Индуктивные датчики положения в металлообработке

Металлообрабатывающий станок без надежной системы контроля положения инструмента и заготовки работать в полную силу не может. Ошибка в несколько десятых миллиметра при позиционировании шпинделя или стола оборачивается браком, внеплановым простоем и лишними затратами. Именно поэтому индуктивные датчики положения давно стали обязательным элементом любой серьезной механообрабатывающей линии, будь то токарный станок с ЧПУ, обрабатывающий центр или автоматизированная линия по производству корпусных деталей.

Принцип работы

В основе работы индуктивного датчика лежит явление электромагнитной индукции. Внутри корпуса находится катушка с сердечником, которая генерирует переменное электромагнитное поле. Когда в зону этого поля попадает металлический объект, в нем возникают вихревые токи. Они меняют параметры колебательного контура датчика, и прибор фиксирует это изменение как факт присутствия объекта на заданном расстоянии.

Никакого физического контакта с деталью не требуется. Никаких движущихся частей внутри самого датчика нет. Именно этим объясняется высокий ресурс подобных приборов в условиях металлообработки, где стружка, вибрация и смазочно-охлаждающие жидкости превращают жизнь любой механической детали в испытание.

Зачем датчики положения нужны именно на станках

В металлообработке индуктивные датчики решают сразу несколько задач.

Первая и самая очевидная задача состоит в контроле крайних положений рабочих органов. Стол должен остановиться точно в заданной точке, не выйдя за пределы хода. Шпиндельная головка обязана вернуться в исходное положение после завершения цикла. Пневматический зажим обязан подтвердить факт надежного удержания заготовки перед запуском обработки. Во всех этих случаях применяются концевые индуктивные датчики, установленные на направляющих, стойках или корпусе станины.

Вторая задача связана с системами ЧПУ. Концевой датчик для ЧПУ выполняет функцию референтной точки при поиске нуля станка. Без точной привязки к этой точке система управления не может гарантировать корректность выполнения программы, особенно после аварийного останова или смены инструмента.

Третья задача касается автоматизированных линий с несколькими рабочими позициями. Здесь датчики положения для металлообработки встроены в конвейерные механизмы, паллетные системы и автоматические устройства смены инструмента. Они подтверждают завершение каждого перемещения и дают разрешение на следующий шаг технологического цикла.

Условия эксплуатации

Металлообработка среди промышленных применений считается одной из наиболее агрессивных с точки зрения условий для контрольно-измерительной аппаратуры.

Смазочно-охлаждающая жидкость под давлением разлетается на значительные расстояния от зоны резания. Ее состав нередко включает масляные эмульсии, противокоррозионные присадки и биоциды. Обычные датчики с пластиковым корпусом в таких условиях быстро деградируют: снижается четкость срабатывания, начинаются ложные сигналы.

Металлическая стружка накапливается в самых неожиданных местах. Если датчик установлен в зоне ее интенсивного образования, его чувствительная поверхность может быть перекрыта. Правильно подобранный прибор с соответствующей зоной обнаружения справляется с этой проблемой корректной настройкой дистанции срабатывания.

Вибрации от режущего инструмента и приводов передаются по всей станине. Датчики, не рассчитанные на вибрационную нагрузку, со временем теряют надежность крепления разъемов и внутренних соединений. Требования к степени защиты от вибрации при выборе прибора для металлообрабатывающего оборудования должны учитываться наряду с классом защиты по IP.

Наконец, температурный фактор. В районе шпинделя, гидравлических агрегатов и системы охлаждения температура среды может существенно отличаться от цеховой. Для зон с повышенным нагревом существуют специальные высокотемпературные исполнения датчиков.

Монтаж: заподлицо или нет

При выборе индуктивного датчика для станка один из ключевых технических параметров касается способа установки.

• Датчики с возможностью монтажа заподлицо можно утапливать в металлические кронштейны и корпусные детали без экранирующего эффекта от окружающего металла. Это удобно в условиях ограниченного пространства, которого на стесненных участках станины нередко бывает в обрез.
• Датчики без заподлицового монтажа обладают большей зоной обнаружения при одном и том же диаметре корпуса, но требуют свободного пространства вокруг чувствительной головки.

Для типовых применений на направляющих и рабочих столах чаще всего используют приборы с резьбовым цилиндрическим корпусом диаметром М12, М18 или М30. Именно такие форматы корпуса стали стандартом де-факто для большинства производителей металлообрабатывающего оборудования.

Датчики для металлообработки

Если вы подбираете индуктивные датчики для станков или оборудования, связанного с металлообработкой, обратите внимание на следующие модели из каталога IFM.

• Индуктивные датчики в цельнометаллическом корпусе серии IEC / IER — приборы в полностью металлическом исполнении, рассчитанные на механические нагрузки, стружку и жесткую промышленную среду. Оптимальное решение для зон непосредственной близости к обрабатывающему инструменту.
• Индуктивные датчики для смазочно-охлаждающих жидкостей — специализированная серия для применений, где приборы контактируют с эмульсиями и маслами непосредственно. Разработаны с учетом требований металлообрабатывающей отрасли и имеют соответствующую химическую стойкость материалов корпуса.
• Компактные индуктивные датчики — серия для ограниченного монтажного пространства. Актуальны при установке в узлах автоматической смены инструмента, на малогабаритных суппортах и в механизмах паллетных фиксаторов.
• Датчики для агрессивных сред — приборы с повышенной стойкостью к химическому воздействию. Подходят для участков, где применяются концентрированные СОЖ, очистители или другие агрессивные технологические жидкости.

Часто задаваемые вопросы

Какое расстояние срабатывания считается нормальным для концевого индуктивного датчика на станке?

Для стандартных применений на металлообрабатывающем оборудовании используют датчики с номинальным расстоянием срабатывания от 2 до 15 мм в зависимости от диаметра корпуса. Датчики M12 обычно имеют зону обнаружения 2–4 мм, M18 и М30 обеспечивают большие расстояния. При этом реальное рабочее расстояние рекомендуется устанавливать на уровне 60–70% от номинального значения, чтобы иметь запас по надежности срабатывания.

Почему обычный датчик быстро выходит из строя при работе со смазочно-охлаждающей жидкостью?

Стандартные датчики с пластиковым корпусом или уплотнениями из обычной резины не обеспечивают устойчивость к маслам, эмульсиям и биоцидам, входящим в состав большинства СОЖ. Под воздействием этих веществ пластик набухает, теряет геометрию, герметичность соединений нарушается. Специализированные датчики для металлообработки выполняются в корпусах из нержавеющей стали или химически стойких полимеров с уплотнениями из фторсодержащих материалов.

Можно ли использовать один датчик и для позиционирования, и для защиты от перехода крайнего положения?

Технически это возможно, и на практике нередко так и делается. Однако с точки зрения безопасности оборудования рекомендуется разделять функции: основной датчик обеспечивает рабочее позиционирование и передает сигнал в систему ЧПУ, а отдельный концевой датчик является аварийным ограничителем хода. Это исключает ситуацию, когда единственный прибор из-за неисправности или ложного срабатывания не выполняет обе функции одновременно.

Как подобрать датчик положения для нестандартной задачи на оборудовании с ЧПУ?

При нестандартных применениях правильнее всего отталкиваться от нескольких параметров: материал объекта обнаружения, требуемое расстояние срабатывания, условия окружающей среды, доступное монтажное пространство и тип выходного сигнала, совместимый с системой управления. Если стандартный цилиндрический датчик в зону не вписывается, стоит рассмотреть компактные или кольцевые исполнения. Технические специалисты IFM помогут подобрать решение под конкретную задачу.