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Als Schlüsselkomponenten von Werkzeugmaschinen bestimmt die Leistung von Servomotoren und Spindelmotoren maßgeblich die endgültige Leistung von Werkzeugmaschinen. Der Spindelmotor ist hauptsächlich dafür verantwortlich, die Spindel der Werkzeugmaschine anzutreiben und das Werkstück oder den Werkzeugkopf in Rotation zu versetzen. Er stellt hohe Anforderungen an konstante Leistungseigenschaften und erfüllt eine ausreichende Drehmomentabgabefähigkeit bei verschiedenen Geschwindigkeiten.

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Spindeln werden häufig in CNC-Werkzeugmaschinen verwendet, die häufigsten davon sind Metallschneiden, Steinschneiden und Holzschneiden. Obwohl es viele verschiedene Arten von Spindeln gibt, darunter Frässpindeln, Elektrospindeln, Schleifspindeln und Hochgeschwindigkeitsspindeln, besteht eine typische Spindel aus den folgenden Hauptkomponenten:

Antriebssysteme: Antriebssysteme sind mit Riemen-, Zahnrad- oder Integralmotorantrieb erhältlich, um die für die Anwendung erforderliche Geschwindigkeit und Leistung bereitzustellen.

Spindelkasten: Der Spindelkasten ist ein wichtiger Bestandteil der Werkzeugmaschine und stellt mehrere praktische Systeme wie Druck, Schmierung und Kühlung für die Spindel bereit.

Lagersystem: Verschiedene Lagertypen spielen eine entscheidende Rolle für die Effizienz und Lebensdauer der Spindel. Die Art der Lager im System hängt von Ihrer spezifischen Anwendung ab.

Welle: Die Welle überträgt das Drehmoment des Antriebssystems und dreht sich um die Mitte der Spindel.

Zuganker: Ein Zugankersystem ist auf der Welle montiert und sorgt für die nötige Kraft zum Spannen und Lösen des Werkzeugs.

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Vorteile der CNC-Spindel

Verbesserte Produktivität: Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren haben CNC-Spindelmotoren höhere Drehzahlen, wodurch die Produktionsgeschwindigkeit der bearbeiteten Teile erhöht und die Gesamtproduktivität der Ausrüstung verbessert wird.

Vibrationen reduzieren: Vibrationen sind bei vielen Bearbeitungsanwendungen oft unvermeidbar. Aufgrund ihrer Präzisionskonstruktion erzeugen CNC-Spindeln in der Regel geringere Vibrationen. Die Begrenzung von Vibrationen verbessert die Oberflächengüte und -genauigkeit und verlängert die Lebensdauer der bearbeiteten Teile.

Höhere Zuverlässigkeit: CNC-Spindeln sind stark und zuverlässig genug, um anspruchsvolle Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Ihr Einsatz reduziert Ausfallzeiten, erhöht die Produktivität und macht den Herstellungsprozess wirtschaftlicher.

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Die Auswahl eines VFD Frequenzumrichters hängt von den Anforderungen Ihrer Anwendung ab. Hier sind einige wichtige Punkte, die Sie bei der Auswahl eines Frequenzumrichters berücksichtigen sollten:

Leistung: Bestimmen Sie die erforderliche Leistung des Frequenzumrichters. Dies hängt von der Leistung des angeschlossenen Motors ab. Berücksichtigen Sie den Nennstrom und die Nennspannung des Motors, um einen Frequenzumrichter zu wählen, der diese Anforderungen erfüllt.

Eingangsspannung: Überprüfen Sie die verfügbare Eingangsspannung in Ihrer Anwendung. Frequenzumrichter sind in verschiedenen Spannungsklassen erhältlich, wie z.B. einphasig (230 V) oder dreiphasig (400 V). Stellen Sie sicher, dass der gewählte Frequenzumrichter mit der vorhandenen Eingangsspannung kompatibel ist.

Ausgangsleistung: Berücksichtigen Sie die erforderliche Ausgangsleistung des Frequenzumrichters. Dies hängt von der Leistung des Motors sowie von den Anforderungen Ihrer Anwendung ab. Stellen Sie sicher, dass der Frequenzumrichter die erforderliche Leistung liefe kann.

Steuerungsmöglichkeiten: Überlegen Sie, welche Steuerungsmöglichkeiten Sie benötigen. Frequenzumrichter bieten verschiedene Steuerungsoptionen wie analoge Signale (z.B. 0-10 V), digitale Signale (z.B. Modbus) oder Pulsweitenmodulation (PWM) für die Geschwindigkeitsregelung. Wählen Sie einen Frequenzumrichter, der die gewünschten Steuerungsmöglichkeiten unterstützt.

Schutzfunktionen: Achten Sie auf die integrierten Schutzfunktionen des Frequenzumrichters. Dies kann Überstromschutz, Überspannungsschutz, Unterspannungsschutz, Überhitzungsschutz, Kurzschlussschutz und andere Schutzmechanismen umfassen. Stellen Sie sicher, dass der Frequenzumrichter über ausreichende Schutzfunktionen verfügt, um den Motor und den Frequenzumrichter selbst zu schützen.

Programmierbarkeit und Erweiterbarkeit: Überprüfen Sie, ob der Frequenzumrichter programmierbare Funktionen bietet. Dies ermöglicht die Anpassung an spezifische Anwendungsanforderungen. Außerdem sollten Sie prüfen, ob der Frequenzumrichter über Erweiterungsmöglichkeiten verfügt, um zukünftige Anforderungen zu erfüllen.

Qualität und Zuverlässigkeit: Wählen Sie einen Frequenzumrichter von einem renommierten Hersteller mit gutem Ruf für Qualität und Zuverlässigkeit. Lesen Sie Produktbewertungen, suchen Sie nach Empfehlungen und prüfen Sie die Garantiebedingungen.

Kosten: Vergleichen Sie die Preise verschiedener Frequenzumrichter, die Ihren Anforderungen entsprechen, und wählen Sie einen, der in Ihr Budget passt.

Es ist oft hilfreich, sich mit dem Hersteller oder einem sachkundigen Lieferanten in Verbindung zu setzen, um eine fundierte Entscheidung treffen zu können. Sie können Ihnen weitere Beratung basierend auf Ihren spezifischen Anforderungen bieten.

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Unter Getriebeschrittmotoren versteht man im Allgemeinen Schrittmotoren mit Zahnräde oder Getriebeköpfen. Bei der Klassifizierung von Getriebeschrittmotoren gibt es unterschiedliche Standards. Abhängig von der Quelle der magnetischen Kraft können sie in drei Typen unterteilt werden: Permanentmagnet-Schrittmotoren, Schrittmotoren mit variabler Reluktanz und Hybrid-Synchronschrittmotoren. Bei der Einteilung nach dem Getriebe der Schrittmotoren sind Planetengetriebe-Schrittmotoren am häufigsten.

Das Arbeitsprinzip von Getriebeschrittmotoren

Bei Anschluss an eine Gleichstromversorgung dreht sich der bürstenbehaftete Gleichstrommotor weiter, der Getriebeschrittmotor jedoch nicht. Es wandelt den Eingangsimpuls in ein genau definiertes Inkrement der Wellenposition um, wobei jeder Impuls die Welle in einem festen Winkel bewegt. Dies bedeutet, dass sich der Rotator für jeden Impulseingang um einen Schritt bewegt oder sich um einen festen Winkel dreht. Die Geschwindigkeit ist proportional zur Pulsfrequenz. Daher kann die Geschwindigkeit durch Ände der Frequenz des Eingangsimpulses gesteuert werden, um eine präzise Positionierung zu erreichen.

Die Anwendung von Getriebeschrittmotoren

Robotik: Im Bereich der Robotik spielen abgebremste Schrittmotoren eine entscheidende Rolle bei der präzisen Steuerung von Robotergelenken und -bewegungen. Ihre Fähigkeit, sich in bestimmten Schritten zu bewegen, gepaart mit einem lobenswerten Drehmoment, macht sie ideal für Anwendungen, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit erforde.

3D-Druck: Getriebeschrittmotoren werden in 3D-Drucke häufig verwendet, um die Bewegung des Druckkopfs zu steue und die Plattform aufzubauen. Ihre präzise Positionskontrolle ermöglicht eine präzise Schichtung von Materialien zur Erstellung hochwertiger 3D-Drucke.

CNC-Werkzeugmaschinen: Bei CNC-Werkzeugmaschinen (Computer Numerical Control) sind präzise und kontrollierte Bewegungen für Bearbeitungsaufgaben sehr wichtig. Getriebeschrittmotoren spielen in CNC-Werkzeugmaschinen eine zentrale Rolle, da sie eine präzise Bewegung der Achsen ermöglichen. Ihre Bedeutung liegt im präzisen Antrieb dieser Achsen und der Sicherstellung der für Bearbeitungsvorgänge erforderlichen komplexen Steuerung. Besonders beim Transport schwerer Lasten ist die Montage des Getriebes entscheidend für das Erreichen des erforderlichen Drehmoments.

Medizinische Geräte: Im Bereich der medizinischen Geräte werden Getriebeschrittmotoren in Anwendungen wie Infusionspumpen und chirurgischen Robotersystemen eingesetzt. Diese Motoren spielen eine Schlüsselrolle bei der präzisen Steuerung der Bewegung von Arzneimittelabgabemechanismen und Roboterarmen. Die inhärente Fähigkeit von Schrittmotoren mit Getriebe, präzise und kontrollierte Schritte bereitzustellen, gewährleistet die für medizinische Verfahren erforderliche Präzision.

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Die Einlaufzeit des Präzisions-Planetengetriebes ist ein wichtiger Teil, um den normalen Betrieb des Getriebes sicherzustellen, die Ausfallrate zu reduzieren und die Lebensdauer zu verlänge. Allerdings mangelt es einigen Anwende derzeit an gesundem Menschenverstand in Bezug auf Präzisions-Planetengetriebe, entweder weil das zulässige Drehmoment nicht ausreicht oder weil sie die Vorteile so schnell wie möglich nutzen möchten. Der Einsatz kleiner Maschinen lässt die besonderen technischen Anforderungen der Einlaufzeit der neuen Maschine außer Acht. Einige Benutzer glauben sogar, dass der Hersteller ohnehin eine Garantiezeit hat und dass der Hersteller bei einem Ausfall der Maschine für die Reparatur verantwortlich ist. Daher ist das Untersetzungsgetriebe während der Einlaufphase über einen längeren Zeitraum überlastet, was zu häufigen Ausfällen des Untersetzungsgetriebes führt Dies beeinträchtigt nicht nur die normale Verwendung des Präzisions-Planetengetriebes, sonde auch die normale Verwendung des Präzisions-Planetengetriebes und kann auch die Lebensdauer des Getriebes verkürzen. Daher sollte der Verwendung und Wartung des Untersetzungsgetriebes während der Einlaufphase volle Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Hersteller von Planetengetrieben stellen die Hauptprobleme vor, die während der Einlaufphase auftreten können, und wie man Ausfälle vermeidet. Die wichtigsten Punkte sind wie folgt:

1.Schnelle Verschleißrate: Aufgrund des Einflusses von Faktoren wie der Montage und Fehlerbehebung der neuen Präzisions-Planetengetriebekomponenten ist die Kontaktfläche der Passfläche klein und das zulässige Drehmoment groß. Während des Betriebs des Untersetzungsgetriebes stehen die konkaven und konvexen Teile auf der Oberfläche der Teile in Reibungseingriff miteinander, und der Schleifmetallschrott nimmt als Schleifmittel weiterhin an der Reibung teil, was den Verschleiß der Gegenfläche beschleunigt. Daher kann es während der Einlaufphase leicht zu einem Verschleiß von Teilen (insbesondere passenden Oberflächen) kommen, und die Verschleißrate ist zu schnell. Wenn es zu diesem Zeitpunkt überlastet ist, kann es zu Komponentenschäden und einem frühen Ausfall kommen.

2. Schlechte Schmierung: Da das Passspiel neu zusammengebauter Teile klein ist und es aus Montage- und anderen Gründen schwierig ist, mit Schmieröl (Fett) einen gleichmäßigen Ölfilm auf der Reibfläche zu bilden, um Verschleiß zu verhinde. Dies verringert die Schmiereffizienz und führt zu einem ungewöhnlich frühen Verschleiß der Maschine. In schweren Fällen können die passgenauen Reibflächen zerkratzt oder zerbissen werden, was zu einem Ausfall führen kann.

3. Lose bearbeitete und zusammengebaute Teile haben Geometrie und passende Abmessungen: In der Anfangsphase des Einsatzes sind sie Wechselbelastungen wie Vibrationen und Verformungen sowie übermäßigem Verschleiß ausgesetzt. Der Grund liegt darin, dass sich die ursprünglich befestigten Teile leicht lösen lassen.

4. Aufgrund von Teilen Vibration und Reduzierstück Wärmetauscher Lockerung und Leckage, Reduzierstück und Rohrverbindungen Dichtfläche wird Leck; in der Montage und Inbetriebnahme ist schwierig, Gießen und andere Mängel zu finden, sonde aufgrund von Vibrationen in den Betrieb Prozess für die Mängel ausgesetzt und Leckage (Sickeröl). Daher treten manchmal Lecks während des Einlaufens auf.

5. Aufgrund des mangelnden Verständnisses der Struktur des Untersetzungsgetriebes (insbesondere bei neuen Bediene) kann es aufgrund von Bedienungsfehle leicht zu Fehlfunktionen kommen und sogar zu mechanischen Unfällen und Sicherheitsunfällen führen.

Die oben genannten fünf Punkte sind die Fehlfunktionen, die beim vom Hersteller des Planetenreduzierers eingeführten Präzisions-Planetengetriebe während der Einlaufphase auftreten können. Um diese Fehlfunktionen zu vermeiden, sollten die Betriebsmethoden übeommen werden!

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Closed-Loop-Schrittmotoren verfügen im Allgemeinen nicht über einen Lastausgleichsmechanismus wie Servomotoren. Das Steuerprinzip eines Schrittmotors besteht darin, den Motor basierend auf dem Eingangsimpulssignal in Drehung zu versetzen. Schrittmotoren verwenden normalerweise eine Steuerung mit offenem Regelkreis, das heißt, sie verfügen nicht über einen Echtzeit-Feedback-Mechanismus. Daher werden Leistung und Genauigkeit des Schrittmotors hauptsächlich von der Steuerung des Eingangsimpulssignals und den Eigenschaften des Motors selbst beeinflusst.

Obwohl Schrittmotoren selbst über keinen eingebauten Lastkompensationsmechanismus verfügen, gibt es einige andere Möglichkeiten, die Auswirkungen der Last auf einen Schrittmotor zu reduzieren und so seine Leistung und Genauigkeit zu verbesse:

Wählen Sie den geeigneten Schrittmotor: Wählen Sie basierend auf den Anwendungsanforderungen das geeignete Schrittmotormodell und die entsprechende Spezifikation aus. Berücksichtigen Sie die Lastanforderungen und wählen Sie einen Schrittmotor mit ausreichendem Drehmoment und Drehmoment-Trägheits-Verhältnis aus, um die Leistungsanforderungen unter Lastbedingungen zu erfüllen.

Verwenden Sie einen Closed-Loop-Controller: Obwohl der Schrittmotor selbst Open-Loop-gesteuert ist, kann eine Closed-Loop-Steuerung durch Hinzufügen eines Closed-Loop-Controllers erreicht werden. Der Closed-Loop-Controller kann die Position des Schrittmotors basierend auf tatsächlichen Positionsrückmeldungsinformationen korrigieren und dadurch die Steuerungsgenauigkeit und -stabilität verbesse.

Verwenden Sie ein Positionsrückmeldegerät: Fügen Sie ein Positionsrückmeldegerät (z. B. einen Encoder) hinzu, um die Position des Schrittmotors in Echtzeit zu überwachen. Durch den Vergleich mit der Zielposition kann eine Kompensationssteuerung basierend auf dem tatsächlichen Positionsfehler durchgeführt werden, um die Genauigkeit und Stabilität des Schrittmotorsystems zu verbesse.

Erweiterter Steuerungsalgorithmus: Mithilfe fortschrittlicher Steuerungsalgorithmen, wie z. B. des PID-Steuerungsalgorithmus, können die Steuerungsparameter des Schrittmotors dynamisch an die tatsächlichen Lastbedingungen angepasst werden, um Leistung und Reaktionsgeschwindigkeit zu verbesse.

Bitte beachten Sie, dass diese Methoden zwar die Leistung und Genauigkeit von Schrittmotorsystemen verbesse können, es jedoch immer noch gewisse Einschränkungen bei der Konstruktion und Anwendung von Schrittmotoren gibt, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Last, hoher Geschwindigkeit oder hohen Genauigkeitsanforderungen. In diesem Fall ist der Einsatz von Servomotorsystemen aufgrund ihrer höheren Reaktionsgeschwindigkeit, Dynamik und Lastanpassungsfähigkeit meist besser geeignet.

Source: https://www.oyostepper.de/article-1172-Verf%C3%BCgt-ein-Closed-Loop-Schrittmotor-%C3%BCber-einen-Mechanismus-der-der-Lastkompensation-%C3%A4hnelt.html