Napędy elektryczne SMC

Napędy SMC LEY to precyzyjne siłowniki elektryczne, które przekształcają ruch obrotowy silnika w ruch liniowy tłoczyska poprzez przekładnię śrubową. Umożliwiają one precyzyjne pozycjonowanie, kontrolę prędkości i siły nacisku w automatyce przemysłowej – szczególnie w procesach montażowych, pakujących, dozujących oraz testowych. Zastępują tradycyjne siłowniki pneumatyczne tam, gdzie wymagana jest kontrola i powtarzalność ruchu.

Napędy występują w wersjach:

• 100 W – aplikacje lekkie (manipulatory, laboratoryjne),
• 200 W – standard przemysłowy (zastępstwo siłowników Ø32–63 mm),
• 400 W – duże obciążenia i długie skoki (zastępstwo siłowników Ø80–100 mm).

Każdy wariant charakteryzuje się inną charakterystyką momentu i prędkości, co umożliwia dopasowanie do wymagań kinematycznych procesu.

Napęd LEY składa się z silnika krokowego lub serwosilnika, śruby kulowej oraz nakrętki sprzężonej z tłoczyskiem. Obrót silnika powoduje liniowy ruch tłoczyska. Dzięki zastosowaniu enkodera w silniku, system może precyzyjnie kontrolować położenie i siłę, zapewniając dokładność pozycjonowania do ±0,02 mm.

Podczas gdy siłownik pneumatyczny oferuje ruch dwustanowy (pełne wysunięcie lub cofnięcie), siłownik elektryczny pozycjonuje tłoczysko dowolnie w zakresie skoku. Ponadto pozwala regulować prędkość, przyspieszenie, moment siły i czas zatrzymania. Nie wymaga sprężonego powietrza, co zwiększa efektywność energetyczną i redukuje hałas.

SMC stosuje silniki krokowe lub serwosilniki DC/AC w zależności od wersji:

• Standard LEY – silnik krokowy z enkoderem (2-fazowy, 24 VDC lub 100–200 W),
• Wersje LEY*R – serwosilnik AC (400 W, sterowanie analogowe lub sieciowe),
• LEY*G – wersje z przekładnią redukcyjną do zwiększenia siły przy małej prędkości.

Standardowo dostępne długości skoku: 30, 50, 100, 150, 200, 300, 400 mm. Przy większych mocach (200–400 W) możliwe są wersje do 600 mm. Napędy mogą pracować w dowolnym zakresie skoku, a pozycje pośrednie są programowalne w sterowniku JXC.

Siła maksymalna: 150 N Skok: do 150 mm Prędkość maks.: 250 mm/s Powtarzalność: ±0,02 mm Moment trzymający: 0,32 N·m Stosowany w kompaktowych aplikacjach montażowych i pick&place.

Siła maksymalna: 500–800 N Prędkość maks.: 400 mm/s Skok: do 400 mm Obciążenie osiowe: 100–300 N To najczęściej wybierany wariant przemysłowy, idealny do sterowania procesami z dużą powtarzalnością.

To jednostka o wysokim momencie obrotowym i sile (do 1500 N) z możliwością szybkiego przesuwu 500 mm/s. Idealna do zastosowań w przenośnikach, prasie kontrolowanej, podnoszeniu ciężkich elementów lub precyzyjnym docisku w procesach spawania.

• Pozycjonowanie (Position mode) – dokładne ustawienie pozycji.
• Sterowanie prędkością (Speed mode) – kontrola płynnego ruchu.
• Kontrola siły (Force control) – utrzymywanie zadanej siły nacisku.

Tryby mogą być przełączane z poziomu sterownika JXC lub PLC.

• Sygnały cyfrowe (step/direction) – dla sterowania impulsowego,
• Sygnały analogowe (0–10 V / 4–20 mA) – sterowanie prędkością lub pozycją,
• Komunikacja sieciowa: Ethernet/IP, EtherCAT, DeviceNet, Profibus, CC-Link.

Dzięki temu napędy LEY mogą współpracować z każdym typem sterownika PLC.

Sterownik JXC analizuje sygnały z enkodera i porównuje pozycję rzeczywistą z zadaną. Na tej podstawie generuje prąd sterujący cewkami silnika. Układ działa w pętli zamkniętej, co eliminuje utratę kroków i zapewnia pełną kontrolę położenia.

Tak. SMC zaprojektowało LEY tak, by mogły być mechanicznie i wymiarowo kompatybilne z siłownikami serii CY1, C85 czy MGPL. Dzięki temu modernizacja układu nie wymaga dużych zmian konstrukcyjnych.

• Wsporniki A/B – do montażu poziomego lub pionowego,
• Łączniki obrotowe i przeguby kulowe,
• Elementy mocujące do stołów przesuwanych,
• Osłony przeciwpyłowe i łączniki kablowe.

Każdy element jest wykonany z aluminium anodowanego lub stali nierdzewnej, co gwarantuje trwałość i stabilność połączenia.

• automatyczny hamulec w przypadku zaniku zasilania,
• funkcja „torque off” – bezpieczne odłączenie momentu,
• ograniczenie prędkości awaryjnej,
• blokada programowa zakresu ruchu,
• czujniki krańcowe i sygnały alarmowe z enkodera.

Zależnie od modelu:

• Prędkość maksymalna: 250–500 mm/s,
• Przyspieszenie: 1000–5000 mm/s²,
• Czas cyklu: 0,1–0,5 s.

Te wartości pozwalają na bardzo dynamiczną pracę w systemach pick&place i liniach montażowych.

Każdy napęd posiada enkoder inkrementalny lub absolutny (w wersjach serwo). Rozdzielczość enkodera wynosi od 1000 do 5000 impulsów na obrót, co przekłada się na dokładność pozycjonowania nawet do ±0,01 mm w układzie z przekładnią kulową.

Wartości orientacyjne:

• dla LEY16: 20 N,
• LEY25: 40 N,
• LEY32: 60 N,
• LEY50: 150 N.

Dla większych sił bocznych stosuje się prowadnice równoległe serii LESY lub LEFS, które współpracują z siłownikiem.

Większość modeli posiada IP40 (wersje standardowe) lub IP65 (wersje LEY*-X13 dla środowisk zapylonych). Uszczelnienia osi i korpusu umożliwiają pracę w halach przemysłowych, przy zachowaniu właściwej wentylacji silnika.

Napęd należy montować na sztywnej, wypoziomowanej powierzchni z zachowaniem osiowości względem elementu napędzanego. Wszelkie odchylenia osiowe (nawet 0,1 mm) mogą prowadzić do zwiększonego zużycia łożysk śruby kulowej. W przypadku pracy pionowej należy zawsze stosować hamulec elektromagnetyczny. Dopuszczalna temperatura otoczenia wynosi 0–40°C.

Moment dokręcania zależy od średnicy gwintu montażowego:

• M5: 4–5 N·m
• M6: 8–10 N·m
• M8: 16–18 N·m
• M10: 32–35 N·m

Przekroczenie momentu może prowadzić do mikropęknięć korpusu aluminiowego, dlatego zaleca się stosowanie kluczy dynamometrycznych i przekładek dystansowych z tworzywa.

Napęd musi pracować w osi liniowej, bez momentów zginających. Jeżeli konstrukcja wymusza przesunięcie boczne, należy stosować prowadnice równoległe lub stoliki przesuwne. W układach pionowych siła ciężaru musi być równoważona hamulcem lub siłownikiem pneumatycznym wspomagającym.

SMC rekomenduje sprzęgła elastyczne lub przeguby kulowe kompensujące niewielkie błędy osiowania. Dla osi pionowych i dużych sił – sprzęgła przekładniowe LEY-H lub tłoczyska z mocowaniem gwintowanym. Dla aplikacji precyzyjnych – sztywne łączniki „zero backlash”.

• Pozycja jest kontrolowana poprzez enkoder zintegrowany z silnikiem.
• W wersjach krokowych – enkoder inkrementalny (pętla otwarta lub zamknięta).
• W serwonapędach – enkoder absolutny, zapewniający natychmiastowy odczyt położenia po włączeniu zasilania.

Dane pozycji są przesyłane do sterownika JXC, który realizuje pętlę PID.

Sterowniki JXC obsługują szeroką gamę protokołów:

• EtherCAT, Ethernet/IP, Profibus, DeviceNet, CC-Link, Modbus RTU,
• standardowe sygnały impulsowe STEP/DIR,
• komunikację analogową (0–10 V, 4–20 mA).

Dzięki temu można je integrować z niemal każdym systemem sterowania przemysłowego (Siemens, Beckhoff, Omron, Mitsubishi, Allen-Bradley).

Czas reakcji zależy od konfiguracji:

• LEY100W: 10–20 ms,
• LEY200W: 20–40 ms,
• LEY400W: 50–80 ms.

Zwiększona masa obciążenia wydłuża czas odpowiedzi, jednak dzięki pętli sprzężenia zwrotnego napęd osiąga zadaną pozycję z dokładnością poniżej ±0,02 mm.

• nieprawidłowy typ silnika w ustawieniach,
• brak referencji pozycji (homing),
• błędne przypisanie sygnałów wejść/wyjść,
• niewłaściwy kierunek obrotów,
• brak rezystora hamowania w układach dynamicznych.

Sterownik sygnalizuje błędy kodami LED lub komunikatem przez sieć (np. E41 – overcurrent, E42 – encoder fault).

Po uruchomieniu napęd wykonuje ruch bazowy (homing) – do czujnika referencyjnego lub do mechanicznego końca skoku. Pozycja ta jest zapisywana w pamięci sterownika jako punkt 0. W sterownikach JXC można ustawić różne tryby referencji: do czujnika, do pozycji absolutnej lub do limitu mechanicznego.

• monitorowanie pozycji i prędkości,
• pomiar prądu silnika (obciążenia),
• wykrywanie przeciążeń,
• alarm przegrzania silnika,
• detekcja błędów komunikacji,
• licznik cykli i czasu pracy.

Dane te można odczytać lokalnie przez HMI lub zdalnie przez PLC/SCADA.

• Position Control – sterowanie położeniem,
• Speed Control – sterowanie prędkością,
• Force Control – kontrola siły nacisku (poprzez pomiar prądu),
• Teaching Mode – zapamiętywanie pozycji manualnej,
• Multi-Position Mode – praca w wielu punktach pośrednich.

Każdy tryb można przełączać programowo.

Dobór zależy od:

• typu silnika (krokowy / serwo),
• mocy (100 / 200 / 400 W),
• interfejsu komunikacyjnego,
• liczby osi i funkcji synchronizacji.

Przykład: napęd LEY25 200W → sterownik JXCE1 (wejścia cyfrowe) lub JXCP1 (Profibus).

Napęd może przyjąć przeciążenie chwilowe do 150% znamionowej siły przez maksymalnie 2 sekundy. W trybie Force Control przekroczenie tego progu uruchamia zabezpieczenie „overload shutdown”.

• LEY16: 0,15 N·m,
• LEY25: 0,45 N·m,
• LEY32: 0,8 N·m,
• LEY50: 2,0 N·m.

Przekroczenie momentu prowadzi do nadmiernego zużycia nakrętki kulowej lub zatarcia prowadnicy.

Napęd LEY jest fabrycznie nasmarowany smarem lituowym klasy NLGI #2. W aplikacjach intensywnych (24/7) zaleca się dosmarowanie co 2000 km przesuwu. Dla środowisk czystych stosuje się smary syntetyczne bezolejowe (np. Kyodo Yushi lub NSK LG2).

• Wysoka temperatura (do 60°C): wersje LEY-X8 z uszczelnieniem FKM,
• Czyste pomieszczenia: LEY-X11 z niskopyłowym silnikiem,
• Wilgoć i mgła olejowa: LEY-X13 (IP65),
• Próżnia: modele LEYV z odpowietrzaniem korpusu.

• luz mechaniczny w sprzęgle,
• niewłaściwe przyspieszenie,
• zbyt duże obciążenie bez prowadnicy,
• wibracje zewnętrzne,
• błędna kalibracja enkodera.

W wersjach serwo-LEY błędy te są kompensowane automatycznie poprzez autotuning PID.

Pozwala na płynne rozpędzanie i hamowanie tłoczyska. Parametry przyspieszenia i opóźnienia można ustawić w sterowniku JXC w zakresie 10–5000 mm/s², co zapobiega szarpnięciom i wydłuża żywotność mechaniki.

• temperatura: 0–40°C,
• wilgotność: 20–85% RH,
• brak kondensacji,
• wibracje ≤ 5 m/s²,
• wysokość instalacji ≤ 1000 m n.p.m.

W środowiskach agresywnych zaleca się wersje nierdzewne LEY*-SUS.

• ręcznie: przyciskiem RESET na panelu,
• cyfrowo: sygnałem wejściowym z PLC,
• programowo: przez interfejs komunikacyjny (EtherCAT/Ethernet/IP).

Po resecie należy wykonać ponowną referencję, jeśli błąd dotyczył pozycji enkodera.

Sterownik rejestruje parametry pracy: prąd silnika, liczbę cykli, czasy ruchu i wartości przeciążeń. Na podstawie tych danych PLC może przewidzieć moment konieczności konserwacji – umożliwiając predykcyjne utrzymanie ruchu (Predictive Maintenance).

• prosta konstrukcja i niski koszt,
• wysoka dokładność pozycjonowania,
• dobra dynamika w krótkich skokach,
• brak potrzeby zewnętrznego czujnika.

Jedynym ograniczeniem jest niższy moment przy wysokich prędkościach w porównaniu z serwosilnikami.

• płynna kontrola momentu i siły,
• wysoka prędkość (do 700 mm/s),
• większa sprawność i kultura pracy,
• pełna kontrola pozycji absolutnej,
• lepsza odporność na przeciążenia.

Dlatego wersje LEY*R stosuje się w procesach montażu precyzyjnego i zrobotyzowanych liniach.

• podnoszenie i pozycjonowanie komponentów,
• automatyczne prasy montażowe,
• kontrola siły docisku w zgrzewaniu,
• regulacja wysokości stołów roboczych,
• dozowanie płynów i klejów,
• zrobotyzowane chwytaki i stoły liniowe.

Sterowniki JXC mogą być łączone magistralą EtherCAT, tworząc synchronizowany system wieloosiowy. PLC steruje wszystkimi osiami równocześnie – umożliwia to interpolację liniową lub kołową, stosowaną np. w systemach CNC i robotach kartezjańskich.

• LEY – napęd z tłoczyskiem, kompaktowy, do osi liniowych,
• LEFS/LEFB – stoliki przesuwne z prowadnicami, do przenoszenia obciążeń bocznych.

Często oba typy łączy się w układach 2D/3D jako kompletne systemy XYZ.

Średni okres bezobsługowej pracy wynosi 10 000 km przesuwu lub 20 milionów cykli. W praktyce przekłada się to na 3–5 lat pracy w typowych aplikacjach przemysłowych. Po tym okresie zaleca się inspekcję śruby kulowej i wymianę łożysk prowadzących.

• stosowanie łagodnych przyspieszeń,
• regularne smarowanie,
• ograniczenie pracy w wysokiej temperaturze,
• właściwe osiowanie i prowadzenie obciążenia,
• unikanie pracy w skrajnych pozycjach (0 i max skok).

• CE – zgodność z dyrektywami UE,
• RoHS2 – brak substancji szkodliwych,
• REACH,
• ISO 13849-1 (PL d) – bezpieczeństwo funkcjonalne,
• UL/CSA – dopuszczenie do rynku amerykańskiego.

Certyfikaty potwierdzają bezpieczeństwo i wysoką jakość wykonania.

Ponieważ łączą precyzję serwonapędu, elastyczność programową, energooszczędność i prostotę integracji w jednym systemie. Napędy LEY eliminują sprężone powietrze, redukują zużycie energii nawet o 70% i zapewniają pełną kontrolę parametrów ruchu. W połączeniu ze sterownikami JXC umożliwiają tworzenie inteligentnych, cichych i bezawaryjnych systemów napędowych – zgodnych z filozofią Industry 4.0.