Fanuc A06B-0087-B403 | Serwo-silnik AC Beta iS BiS30/2000 — 3kW, 27Nm, Wał prosty, Hamulec 24V DC, Enkoder biA128

Numer części: A06B-0087-B403

Seria: Serwo-silnik AC Beta iS (βiS)

Model: BiS 30 / 2000

Konfiguracja: Wał prosty gładki (SLK), hamulec sprężynowy 24V DC, enkoder absolutny biA128, IP65

Moc znamionowa: 3 kW

Moment zablokowania: 27 Nm

Prędkość maksymalna: 2 000 obr./min

Napięcie zasilania: 200–240 VAC, 3-fazowe

Zasilanie hamulca: 24V DC

Waga: 29 kg

Enkoder: biA128 Absolutny (A860-2020-T301)

Stan: Nowy / Odnowiony 

Przegląd

Model Fanuc A06B-0087-B403 to wariant z hamulcem modelu BiS30/2000 — serwo-silnika AC serii Beta iS o mocy 3 kW i momencie 27 Nm, skonfigurowany z prostym wałem gładkim, hamulcem sprężynowym 24V DC, enkoderem absolutnym biA128 i stopniem ochrony IP65.

Sufiks „403” jest wzorcem sufiksów w rodzinie Fanuc Beta iS dla wału prostego gładkiego, hamulca i enkodera biA128 — ta sama logika sufiksów jest stosowana w modelach BiS8/3000-B403, BiS22/2000-B403 i innych.

Przy wadze 29 kg jest to znaczący silnik: największy z kompaktowej serii Beta iS przed modelem BiS40/2000 powyżej niego, i o odpowiedniej specyfikacji dla osi wymagających zarówno wysokiego momentu trzymającego, jak i mechanicznego hamulca bezpieczeństwa.

Hamulec jest tym, dla czego ten silnik istnieje, poza samą wydajnością BiS30/2000.

Wariant B103 zapewnia ten sam moment zablokowania 27 Nm, ten sam enkoder absolutny, tę samą ochronę IP65 — ale nie posiada hamulca. Gdy oś może poruszać się pod wpływem grawitacji, ciśnienia sprężyny lub zgromadzonej energii sprężystej, gdy moment serwo jest usuwany, B103 nie jest odpowiednim silnikiem, niezależnie od tego, jak dobrze jego moment jest dopasowany do obciążenia.

Model A06B-0087-B403 istnieje specjalnie dla tych osi: pionowych osi Z pionowych centrów obróbczych, osi obrotowych platform pięcioosiowych, osi obrotowych dużych pozycjonerów i obrotnic oraz wszelkich osi automatyki, gdzie wyłączenie serwo oznacza niekontrolowany ruch mechaniczny, chyba że obecny jest hamulec.

Kluczowe specyfikacje

Hamulec 24V DC — Dlaczego istnieje i jak działa

Hamulec zamontowany w modelu A06B-0087-B403 jest sprężynowy i zwalniany elektrycznie — stan domyślny to załączony, a hamulec wymaga aktywnego zasilania 24V DC do otwarcia.

Gdy zasilanie jest obecne i serwo działa normalnie, zasilanie hamulca 24V DC zasila cewkę hamulca, elektromagnes pokonuje siłę sprężyny, a tarcza hamulcowa oddziela się od powierzchni ciernej. Wał obraca się swobodnie.

Gdy zasilanie 24V zostanie odłączone — czy to przez celowe polecenie wyłączenia serwo, E-stop, czy przerwę w zasilaniu — sprężyna natychmiast dociska powierzchnie hamulcowe i mechanicznie blokuje wał.

Ta logiczna zasada bezpieczeństwa jest powodem istnienia hamulca. Żadna logika sterowania nie może zapewnić równoważnego bezpieczeństwa mechanicznego.

Jeśli wzmacniacz serwo ulegnie awarii, jeśli zasilanie sterowania zawiedzie, jeśli maszyna straci zasilanie sieciowe lub jeśli zadziała obwód zatrzymania awaryjnego — we wszystkich tych przypadkach hamulec załącza się bez aktywnego sygnału z CNC lub PLC.

Oś utrzymuje pozycję mechanicznie, niezależnie od tego, co dzieje się w systemie elektrycznym.

Przy momencie zablokowania silnika 27 Nm, moment trzymający hamulca jest zaprojektowany tak, aby pasował do klasy obciążenia silnika.

Konkretny moment trzymający hamulca A06B-0087-B403 jest dobrany do zakresu zastosowań BiS30/2000 — wystarczający do statycznego utrzymania obciążenia osi, gdy silnik nie jest zasilany, przeciwko grawitacji, wstępnemu obciążeniu sprężynowemu lub resztkowemu ciśnieniu pneumatycznemu, w zależności od konfiguracji osi maszyny.

Hamulec nie jest przeznaczony do użycia jako dynamiczne zatrzymanie podczas pracy silnika z pełnym momentem obrotowym — jest to hamulec postojowy, a nie hamulec cierny do zwalniania.

Specyfikacja 24V DC musi być prawidłowa. Hamulce serii Beta iS wykorzystują 24V DC, a nie 90V DC stosowane w większych silnikach serii Alpha firmy Fanuc. Zastosowanie 90V do cewki 24V natychmiast spali uzwojenie hamulca.

Zastosowanie tylko 24V do cewki 90V spowoduje częściowe zwolnienie elektromagnetyczne — sprężyna nigdy nie zostanie całkowicie pokonana, hamulec będzie ocierał o tarczę podczas pracy silnika, a zarówno hamulec, jak i silnik ulegną stopniowemu uszkodzeniu termicznemu i mechanicznemu.

Przed uruchomieniem silnika zastępczego należy zmierzyć napięcie zasilania hamulca maszyny na zaciskach złącza hamulca, aby potwierdzić 24V DC.

Wydajność BiS30/2000 — Gdzie 27 Nm ma znaczenie

Moment zablokowania 27 Nm w modelu BiS30/2000 jest kluczowym parametrem dla typów osi, które ten silnik obsługuje. Moment zablokowania to maksymalny moment dostępny z silnika w stanie spoczynku — moment, który wzmacniacz serwo dostarcza do utrzymania zadanej pozycji przeciwko przyłożonemu obciążeniu.

Dla pionowej osi Z przenoszącej ciężką głowicę wrzeciona, wymagany moment zablokowania obejmuje wagę głowicy, tarcie uszczelnień wózka prowadnic liniowych i wszelkie składowe siły skrawania przenoszone z powrotem przez wrzeciono.

Dla stołu obrotowego, obejmuje łączny moment masy stołu, przedmiotu obrabianego i mocowania działający wokół osi obrotu.

Przy maksymalnej prędkości 2 000 obr./min, BiS30/2000 nie jest silnikiem o wysokiej prędkości.

Kompromis wbudowany w konstrukcję Beta iS polega na tym, że wyższy moment zablokowania przy kompaktowych wymiarach obudowy odbywa się kosztem maksymalnej prędkości roboczej. Zakres roboczy BiS30/2000 jest zoptymalizowany dla prędkości 0–2 000 obr./min — zakres prędkości typowy dla napędzanych osi, które obsługuje.

Szybkie posuwy na ciężkich osiach pionowych są bardziej ograniczone przez zdolność akceleracji osi (która zależy od dostępnego momentu obrotowego minus moment obciążenia) niż przez prędkość silnika, a 2 000 obr./min przy typowym skoku śruby kulowej i przełożeniu dla zastosowań z ciężkimi osiami jest zazwyczaj wystarczające.

Prosty wał gładki z momentem 27 Nm — Wymagania dotyczące sprzęgła

Gładki wał przenosi pełny moment zablokowania 27 Nm na element napędzany wyłącznie przez tarcie — piasta sprzęgła zaciska wał i utrzymuje pozycję dzięki naciskowi stykowemu na powierzchni otworu.

Z hamulcem dodanym do zespołu, pojawia się dodatkowe zagadnienie: gdy hamulec załącza się i utrzymuje oś w miejscu, podczas gdy siła zewnętrzna próbuje ją poruszyć — na przykład podczas E-stopu podczas obróbki — interfejs sprzęgła może doświadczyć obciążenia momentem udarowym, które przekracza statyczną pojemność momentu, dla której zaprojektowano zacisk cierny.

Warto to uwzględnić na etapie specyfikacji sprzęgła.

Siła zacisku piasty musi być dobrana do momentu trzymającego hamulca, a nie tylko do momentu roboczego silnika, i musi uwzględniać obciążenia dynamiczne podczas załączania hamulca.

Piasta sprzęgła, która jest wystarczająca dla momentu roboczego 27 Nm, ale niedostatecznie dobrana do mechanicznego szoku załączenia hamulca przeciwko ruchomemu obciążeniu, będzie stopniowo ulegać zużyciu, a to zużycie objawi się jako bicie osi i pogorszenie powtarzalności pozycji, zanim sprzęgło całkowicie ulegnie awarii.

W praktyce oznacza to: potwierdzenie dynamicznego momentu obciążenia producenta sprzęgła, a nie tylko statycznego momentu obciążenia, przy określaniu sprzęgła do instalacji z hamulcem silnika.

Enkoder absolutny biA128 — Pozycja bez powrotu do punktu zerowego

Enkoder biA128 (A860-2020-T301) zachowuje pełne odniesienie pozycji wału przez cykle zasilania bez żadnej baterii zapasowej. Gdy system serwo się włącza — czy to po planowanym wyłączeniu, czy po nieplanowanej utracie zasilania — CNC odczytuje rzeczywistą pozycję wału bezpośrednio z biA128. Brak powrotu do punktu zerowego, brak ruchu do punktu zerowego, brak opóźnienia startowego w celu ustalenia pozycji.

Na osi pionowej lub obrotowej z hamulcem mechanicznym, to połączenie jest szczególnie praktyczne. Oś nie porusza się podczas wyłączenia zasilania, ponieważ hamulec ją trzyma. Po przywróceniu zasilania, biA128 odczytuje pozycję wału — nadal pod tym samym kątem, pod którym była, gdy zasilanie zostało wyłączone — a CNC natychmiast posiada prawidłowe dane o pozycji.

Maszyna może wznowić produkcję dokładnie z miejsca, w którym się zatrzymała, bez żadnego cyklu ponownego pozycjonowania. W systemach z enkoderami inkrementalnymi wymagany byłby powrót do punktu odniesienia przed przyjęciem jakiegokolwiek polecenia osi, co zwiększa czas uruchomienia proporcjonalnie do długości osi i prędkości powrotu do punktu odniesienia.

Kompatybilność z IP65 i wzmacniaczami Beta i

Uszczelnienie IP65 chroni A06B-0087-B403 przed mgłą chłodziwa i przypadkowym kontaktem z strumieniem wody, typowym dla środowiska produkcji maszynowej. Przy wadze 29 kg, silnik jest na tyle duży, że uszczelnienie wału — część zespołu IP65 — przenosi znaczące obciążenie promieniowe od sprzęgła i ewentualnego naprężenia paska, jeśli oś wykorzystuje napęd paskowy.

Stan uszczelnienia wału powinien być uwzględniany w okresowych kontrolach konserwacyjnych, obok stanu łożysk.

Silnik jest przeznaczony do rodziny wzmacniaczy serwo Beta i firmy Fanuc — jednoosiowych napędów βiSV i modułu kombinowanego serwo-wrzeciono βiSVSP — dobranych do klasy mocy wyjściowej 3 kW modelu BiS30/2000. Integruje się ze sterownikami CNC Fanuc, w tym z serii 0i-C, 0i-D, 0i-F, 30i, 31i i 32i.

Zasilanie hamulca 24V DC jest oddzielnym obwodem od wyjścia wzmacniacza serwo — musi być niezależnie zasilane z maszyny zasilaniem sterującym 24V DC i prawidłowo zablokowane, tak aby hamulec zwalniał przed włączeniem serwo i załączał się przed wyłączeniem serwo.

Nieprawidłowo zablokowany obwód hamulca — taki, który zwalnia zbyt późno lub załącza się zbyt wcześnie w stosunku do czasu włączania/wyłączania serwo — powoduje albo alarmy przeciążenia serwo (silnik walczący z hamulcem podczas uruchamiania), albo niekontrolowane dryfowanie pozycji (hamulec zwalnia, gdy serwo jest jeszcze wyłączone).

Często zadawane pytania

P1: Jaka jest różnica między A06B-0087-B403 a A06B-0087-B103?

Oba są silnikami BiS30/2000 o tej samej mocy znamionowej 3 kW, momencie zablokowania 27 Nm, maksymalnej prędkości 2 000 obr./min, prostym wale gładkim, enkoderze absolutnym biA128 i konstrukcji IP65. Jedyna różnica to hamulec: B403 posiada hamulec sprężynowy 24V DC; B103 go nie posiada. B403 jest przeznaczony dla osi, gdzie usunięcie momentu serwo pozwala na niekontrolowany ruch pod wpływem grawitacji, sprężyny lub obciążenia — osie pionowe, osie obrotowe i osie obrotowe przenoszące obciążenie. B103 jest odpowiedni dla osi poziomych i zrównoważonych, gdzie to ryzyko nie występuje. Instalacja B103 na osi wymagającej hamulca stwarza zagrożenie bezpieczeństwa.

P2: Zasilanie hamulca to 24V DC. Dlaczego to napięcie jest krytyczne?

Cewka hamulca BiS30/2000 jest zaprojektowana na 24V DC. Większe silniki serii Alpha firmy Fanuc wykorzystują hamulce 90V DC. Zastosowanie 90V do cewki hamulca 24V tego silnika natychmiast spali uzwojenie.

Zastosowanie 24V do cewki 90V powoduje częściowe zwolnienie elektromagnetyczne — sprężyna nie jest pokonana, hamulec ociera o tarczę cierną podczas pracy, generując ciepło i powodując stopniowe uszkodzenia mechaniczne zarówno hamulca, jak i łożysk silnika. 

Przed podłączeniem zasilania należy zmierzyć napięcie zasilania hamulca maszyny na złączu kabla hamulca i potwierdzić 24V DC.

P3: Czy hamulec może być używany jako dynamiczne zatrzymanie podczas obracania się silnika?

Nie. Hamulec sprężynowy w A06B-0087-B403 jest hamulcem trzymającym (postojowym), a nie dynamicznym hamulcem ciernym. Jest zaprojektowany do utrzymania osi w miejscu, gdy moment serwo jest usuwany — w stanie spoczynku lub podczas zwalniania do zera.

Załączenie hamulca przeciwko obracającemu się silnikowi ze znaczną prędkością generuje ciepło tarcia przekraczające projekt termiczny hamulca, szybko degraduje materiał okładziny hamulcowej i może uszkodzić łożysko wału silnika z powodu obciążenia promieniowego spowodowanego ugięciem tarczy hamulcowej pod wpływem uderzenia.

Zatrzymanie dynamiczne jest odpowiedzialnością wzmacniacza serwo, poprzez kontrolowane zwalnianie prądowe.

P4: Po E-stopie z utratą zasilania, czy oś musi zostać ponownie zhomowana przed wznowieniem produkcji?

Nie. Enkoder absolutny biA128 zachowuje pozycję wału podczas przerw w zasilaniu — gdy system serwo przywróci zasilanie, CNC odczytuje rzeczywisty kąt wału bezpośrednio z enkodera.

Ponieważ hamulec mechaniczny utrzymuje oś w miejscu podczas przerwy w zasilaniu, wał się nie poruszył.

CNC posiada dokładne dane o pozycji natychmiast po przywróceniu zasilania, a maszyna może wznowić pracę dokładnie z pozycji, w której była podczas wystąpienia E-stopu, bez żadnego powrotu do punktu odniesienia ani ruchu do punktu zerowego.

P5: Jakie są najważniejsze kontrole inspekcyjne dla używanego A06B-0087-B403?

Najpierw przetestuj hamulec — podaj 24V DC i potwierdź, że wał obraca się swobodnie bez oporu; odłącz 24V i potwierdź, że wał blokuje się solidnie bez pełzania pod wpływem momentu ręcznego. Hamulec, który częściowo zwalnia lub nie trzyma całkowicie, wymaga serwisu przed zamontowaniem silnika na jakiejkolwiek osi. Sprawdź powierzchnię wału gładkiego pod kątem zużycia od wcześniej ślizgającej się piasty sprzęgła.

Przy 27 Nm, zużycie na powierzchni wału jest bardziej znaczące niż w przypadku lżejszych silników Beta iS — oceń, czy powierzchnia wału mieści się w tolerancji wymiarowej przed zamontowaniem nowego sprzęgła.

Sprawdź złącze enkodera biA128 (A860-2020-T301) pod kątem skorodowanych pinów i odprężnika wyjścia kabla pod kątem pęknięć. Zmierz rezystancję uzwojeń między wszystkimi trzema fazami i sprawdź rezystancję izolacji do ziemi.

Uruchomienie na stanowisku testowym do 2 000 obr./min na wzmacniaczu Beta i z prawidłowo zablokowanym hamulcem, zweryfikowaną pozycją enkodera absolutnego i monitorowanym prądem obciążenia jest prawidłową ostateczną kontrolą przed zamontowaniem silnika na maszynie.