem nuceného chlazení. Pro řízení motoru byl zvolen měnič frekvence Altivar typu ATV71HD18N4 a karta VW3 A3 401, určená pro připojení snímače polohy. Tím byl splněn požadavek na rozsah počtu otáček vřeten 30 až 4 000 min–1.
 
Pro pohon posuvů byl použit servomotor Lexium BSH 2051 M11F2A (36 N·m, 2 200 min–1) a servoměnič Lexium LXM 05AD57N4 s ovládacím modulem brzdy typu VW3 M3103.
 
Servomotor se používá pro pohon podélných a příčných suportů (obr. 2). Lineární pohyb je odvozen od rotačního pohybu vačkových hřídelí. Stejný servomotor je určen i pro otáčení vřetenového bubnu.
 
Během pracovního cyklu je použit pracovní posuv konstantní rychlostí, pak následuje vysunutí nástrojů ze záběru a přetočení vřetenového bubnu pomocí tzv. rychloposuvu. Servomotor se tedy přepíná mezi dvěma rychlostmi. Změna rychlostí musí proběhnout v co nejkratší době. Doba rychloposuvu musí být co nejkratší, protože operace přetočení představuje neproduktivní, ztrátový čas. Rychlost rychloposuvu je však limitována mechanickou konstrukcí stroje.
 
Doba rychloposuvu se udává v sekundách a nejkratší požadovaná doba rychloposuvu je 1 s. Běžně jsou jednotlivé doby na stroji nastaveny takto: celková doba cyklu potřebná na zhotovení jednoho kusu obrobku je 10 s, z toho činí doba pracovního posuvu 9 s a rychloposuv 1 s.
 

Obráběcí stroj Gildemeister AS-67

Osmivřetenový soustružnický automat Gildemeister AS-67 (obr. 4), vyrobený v Německu v roce 1982, obrábí tyčový materiál o maximálním průměru 67 mm.
 

Původní řešení stroje

Stroj měl jediný (hlavní), třífázový asynchronní motor a složitou převodovku pro pohon jak vřeten, tak i posuvů. Změny otáček vřeten a rychlosti posuvů bylo dosaženo výměnou sad ozubených kol. Vzhledem k omezenému počtu kol byl omezen rozsah otáček i možnosti nastavování rychlosti posuvů. Přepínání mezi pracovním posuvem a rychloposuvem zajišťovaly elektromechanické spojky, pro zastavení posuvů stroje byla použita elektromechanická brzda (spojka ve funkci brzdy).
 

Nynější řešení pohonu stroje

Stroj prošel kompletní generální opravou strojních celků, úpravou primárního převodu pro posuvy a výměnou celé elektroinstalace (obr. 5). V současné době jsou vřetena poháněna asynchronním motorem o výkonu 22 kW s počtem otáček v rozpětí 1 500 až 8 000 min–1. Jde o motor určený speciálně pro pohon vřeten obráběcích strojů standardně vybavený snímačem polohy (např. typ HTL 1024) a ventilátorem nuceného chlazení. Motor je řízen pomocí měniče frekvence
Altivar ATV71HD18N4 a karty k připojení snímače polohy VW3 A3 401.
 
Převodový poměr otáček motoru k otáčkám vřetena je 1,8 :1. Pro vřeteno je požadován rozsah otáček 130 až 1 600 min–1, proto musí být na hřídeli motoru otáčky v rozsahu 234 až 2 880 min–1. Výstup měniče frekvence je 7,8 až 96 Hz. Minimální otáčky se pro trvalý provoz téměř nepoužívají, stroj pracuje spíše v horní polovině rozsahu.
 
Pro posuvy byl použit servomotor Lexium BSH 1404 M11F2A s krouticím momentem 33,4 N·m a otáčkami 1 500 min–1 doplněný servoměničem Lexium LXM 05AD57N4 a ovládacím modulem brzdy VW3 M3103. Bylo dosaženo převodového poměru mezi servomotorem a hlavní náhonovou hřídelí 100 :1. Tento servomotor je určen pro pohon podélných a příčných posuvů. Lineární pohyb je odvozen od rotačního pohybu vačkových hřídelí. Tento servomotor rovněž zajišťuje otáčení vřetenového bubnu do požadovaných poloh.
 
Požadované nejkratší době rychloposuvu 2,5 s odpovídá počet otáček servomotoru 1 310 min–1. Při maximální rychlosti činí okamžitý proud 4,3 A (měřeno nástroji v Power Suite). Okamžitý krouticí moment je tudíž 13,54 N·m (momentová konstanta: N·m/A = 3,12).
 

Závěr

Počet otáček vřeten i velikost posuvů se v současnosti u obou strojů nastavují prostřednictvím operátorského panelu. Žádná převodová kola se již nevyměňují, z celé převodovky zůstaly jen základní převody s trvalým převodovým poměrem. Rovněž byly odstraněny elektromechanické spojky a brzda, protože jejich funkce nyní zajišťuje servomotor. V požadovaném rozsahu se počet otáček nastavuje v krocích po jedné otáčce za minutu a posuvy po 0,1 s. Takto je možné nastavit pro danou technologii obrábění téměř ideální podmínky. U stroje Gildemeister, který je větší a má i větší setrvačné hmoty, se díky nově navrženému převodu pro posuvy mohl použít dokonce menší servomotor než u stroje SAY 6/32.
 
Po modernizaci strojů se veškeré provozní parametry nastavují s využitím operátorského panelu podle přání zákazníka. Nově byla navržena i elektroinstalace stroje tak, aby jeho provoz odpovídal platným normám pro bezpečnost. Pomocí bezpečnostních modulů Preventa jsou monitorovány tyto stavy: stav obvodu nouzového zastavení, nulové otáčky vřeten a zavření krytů pracovního prostoru.
 
Výrazné zlepšení lze pozorovat i u spolehlivosti strojů, a to i vlivem použití nových moderních komponent společnosti Schneider Electric.
Ing. Roman Pavelka, KEZ s. r. o.
 
Schneider Electric CZ, s. r. o.
Zákaznické centrum
tel.: 382 766 333, fax: 382 515 820
 
Obr. 1. Šestivřetenový soustružnický automat SAY 6/32
Obr. 2. Řešení pohonu posuvů soustružnického automatu SAY 6/32
Obr. 3. Rozváděč modernizovaného soustružnického automatu SAY 6/32
Obr. 4. Osmivřetenový soustružnický automat Gildemeister AS-67
Obr. 5. Rozváděč modernizovaného soustružnického automatu Gildemeister AS-67
Obr. 6. Řešení pohonu posuvů soustružnického automatu Gildemeister AS-67