Анализ и методы устранения неисправностей возврата в референтную точку станков с ЧПУ
Аннотация: В данной статье подробно анализируется принцип возврата инструмента станка с ЧПУ в исходную точку, охватывая замкнутые, полузамкнутые и разомкнутые системы. На конкретных примерах подробно рассматриваются различные виды неисправностей возврата в исходную точку станков с ЧПУ, включая диагностику неисправностей, методы анализа и стратегии их устранения, а также предлагаются предложения по улучшению точки смены инструмента обрабатывающего центра.
I. Введение
Операция ручного возврата в референтную точку является необходимым условием для настройки системы координат станка. Первым действием большинства станков с ЧПУ после запуска является ручное управление возвратом в референтную точку. Ошибки возврата в референтную точку препятствуют выполнению программы, а неточные положения референтных точек также влияют на точность обработки и даже могут привести к столкновению. Поэтому крайне важно анализировать и устранять ошибки возврата в референтную точку.
II. Принципы возврата станков с ЧПУ в исходную точку
(А) Системная классификация
Система ЧПУ замкнутого цикла: оснащена устройством обратной связи для определения конечного линейного перемещения.
Полузамкнутая система ЧПУ: устройство измерения положения устанавливается на вращающемся валу серводвигателя или на конце ходового винта, а сигнал обратной связи снимается по угловому смещению.
Система ЧПУ открытого типа: без устройства обратной связи по определению положения.
(B) Методы возврата к контрольной точке
Метод сетки для возврата контрольной точки
Метод абсолютной сетки: для возврата в исходную точку используется абсолютный импульсный энкодер или шкальная линейка. Во время отладки станка исходная точка определяется путём настройки параметров и операции возврата станка в нулевую точку. Пока резервная батарея датчика обратной связи работает, информация о положении исходной точки регистрируется при каждом запуске станка, и нет необходимости выполнять операцию возврата в исходную точку повторно.
Метод инкрементальной сетки: для возврата в исходную точку используется инкрементальный энкодер или шкальная линейка. Операция возврата в исходную точку требуется каждый раз при запуске станка. На примере фрезерного станка с ЧПУ (с системой FANUC 0i) принцип и процесс возврата в исходную точку по инкрементальной сетке выглядят следующим образом:
Установите переключатель режимов в положение «возврат в исходную точку», выберите ось для возврата в исходную точку и нажмите кнопку положительного перемещения оси. Ось быстро переместится к исходной точке.
При нажатии на контакт выключателя замедления блоком замедления, движущимся вместе с рабочим столом, сигнал замедления переключается с включенного (ON) на выключенный (OFF). Подача рабочего стола замедляется и продолжает движение с заданной параметрами скоростью медленной подачи.
После того, как блок замедления отпускает выключатель замедления и состояние контакта меняется с «выключено» на «включено», система ЧПУ ожидает появления первого сигнала сетки (также известного как сигнал «один оборот PCZ») на энкодере. Как только этот сигнал появляется, перемещение рабочего стола немедленно останавливается. Одновременно система ЧПУ подаёт сигнал завершения возврата в исходную точку, и загорается индикатор исходной точки, указывая на то, что ось станка успешно вернулась в исходную точку.
Метод магнитного переключателя для возврата в контрольную точку
В разомкнутой системе обычно используется магнитно-индукционный выключатель для позиционирования возврата в исходную точку. На примере токарного станка с ЧПУ принцип и процесс возврата в исходную точку с помощью магнитного выключателя выглядят следующим образом:
Первые два шага аналогичны этапам работы метода сетки для возврата в контрольную точку.
После того, как блок замедления отпускает выключатель замедления и состояние контакта меняется с «выкл» на «вкл», система ЧПУ ожидает появления сигнала индукционного выключателя. Как только этот сигнал появляется, перемещение рабочего стола немедленно останавливается. Одновременно система ЧПУ подаёт сигнал завершения возврата в исходную точку, и загорается индикатор исходной точки, указывая на то, что станок успешно вернулся в исходную точку оси.
III. Диагностика и анализ неисправностей станков с ЧПУ, возвращающихся в исходную точку
При возникновении неисправности возврата в референтную точку станка с ЧПУ необходимо провести комплексную проверку по принципу от простого к сложному.
(A) Неисправности без сигнала тревоги
Отклонение от фиксированного расстояния сетки
Явление неисправности: при запуске станка и ручном возврате исходной точки в первый раз она отклоняется от исходной точки на одно или несколько расстояний сетки, а последующие расстояния отклонения каждый раз фиксируются.
Анализ причин: Обычно это происходит из-за неправильного положения тормозного блока, его слишком короткой длины или неправильного положения бесконтактного датчика, используемого для определения точки отсчёта. Подобные неисправности обычно возникают после первой установки и отладки станка или после капитального ремонта.
Решение: Положение блока замедления или бесконтактного переключателя можно отрегулировать, а также можно отрегулировать скорость быстрой подачи и постоянную времени быстрой подачи для возврата в контрольную точку.
Отклонение от случайного положения или небольшое смещение
Явление неисправности: Отклонение от любого положения контрольной точки, величина отклонения случайна или мала, а расстояние отклонения не одинаково каждый раз при выполнении операции возврата в контрольную точку.
Анализ причин:
Внешние помехи, такие как плохое заземление экранирующего слоя кабеля, а также слишком близкое расположение сигнальной линии импульсного энкодера к высоковольтному кабелю.
Напряжение питания, используемое импульсным энкодером или решеточной линейкой, слишком низкое (ниже 4,75 В) или возникла неисправность.
Неисправна плата управления регулятора скорости.
Ослаблено соединение между осью подачи и серводвигателем.
Плохой контакт в разъеме кабеля или поврежден сам кабель.
Решение: В зависимости от разных причин следует предпринять соответствующие меры, такие как улучшение заземления, проверка источника питания, замена платы управления, затяжка муфты и проверка кабеля.
(B) Неисправности с сигнализацией
Сигнализация превышения скорости, вызванная отсутствием замедления
Признак неисправности: при возвращении станка в исходную точку замедление не происходит, и он продолжает движение до тех пор, пока не коснётся концевого выключателя и не остановится из-за перебега. Зелёный индикатор возврата в исходную точку не загорается, а система ЧПУ отображает состояние «НЕ ГОТОВ».
Анализ причины: Вышел из строя переключатель замедления для возврата в исходную точку, контакт переключателя не может быть сброшен после нажатия или блок замедления ослаблен и смещен, в результате чего импульс нулевой точки не срабатывает, когда станок возвращается в исходную точку, и сигнал замедления не может быть введен в систему ЧПУ.
Решение: Используйте функциональную кнопку «снятие перебега» для снятия перебега координат станка, переместите станок обратно в пределах диапазона перемещения, а затем проверьте, не ослаблен ли выключатель замедления для возврата в исходную точку и не имеет ли соответствующая сигнальная линия замедления выключателя перемещения короткого замыкания или обрыва цепи.
Сигнализация, вызванная невозможностью найти контрольную точку после замедления
Явление неисправности: в процессе возврата в контрольную точку происходит замедление, но оно останавливается до тех пор, пока не коснется концевого выключателя и не подаст сигнал тревоги, контрольная точка не найдена, и операция возврата в контрольную точку не выполняется.
Анализ причин:
Кодер (или решетчатая линейка) не отправляет сигнал нулевого флага, указывающий на то, что контрольная точка была возвращена во время операции возврата контрольной точки.
Не удается вернуть положение нулевой отметки контрольной точки.
Сигнал нулевого флага возврата контрольной точки теряется во время передачи или обработки.
В измерительной системе произошел сбой оборудования, и сигнал нулевого флага возврата контрольной точки не распознается.
Решение: Используйте метод отслеживания сигнала и с помощью осциллографа проверьте сигнал нулевого флага возврата контрольной точки энкодера, чтобы оценить причину неисправности и выполнить соответствующую обработку.
Сигнал тревоги, вызванный неточным положением контрольной точки
Явление неисправности: В процессе возврата в контрольную точку происходит замедление, и появляется сигнал нулевого флага возврата в контрольную точку, а также происходит процесс торможения до нуля, но положение контрольной точки неточное, и операция возврата в контрольную точку не выполняется.
Анализ причин:
Сигнал нулевого флага возврата в контрольную точку был пропущен, и измерительная система может обнаружить этот сигнал и остановиться только после того, как импульсный энкодер повернется еще на один оборот, так что рабочий стол остановится в положении на выбранном расстоянии от контрольной точки.
Блок замедления находится слишком близко к положению контрольной точки, и ось координат останавливается, не переместившись на заданное расстояние и коснувшись концевого выключателя.
Из-за таких факторов, как помехи сигнала, ослабленный блок и слишком низкое напряжение сигнала нулевого флага возврата в исходную точку, положение остановки рабочего стола оказывается неточным и не имеет регулярности.
Решение: Выполнить обработку по разным причинам, например, отрегулировать положение блока замедления, устранить помехи сигнала, затянуть блок и проверить напряжение сигнала.
Сигнализация, вызванная невозможностью вернуться в исходную точку из-за изменения параметров
Явление неисправности: когда станок возвращается в контрольную точку, он отправляет сигнал тревоги «возврат в контрольную точку не выполнен», и станок не выполняет действие возврата в контрольную точку.
Анализ причины: Это может быть вызвано изменением установленных параметров, таких как коэффициент увеличения команды (CMR), коэффициент увеличения обнаружения (DMR), скорость быстрой подачи для возврата в исходную точку, скорость замедления вблизи исходной точки установлены на ноль или переключатель быстрого увеличения и переключатель увеличения подачи на панели управления станка установлены на 0%.
Решение: Проверьте и исправьте соответствующие параметры.
IV. Заключение
Ошибки возврата в контрольную точку станков с ЧПУ обычно включают две ситуации: отказ возврата в контрольную точку с сигналом тревоги и дрейф контрольной точки без сигнала тревоги. При возникновении ошибок с сигналом тревоги система ЧПУ не выполняет программу обработки, что позволяет избежать большого количества брака. В то же время, ошибку дрейфа контрольной точки без сигнала тревоги легко проигнорировать, что может привести к браку обработанных деталей или даже к большому количеству брака.
На обрабатывающих центрах, поскольку многие станки используют опорную точку оси координат в качестве точки смены инструмента, при длительной эксплуатации часто возникают ошибки возврата в опорную точку, особенно ошибки дрейфа опорной точки, не вызывающие аварийного сигнала. Поэтому рекомендуется задать вторую опорную точку и использовать команду G30 X0 Y0 Z0 с позицией на определённом расстоянии от опорной точки. Хотя это создаёт определённые сложности при проектировании инструментального магазина и манипулятора, это может значительно снизить частоту отказов возврата в опорную точку и частоту отказов автоматической смены инструмента станка, при этом при запуске станка требуется только один возврат в опорную точку.
Аннотация: В данной статье подробно анализируется принцип возврата инструмента станка с ЧПУ в исходную точку, охватывая замкнутые, полузамкнутые и разомкнутые системы. На конкретных примерах подробно рассматриваются различные виды неисправностей возврата в исходную точку станков с ЧПУ, включая диагностику неисправностей, методы анализа и стратегии их устранения, а также предлагаются предложения по улучшению точки смены инструмента обрабатывающего центра.
I. Введение
Операция ручного возврата в референтную точку является необходимым условием для настройки системы координат станка. Первым действием большинства станков с ЧПУ после запуска является ручное управление возвратом в референтную точку. Ошибки возврата в референтную точку препятствуют выполнению программы, а неточные положения референтных точек также влияют на точность обработки и даже могут привести к столкновению. Поэтому крайне важно анализировать и устранять ошибки возврата в референтную точку.
II. Принципы возврата станков с ЧПУ в исходную точку
(А) Системная классификация
Система ЧПУ замкнутого цикла: оснащена устройством обратной связи для определения конечного линейного перемещения.
Полузамкнутая система ЧПУ: устройство измерения положения устанавливается на вращающемся валу серводвигателя или на конце ходового винта, а сигнал обратной связи снимается по угловому смещению.
Система ЧПУ открытого типа: без устройства обратной связи по определению положения.
(B) Методы возврата к контрольной точке
Метод сетки для возврата контрольной точки
Метод абсолютной сетки: для возврата в исходную точку используется абсолютный импульсный энкодер или шкальная линейка. Во время отладки станка исходная точка определяется путём настройки параметров и операции возврата станка в нулевую точку. Пока резервная батарея датчика обратной связи работает, информация о положении исходной точки регистрируется при каждом запуске станка, и нет необходимости выполнять операцию возврата в исходную точку повторно.
Метод инкрементальной сетки: для возврата в исходную точку используется инкрементальный энкодер или шкальная линейка. Операция возврата в исходную точку требуется каждый раз при запуске станка. На примере фрезерного станка с ЧПУ (с системой FANUC 0i) принцип и процесс возврата в исходную точку по инкрементальной сетке выглядят следующим образом:
Установите переключатель режимов в положение «возврат в исходную точку», выберите ось для возврата в исходную точку и нажмите кнопку положительного перемещения оси. Ось быстро переместится к исходной точке.
При нажатии на контакт выключателя замедления блоком замедления, движущимся вместе с рабочим столом, сигнал замедления переключается с включенного (ON) на выключенный (OFF). Подача рабочего стола замедляется и продолжает движение с заданной параметрами скоростью медленной подачи.
После того, как блок замедления отпускает выключатель замедления и состояние контакта меняется с «выключено» на «включено», система ЧПУ ожидает появления первого сигнала сетки (также известного как сигнал «один оборот PCZ») на энкодере. Как только этот сигнал появляется, перемещение рабочего стола немедленно останавливается. Одновременно система ЧПУ подаёт сигнал завершения возврата в исходную точку, и загорается индикатор исходной точки, указывая на то, что ось станка успешно вернулась в исходную точку.
Метод магнитного переключателя для возврата в контрольную точку
В разомкнутой системе обычно используется магнитно-индукционный выключатель для позиционирования возврата в исходную точку. На примере токарного станка с ЧПУ принцип и процесс возврата в исходную точку с помощью магнитного выключателя выглядят следующим образом:
Первые два шага аналогичны этапам работы метода сетки для возврата в контрольную точку.
После того, как блок замедления отпускает выключатель замедления и состояние контакта меняется с «выкл» на «вкл», система ЧПУ ожидает появления сигнала индукционного выключателя. Как только этот сигнал появляется, перемещение рабочего стола немедленно останавливается. Одновременно система ЧПУ подаёт сигнал завершения возврата в исходную точку, и загорается индикатор исходной точки, указывая на то, что станок успешно вернулся в исходную точку оси.
III. Диагностика и анализ неисправностей станков с ЧПУ, возвращающихся в исходную точку
При возникновении неисправности возврата в референтную точку станка с ЧПУ необходимо провести комплексную проверку по принципу от простого к сложному.
(A) Неисправности без сигнала тревоги
Отклонение от фиксированного расстояния сетки
Явление неисправности: при запуске станка и ручном возврате исходной точки в первый раз она отклоняется от исходной точки на одно или несколько расстояний сетки, а последующие расстояния отклонения каждый раз фиксируются.
Анализ причин: Обычно это происходит из-за неправильного положения тормозного блока, его слишком короткой длины или неправильного положения бесконтактного датчика, используемого для определения точки отсчёта. Подобные неисправности обычно возникают после первой установки и отладки станка или после капитального ремонта.
Решение: Положение блока замедления или бесконтактного переключателя можно отрегулировать, а также можно отрегулировать скорость быстрой подачи и постоянную времени быстрой подачи для возврата в контрольную точку.
Отклонение от случайного положения или небольшое смещение
Явление неисправности: Отклонение от любого положения контрольной точки, величина отклонения случайна или мала, а расстояние отклонения не одинаково каждый раз при выполнении операции возврата в контрольную точку.
Анализ причин:
Внешние помехи, такие как плохое заземление экранирующего слоя кабеля, а также слишком близкое расположение сигнальной линии импульсного энкодера к высоковольтному кабелю.
Напряжение питания, используемое импульсным энкодером или решеточной линейкой, слишком низкое (ниже 4,75 В) или возникла неисправность.
Неисправна плата управления регулятора скорости.
Ослаблено соединение между осью подачи и серводвигателем.
Плохой контакт в разъеме кабеля или поврежден сам кабель.
Решение: В зависимости от разных причин следует предпринять соответствующие меры, такие как улучшение заземления, проверка источника питания, замена платы управления, затяжка муфты и проверка кабеля.
(B) Неисправности с сигнализацией
Сигнализация превышения скорости, вызванная отсутствием замедления
Признак неисправности: при возвращении станка в исходную точку замедление не происходит, и он продолжает движение до тех пор, пока не коснётся концевого выключателя и не остановится из-за перебега. Зелёный индикатор возврата в исходную точку не загорается, а система ЧПУ отображает состояние «НЕ ГОТОВ».
Анализ причины: Вышел из строя переключатель замедления для возврата в исходную точку, контакт переключателя не может быть сброшен после нажатия или блок замедления ослаблен и смещен, в результате чего импульс нулевой точки не срабатывает, когда станок возвращается в исходную точку, и сигнал замедления не может быть введен в систему ЧПУ.
Решение: Используйте функциональную кнопку «снятие перебега» для снятия перебега координат станка, переместите станок обратно в пределах диапазона перемещения, а затем проверьте, не ослаблен ли выключатель замедления для возврата в исходную точку и не имеет ли соответствующая сигнальная линия замедления выключателя перемещения короткого замыкания или обрыва цепи.
Сигнализация, вызванная невозможностью найти контрольную точку после замедления
Явление неисправности: в процессе возврата в контрольную точку происходит замедление, но оно останавливается до тех пор, пока не коснется концевого выключателя и не подаст сигнал тревоги, контрольная точка не найдена, и операция возврата в контрольную точку не выполняется.
Анализ причин:
Кодер (или решетчатая линейка) не отправляет сигнал нулевого флага, указывающий на то, что контрольная точка была возвращена во время операции возврата контрольной точки.
Не удается вернуть положение нулевой отметки контрольной точки.
Сигнал нулевого флага возврата контрольной точки теряется во время передачи или обработки.
В измерительной системе произошел сбой оборудования, и сигнал нулевого флага возврата контрольной точки не распознается.
Решение: Используйте метод отслеживания сигнала и с помощью осциллографа проверьте сигнал нулевого флага возврата контрольной точки энкодера, чтобы оценить причину неисправности и выполнить соответствующую обработку.
Сигнал тревоги, вызванный неточным положением контрольной точки
Явление неисправности: В процессе возврата в контрольную точку происходит замедление, и появляется сигнал нулевого флага возврата в контрольную точку, а также происходит процесс торможения до нуля, но положение контрольной точки неточное, и операция возврата в контрольную точку не выполняется.
Анализ причин:
Сигнал нулевого флага возврата в контрольную точку был пропущен, и измерительная система может обнаружить этот сигнал и остановиться только после того, как импульсный энкодер повернется еще на один оборот, так что рабочий стол остановится в положении на выбранном расстоянии от контрольной точки.
Блок замедления находится слишком близко к положению контрольной точки, и ось координат останавливается, не переместившись на заданное расстояние и коснувшись концевого выключателя.
Из-за таких факторов, как помехи сигнала, ослабленный блок и слишком низкое напряжение сигнала нулевого флага возврата в исходную точку, положение остановки рабочего стола оказывается неточным и не имеет регулярности.
Решение: Выполнить обработку по разным причинам, например, отрегулировать положение блока замедления, устранить помехи сигнала, затянуть блок и проверить напряжение сигнала.
Сигнализация, вызванная невозможностью вернуться в исходную точку из-за изменения параметров
Явление неисправности: когда станок возвращается в контрольную точку, он отправляет сигнал тревоги «возврат в контрольную точку не выполнен», и станок не выполняет действие возврата в контрольную точку.
Анализ причины: Это может быть вызвано изменением установленных параметров, таких как коэффициент увеличения команды (CMR), коэффициент увеличения обнаружения (DMR), скорость быстрой подачи для возврата в исходную точку, скорость замедления вблизи исходной точки установлены на ноль или переключатель быстрого увеличения и переключатель увеличения подачи на панели управления станка установлены на 0%.
Решение: Проверьте и исправьте соответствующие параметры.
IV. Заключение
Ошибки возврата в контрольную точку станков с ЧПУ обычно включают две ситуации: отказ возврата в контрольную точку с сигналом тревоги и дрейф контрольной точки без сигнала тревоги. При возникновении ошибок с сигналом тревоги система ЧПУ не выполняет программу обработки, что позволяет избежать большого количества брака. В то же время, ошибку дрейфа контрольной точки без сигнала тревоги легко проигнорировать, что может привести к браку обработанных деталей или даже к большому количеству брака.
На обрабатывающих центрах, поскольку многие станки используют опорную точку оси координат в качестве точки смены инструмента, при длительной эксплуатации часто возникают ошибки возврата в опорную точку, особенно ошибки дрейфа опорной точки, не вызывающие аварийного сигнала. Поэтому рекомендуется задать вторую опорную точку и использовать команду G30 X0 Y0 Z0 с позицией на определённом расстоянии от опорной точки. Хотя это создаёт определённые сложности при проектировании инструментального магазина и манипулятора, это может значительно снизить частоту отказов возврата в опорную точку и частоту отказов автоматической смены инструмента станка, при этом при запуске станка требуется только один возврат в опорную точку.