Metode analize in odpravljanja napak pri vračanju referenčnih točk CNC obdelovalnih strojev
Povzetek: Ta članek podrobno analizira načelo vrnitve CNC obdelovalnega stroja v referenčno točko, pri čemer zajema sisteme z zaprto zanko, polzaprto zanko in odprto zanko. S konkretnimi primeri so podrobno obravnavane različne oblike napak pri vračanju v referenčno točko CNC obdelovalnih strojev, vključno z diagnosticiranjem napak, metodami analize in strategijami odpravljanja, ter podani predlogi za izboljšave točke menjave orodja v obdelovalnem centru.
I. Uvod
Ročno vračanje na referenčno točko je predpogoj za vzpostavitev koordinatnega sistema obdelovalnega stroja. Prvo dejanje večine CNC obdelovalnih strojev po zagonu je ročno vračanje na referenčno točko. Napake pri vračanju na referenčno točko bodo preprečile izvedbo obdelave programa, nenatančni položaji referenčnih točk pa bodo vplivali tudi na natančnost obdelave in celo povzročili trčenje. Zato je zelo pomembno analizirati in odpraviti napake pri vračanju na referenčno točko.
II. Načela CNC obdelovalnih strojev Vrnitev k referenčni točki
(A) Klasifikacija sistema
CNC sistem z zaprto zanko: Opremljen z napravo za povratno zanko za zaznavanje končnega linearnega premika.
CNC sistem s polzaprto zanko: Naprava za merjenje položaja je nameščena na vrtljivi gredi servo motorja ali na koncu vodilnega vijaka, povratni signal pa se vzame iz kotnega premika.
CNC sistem z odprto zanko: Brez naprave za povratno zaznavanje položaja.
(B) Metode vrnitve referenčne točke
Mrežna metoda za vrnitev referenčne točke
Metoda absolutne mreže: Za vrnitev na referenčno točko uporabite absolutni impulzni dajalnik ali mrežno ravnilo. Med odpravljanjem napak obdelovalnega stroja se referenčna točka določi z nastavitvijo parametrov in operacijo vrnitve v ničelno točko obdelovalnega stroja. Dokler je rezervna baterija elementa za zaznavanje povratne informacije učinkovita, se podatki o položaju referenčne točke zabeležijo vsakič, ko se stroj zažene, in ni treba ponovno izvajati operacije vrnitve v referenčno točko.
Metoda inkrementalne mreže: Za vrnitev na referenčno točko uporabite inkrementalni dajalnik ali mrežno ravnilo, postopek vrnitve na referenčno točko pa je potreben vsakič, ko se stroj zažene. Na primeru določenega CNC rezkalnega stroja (ki uporablja sistem FANUC 0i) sta načelo in postopek njegove metode inkrementalne mreže za vrnitev na ničelno točko naslednja:
Preklopite stikalo za način v prestavo »vrnitev referenčne točke«, izberite os za vrnitev referenčne točke in pritisnite gumb za pozitivni pomik osi. Os se bo hitro premaknila proti referenčni točki.
Ko blok za zaviranje, ki se premika skupaj z delovno mizo, pritisne kontakt stikala za zaviranje, se signal za zaviranje spremeni iz vklopljenega (ON) v izklopljenega (OFF). Podajalna hitrost delovne mize se upočasni in nadaljuje z počasno hitrostjo podajanja, ki jo določajo parametri.
Ko blok za zaviranje sprosti stikalo za zaviranje in se stanje kontakta spremeni iz izklopljenega v vklopljeno, CNC sistem čaka na pojav prvega mrežnega signala (znanega tudi kot signal za en obrat PCZ) na dajalniku. Takoj ko se ta signal pojavi, se gibanje delovne mize takoj ustavi. Hkrati CNC sistem pošlje signal o zaključku vrnitve v referenčno točko in lučka referenčne točke zasveti, kar pomeni, da se je os stroja uspešno vrnila v referenčno točko.
Metoda magnetnega stikala za vrnitev v referenčno točko
Sistem z odprto zanko običajno uporablja magnetno indukcijsko stikalo za pozicioniranje v referenčno točko. Na primeru določene CNC stružnice sta načelo in postopek magnetnega stikala za vrnitev v referenčno točko naslednja:
Prva dva koraka sta enaka korakoma delovanja mrežne metode za vrnitev referenčne točke.
Ko blok za zaviranje sprosti stikalo za zaviranje in se stanje kontakta spremeni iz izklopljenega v vklopljeno, CNC sistem čaka na pojav signala indukcijskega stikala. Takoj ko se ta signal pojavi, se gibanje delovne mize takoj ustavi. Hkrati CNC sistem pošlje signal o zaključku vrnitve na referenčno točko in lučka referenčne točke zasveti, kar pomeni, da se je obdelovalni stroj uspešno vrnil na referenčno točko osi.
III. Diagnoza napak in analiza CNC obdelovalnih strojev z vrnitvijo na referenčno točko
Ko pride do napake pri vračanju referenčne točke CNC obdelovalnega stroja, je treba izvesti celovit pregled po načelu od preprostega do kompleksnega.
(A) Napake brez alarma
Odstopanje od fiksne mrežne razdalje
Pojav napake: Ko se stroj zažene in se referenčna točka prvič ročno vrne, se od referenčne točke odstopa za eno ali več mrežnih razdalj, nadaljnje razdalje odstopanja pa so vsakič fiksne.
Analiza vzroka: Običajno je položaj bloka za zaviranje napačen, dolžina bloka za zaviranje je prekratka ali pa je položaj bližinskega stikala, uporabljenega za referenčno točko, napačen. Do te vrste napake običajno pride po prvi namestitvi in odpravljanju napak na stroju ali po večji remontu.
Rešitev: Položaj bloka za zaviranje ali bližinskega stikala je mogoče prilagoditi, prav tako pa je mogoče prilagoditi hitrost hitrega podajanja in časovno konstanto hitrega podajanja za vrnitev na referenčno točko.
Odstopanje od naključnega položaja ali majhen odmik
Pojav napake: Odstopanje od katerega koli položaja referenčne točke je naključno ali majhno, razdalja odstopanja pa ni enaka vsakič, ko se izvede operacija vrnitve referenčne točke.
Analiza vzroka:
Zunanje motnje, kot so slaba ozemljitev zaščitne plasti kabla in preblizu signalne linije impulznega dajalnika visokonapetostnega kabla.
Napajalna napetost, ki jo uporablja impulzni dajalnik ali ravnilo za merjenje, je prenizka (nižja od 4,75 V) ali pa je prišlo do napake.
Krmilna plošča enote za regulacijo hitrosti je okvarjena.
Sklopka med podajalno osjo in servo motorjem je ohlapna.
Kabelski konektor ima slab stik ali pa je kabel poškodovan.
Rešitev: Iz različnih razlogov je treba sprejeti ustrezne ukrepe, kot so izboljšanje ozemljitve, preverjanje napajanja, zamenjava krmilne plošče, zategovanje spojke in preverjanje kabla.
(B) Napake z alarmom
Alarm za prekoračitev hitrosti, ki ga povzroči neukrepanje pri zaviranju
Pojav napake: Ko se stroj vrne na referenčno točko, ni zaviranja in se premika naprej, dokler se ne dotakne končnega stikala in se ustavi zaradi prekoračitve pomika. Zelena lučka za vrnitev na referenčno točko se ne prižge in CNC sistem prikazuje stanje »NI PRIPRAVLJEN«.
Analiza vzroka: Stikalo za zaviranje pri vrnitvi na referenčno točko odpove, kontakta stikala ni mogoče ponastaviti po pritisku ali pa je blok zaviranja ohlapen in premaknjen, zaradi česar impulz ničelne točke ne deluje, ko se stroj vrne na referenčno točko, signala za zaviranje pa ni mogoče vnesti v CNC sistem.
Rešitev: S funkcijskim gumbom »sprostitev prekoračitve koordinat« sprostite prekoračitev koordinat stroja, premaknite stroj nazaj v območje gibanja in nato preverite, ali je stikalo za zaviranje za vrnitev v referenčno točko zrahljano in ali ima ustrezna signalna linija za zaviranje stikala za gibanje kratek stik ali odprt tokokrog.
Alarm, ki ga povzroči nenajdena referenčna točka po pojemanju hitrosti
Pojav napake: Med postopkom vračanja na referenčno točko pride do pojemka, vendar se ustavi, dokler se ne dotakne končnega stikala in se sproži alarm, referenčna točka pa ni najdena in postopek vračanja na referenčno točko ne uspe.
Analiza vzroka:
Dajalnik (ali mrežno ravnilo) ne odda signala ničelne zastavice, kar pomeni, da je bila referenčna točka vrnjena med operacijo vrnitve referenčne točke.
Vrnitev ničelnega položaja referenčne točke ne uspe.
Signal ničelne zastavice vrnitve referenčne točke se med prenosom ali obdelavo izgubi.
V merilnem sistemu je prišlo do strojne napake in signal ničelne zastavice povratka referenčne točke ni prepoznan.
Rešitev: Za ugotavljanje vzroka napake in ustrezno obdelavo uporabite metodo sledenja signala in z osciloskopom preverite signal ničelne zastavice vrnitve referenčne točke dajalnika.
Alarm, ki ga povzroči netočen položaj referenčne točke
Pojav napake: Med postopkom vračanja referenčne točke pride do pojemka, pojavi se signal ničelne zastavice vračanja referenčne točke, poleg tega pa se pojavi tudi postopek zaviranja na nič, vendar je položaj referenčne točke netočen in postopek vračanja referenčne točke ne uspe.
Analiza vzroka:
Signal ničelne zastavice vrnitve referenčne točke je bil zgrešen in merilni sistem lahko ta signal najde in se ustavi šele, ko se impulzni dajalnik zavrti še za en obrat, tako da se delovna miza ustavi na položaju na izbrani razdalji od referenčne točke.
Blok pojemanja je preblizu referenčne točke in koordinatna os se ustavi, ko se ne premakne na določeno razdaljo in se dotakne končnega stikala.
Zaradi dejavnikov, kot so motnje signala, ohlapen blok in prenizka napetost signala ničelne zastavice povratka referenčne točke, je položaj, kjer se delovna miza ustavi, nenatančen in nima pravilnosti.
Rešitev: Postopek izvedite iz različnih razlogov, kot so prilagoditev položaja bloka za zaviranje, odprava motenj signala, zategovanje bloka in preverjanje napetosti signala.
Alarm, ki ga povzroči nevrnitev na referenčno točko zaradi sprememb parametrov
Pojav napake: Ko se stroj vrne na referenčno točko, se sproži alarm »ni se vrnil na referenčno točko« in stroj ne izvede dejanja vrnitve na referenčno točko.
Analiza vzroka: Vzrok je lahko sprememba nastavljenih parametrov, kot so razmerje povečave ukaza (CMR), razmerje povečave zaznavanja (DMR), hitrost hitrega podajanja za vrnitev v referenčno točko, hitrost pojemanja blizu izhodišča, ki je nastavljena na nič ali pa sta stikalo za hitro povečavo in stikalo za povečavo podajanja na nadzorni plošči stroja nastavljena na 0 %.
Rešitev: Preverite in popravite ustrezne parametre.
IV. Zaključek
Napake pri vračanju referenčne točke pri CNC obdelovalnih strojih vključujejo predvsem dva scenarija: napako vračanja referenčne točke z alarmom in premik referenčne točke brez alarma. Pri napakah z alarmom CNC sistem ne bo izvedel obdelovalnega programa, kar lahko prepreči nastanek velikega števila odpadnih produktov; medtem ko je napako pri premiku referenčne točke brez alarma mogoče zlahka prezreti, kar lahko povzroči nastanek odpadnih produktov obdelanih delov ali celo veliko število odpadnih produktov.
Pri obdelovalnih centrih, ker mnogi stroji uporabljajo referenčno točko koordinatne osi kot točko menjave orodja, se med dolgotrajnim delovanjem zlahka pojavijo napake pri vračanju referenčne točke, zlasti napake zaradi odmika referenčne točke brez alarma. Zato je priporočljivo nastaviti drugo referenčno točko in uporabiti ukaz G30 X0 Y0 Z0 s položajem na določeni razdalji od referenčne točke. Čeprav to povzroča nekaj težav pri zasnovi zalogovnika orodij in manipulatorja, lahko močno zmanjša stopnjo napak pri vračanju referenčne točke in stopnjo napak pri samodejni menjavi orodja obdelovalnega stroja, saj je ob zagonu obdelovalnega stroja potreben le en vračanje referenčne točke.
Povzetek: Ta članek podrobno analizira načelo vrnitve CNC obdelovalnega stroja v referenčno točko, pri čemer zajema sisteme z zaprto zanko, polzaprto zanko in odprto zanko. S konkretnimi primeri so podrobno obravnavane različne oblike napak pri vračanju v referenčno točko CNC obdelovalnih strojev, vključno z diagnosticiranjem napak, metodami analize in strategijami odpravljanja, ter podani predlogi za izboljšave točke menjave orodja v obdelovalnem centru.
I. Uvod
Ročno vračanje na referenčno točko je predpogoj za vzpostavitev koordinatnega sistema obdelovalnega stroja. Prvo dejanje večine CNC obdelovalnih strojev po zagonu je ročno vračanje na referenčno točko. Napake pri vračanju na referenčno točko bodo preprečile izvedbo obdelave programa, nenatančni položaji referenčnih točk pa bodo vplivali tudi na natančnost obdelave in celo povzročili trčenje. Zato je zelo pomembno analizirati in odpraviti napake pri vračanju na referenčno točko.
II. Načela CNC obdelovalnih strojev Vrnitev k referenčni točki
(A) Klasifikacija sistema
CNC sistem z zaprto zanko: Opremljen z napravo za povratno zanko za zaznavanje končnega linearnega premika.
CNC sistem s polzaprto zanko: Naprava za merjenje položaja je nameščena na vrtljivi gredi servo motorja ali na koncu vodilnega vijaka, povratni signal pa se vzame iz kotnega premika.
CNC sistem z odprto zanko: Brez naprave za povratno zaznavanje položaja.
(B) Metode vrnitve referenčne točke
Mrežna metoda za vrnitev referenčne točke
Metoda absolutne mreže: Za vrnitev na referenčno točko uporabite absolutni impulzni dajalnik ali mrežno ravnilo. Med odpravljanjem napak obdelovalnega stroja se referenčna točka določi z nastavitvijo parametrov in operacijo vrnitve v ničelno točko obdelovalnega stroja. Dokler je rezervna baterija elementa za zaznavanje povratne informacije učinkovita, se podatki o položaju referenčne točke zabeležijo vsakič, ko se stroj zažene, in ni treba ponovno izvajati operacije vrnitve v referenčno točko.
Metoda inkrementalne mreže: Za vrnitev na referenčno točko uporabite inkrementalni dajalnik ali mrežno ravnilo, postopek vrnitve na referenčno točko pa je potreben vsakič, ko se stroj zažene. Na primeru določenega CNC rezkalnega stroja (ki uporablja sistem FANUC 0i) sta načelo in postopek njegove metode inkrementalne mreže za vrnitev na ničelno točko naslednja:
Preklopite stikalo za način v prestavo »vrnitev referenčne točke«, izberite os za vrnitev referenčne točke in pritisnite gumb za pozitivni pomik osi. Os se bo hitro premaknila proti referenčni točki.
Ko blok za zaviranje, ki se premika skupaj z delovno mizo, pritisne kontakt stikala za zaviranje, se signal za zaviranje spremeni iz vklopljenega (ON) v izklopljenega (OFF). Podajalna hitrost delovne mize se upočasni in nadaljuje z počasno hitrostjo podajanja, ki jo določajo parametri.
Ko blok za zaviranje sprosti stikalo za zaviranje in se stanje kontakta spremeni iz izklopljenega v vklopljeno, CNC sistem čaka na pojav prvega mrežnega signala (znanega tudi kot signal za en obrat PCZ) na dajalniku. Takoj ko se ta signal pojavi, se gibanje delovne mize takoj ustavi. Hkrati CNC sistem pošlje signal o zaključku vrnitve v referenčno točko in lučka referenčne točke zasveti, kar pomeni, da se je os stroja uspešno vrnila v referenčno točko.
Metoda magnetnega stikala za vrnitev v referenčno točko
Sistem z odprto zanko običajno uporablja magnetno indukcijsko stikalo za pozicioniranje v referenčno točko. Na primeru določene CNC stružnice sta načelo in postopek magnetnega stikala za vrnitev v referenčno točko naslednja:
Prva dva koraka sta enaka korakoma delovanja mrežne metode za vrnitev referenčne točke.
Ko blok za zaviranje sprosti stikalo za zaviranje in se stanje kontakta spremeni iz izklopljenega v vklopljeno, CNC sistem čaka na pojav signala indukcijskega stikala. Takoj ko se ta signal pojavi, se gibanje delovne mize takoj ustavi. Hkrati CNC sistem pošlje signal o zaključku vrnitve na referenčno točko in lučka referenčne točke zasveti, kar pomeni, da se je obdelovalni stroj uspešno vrnil na referenčno točko osi.
III. Diagnoza napak in analiza CNC obdelovalnih strojev z vrnitvijo na referenčno točko
Ko pride do napake pri vračanju referenčne točke CNC obdelovalnega stroja, je treba izvesti celovit pregled po načelu od preprostega do kompleksnega.
(A) Napake brez alarma
Odstopanje od fiksne mrežne razdalje
Pojav napake: Ko se stroj zažene in se referenčna točka prvič ročno vrne, se od referenčne točke odstopa za eno ali več mrežnih razdalj, nadaljnje razdalje odstopanja pa so vsakič fiksne.
Analiza vzroka: Običajno je položaj bloka za zaviranje napačen, dolžina bloka za zaviranje je prekratka ali pa je položaj bližinskega stikala, uporabljenega za referenčno točko, napačen. Do te vrste napake običajno pride po prvi namestitvi in odpravljanju napak na stroju ali po večji remontu.
Rešitev: Položaj bloka za zaviranje ali bližinskega stikala je mogoče prilagoditi, prav tako pa je mogoče prilagoditi hitrost hitrega podajanja in časovno konstanto hitrega podajanja za vrnitev na referenčno točko.
Odstopanje od naključnega položaja ali majhen odmik
Pojav napake: Odstopanje od katerega koli položaja referenčne točke je naključno ali majhno, razdalja odstopanja pa ni enaka vsakič, ko se izvede operacija vrnitve referenčne točke.
Analiza vzroka:
Zunanje motnje, kot so slaba ozemljitev zaščitne plasti kabla in preblizu signalne linije impulznega dajalnika visokonapetostnega kabla.
Napajalna napetost, ki jo uporablja impulzni dajalnik ali ravnilo za merjenje, je prenizka (nižja od 4,75 V) ali pa je prišlo do napake.
Krmilna plošča enote za regulacijo hitrosti je okvarjena.
Sklopka med podajalno osjo in servo motorjem je ohlapna.
Kabelski konektor ima slab stik ali pa je kabel poškodovan.
Rešitev: Iz različnih razlogov je treba sprejeti ustrezne ukrepe, kot so izboljšanje ozemljitve, preverjanje napajanja, zamenjava krmilne plošče, zategovanje spojke in preverjanje kabla.
(B) Napake z alarmom
Alarm za prekoračitev hitrosti, ki ga povzroči neukrepanje pri zaviranju
Pojav napake: Ko se stroj vrne na referenčno točko, ni zaviranja in se premika naprej, dokler se ne dotakne končnega stikala in se ustavi zaradi prekoračitve pomika. Zelena lučka za vrnitev na referenčno točko se ne prižge in CNC sistem prikazuje stanje »NI PRIPRAVLJEN«.
Analiza vzroka: Stikalo za zaviranje pri vrnitvi na referenčno točko odpove, kontakta stikala ni mogoče ponastaviti po pritisku ali pa je blok zaviranja ohlapen in premaknjen, zaradi česar impulz ničelne točke ne deluje, ko se stroj vrne na referenčno točko, signala za zaviranje pa ni mogoče vnesti v CNC sistem.
Rešitev: S funkcijskim gumbom »sprostitev prekoračitve koordinat« sprostite prekoračitev koordinat stroja, premaknite stroj nazaj v območje gibanja in nato preverite, ali je stikalo za zaviranje za vrnitev v referenčno točko zrahljano in ali ima ustrezna signalna linija za zaviranje stikala za gibanje kratek stik ali odprt tokokrog.
Alarm, ki ga povzroči nenajdena referenčna točka po pojemanju hitrosti
Pojav napake: Med postopkom vračanja na referenčno točko pride do pojemka, vendar se ustavi, dokler se ne dotakne končnega stikala in se sproži alarm, referenčna točka pa ni najdena in postopek vračanja na referenčno točko ne uspe.
Analiza vzroka:
Dajalnik (ali mrežno ravnilo) ne odda signala ničelne zastavice, kar pomeni, da je bila referenčna točka vrnjena med operacijo vrnitve referenčne točke.
Vrnitev ničelnega položaja referenčne točke ne uspe.
Signal ničelne zastavice vrnitve referenčne točke se med prenosom ali obdelavo izgubi.
V merilnem sistemu je prišlo do strojne napake in signal ničelne zastavice povratka referenčne točke ni prepoznan.
Rešitev: Za ugotavljanje vzroka napake in ustrezno obdelavo uporabite metodo sledenja signala in z osciloskopom preverite signal ničelne zastavice vrnitve referenčne točke dajalnika.
Alarm, ki ga povzroči netočen položaj referenčne točke
Pojav napake: Med postopkom vračanja referenčne točke pride do pojemka, pojavi se signal ničelne zastavice vračanja referenčne točke, poleg tega pa se pojavi tudi postopek zaviranja na nič, vendar je položaj referenčne točke netočen in postopek vračanja referenčne točke ne uspe.
Analiza vzroka:
Signal ničelne zastavice vrnitve referenčne točke je bil zgrešen in merilni sistem lahko ta signal najde in se ustavi šele, ko se impulzni dajalnik zavrti še za en obrat, tako da se delovna miza ustavi na položaju na izbrani razdalji od referenčne točke.
Blok pojemanja je preblizu referenčne točke in koordinatna os se ustavi, ko se ne premakne na določeno razdaljo in se dotakne končnega stikala.
Zaradi dejavnikov, kot so motnje signala, ohlapen blok in prenizka napetost signala ničelne zastavice povratka referenčne točke, je položaj, kjer se delovna miza ustavi, nenatančen in nima pravilnosti.
Rešitev: Postopek izvedite iz različnih razlogov, kot so prilagoditev položaja bloka za zaviranje, odprava motenj signala, zategovanje bloka in preverjanje napetosti signala.
Alarm, ki ga povzroči nevrnitev na referenčno točko zaradi sprememb parametrov
Pojav napake: Ko se stroj vrne na referenčno točko, se sproži alarm »ni se vrnil na referenčno točko« in stroj ne izvede dejanja vrnitve na referenčno točko.
Analiza vzroka: Vzrok je lahko sprememba nastavljenih parametrov, kot so razmerje povečave ukaza (CMR), razmerje povečave zaznavanja (DMR), hitrost hitrega podajanja za vrnitev v referenčno točko, hitrost pojemanja blizu izhodišča, ki je nastavljena na nič ali pa sta stikalo za hitro povečavo in stikalo za povečavo podajanja na nadzorni plošči stroja nastavljena na 0 %.
Rešitev: Preverite in popravite ustrezne parametre.
IV. Zaključek
Napake pri vračanju referenčne točke pri CNC obdelovalnih strojih vključujejo predvsem dva scenarija: napako vračanja referenčne točke z alarmom in premik referenčne točke brez alarma. Pri napakah z alarmom CNC sistem ne bo izvedel obdelovalnega programa, kar lahko prepreči nastanek velikega števila odpadnih produktov; medtem ko je napako pri premiku referenčne točke brez alarma mogoče zlahka prezreti, kar lahko povzroči nastanek odpadnih produktov obdelanih delov ali celo veliko število odpadnih produktov.
Pri obdelovalnih centrih, ker mnogi stroji uporabljajo referenčno točko koordinatne osi kot točko menjave orodja, se med dolgotrajnim delovanjem zlahka pojavijo napake pri vračanju referenčne točke, zlasti napake zaradi odmika referenčne točke brez alarma. Zato je priporočljivo nastaviti drugo referenčno točko in uporabiti ukaz G30 X0 Y0 Z0 s položajem na določeni razdalji od referenčne točke. Čeprav to povzroča nekaj težav pri zasnovi zalogovnika orodij in manipulatorja, lahko močno zmanjša stopnjo napak pri vračanju referenčne točke in stopnjo napak pri samodejni menjavi orodja obdelovalnega stroja, saj je ob zagonu obdelovalnega stroja potreben le en vračanje referenčne točke.