Sensory w obrabiarkach CNC

Ostatnie dekady rozwoju przemysłu to ogromny postęp w technologii – celem jest: większa dokładność, wydajność i niezawodność produkcji. Można to uzyskać m.in. dzięki zastosowaniu nowoczesnych obrabiarek CNC (komputerowo sterowanych numerycznie). Inteligentne komponenty obrabiarek CNC, w postaci integracji różnych czujników (sensorów), członów wykonawczych i oprogramowania pozwalają na monitorowanie procesów obróbki i stanów obrabiarek oraz umożliwiają aktywne wpływanie na warunki realizowanego procesu. Głównym przesłaniem niniejszej książki jest wykazanie, że współczesne rozwiązania mechatroniczne umożliwiają największy postęp w dziedzinie rozwoju obrabiarek. Umożliwiają wzrost wydajności obróbki, jakości wytwarzanych elementów, niezawodności, jak i efektywności, z uwzględnieniem kosztów produkcji, zasobów i zużycia energii. Na książkę składa się wiele praktycznych rozdziałów, przykładowo: sensory w serwonapędach posuwu obrabiarek sterowanych numerycznie, sensory do monitorowania i diagnostyki obrabiarek, sensory do kalibracji obrabiarek CNC, rozwiązania mechatroniczne stosowane w obrabiarkach. Publikacja jest kierowana zarówno do profesjonalistów – inżynierów konstruktorów maszyn, obrabiarek, użytkowników obrabiarek w zakładach przemysłowych, służb utrzymania ruchu, ale także do studentów automatyki i robotyki, mechatroniki, mechaniki i budowy maszyn oraz nauk pokrewnych.

Spis treści

Stosowane oznaczenia 9 1 Wstęp 13 2 Rola sensorów w systemach wytwórczych 15 3 Podstawowe charakterystyki sensorów 27 4 Klasyfikacja czujników 44 5 Materiały stosowane do budowy czujników 49 5.1. Podział ogólny materiałów 49 5.2. Przewodniki, półprzewodniki i dielektryki 52 5.3. Materiały magnetyczne 58 5.4. Materiały optyczne 61 5.5. Materiały ferroelektryczne 65 6 Zjawiska fizyczne wykorzystywane w sensorach 68 6.1. Elektryczność 69 6.2. Magnetyzm 70 6.3. Zjawisko piezoelektryczne 73 6.4. Zjawisko piezorezystancyjne 75 6.5. Zjawisko termoelektryczne 76 6.6. Zjawisko piroelektryczne 79 6.7. Efekt Halla 81 6.8. Zjawisko fotoelektryczne 83 6.9. Zjawisko Gaussa (magnetorezystancji) 89 6.10. Zjawisko elektrostrykcji 93 6.11. Zjawiska magnetostrykcyjne 94 6.12. Efekt Wieganda 96 6.13. Efekty elektrooptyczne 97 6.14. Efekty magnetooptyczne 99 6.15. Zjawisko termooptyczne 101 6.16. Efekt Dopplera 102 7 Sensory w zautomatyzowanych systemach obróbkowych 105 8 Sensory w serwonapędach obrabiarek sterowanych numerycznie 113 8.1. Serwonapędy w zespołach posuwu 113 8.2. Sensory położenia zespołów ruchowych obrabiarek 117 8.2.1. Pomiar położenia kątowego 119 8.2.1.1. Enkodery optoelektroniczne 119 8.2.1.2. Enkodery magnetyczne 126 8.2.1.3. Enkodery indukcyjne 129 8.2.1.4. Enkodery pojemnościowe 137 8.2.1.5. Czynniki uwzględniane przy wyborze enkoderów obrotowych 141 8.2.2. Pomiar położenia liniowego 142 8.2.2.1. Liniały optoelektroniczne 145 8.2.2.2. Liniały magnetyczne 149 8.2.2.3. Liniały indukcyjne 154 8.2.2.4. Liniały pojemnościowe 158 8.3. Precyzyjne pomiary położenia 160 8.4. Sensory prędkości obrotowej w serwonapędach 172 8.5. Sensory do pomiaru przyspieszeń w napędach posuwu 173 8.6. Sensory do pomiaru prądu 176 9 Ogólne zasady diagnostyki i nadzoru obrabiarek 178 10 Sensory w zespołach obrabiarki i układach korekcyjnych 183 10.1. Sensory do diagnostyki stanu podzespołów obrabiarki 183 10.1.1. Sensory w zespołach wrzecionowych 186 10.1.2. Sensory do monitorowania stanu cieczy obróbkowej 194 10.1.3. Sensory do monitorowania układu smarowania 197 10.2. Sensory wykorzystywane w układach korekcyjnych 198 10.2.1. Sensory w układach kompensacji odkształceń cieplnych 198 10.2.2. Sensory w adaptacyjnych układach regulacji 202 11 Sensory do monitorowania i diagnostyki narzędzi 205 11.1. Bezpośrednie metody monitorowania i diagnostyki narzędzi 207 11.2. Pośrednie metody monitorowania i diagnostyki narzędzi 214 11.2.1. Układy do pomiaru sił i momentów oraz naprężeń 217 11.2.2. Układy do pomiaru mocy i prądu 225 11.2.3. Układy do pomiaru emisji akustycznej 228 11.2.4. Układy do pomiaru drgań 234 11.2.5. Układy do pomiaru temperatury narzędzia 238 11.2.6. Układy do pomiaru rezystancji powłok narzędzi 243 12 Sensory do monitorowania i diagnostyki procesu obróbki 246 12.1. Diagnostyka drgań samowzbudnych 247 12.2. Diagnostyka postaci wióra 249 13 Sensory do monitorowania i diagnostyki przedmiotów obrabianych 255 13.1. Sondy przedmiotowe do pomiarów geometrycznych 256 13.2. Sonda do pomiaru temperatury przedmiotów obrabianych 264 13.3. Sondy do pomiaru średnic przedmiotów podczas szlifowania 264 13.4. Sondy do pomiaru chropowatości przedmiotu na obrabiarce 266 14 Sensory stosowane do kalibracji obrabiarek CNC 269 14.1. System do pomiaru dokładności obróbki kształtowej obrabiarek CNC typu ballbar 271 14.2. Interferometry laserowe do oceny stanu technicznego obrabiarek 275 14.3. Kalibratory osi obrotowych obrabiarek 279 14.4. Systemy do pomiarów wieloosiowych 284 14.5. Śledzący interferometr laserowy do kalibracji osi liniowych i obrotowych 287 15 Rozwiązania mechatroniczne wbudowane w obrabiarkach 291 15.1. Rozwiązania mechatroniczne do kompensacji odkształceń termicznych 292 15.2. Rozwiązania do poprawy dokładności pozycjonowania i położenia 294 15.3. Rozwiązania do redukcji drgań 295 15.4. Rozwiązania do kompensacji odkształceń narzędzia 298 15.5. Koncepcja inteligentnej obrabiarki 300 16 Trendy rozwojowe w dziedzinie obrabiarek i sensoryki obrabiarkowej 303 Bibliografia 311