Le système d'exploitation doit être équipé d'un système de contrôle de la qualité de l'air.

Fanuc A20B-9001-0780 | Capteur optique de moteur de broche AC — Dispositif de retour à 12 broches, vitesse et position pour le contrôle de broche CNC, capteur complet avec PCB

Vue d'ensemble

Le Fanuc A20B-9001-0780 est un capteur optique de moteur de broche AC — le dispositif de retour monté sur les moteurs de broche AC Fanuc des premières générations pour fournir au CNC et à l'amplificateur de broche les signaux de vitesse et de position angulaire nécessaires au contrôle de broche en boucle fermée, y compris le taraudage rigide, l'orientation de la broche et le contrôle de contour Cs.

Comprendre le rôle de ce capteur nécessite un bref aperçu de l'évolution du contrôle des moteurs de broche AC Fanuc.

Au début des entraînements de broche AC CNC — couvrant approximativement la fin des années 1970 jusqu'aux années 1990 — Fanuc a développé ses propres systèmes de moteurs de broche AC et d'entraînements sous forme de packages intégrés.

Le moteur de broche n'était pas un moteur à induction à usage général fonctionnant en boucle ouverte à fréquence variable ; c'était un moteur spécialement conçu avec un capteur de retour monté sur son arbre ou son corps qui permettait au CNC de connaître la vitesse et la position exactes de la broche à tout moment.

Ce retour d'information était essentiel pour des fonctions que le simple contrôle de vitesse en boucle ouverte ne peut pas supporter : l'orientation de la broche (arrêt de la broche à une position angulaire précise pour le changement d'outil), le taraudage rigide (synchronisation de l'avance de l'axe Z avec la rotation de la broche pour la coupe de filetage sans porte-outil flottant), et le contrôle de contour Cs (utilisation de la broche comme axe rotatif contrôlé par CNC pour le tournage de pièces sur un centre d'usinage).

La conception à capteur optique utilise un disque à fentes ou un motif réfléchissant tournant avec l'arbre du moteur de broche, lu par un ensemble source lumineuse et phototransistor monté dans le boîtier du capteur. Lorsque le disque tourne, le phototransistor voit alternativement les régions opaques et transparentes, générant un train d'impulsions dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation.

Une marque de référence sur le disque génère une seule impulsion par révolution pour la position absolue dans une rotation — le signal utilisé par le CNC pour l'orientation de la broche et la détection du passage à zéro du taraudage rigide.

Le connecteur à 12 broches et l'affectation des signaux

Le connecteur à 12 broches du capteur transporte l'ensemble complet des signaux requis par l'amplificateur de broche Fanuc : les signaux de sortie d'impulsion (généralement les canaux de quadrature A, B plus un canal de référence zéro Z), les lignes d'alimentation (le capteur nécessite une alimentation basse tension de l'amplificateur ou une source d'alimentation dédiée), et les connexions de blindage.

Le nombre de 12 broches du connecteur accueille ces lignes de signal plus les paires de signaux différentiels — l'arrangement complémentaire A/Ā, B/B̄, Z/Z̄ utilisé dans les sorties d'encodeur différentiel pour fournir une réjection du bruit en mode commun sur les câbles dans l'environnement électriquement hostile autour d'un moteur de broche.

La signalisation différentielle est particulièrement importante pour les capteurs de broche car le moteur de broche génère une interférence électromagnétique substantielle — les propres fils d'alimentation du moteur, les formes d'onde de courant pilotées par PWM et la proximité physique de l'électronique d'entraînement contribuent tous au bruit dans le câble du capteur.

La conception optique du capteur limite également intrinsèquement la distorsion du signal due à la chaleur et aux vibrations par rapport aux capteurs à induction magnétique (réluctance variable) qui peuvent être affectés par les particules ferromagnétiques dans le fluide de coupe et les changements de géométrie de l'entrefer à mesure que les roulements s'usent.

Fonctions de vitesse et de position dans le contrôle de broche CNC

La double fonction du capteur — retour de vitesse et retour de position — permet trois modes de fonctionnement distincts dans le contrôle de broche CNC Fanuc :

Mode de contrôle de vitesse utilise le train d'impulsions du capteur pour fermer la boucle de retour de vitesse dans l'amplificateur de broche.

L'amplificateur compte les impulsions du capteur par unité de temps, calcule la vitesse réelle de la broche, la compare à la vitesse commandée par le CNC et ajuste le courant d'entraînement du moteur en conséquence. 

Ce contrôle de vitesse en boucle fermée maintient une vitesse de broche constante sous une charge de coupe variable — lorsqu'une coupe lourde augmente le couple de charge, l'amplificateur détecte immédiatement la baisse de vitesse grâce au retour du capteur et compense en augmentant la puissance du couple moteur.

Orientation de la broche utilise l'impulsion de référence zéro (marqueur) pour détecter quand la broche atteint une position angulaire spécifique.

Le CNC commande à la broche de décélérer et de s'arrêter à la position où la marque d'orientation est détectée, amenant la broche au repos à une position mécaniquement reproductible pour le changement d'outil, la manipulation de pièce ou la mesure de pièce.

Sur les centres d'usinage, l'orientation de la broche est une opération automatique déclenchée à chaque cycle de changement d'outil.

Taraudage rigide synchronise le mouvement de la vis mère de l'axe Z avec la rotation de la broche de sorte que chaque révolution de la broche corresponde exactement à un pas de filetage du mouvement de l'axe Z. Le CNC lit le retour de position du capteur de broche en temps réel et le transmet à l'interpolation de servomoteur de l'axe Z, créant un mouvement de coupe de filetage synchronisé sans porte-outils flottants mécaniques.

La résolution de position du capteur de broche détermine la précision du pas de filetage réalisable en taraudage rigide.

Capteur complet avec PCB — Ce que signifie « complet »

Le A20B-9001-0780 est décrit et vendu comme l'ensemble de capteur complet, qui comprend à la fois le boîtier du capteur optique (avec la source lumineuse LED et le phototransistor) et le PCB (circuit imprimé) qui conditionne et amplifie le signal brut du phototransistor en sorties d'impulsions différentielles que le connecteur à 12 broches délivre.

Dans certaines conceptions de capteurs, l'élément de capteur optique et l'électronique de conditionnement de signal sont des composants séparés — l'élément de capteur génère un faible courant de photodiode analogique, et le PCB l'amplifie et le convertit en une sortie numérique propre adaptée à la transmission sur le câble vers l'entraînement.

Le PCB contient également généralement la régulation de l'alimentation pour l'électronique interne du capteur. Lorsque le capteur est décrit comme « complet avec PCB », cela signifie que l'acheteur reçoit un capteur fonctionnel, prêt à être monté, qui ne nécessite qu'une connexion au dispositif de montage du moteur et au câble à 12 broches vers l'amplificateur — aucun PCB séparé n'est nécessaire.

Cette distinction est importante sur le marché de la réparation et des pièces de rechange car certains composants de capteur sont vendus comme éléments individuels — le corps du capteur seul, ou le PCB seul — pour les techniciens effectuant des réparations au niveau des composants.

Le A20B-9001-0780 vendu comme capteur complet avec PCB est l'ensemble complet pour le remplacement de l'ensemble du capteur plutôt que pour un service au niveau des composants.

A20B-9001-0780 et A20B-9001-0800 — Numéros de référence courants

Les A20B-9001-0780 et A20B-9001-0800 sont des références étroitement liées qui apparaissent ensemble dans la catégorie des capteurs de broche AC pour les moteurs de broche Fanuc anciens.

Ce sont tous deux des capteurs de retour à 12 broches à capteur optique utilisés pour les mêmes fonctions de contrôle de moteur de broche, et les deux numéros sont fréquemment référencés de manière croisée sur le marché des pièces de rechange et de réparation Fanuc.

La relation entre ces numéros de pièce reflète généralement différentes versions de production ou variantes d'assemblage de la même famille de capteurs — différentes révisions de carte PCB ou configurations d'éléments optiques — qui sont fonctionnellement compatibles et sont utilisées de manière interchangeable dans les applications de service sur les mêmes types de moteurs.

En pratique, lorsqu'un capteur de broche de cette famille tombe en panne et que la machine est arrêtée, les deux références -0780 et -0800 sont évaluées pour la série de moteurs spécifique et la configuration du connecteur avant qu'un remplacement ne soit sélectionné.

La documentation Fanuc d'origine du moteur, la plaque signalétique ou les données de paramètres moteur du CNC fournissent le type de capteur définitif pour une machine spécifique.

FAQ

Q1 : Quels symptômes indiquent que le capteur de broche A20B-9001-0780 est défectueux ?

Les présentations courantes de défaillance comprennent : instabilité de la vitesse de la broche à bas régime (le CNC perd le comptage fiable des impulsions à basse vitesse, provoquant une chasse ou une vitesse erratique), échec de l'orientation de la broche (le CNC ne trouve pas la position de la marque d'orientation, provoquant l'abandon du cycle de changement d'outil avec une alarme de position), erreurs de taraudage rigide (la synchronisation entre la broche et l'axe Z se dégrade, entraînant des filetages endommagés ou une alarme de taraudage), et perte complète du retour de la broche (alarme de l'entraînement de broche, généralement une erreur de retour de vitesse ou une alarme de déconnexion de l'encodeur sur l'affichage de l'amplificateur de broche Fanuc). La contamination physique du disque optique ou de l'élément de capteur — par infiltration de fluide de coupe à travers un joint d'arbre usé — est l'un des mécanismes de défaillance les plus courants.

Q2 : Le capteur A20B-9001-0780 peut-il être nettoyé et remis à neuf, ou une défaillance nécessite-t-elle un remplacement complet ?

Dans de nombreux cas, les capteurs de broche tombent en panne en raison de la contamination plutôt que d'une défaillance des composants électroniques.

Si du fluide de coupe, de l'huile ou des particules métalliques sont entrés dans le boîtier du capteur et ont contaminé le disque optique ou l'élément de capteur, un nettoyage minutieux peut restaurer la fonctionnalité — à condition que les composants optiques eux-mêmes ne soient pas rayés ou endommagés de façon permanente.

Les spécialistes du service qui travaillent sur les moteurs de broche Fanuc nettoient et testent régulièrement les capteurs avant de les condamner.

Si le PCB est défectueux en raison d'une infiltration d'humidité ou du vieillissement des composants, une réparation au niveau des composants est également possible pour les techniciens ayant les compétences électroniques appropriées.

Le remplacement complet du capteur (avec une unité neuve ou testée comme le A20B-9001-0780) est le moyen le plus rapide de remettre la machine en production lorsque la capacité de réparation sur site n'est pas disponible.

Q3 : Le capteur est décrit comme étant pour les moteurs de broche AC « de première génération ». Quelles générations de CNC Fanuc utilisent ce capteur ?

Ce type de capteur est associé aux premières séries de moteurs de broche AC de Fanuc — les moteurs associés aux CNC Fanuc des séries 0, 10, 15 et 16, couvrant les machines-outils construites approximativement du milieu des années 1980 à la fin des années 1990.

Les générations ultérieures de moteurs de broche Fanuc — la série Alpha puis les séries Alpha i / Beta i — utilisent des conceptions de capteurs différentes (la famille d'encodeurs Mi / A860-series) avec des connecteurs et des protocoles de signaux différents.

Le A20B-9001-0780 est spécifiquement pour l'ancienne génération de moteurs et n'est pas interchangeable avec les capteurs utilisés sur les moteurs de broche Fanuc Alpha ou Alpha i plus récents.

Q4 : Le capteur est-il monté sur l'arbre du moteur de broche, et nécessite-t-il un étalonnage ou un réglage après remplacement ?

Le capteur optique est généralement monté à l'arrière du boîtier du moteur de broche, détectant un disque à fentes ou une roue cible qui tourne avec l'arbre du moteur.

La position de montage est fixée par le support de capteur du moteur — le capteur s'aligne avec le disque dans les tolérances mécaniques du montage. 

Dans la plupart des cas, le remplacement du capteur ne nécessite pas d'étalonnage de la position absolue car la position de référence d'orientation est définie par la marque zéro du disque par rapport au zéro mécanique du moteur, qui est réglé lors de l'assemblage du moteur.

Cependant, après le remplacement du capteur, la position d'orientation de la broche doit être vérifiée sur la machine réelle et ajustée via le paramètre de décalage d'orientation du CNC si la position d'arrêt ne correspond pas à la position de changement d'outil.

Q5 : Le capteur est disponible avec ou sans câble. Quel câble est requis si on commande sans, et quelle est l'importance de la qualité du câble ?

Le câble de capteur à 12 broches transporte des signaux d'impulsions différentiels à des tensions relativement basses entre le capteur et l'amplificateur de broche.

Le câble doit être blindé pour protéger les signaux des interférences électromagnétiques à proximité du moteur de broche et de l'entraînement. 

Fanuc spécifie un câble à paires torsadées blindées pour les connexions d'encodeur et de capteur, le blindage étant mis à la terre à l'extrémité de l'amplificateur. L'utilisation d'un câble inapproprié — non blindé, impédance incorrecte ou longueur excessive — peut entraîner une dégradation du signal qui se manifeste par des alarmes de broche intermittentes, une orientation erratique ou des erreurs de taraudage rigide sans déclencher de défaut d'encodeur sévère.

Lors de la commande sans câble, l'utilisation d'un câble spécifié par Fanuc ou d'un remplacement de câble à paires torsadées blindées de qualité industrielle avec le nombre de conducteurs et les spécifications de blindage corrects est essentielle pour un fonctionnement fiable du capteur.