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數控cnc加工中心回參考點

      所謂加工中心參考點又名原點或零點,是機床的機械原點和電氣原點相重合的點,是原點複歸後機械上固定的點。每台機床可以有一個參考原點,也可以據需要設置多個參考原點,用於自動刀具交換(ATC)或自動拖盤交換(APC)等。參考點作為工件坐標係的原始參照係,機床參考點確定後,各工件坐標係隨之建立。所謂機械原點,是基本機械坐標係的基準點,機械零部件一旦裝配完畢,機械原點隨即確立。所謂電氣原點,是由機床所使用的檢測反饋元件所發出的柵點信號或零標誌信號確立的參考點。為了使電氣原點與機械原點重合,必須將電氣原點到機械原點的距離用一個設置原點偏移量的參數進行設置。這個重合的點就是機床原點。在加工中心使用過程中,機床手動或者自動回參考點操作是經常進行的動作。不管機床檢測反饋元件是配用增量式脈衝編碼器還是絕對式脈衝編碼器,在某些情況下,如進行ATCAPC過程中,機床某一軸或全部軸都要先回參考原點。

  按機床檢測元件檢測原點信號方式的不同,返回機床參考點的方法有兩種。一種為柵點法,另一種為磁開關法。在柵點法中,檢測器隨著電機一轉信號同時產生一個柵點或一個零位脈衝,在機械本體上安裝一個減速撞塊及一個減速開關後,數控係統檢測到的第一個柵點或零位信號即為原點。在磁開關法中,在機械本體上安裝磁鐵及磁感應原點開關,當磁感應原點開關檢測到原點信號後,伺服電機立即停止,該停止點被認作原點。柵點方法的特點是如果接近原點速度小於某一固定值,則伺服電機總是停止於同一點,也就是說,在進行回原點操作後,機床原點的保持性好。磁開關法的特點是軟件及硬件簡單,但原點位置隨著伺服電機速度的變化而成比例地漂移,即原點不確定。目前,幾乎所有的機床都采用柵點法。

  使用柵點法回機床原點的幾種情形如下:

  1. 使用增量檢測反饋元件的機床開機後的第一次回機床原點;

  2. 使用絕對式檢測反饋元件的機床安裝後調試時第一次機床開機回原點;

  3. 柵點偏移量參數設置調整後機床第一次手動回原點。

  

按照檢測元件測量方式的不同分為以絕對脈衝編碼器方式歸零和以增量脈衝編碼器方式歸零。在使用絕對脈衝編碼器作為測量反饋元件的係統中,機床調試前第一次開機後,通過參數設置配合機床回零操作調整到合適的參考點後,隻要絕對脈衝編碼器的後備電池有效,此後的每次開機,不必進行回參考點操作。在使用增量脈衝編碼器的係統中,回參考點有兩種模式,一種為開機後在參考點回零模式各軸手動回原點,每一次開機後都要進行手動回原點操作;另一種為使用過程中,在存儲器模式下的用G代碼指令回原點。

  

使用增量式脈衝編碼器作為測量反饋元件的機床開機手動回原點的動作過程一般有以下三種:

  1.手動回原點時,回原點軸先以參數設置的快速進給速度向原點方向移動,當原點減速撞塊壓下原點減速開關時,伺服電機減速至由參數設置的原點接近速度繼續向前移動,當減速撞塊釋放原點減速開關後,數控係統檢測到編碼器發出的第一個柵點或零標誌信號時,歸零軸停止,此停止點即為機床參考點。

  2.回原點軸先以快速進給速度向原點方向移動,當原點減速開關被減速撞塊壓下時,回原點軸製動到速度為零,在以接近原點速度向相反方向移動,當減速撞塊釋放原點接近開關後,數控係統檢測到檢測反饋元件發出的第一個柵點或零標誌信號時,回零軸停止,該點即機床原點。 

  3.回原點時,回原點軸先以快速進給速度向原點方向移動,當原點減速撞塊壓下原點減速開關時,回歸原點軸製動到速度為零,再向相反方向微動,當減速撞塊釋放原點減速開關時,歸零軸又反向沿原快速進給方向移動,當減速撞塊再次壓下原點減速開關時,歸零軸以接近原點速度前移,減速撞塊釋放減速開關後,數控係統檢測到第一個柵點或零標誌信號時,歸零軸停止,機床原點隨之確立。 

  使用增量式檢測反饋元件的機床開機第一次各伺服軸手動回原點大多采用撞塊式複歸,其後各次的原點複歸可以用G代碼指令以快速進給速度高速複歸至第一次原點複歸時記憶的參考點位置。

  進一步從數控係統控製過程來分析機床原點的複歸,機床在回機床原點模式下,伺服電機以大於某一固定速度的進給速度向原點方向旋轉,當數控係統檢測到電機一轉信號時,數控係統內的參考計數器被清零。如果通過參數設置了柵點偏移量,則參考計數器內也自動被設定為和柵點偏移量相等的值。此後,參考計數器就成為一個環行計數器。當計數器對移動指令脈衝計數到參考計數器設定的值時被複位,隨著一轉信號的出現產生一個柵點。當減速撞塊壓下原點減速開關時,電機減速到接近原點速度運行,撞塊釋放原點減速開關後,電機在下一個柵點停止,產生一個回原點完成標誌信號,參考位置被複位。電源開啟後第二次返回原點,由於參考計數器已設置,柵點已建立,因此可以直接返回原點位置。使用絕對檢測反饋元件的機床第一次回原點時,首先數控係統與絕對式檢測反饋元件進行數據通信以建立當前的位置,並計算當前位置到機床原點的距離及當前位置到最近柵點的距離,將計算值賦給計數器,柵點被確立。

  當加工中心回參考點出現故障時,首先由簡單到複雜進行檢查。先檢查原點減速憧塊是否鬆動,減速開關固定是否牢固,開關是否損壞,若無問題,應進一步用百分表或激光測量儀檢查機械相對位置的漂移量,檢查減速撞塊的長度,檢查回原點起始位置、減速開關位置與原點位置的關係,檢查回原點模式,是否是在開機後的第一次回原點,是否采用絕對脈衝編碼器,伺眼電機每轉的運動量、指令倍比及檢測倍乘比,檢查回原點快速迸給速度的參數設置、接近原點速度的參數設置及快速進給時間常數的參數設置是否合適,檢查係統是全閉環還是半閉環,檢查參考計數器設置是否適當等。

  

回原點故障現象及診斷調整步驟如下:

  1.機床回原點後原點漂移檢查是否采用絕對脈衝編碼器,如果采用,診斷及調整步驟見使用絕對脈衝編碼器的機床回原點時的原點漂移;若是采用增量脈衝編碼器的機床,應確定係統是全閉環還是半閉環,若為全閉環係統,診斷調整步驟見全閉環係統中的原點偏移;若為半閉環係統,用百分表或激光測量儀檢查機械相對位置是否漂移。若不漂移,隻是位置顯示有偏差,檢查是否為工件坐標係偏置無效。在機床回原點後,機床CRT位置顯示為一非零值,該值取決於某些諸如工件坐標係偏置一類的參數設置。若機械相對位置偏移,確定偏移量。若偏移量為一柵格,診斷方法見原點漂移一柵點的處理步驟。若漂移量為數個脈衝,見原點漂移數個脈衝的診斷步驟。否則檢查脈衝數量和參考計數器的值是否匹配。如不匹配,修正參考計數器的值使之匹配;如果匹配,則脈衝編碼器壞,需要更換。

  2.使用絕對脈衝編碼器的機床回原點時的原點漂移

首先檢查並重新設置與機床回原點有關的檢測絕對位置的有關參數,重新再試一次回原點操作,若原點仍漂移,檢查機械相對是否有變化。如無漂移,隻是位置顯示有偏差,則檢查工件坐標偏置是否有效;若機械位置偏移,則絕對脈衝編碼器故障。

  3.全閉環係統中的原點漂移

先檢查半閉環係統回原點的漂移情況,如果正常,應檢查電機一轉標誌信號是否由半閉環係統提供,檢查有關參數設置及信號電纜聯接。如參數設置正常,則光柵尺等線性測量元件不良或其接口電路故障。如參數設置不正確,則修正設置重試。

  4.原點漂移一個柵點

先減小由參數設置的接近原點速度,重試回原點操作,若原點不漂移,則為減速撞塊太短或安裝不良。可通過改變減速撞塊或減速開關的位置來解決,也可通過設置柵點偏移改變電氣原點解決。當一個減速信號由硬件輸出後,到數字伺服軟件識別這個信號需要一定時間,因此當減速撞塊離原點太近時軟件有時捕捉不到原點信號,導致原點漂移。

  如果減小接近原點速度參數設置後,重試原點複歸,若原點仍漂移,可減小快速進給速度或快速進給時間常數的參數設置,重回原點。若時間常數設置太大或減速撞塊太短,在減速撞塊範圍內,進給速度不能到達接近原點速度,當接近開關被釋放時,即使柵點信號出現,軟件在未檢測進給速度到達接近速度時,回原點操作不會停止,因而原點發生漂移。

  若減小快進時間常數或快速進給速度的設置,重新回原點,原點仍有偏移,應檢查參考計數器設置的值是否有效,修正參數設置。 

  5.原點漂移數個脈衝

  若隻是在開機後第一次回原點時原點漂移,則為零標誌信號受幹擾失效。為防止噪聲幹擾,應確保電纜屏蔽線接地良好,安裝必要的火花抑製器,不要使檢測反饋元件的通信電纜線與強電線纜靠得大近。若並非僅在開機首次回原點時原點變化,應修正參考計數器的設定值。

  如果通過上述步驟檢查仍不能排除故障,應檢查編碼器電源電壓是否太低,編碼器是否損壞,伺服電機與工作台的聯軸器是否鬆動,係統主電路板是否正常,有關伺服軸電路板是否正常及伺服放大器板是否正常等。

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