Le codeur de broche est le capteur de base utilisé dans les machines - outils CNC, les robots, les systèmes servo et d'autres équipements pour mesurer l'angle, la vitesse et la direction de rotation de la broche, sa précision et sa stabilité affectent directement la qualité de l'usinage, l'efficacité de l'équipement et les performances dynamiques. Cet article passe au peigne fin les détails techniques clés du codeur de broche, du principe de fonctionnement, des principaux points de sélection, des spécifications d'installation aux stratégies de maintenance.

I. principe de fonctionnement et fonction de base du codeur de broche

1. Principe de mesure
   • Codeur augmenté: détection d'une incision sur le disque de codage par un capteur optoélectronique ou magnéto - électrique, sortie d'un signal impulsionnel de phase A / B (déphasage de 90°) et d'un signal de zéro de phase Z. Le nombre d'impulsions par tour (PPR) détermine la résolution (par exemple, 1000 PPR correspond à 0,36 ° / impulsion).
   • Codeur absolu: le disque de codage est codé en binaire, Code Grey ou SSI (synchronous serial interface), la valeur de la position de sortie directe, les informations de position ne sont pas perdues après la mise hors tension. La résolution est généralement de 12 à 24 bits (par exemple, 16 bits correspondent à 65 536 positions / tour).
   • Codeur hybride: combiné avec les fonctions incrémentales et absolues, il fournit à la fois un signal d'impulsion à haute vitesse et prend en charge la lecture de la position absolue, ce qui convient aux servocommandes de haute précision.
2. Fonctions de base
   • Feedback de vitesse: calculer la vitesse de rotation de la broche par la fréquence des impulsions pour réaliser le contrôle de la vitesse en boucle fermée (par exemple, réglage de la vitesse de la broche de la machine à commande numérique).
   • Contrôle de position: contrôle précis de l'angle de rotation de la broche pour assurer la précision de l'usinage dans des scénarios tels que l'usinage du fil, la table tournante d'indexation et d'autres.
   • Détection de direction: le sens de rotation est jugé par la relation de phase du signal de phase A / B, évitant les erreurs d'usinage causées par le mouvement inverse.
   • Compensation dynamique: dans l'usinage à grande vitesse, surveiller en temps réel les vibrations de la broche et le pendule, ajuster le taux d'alimentation par le système de contrôle, réduire les ondulations de surface.

II. Type d'encodeur de broche: la condition de travail correspondante est la clé

1. Correspondance des paramètres de performance
   • Résolution et précisionPour:
     • L'usinage du filetage de la machine CNC nécessite une résolution de codeur ≤ 0001 ° (par exemple, codeur absolu 20 bits), tandis que la table d'indexation normale peut choisir un codeur 12 - 16 bits.
     • La précision du codeur incrémental est généralement de ± 10 secondes angulaires à ± 1 minute angulaire et la précision du codeur absolu peut aller de ± 1 seconde angulaires à ± 5 secondes angulaires.
   • Vitesse de rotation maximalePour:
     • La vitesse de rotation de la broche du Centre d'usinage à grande vitesse peut atteindre 20 000 à 30 000 tr / min, il est nécessaire de choisir un codeur qui prend en charge la rotation à grande vitesse (par exemple, codeur d'arbre creux, vitesse maximale ≥ 30 000 tr / min).
   • Adaptabilité environnementalePour:
     • Un niveau de protection supérieur à ip65 est requis pour les environnements humides, IP67 pour les environnements poussiéreux et un boîtier en acier inoxydable ou un revêtement spécial pour les environnements corrosifs.
2. Type de signal de sortie
   • Sortie d'impulsion haute vitesse (TTL / Htl): convient pour la transmission à courte distance (< 5m), le câble doit être protégé contre les interférences.
   • Sortie de signal différentiel (RS - 422 / RS - 485): forte capacité anti - brouillage, distance de transmission jusqu'à 50 - 100M, convient aux grandes machines - outils ou aux systèmes de liaison Multi - axes.
   • Sorties bus de terrain (EtherCAT, PROFINET): prend en charge la transmission de données en temps réel et la cascade d'appareils, réduisant la complexité du câblage, mais nécessite un Protocole de bus de contrôleur adapté.
   • Sortie de quantité analogique (0 - 10v / 4 - 20MA): pour la rénovation d'anciens équipements, mais avec une résolution et une résistance aux interférences faibles.
3. Conception d'interface mécanique
   • Codeur d'axe creux: manchonné directement sur la broche, sans accouplement, adapté aux conceptions compactes (telles que les broches électriques à grande vitesse), mais nécessite un battement radial de la broche de commande (≤ 0,02 mm).
   • Codeur d'axe solide: se connecte à la broche par l'intermédiaire d'un accouplement pour les scénarios où le diamètre de la broche est grand ou où les vibrations doivent être isolées (par exemple, les machines CNC lourdes).
   • Installation de type bride: fixation sur le boîtier de la machine - outil par des disques à brides, amélioration de la rigidité et réduction de l'impact des vibrations sur le codeur.

Iii. Installation d'encodeur de broche: opération précise anti - panne

1. Ajustement du centrage et de la concentricité
   • Détection de compteur de pourcentage: utilisez un compteur de pourcentage pour vérifier la coaxialité de l'arbre du codeur avec la broche, la déviation doit être ≤ 0,05 mm, sinon elle déclenchera des vibrations ou une usure précoce du roulement.
   • Accouplements flexibles: dans les installations à arbre solide, un accouplement élastique (par exemple, type Plum, type soufflet) est sélectionné pour compenser les écarts axiaux / radiaux mineurs, mais nécessite un contrôle de la rigidité en torsion (> 100 n · M / RAD).
   • Contrôle de la force de précontrainte: lorsque le codeur d'arbre creux est installé, vous devez verrouiller la vis (généralement 2 - 5n · m) selon la valeur de couple du manuel d'instructions pour éviter la déformation ou le glissement provoqué par un relâchement excessif.
2. Spécifications de connexion électrique
   • Traitement de câble blindé: la ligne de signal différentiel doit adopter une ligne blindée à double torsion, une seule extrémité de la couche de blindage à la Terre (côté Contrôleur), pour éviter les interférences de boucle de terre.
   • Isolation de puissance: l'alimentation du codeur doit être isolée de l'alimentation électrique, empêchant les pics de tension lorsque le moteur est allumé et arrêté d'endommager le circuit.
   • Résistance d'adaptation du signal: la sortie RS - 422 / RS - 485 nécessite une résistance terminale de 120 Ω en parallèle à la fin du bus, éliminant la réflexion du signal.
3. Renforcement de la protection environnementale
   • Traitement d'étanchéité: appliquer de la graisse de silicone à l'interface du codeur avec la broche pour empêcher le liquide de coupe ou la poussière d'envahir le roulement ou le disque de codage.
   • Conception de dissipation thermique: lors de la rotation à grande vitesse, la température interne du codeur peut atteindre plus de 80 ℃, il est nécessaire d'installer des ailettes de refroidissement ou un refroidissement par air forcé.
   • Mesures anti - vibrations: dans les scénarios de fortes vibrations (par exemple, les machines d'estampage), il est nécessaire d'installer des coussinets d'amortissement en caoutchouc pour le codeur ou d'utiliser la technologie de transmission sans fil.

Iv. Maintenance du codeur de broche: maintenance préventive prolonge la durée de vie

1. Liste des inspections quotidiennes
   • Surveillance de la qualité du signal: la symétrie des impulsions de phase A / B (Rapport cyclique 50%) et la stabilité du signal de phase Z sont vérifiées par l'oscilloscope, les impulsions perdues ou les distorsions de forme d'onde doivent être immédiatement détectées.
   • Surveillance de la température: utilisez le thermomètre infrarouge pour détecter la température du boîtier du codeur, si plus de 85 ℃ doit être arrêté pour vérifier la dissipation de chaleur.
   • Anomalies du bruit: Le codeur en fonctionnement émet une hétéro - bruit (par exemple, bruit de frottement, bruit d'impact), peut être dû à des dommages au roulement ou à un disque de codage excentré, qui doit être remplacé à temps.
2. Projets de maintenance régulière
   • Nettoyage des disques de codage: essuyez la surface du disque de codage avec un chiffon sans poussière trempé dans de l'isopropanol tous les 3 mois, évitez les empreintes digitales ou les taches d'huile affectant la précision de la lecture.
   • Lubrification des roulements: ajouter des traces de graisse (par exemple kluber isoflex nbu 15) tous les 6 mois pour les roulements de codeur d'arbre solide avec une quantité contrôlée de 0,1 à 0,2 G.
   • Fixation du connecteur: vérifiez que les connecteurs électriques ne sont pas desserrés ou oxydés et Rebranchez - les après avoir été poncés avec du papier abrasif si nécessaire.
3. Traitement des défaillances communes
   • Interruption du signal: vérifiez si le câble est cassé ou cassé, Remplacez le câble blindé et Rebranchez - le.
   • Dérive de position: Le codeur absolu doit être remplacé lorsque la tension de la batterie est inférieure à 2,8 V (durée de vie habituelle de 5 à 10 ans), ce qui évite la perte de données de localisation.
   • Disque de codage cassé: si le disque de codage présente des fissures ou des rayures, Remplacez - le immédiatement, sinon cela entraînera une erreur de lecture ou une défaillance de l'encodeur.

V. cas d'application de codeur de broche: pratique pour améliorer la précision de traitement

1. Usinage de fil de machine CNC
   • problème: avec le contrôle à boucle ouverte traditionnel, la différence de pas de filetage est de 0,05 mm et la rugosité de surface ra6,3 μm.
   • La solution: ajouter un codeur de broche absolu 20 bits pour réaliser le contrôle en boucle fermée, l'erreur de pas est réduite à 0,01 mm, la rugosité de surface ra3,2 μm.
   • Effets: amélioration de 20% de l'efficacité de traitement et réduction du taux de rebut de 5% à 0,5%.
2. Positionnement des articulations robotiques
   • problème: la précision de positionnement répétée de l'actionneur d'extrémité du robot à six axes ± 0,1 mm ne peut pas répondre aux besoins d'assemblage de précision.
   • La solution: l'installation d'un codeur incrémental haute résolution (5000ppr) dans chaque broche d'articulation, combinée à l'algorithme de contrôle PID, améliore la précision de positionnement répétitif à ± 0,02 mm.
   • Effets: amélioration du taux de conformité de l'assemblage de 92% à 99,5%