840D系统参考点调整方法.docx

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王永晶;王俊伟
【摘要】数控机床编码器参考点的调整关系到一台数控机床的加工精度,机床使用不同类型的测量系统,、增量式编码器和带距离编码测量系统的参考点调试方法.
期刊名称】《机械管理开发》
年(卷),期】2012(000)005
【总页数】4页(P127-129,131)
关键词】参考点;测量系统;零脉冲;参数【作者】王永晶;王俊伟
【作者单位】太原重工轧钢分公司设备技改部/太原重工经销部,山西太原030024;
太原重工轧钢分公司设备技改部/太原重工经销部,山西太原030024
正文语种】中文
中图分类】TH706
1概述
随着电子技术和自动化技术的发展,数控技术的应用越来越广泛,而以数控技术为基础的数控机床设备,因其加工精度高、工件适应性强、极大改善了操作人员的劳动条件等优点,已在我国批量生产中得到推广应用,从而使得国内的机械制造业,尤其是重型机械装备制造业得到了迅猛发展。
西门子840D系统因其具备功能齐全、扩展性强、操作简单、便于诊断等优点,在国内的大型数控机床设备拥有60%以上的占有率[1,2]。而要保证一台数控设备的加工精度,与设备各进给轴的反馈单元的安装调试是密切相关的。其中,反馈单元的参考点调整决定了一台机床的坐标原点,同时还是进给轴软限位和各种误差补偿能否生效的先决条件。可以这么说,一台没有调整好参考点的数控机床是不能称之为数控机床的。
编码器,作为常规的反馈元件,采用的是广电原理将角位置进行编码。在编码器输出的位置编码信息中,还有一个零脉冲信号,编码器每一转产生一个零脉冲。当伺服电机安装到机床床身时,伺服电机的位置确定,编码器零脉冲的角位置也就确定了。由于编码器每转产生一个零脉冲,在坐标轴的整个行程内有很多零脉冲,这些零脉冲之间的距离是相等的,而且每个零脉冲在机床坐标系统的位置是绝对确定的为了确定坐标轴的原点,可以利用某一个零脉冲的位置作为基准,这个基准就是坐标轴的参考点。为了确定参考点的位置,通常在数控机床的坐标轴上配置一个参考点行程开关。数控机床在开机后,首先要寻找参考点行程开关,在找到参考点行程开关之后,再寻找与参考点行程开关距离最近的一个零脉冲作为该坐标的参考点,根据参考点就可以确定机床的原点了,所以利用编码器的零脉冲可以准确地定位机床坐标原点。
使用绝对值编码器时,初始配置轴之后要执行参考点调整操作,才能够实现机电系统同步。而采用增量式编码器时,必须进行返回参考点的操作,数控系统才能够找到参考点,从而确定机床各轴的原点,所以在数控机床上电之后第一个必要执行的操作就是返回机床各轴的参考点。
绝对值编码器的参考点调整当数控系统上电时,如果相应的进给轴被系统识别后,自动识别绝对值编码器参考点,机床轴无需另外再进行回参考点操作。但在初次上电时,编码器必须经过一次校正,校正的过程如下:
设定MD34200ENC_REFP_MODE和MD34210ENCREFP_STATE的值为0,然后上电使能。
在JOG方式,手动操作使机床轴进给到已知的位置,而这个进给过程的方向必须按照MD34010RE・FP_CAM_DIR_IS_MINUS(0二正方向,1二负方向)中的设定来确定。必须缓慢地移动到已知位置而且始终按照定义的方向,确保该位置不被驱动系统中的背隙抵消。在MD34100REFP_SET_POS输入需到达位置的实际值该值可以是特定值(如固定停止),或者使用测量系统计算。设定MD34210ENC_REFP_STATE的值为“1”。这可以使能“校正”功能。按复位使能修改后的机床数据。更换到JOG-REF方式[3]。
切换到JOG-REF方式。再次按一下设定方向的移动键,使当前显移值自动设定
到MD34090RE-FP_MOVE_DIST_CORR中,同时MD34210ENC_RE-FP_STATE的值变为“2”,该轴已经被校正。此时,在MD34100REFP_SET_POS中所输入的值将在机床面板进给轴实际位置中显示。
退出JOG-REF方式,该轴校正完毕。
通过校正计算出机床零点和编码器零点之间的偏移量并将它存储在稳定的存储器中通常,只需在初次开机调试时进行一次校正。然后系统知道该值并可以在任何时候通过编码器绝对值计算出绝对机床位置。可以通过设定MD34210
ENC_REFP_STATE=2来标识这种状态。而这个轴的偏移量保存在MD34090REFP_MOVE_DIST_CORR。
在以下几种情况中,机床轴需要重新被校正:1)拆除、安装了编码器或者装有编码器的电机后;2)电机(带有绝对值编码器)与负载之间执行变速换档后;3)编码器与负载之间的连接被断开后。系统并不能发现需要重新校正的所有情况,只有在变速换档,并且该变速档位在编码器和负载
间是不同的变速比时,系统能够识别,并会设定机床数据MD34210的值为0或
1,而在其他情况下,用户自己必须覆盖机床数据MD34210。
机床数据备份也同时备份了MD34210ENC_RE・FP_STATE的状态。通过载入该数据记录,表示进给轴已自动校正。如果数据记录来自其他机床(如串行调试机床时),当数据载入后,必须对机床轴重新进行校正。
增量式编码器参考点调整以电机带有增量式编码器,具有标记零脉冲,机床轴带有参考点档块为例说明半闭环系统回参考点的操作。使用增量测量系统回参考点时,其过程可以分为如下三个阶段。
1)寻找参考点减速挡块阶段。在JOG-REF方式中,设定MD34000:REFP_CAM_IS_ACTIVE等于1,表示有参考点撞块,手动操作使机床轴向减速挡块方向进给,进给过程的方向也是按照MD34010
RE-FP_CAM_DIR_IS_MINUS(0二正方向,1二负方向)中的设定来确定,进给速度取决于MD34020REFP_VE・LO_SEARCH_CAM,进给最大位移值为MD34030RE-FP_MAX_CAM_DIST中定义的进给范围。参考点减速挡块必须保证一个最短的长度,才能够正常完成回参考点的操作,使得进给速度在寻找减速挡块时可以在档块上结束制动过程(在档块上停动)。如果减速挡块过短,机床轴不能在减速挡块上停止(接口信号“回参考点减速挡块”已经复位),则发出报警20001。
2)零脉冲同步阶段。机床轴在减速挡块上减速为0后,开始按照MD34040REFP_VELO_SEARCH_MARKER中设定的速率,反向或正向运行(方向取决于MD34050REFP_SEARCH_MARKER_REVERSE),直至挡块开关完全被释放,挡块信号复位,系统开始寻找零脉冲信号。当找到第一个零脉冲信号后,零脉冲同步阶段结束。
)寻找参考点阶段。机床轴找到第一个零脉冲后,以MD34070
REFP_VELO_SEARCH_CAM设定的“回参考点驶入速度”移动到MD34080REFP_MOVE_DIST和MD34090REFP_MOVE_DIST_CORR(参考点偏移/绝对偏移)设定的位置,显示出的数值为MD34100RE-FP_SET_POS设定的位移值。至此,在这儿整个过程中,如果中间未出现任何报警,机床轴的回参考点过程结束。
带距离编码的增量式测量系统回参考点随着技术的发展,在数控机床中,带距离编码的增量式直线光栅尺逐渐得到了广泛的应用。在有距编码参考标记的测量系统中,返回参考点无需任何参考凸轮。
启动返回参考点运行后,机床轴直接加速到MD34040
REFP_VELO_SEARCH_MARKER(参考点停止速率)设定速率,运行完已编程的参考标记个数后,机床轴再次停止,其实时数值系统已同步至NC所获得的绝对位置。
采用距离编码测量系统回参考点需要对以下方面的参数进行设定。
)机床回参考点模式选择:设置MD34200ENC_RE-FP_MODE(回参考点模式)=3,表示系统分析计算相邻两个参考标记,得出当前参考点位置。这种模式优点在于运行路径较短。
设置MD34200ENC_REFP_MODE(回参考点模式)=8,表示系统分析计算相邻四个参考标记,得出当前参考点位置。这种模式优点在于可通过NC进行合理性检查,并且提高回参考点结果的安全性。
)机床零点和长度测量系统第一个参考标记位置之间的绝对偏移量:MD34090
REFP_MOVE_DIST_CORR(参考点偏移/绝对偏移);MD34320ENC_INVERS(长度测量系统与机床系统方向相反)。
两项参数前者表示定义两个位置偏移具体绝对值,后者表示偏移值方向,即偏移值正负。具体数值设定方法如下:运行机床,确定机床轴运行方向与测量系统方向是否一致;设置MD34320ENC」NVERS(0二方向一致,1二方向相反)。将绝对偏移量数值MD34090REFP_MOVE_DIST_CORR设置为零,执行返回参考点操作。机床轴回参考点操作完成后,得到两个数值,通过操作面板获得机床轴的实时位置值和使用测量工具得到当前机床轴相对于机床零点的长度值。根据以上两个数值和机床轴运行方向与测量系统方向是否相同的情况计算出绝对偏移量
MD34090[4]:
方向相同:所测得的位置+显示的实时位置;方向相反:所测得的位置-显示的实时位置。
将得到绝对偏移量填入MD34090后,重新启动机床轴的回参考点运行。
3)返回参考点后是否运行至目标位置:带距离编码的测量系统回参考点的实际过程分两个阶段:
阶段1:同步启动通过参考标记;阶段2:运行至固定目标点。当系统与机床轴实时数值进行同步后,开始自动启动阶段2,机床轴行至已定义的目标位置(参考点),若需要缩短参考点的运行路径,也可阻止此过程进行。
设置MD34330STOP_AT_ABS_MARKER(0二运行至目标位置,1二不运行至目标位置)。
如果设定为运行至目标位置(通常情况),机床轴加速至已编程的参考点驶入速度MD34070REFP_VELO_SEARCH_CAM(回参考点驶入速度),并运行至已编程的目标点(参考点)MD34100REFP_SET_POS(参考点数值),机床轴已到达参考点。NC发出相应的接口信号进行识别。
如果设定为不运行至目标位置,机床轴现在已到达参考点。NC发出相应的接口信号进行识别。
5参考点调整的其他相关参数
在840D数控系统中,执行回参考点操作过程,可以是点动形式,也可以是连续方式;执行回参考点操作时,可以带有参考点档块,也可以没有考参点档块;回参考点的方式可以有通道回参考点,即通道内的轴以规定的次序依次执行回参考点动作,也可以轴回参考点,即每个轴独立回参考点。可以通过机床数据MD来实现这些配置[5]。
MD11300:JOG_INC_MODE_LEVELTRIGGRD(0=回参考点功能以连续方式进行,1=回参考点功能以点动方式进行);
MD20700:REFP_NC_START_LOCK(0=“NC起动”各进给轴必须回参考点,
1二“NC起动”可不必要求各轴回参考点);
MD34000:REFP_CAM_IS_ACTIVE(0二无参考点撞块,1二有参考点撞块);
MD34110:REFP_CYCLE_NR通道特定的回参考点顺序:
1至n——确定通道特定回参考点的各轴的起动顺序;0——该机床轴不能由通道指定回参考点功能起动;-1——“NC起动”可以不必要求本轴回参考点。
MD34200:ENC_REFP_M0DE参考点模式:
0——绝对值编码器;1——带零脉冲的增量编码器;2——使用BERO(感应接近开关)作为编码器用于同步脉冲(代替位置编码器零脉冲,优先用于旋转轴,主轴);3——带距离编码的长度测量系统(计算相邻两个参考标记);5——用接近开关取代参考点撞块;8——带距离编码的长度测量系统(计算相邻四个参考标记)。
6参考点调整常见故障处理
1)当出现数控机床返回参考点故障时,可以从以下几个方面入手。
(1)检查参考点减速挡块是否松动,参考点开关是否松动或者损坏;(2)检查反馈测量系统的电缆;(3)检查反馈测量系统控制单元;(4)检查脉冲编码器电源电压和输出信号;(5)检查有关参考点的MD设置;(6)检查有关参考点的接口信号。
2)以下列出一些常见的回参考点故障的案例。
(1)如果在开机后,没有将工作台移出参考点减速区域之外,即开始了回参考点动作,则在回参考点的过程中,将出现超程报警,造成了机床的越位。此时可以在退出超程保护后,手动移动工作台,移出参考点减速区后,重新回参考点。
(2)当减速开关挡块压上/松开后,信号没有变化,机床在回参考点时坐标轴无减速动作,将会出现超程报警。这时需要检查参考点减速挡块信号,检查接口信号
DB3*.,确认减速挡块信号的正确输入。检查减速挡块以及连接电缆,并根据PLC程序检查信号的逻辑条件。
(3) 电机与丝杠间的相对联接位置发生了变化,导致参考点偏离了原来的位置,这也会引起了该轴在回参考点时的超程报警。此时可以重新调整参考点。
(4) 回参考点动作正常,但参考点位置随机性大,每次定位都有不同的值。机床回参考点动作正常,证明机床回参考点功能有效,可以初步判定故障的原因是由于脉冲编码器“零脉冲”不良或丝杠与电动机间的联接不良引起的故障。可以在维修时脱开电机与丝杠间的联轴器,并通过手动压参考点减速挡块,进行回参考点试验,每次回参考点完成后,电机总是停在某一固定的角度上。则就可以说明脉冲编码器“零脉冲”无故障,问题的原因应在电动机与丝杠的联接上。
(5) 在批量加工零件时,某天加工的零件产生批量报废。分析及处理过程,经对工件进行测量,发现零件的全部尺寸相对位置都正确,但X轴的全部坐标值都相
差了整整10mm。分析原因,导致X轴尺寸整螺距偏移(该轴的螺距是10mm)的原因是由于参考点位置偏移引起的。对于大部分系统,参考点一般设定于参考点减速挡块放开后的第一个编码器的“零脉冲”上;若参考点减速挡块放开时刻,编码器恰巧在零脉冲附近,由于减速开关动作的随机性误差,可能使参考点位置发生1个整螺距的偏移。这一故障在使用小螺距滚珠丝杠的场合特别容易发生。对于此类故障,只要重新调整参考点减速挡块位置,使得挡块放开点与“零脉冲”位置相差在半个螺距左右,机床即可恢复正常工作。
(6)在回参考点时出现参考点位置不稳定,参考点定位精度差的故障。可以先检查该机床在手动方式下工作是否正常,参考点减速速度、位置环增益设置是否正确,同时测量编码器+5V电压是否正常,回参考点的动作过程是否正确。最后进一步检查发现,该轴编码器连接电缆的屏蔽线,屏蔽线不良也会引起参考点定位不稳定,定位精度达不到机床要求。如果使用光栅尺,要检查故障是否是由于光栅尺不良引起的。可以拆下光栅尺检查,看光栅内部是否被污染,如果污染,则重新清洗处理,并测试确认光栅输出信号恢复后,重新安装光栅尺。
(7)编码器的供电电压必须在(+5±)V的范围内,,将会引起“零脉冲”的输出干扰[6]。
(8)编码器反馈的屏蔽线必须可靠连接,并尽可能使位置反馈电缆远离干扰源与动力线路。编码器本身的“零脉冲”输出必须正确,满足系统对零位脉冲的要求。参考点减速开关所使用的电源必须平稳,不允许有大的脉动。数控系统的参数设置必须正确。常见的故障是减速挡块位置调整不当和减速信号的故障,其次是位置检测元器件的“零脉冲”干扰、检测元器件的故障,以及机床参数的设定错误。位置环增益设定不当,以及回参考点速度设定不当也都会引起回参考点的报警,尤其是在修改过参数或者初次配置机床轴时要注意。
7某些大型数控设备测量系统参考点维修小窍门
机床参数MD34210ENC_REFP_STATE不仅仅可以用于装有绝对编码器机床轴的
参考点同步校正,对于装有增量式测量系统的机床轴来说,它可以使系统保留断电前的参考点数值,使系统在重新上电后,仍能保持机床轴参考点同步。
现阶段,在很多国产的大型数控机床中,经常会出现机床轴在一些位置上参考点无法同步的现象,其原因就是由于光栅尺的设计布局不合理,使之在使用的过程中被灰尘或润滑油所沾污,导致无法识别光栅尺上的“零脉冲”,机床轴无法正常回参考点。在无法对光栅尺布局无法改变的情况下,解决的唯一办法只有打拆开机床,重新清理光栅尺。这样的方法,不仅费时费力,而且维持时间不长。如果机床轴光栅尺仅仅只是无法读取“零脉冲信号”,而并非无法读取栅格,这时机床参数
MD34210ENC_REFP_STATE就起了巨大的作用。在机床轴正常回参考点后,将机床参数MD34210ENC_REFP_STATE设置为2,使该机床轴的参考点具备断电保存的功能。
参考文献
【相关文献】
孙汉卿•数控机床维修技术[M].北京***出版社,2001.
龚仲华•数控机床故障诊断与维修500例[M].北京:***出版社,2004.
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朱仕学•数控机床系统故障诊断与维修[M].北京:清华大学出版社,2007.
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⑹乌国卿•数控机床的故障诊断和维修J]•机电一体化,1996(3):38-40.