Metody analýzy a eliminace chyb návratu referenčních bodů u CNC obráběcích strojů
Abstrakt: Tento článek podrobně analyzuje princip návratu CNC obráběcího stroje do referenčního bodu a zahrnuje systémy s uzavřenou, polouzavřenou a otevřenou smyčkou. Na konkrétních příkladech jsou podrobně diskutovány různé formy chyb návratu do referenčního bodu CNC obráběcích strojů, včetně diagnostiky chyb, metod analýzy a strategií jejich odstranění, a jsou předloženy návrhy na zlepšení bodu výměny nástroje obráběcího centra.
I. Úvod
Ruční operace návratu do referenčního bodu je předpokladem pro nastavení souřadnicového systému obráběcího stroje. První akcí většiny CNC obráběcích strojů po spuštění je ruční ovládání návratu do referenčního bodu. Chyby návratu do referenčního bodu zabrání zpracování programu a nepřesné polohy referenčních bodů ovlivní také přesnost obrábění a dokonce způsobí kolizi. Proto je velmi důležité analyzovat a eliminovat chyby návratu do referenčního bodu.
II. Principy CNC obráběcích strojů Návrat k referenčnímu bodu
(A) Klasifikace systému
CNC systém s uzavřenou smyčkou: Vybaven zpětnovazebním zařízením pro detekci konečného lineárního posunutí.
CNC systém s polouzavřenou smyčkou: Zařízení pro měření polohy je instalováno na rotující hřídeli servomotoru nebo na konci vodicího šroubu a zpětnovazební signál je odebírán z úhlového posunutí.
CNC systém s otevřenou smyčkou: Bez zpětnovazebního zařízení pro detekci polohy.
(B) Metody návratu k referenčnímu bodu
Mřížková metoda pro návrat referenčního bodu
Metoda absolutní mřížky: Pro návrat do referenčního bodu použijte absolutní pulzní kodér nebo mřížkové pravítko. Během ladění obráběcího stroje se referenční bod určuje nastavením parametrů a operací návratu do nulového bodu obráběcího stroje. Dokud je záložní baterie detekčního zpětnovazebního prvku aktivní, informace o poloze referenčního bodu se zaznamenávají při každém spuštění stroje a není nutné operaci návratu do referenčního bodu provádět znovu.
Metoda inkrementální mřížky: Pro návrat do referenčního bodu použijte inkrementální enkodér nebo mřížkové pravítko a operace návratu do referenčního bodu je vyžadována při každém spuštění stroje. Vezměme si jako příklad určitou CNC frézku (používající systém FANUC 0i), princip a proces její metody inkrementální mřížky pro návrat do nulového bodu jsou následující:
Přepněte přepínač režimů do polohy „návrat referenčního bodu“, vyberte osu pro návrat referenčního bodu a stiskněte tlačítko kladného posuvu osy. Osa se bude pohybovat směrem k referenčnímu bodu vysokou rychlostí.
Když zpomalovací blok pohybující se společně s pracovním stolem stiskne kontakt spínače zpomalení, signál zpomalení se změní ze zapnutého (ON) na vypnutý (OFF). Posuv pracovního stolu se zpomalí a pokračuje v pohybu pomalou rychlostí posuvu nastavenou parametry.
Poté, co blok zpomalení uvolní spínač zpomalení a stav kontaktu se změní z vypnuto na zapnuto, CNC systém čeká na objevení se prvního signálu mřížky (známého také jako signál jedné otáčky PCZ) na kodéru. Jakmile se tento signál objeví, pohyb pracovního stolu se okamžitě zastaví. Současně CNC systém vyšle signál o dokončení návratu do referenčního bodu a rozsvítí se kontrolka referenčního bodu, což signalizuje, že se osa obráběcího stroje úspěšně vrátila do referenčního bodu.
Metoda magnetického spínače pro návrat k referenčnímu bodu
Systém s otevřenou smyčkou obvykle používá magnetický indukční spínač pro návrat do referenčního bodu. Vezměme si jako příklad určitý CNC soustruh, princip a proces jeho magnetického spínače pro návrat do referenčního bodu jsou následující:
První dva kroky jsou stejné jako kroky operace mřížkové metody pro návrat referenčního bodu.
Poté, co blok zpomalení uvolní spínač zpomalení a stav kontaktu se změní z vypnuto na zapnuto, CNC systém čeká na objevení se signálu indukčního spínače. Jakmile se tento signál objeví, pohyb pracovního stolu se okamžitě zastaví. Současně CNC systém vyšle signál o dokončení návratu do referenčního bodu a rozsvítí se kontrolka referenčního bodu, což signalizuje, že se obráběcí stroj úspěšně vrátil do referenčního bodu osy.
III. Diagnostika a analýza poruch CNC obráběcích strojů s návratem do referenčního bodu
Pokud dojde k chybě v návratu referenčního bodu CNC obráběcího stroje, měla by být provedena komplexní kontrola podle principu od jednoduchého ke složitému.
(A) Poruchy bez alarmu
Odchylka od pevné vzdálenosti mřížky
Jev chyby: Když se obráběcí stroj spustí a referenční bod se poprvé ručně vrátí, odchýlí se od referenčního bodu o jednu nebo několik vzdáleností mřížky a následující vzdálenosti odchylek jsou pokaždé fixní.
Analýza příčiny: Obvykle je nesprávná poloha zpomalovacího bloku, příliš krátká délka zpomalovacího bloku nebo nesprávná poloha přibližovacího spínače použitého pro referenční bod. K tomuto typu závady obvykle dochází po první instalaci a odladění obráběcího stroje nebo po generální opravě.
Řešení: Polohu bloku zpomalení nebo přibližovacího spínače lze nastavit a také lze nastavit rychlost rychlého posuvu a časovou konstantu rychlého posuvu pro návrat do referenčního bodu.
Odchylka od náhodné polohy nebo malé posunutí
Jev chyby: Odchylka od libovolné polohy referenčního bodu je náhodná nebo malá a vzdálenost odchylky není při každém provedení operace návratu do referenčního bodu stejná.
Analýza příčin:
Vnější rušení, například špatné uzemnění stínicí vrstvy kabelu a přílišná blízkost signálového vedení pulzního snímače napětí k vysokonapěťovému kabelu.
Napájecí napětí používané pulzním kodérem nebo mřížkovým pravítkem je příliš nízké (nižší než 4,75 V) nebo se jedná o poruchu.
Řídicí deska regulátoru otáček je vadná.
Spojení mezi posuvnou osou a servomotorem je uvolněné.
Konektor kabelu má špatný kontakt nebo je kabel poškozen.
Řešení: Z různých důvodů by měla být přijata odpovídající opatření, jako je zlepšení uzemnění, kontrola napájení, výměna řídicí desky, utažení spojky a kontrola kabelu.
(B) Poruchy s alarmem
Alarm překročení jízdní dráhy způsobený absencí akce zpomalení
Porucha: Když se obráběcí stroj vrátí do referenčního bodu, nedojde k žádnému zpomalení a pohybuje se, dokud se nedotkne koncového spínače a nezastaví se z důvodu překročení požadovaného rozsahu. Zelené světlo pro návrat do referenčního bodu se nerozsvítí a CNC systém zobrazuje stav „NEPŘIPRAVENO“.
Analýza příčiny: Selhal spínač zpomalení pro návrat do referenčního bodu, kontakt spínače nelze po stisknutí resetovat nebo je blok zpomalení uvolněný a posunutý, což má za následek, že impuls nulového bodu nefunguje, když se obráběcí stroj vrací do referenčního bodu, a signál zpomalení nelze přijmout do CNC systému.
Řešení: Pomocí funkčního tlačítka „uvolnění překročení souřadnic“ uvolněte překročení souřadnic obráběcího stroje, přesuňte obráběcí stroj zpět do rozsahu pojezdu a poté zkontrolujte, zda není uvolněný spínač zpomalení pro návrat do referenčního bodu a zda příslušný signální vodič zpomalení spínače pojezdu nemá zkrat nebo přerušení.
Alarm způsobený nenalezením referenčního bodu po zpomalení
Porucha: Během procesu návratu do referenčního bodu dochází ke zpomalení, ale proces se zastaví, dokud se nedotkne koncového spínače a nespustí se alarm. Referenční bod není nalezen a operace návratu do referenčního bodu selže.
Analýza příčin:
Kodér (nebo mřížkové pravítko) nevysílá signál nulového příznaku, který by indikoval, že referenční bod byl během operace návratu do referenčního bodu vrácen.
Návrat k nulové značce referenčního bodu selhal.
Signál nulového příznaku návratu referenčního bodu se během přenosu nebo zpracování ztratí.
V měřicím systému došlo k hardwarové chybě a signál nulového příznaku návratu referenčního bodu není rozpoznán.
Řešení: Použijte metodu sledování signálu a osciloskopem zkontrolujte signál nulového příznaku návratu referenčního bodu enkodéru, abyste posoudili příčinu chyby a provedli odpovídající zpracování.
Alarm způsobený nepřesnou polohou referenčního bodu
Porucha: Během procesu návratu do referenčního bodu dochází ke zpomalení a objeví se signál nulového příznaku návratu do referenčního bodu. Dochází také k procesu brzdění na nulu, ale poloha referenčního bodu je nepřesná a operace návratu do referenčního bodu selže.
Analýza příčin:
Signál nulového příznaku návratu referenčního bodu byl vynechán a měřicí systém jej dokáže najít a zastavit až poté, co se pulzní kodér otočí o další otáčku, takže se pracovní stůl zastaví v poloze ve zvolené vzdálenosti od referenčního bodu.
Blok zpomalení je příliš blízko k referenčnímu bodu a souřadnicová osa se zastaví, když se nepohne o zadanou vzdálenost a dotkne se koncového spínače.
V důsledku faktorů, jako je rušení signálu, uvolněný blok a příliš nízké napětí signálu nulového příznaku návratu referenčního bodu, je poloha, kde se pracovní stůl zastaví, nepřesná a nepravidelná.
Řešení: Postupujte podle různých důvodů, například úpravou polohy zpomalovacího bloku, odstraněním rušení signálu, utažením bloku a kontrolou napětí signálu.
Alarm způsobený nenávratem do referenčního bodu v důsledku změn parametrů
Jev chyby: Když se obráběcí stroj vrátí do referenčního bodu, vyšle alarm „nebyl vrácen do referenčního bodu“ a obráběcí stroj neprovede akci návratu do referenčního bodu.
Analýza příčiny: Může to být způsobeno změnou nastavených parametrů, jako je například poměr zvětšení příkazu (CMR), poměr zvětšení detekce (DMR), rychlost rychlého posuvu pro návrat do referenčního bodu, rychlost zpomalení v blízkosti počátku nastavená na nulu nebo přepínač rychlého zvětšení a přepínač zvětšení posuvu na ovládacím panelu obráběcího stroje nastavený na 0 %.
Řešení: Zkontrolujte a opravte příslušné parametry.
IV. Závěr
Chyby návratu referenčního bodu u CNC obráběcích strojů zahrnují hlavně dvě situace: selhání návratu referenčního bodu s alarmem a posun referenčního bodu bez alarmu. U chyb s alarmem CNC systém neprovede obráběcí program, což může zabránit vzniku velkého množství odpadních produktů; zatímco chybu posunu referenčního bodu bez alarmu lze snadno ignorovat, což může vést k odpadním produktům zpracovávaných dílů nebo dokonce k velkému množství odpadních produktů.
U obráběcích center, protože mnoho strojů používá referenční bod souřadnicové osy jako bod výměny nástroje, se při dlouhodobém provozu snadno vyskytují chyby návratu do referenčního bodu, zejména chyby posunu referenčního bodu bez alarmu. Proto se doporučuje nastavit druhý referenční bod a použít instrukci G30 X0 Y0 Z0 s pozicí v určité vzdálenosti od referenčního bodu. I když to přináší určité potíže s konstrukcí zásobníku nástrojů a manipulátoru, může to výrazně snížit četnost selhání návratu do referenčního bodu a četnost selhání automatické výměny nástroje u obráběcího stroje a při spuštění obráběcího stroje je nutný pouze jeden návrat do referenčního bodu.
Abstrakt: Tento článek podrobně analyzuje princip návratu CNC obráběcího stroje do referenčního bodu a zahrnuje systémy s uzavřenou, polouzavřenou a otevřenou smyčkou. Na konkrétních příkladech jsou podrobně diskutovány různé formy chyb návratu do referenčního bodu CNC obráběcích strojů, včetně diagnostiky chyb, metod analýzy a strategií jejich odstranění, a jsou předloženy návrhy na zlepšení bodu výměny nástroje obráběcího centra.
I. Úvod
Ruční operace návratu do referenčního bodu je předpokladem pro nastavení souřadnicového systému obráběcího stroje. První akcí většiny CNC obráběcích strojů po spuštění je ruční ovládání návratu do referenčního bodu. Chyby návratu do referenčního bodu zabrání zpracování programu a nepřesné polohy referenčních bodů ovlivní také přesnost obrábění a dokonce způsobí kolizi. Proto je velmi důležité analyzovat a eliminovat chyby návratu do referenčního bodu.
II. Principy CNC obráběcích strojů Návrat k referenčnímu bodu
(A) Klasifikace systému
CNC systém s uzavřenou smyčkou: Vybaven zpětnovazebním zařízením pro detekci konečného lineárního posunutí.
CNC systém s polouzavřenou smyčkou: Zařízení pro měření polohy je instalováno na rotující hřídeli servomotoru nebo na konci vodicího šroubu a zpětnovazební signál je odebírán z úhlového posunutí.
CNC systém s otevřenou smyčkou: Bez zpětnovazebního zařízení pro detekci polohy.
(B) Metody návratu k referenčnímu bodu
Mřížková metoda pro návrat referenčního bodu
Metoda absolutní mřížky: Pro návrat do referenčního bodu použijte absolutní pulzní kodér nebo mřížkové pravítko. Během ladění obráběcího stroje se referenční bod určuje nastavením parametrů a operací návratu do nulového bodu obráběcího stroje. Dokud je záložní baterie detekčního zpětnovazebního prvku aktivní, informace o poloze referenčního bodu se zaznamenávají při každém spuštění stroje a není nutné operaci návratu do referenčního bodu provádět znovu.
Metoda inkrementální mřížky: Pro návrat do referenčního bodu použijte inkrementální enkodér nebo mřížkové pravítko a operace návratu do referenčního bodu je vyžadována při každém spuštění stroje. Vezměme si jako příklad určitou CNC frézku (používající systém FANUC 0i), princip a proces její metody inkrementální mřížky pro návrat do nulového bodu jsou následující:
Přepněte přepínač režimů do polohy „návrat referenčního bodu“, vyberte osu pro návrat referenčního bodu a stiskněte tlačítko kladného posuvu osy. Osa se bude pohybovat směrem k referenčnímu bodu vysokou rychlostí.
Když zpomalovací blok pohybující se společně s pracovním stolem stiskne kontakt spínače zpomalení, signál zpomalení se změní ze zapnutého (ON) na vypnutý (OFF). Posuv pracovního stolu se zpomalí a pokračuje v pohybu pomalou rychlostí posuvu nastavenou parametry.
Poté, co blok zpomalení uvolní spínač zpomalení a stav kontaktu se změní z vypnuto na zapnuto, CNC systém čeká na objevení se prvního signálu mřížky (známého také jako signál jedné otáčky PCZ) na kodéru. Jakmile se tento signál objeví, pohyb pracovního stolu se okamžitě zastaví. Současně CNC systém vyšle signál o dokončení návratu do referenčního bodu a rozsvítí se kontrolka referenčního bodu, což signalizuje, že se osa obráběcího stroje úspěšně vrátila do referenčního bodu.
Metoda magnetického spínače pro návrat k referenčnímu bodu
Systém s otevřenou smyčkou obvykle používá magnetický indukční spínač pro návrat do referenčního bodu. Vezměme si jako příklad určitý CNC soustruh, princip a proces jeho magnetického spínače pro návrat do referenčního bodu jsou následující:
První dva kroky jsou stejné jako kroky operace mřížkové metody pro návrat referenčního bodu.
Poté, co blok zpomalení uvolní spínač zpomalení a stav kontaktu se změní z vypnuto na zapnuto, CNC systém čeká na objevení se signálu indukčního spínače. Jakmile se tento signál objeví, pohyb pracovního stolu se okamžitě zastaví. Současně CNC systém vyšle signál o dokončení návratu do referenčního bodu a rozsvítí se kontrolka referenčního bodu, což signalizuje, že se obráběcí stroj úspěšně vrátil do referenčního bodu osy.
III. Diagnostika a analýza poruch CNC obráběcích strojů s návratem do referenčního bodu
Pokud dojde k chybě v návratu referenčního bodu CNC obráběcího stroje, měla by být provedena komplexní kontrola podle principu od jednoduchého ke složitému.
(A) Poruchy bez alarmu
Odchylka od pevné vzdálenosti mřížky
Jev chyby: Když se obráběcí stroj spustí a referenční bod se poprvé ručně vrátí, odchýlí se od referenčního bodu o jednu nebo několik vzdáleností mřížky a následující vzdálenosti odchylek jsou pokaždé fixní.
Analýza příčiny: Obvykle je nesprávná poloha zpomalovacího bloku, příliš krátká délka zpomalovacího bloku nebo nesprávná poloha přibližovacího spínače použitého pro referenční bod. K tomuto typu závady obvykle dochází po první instalaci a odladění obráběcího stroje nebo po generální opravě.
Řešení: Polohu bloku zpomalení nebo přibližovacího spínače lze nastavit a také lze nastavit rychlost rychlého posuvu a časovou konstantu rychlého posuvu pro návrat do referenčního bodu.
Odchylka od náhodné polohy nebo malé posunutí
Jev chyby: Odchylka od libovolné polohy referenčního bodu je náhodná nebo malá a vzdálenost odchylky není při každém provedení operace návratu do referenčního bodu stejná.
Analýza příčin:
Vnější rušení, například špatné uzemnění stínicí vrstvy kabelu a přílišná blízkost signálového vedení pulzního snímače napětí k vysokonapěťovému kabelu.
Napájecí napětí používané pulzním kodérem nebo mřížkovým pravítkem je příliš nízké (nižší než 4,75 V) nebo se jedná o poruchu.
Řídicí deska regulátoru otáček je vadná.
Spojení mezi posuvnou osou a servomotorem je uvolněné.
Konektor kabelu má špatný kontakt nebo je kabel poškozen.
Řešení: Z různých důvodů by měla být přijata odpovídající opatření, jako je zlepšení uzemnění, kontrola napájení, výměna řídicí desky, utažení spojky a kontrola kabelu.
(B) Poruchy s alarmem
Alarm překročení jízdní dráhy způsobený absencí akce zpomalení
Porucha: Když se obráběcí stroj vrátí do referenčního bodu, nedojde k žádnému zpomalení a pohybuje se, dokud se nedotkne koncového spínače a nezastaví se z důvodu překročení požadovaného rozsahu. Zelené světlo pro návrat do referenčního bodu se nerozsvítí a CNC systém zobrazuje stav „NEPŘIPRAVENO“.
Analýza příčiny: Selhal spínač zpomalení pro návrat do referenčního bodu, kontakt spínače nelze po stisknutí resetovat nebo je blok zpomalení uvolněný a posunutý, což má za následek, že impuls nulového bodu nefunguje, když se obráběcí stroj vrací do referenčního bodu, a signál zpomalení nelze přijmout do CNC systému.
Řešení: Pomocí funkčního tlačítka „uvolnění překročení souřadnic“ uvolněte překročení souřadnic obráběcího stroje, přesuňte obráběcí stroj zpět do rozsahu pojezdu a poté zkontrolujte, zda není uvolněný spínač zpomalení pro návrat do referenčního bodu a zda příslušný signální vodič zpomalení spínače pojezdu nemá zkrat nebo přerušení.
Alarm způsobený nenalezením referenčního bodu po zpomalení
Porucha: Během procesu návratu do referenčního bodu dochází ke zpomalení, ale proces se zastaví, dokud se nedotkne koncového spínače a nespustí se alarm. Referenční bod není nalezen a operace návratu do referenčního bodu selže.
Analýza příčin:
Kodér (nebo mřížkové pravítko) nevysílá signál nulového příznaku, který by indikoval, že referenční bod byl během operace návratu do referenčního bodu vrácen.
Návrat k nulové značce referenčního bodu selhal.
Signál nulového příznaku návratu referenčního bodu se během přenosu nebo zpracování ztratí.
V měřicím systému došlo k hardwarové chybě a signál nulového příznaku návratu referenčního bodu není rozpoznán.
Řešení: Použijte metodu sledování signálu a osciloskopem zkontrolujte signál nulového příznaku návratu referenčního bodu enkodéru, abyste posoudili příčinu chyby a provedli odpovídající zpracování.
Alarm způsobený nepřesnou polohou referenčního bodu
Porucha: Během procesu návratu do referenčního bodu dochází ke zpomalení a objeví se signál nulového příznaku návratu do referenčního bodu. Dochází také k procesu brzdění na nulu, ale poloha referenčního bodu je nepřesná a operace návratu do referenčního bodu selže.
Analýza příčin:
Signál nulového příznaku návratu referenčního bodu byl vynechán a měřicí systém jej dokáže najít a zastavit až poté, co se pulzní kodér otočí o další otáčku, takže se pracovní stůl zastaví v poloze ve zvolené vzdálenosti od referenčního bodu.
Blok zpomalení je příliš blízko k referenčnímu bodu a souřadnicová osa se zastaví, když se nepohne o zadanou vzdálenost a dotkne se koncového spínače.
V důsledku faktorů, jako je rušení signálu, uvolněný blok a příliš nízké napětí signálu nulového příznaku návratu referenčního bodu, je poloha, kde se pracovní stůl zastaví, nepřesná a nepravidelná.
Řešení: Postupujte podle různých důvodů, například úpravou polohy zpomalovacího bloku, odstraněním rušení signálu, utažením bloku a kontrolou napětí signálu.
Alarm způsobený nenávratem do referenčního bodu v důsledku změn parametrů
Jev chyby: Když se obráběcí stroj vrátí do referenčního bodu, vyšle alarm „nebyl vrácen do referenčního bodu“ a obráběcí stroj neprovede akci návratu do referenčního bodu.
Analýza příčiny: Může to být způsobeno změnou nastavených parametrů, jako je například poměr zvětšení příkazu (CMR), poměr zvětšení detekce (DMR), rychlost rychlého posuvu pro návrat do referenčního bodu, rychlost zpomalení v blízkosti počátku nastavená na nulu nebo přepínač rychlého zvětšení a přepínač zvětšení posuvu na ovládacím panelu obráběcího stroje nastavený na 0 %.
Řešení: Zkontrolujte a opravte příslušné parametry.
IV. Závěr
Chyby návratu referenčního bodu u CNC obráběcích strojů zahrnují hlavně dvě situace: selhání návratu referenčního bodu s alarmem a posun referenčního bodu bez alarmu. U chyb s alarmem CNC systém neprovede obráběcí program, což může zabránit vzniku velkého množství odpadních produktů; zatímco chybu posunu referenčního bodu bez alarmu lze snadno ignorovat, což může vést k odpadním produktům zpracovávaných dílů nebo dokonce k velkému množství odpadních produktů.
U obráběcích center, protože mnoho strojů používá referenční bod souřadnicové osy jako bod výměny nástroje, se při dlouhodobém provozu snadno vyskytují chyby návratu do referenčního bodu, zejména chyby posunu referenčního bodu bez alarmu. Proto se doporučuje nastavit druhý referenční bod a použít instrukci G30 X0 Y0 Z0 s pozicí v určité vzdálenosti od referenčního bodu. I když to přináší určité potíže s konstrukcí zásobníku nástrojů a manipulátoru, může to výrazně snížit četnost selhání návratu do referenčního bodu a četnost selhání automatické výměny nástroje u obráběcího stroje a při spuštění obráběcího stroje je nutný pouze jeden návrat do referenčního bodu.