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日本大隈機(jī)床 | 數(shù)控機(jī)床在加工精度上靠什么精度決定的?

發(fā)布時間:2021-12-25瀏覽次數(shù):209

日本大隈機(jī)床 | 數(shù)控機(jī)床在加工精度上靠什么精度決定的?


位置檢測元件是由檢測元件(傳感器)和信號處理裝置組成的,是數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。它的作用是檢測工作臺的位置和速度的實(shí)際值,并向數(shù)控裝置或伺服裝置發(fā)送反饋信號,從而構(gòu)成閉環(huán)控制。檢測元件一般利用光或磁的原理完成對位置或速度的檢測。


位置檢測元件按照檢測方式分為直接測量元件和間接測量元件。對機(jī)床進(jìn)行直線移動測量時一般采用直線型檢測元件,稱為直接測量,所構(gòu)成的位置閉環(huán)控制稱為全閉環(huán)控制。其測量精度主要取決于測量元件的精度,不受機(jī)床傳動精度的影響。由于機(jī)床工作臺的直線位移與驅(qū)動電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度有準(zhǔn)確的比例關(guān)系,因此可以采用驅(qū)動檢測電動機(jī)或絲杠旋轉(zhuǎn)角度的方法間接測量工作臺的移動距離,這種方法稱為間接測量,所構(gòu)成的位置閉環(huán)控制稱為半閉環(huán)控制。其測量精度取決于檢測元件和機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的精度。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢測裝置的精度決定的,數(shù)控機(jī)床對位置檢測元件有十分嚴(yán)格的要求,其分辨率通常在0.001~0.01mm之間或者更小。


1、進(jìn)給伺服系統(tǒng)對位置測量裝置的要求


進(jìn)給伺服系統(tǒng)對位置測量裝置有很高的要求:


1)受溫度、濕度的影響小,工作可靠,精度保持性好,抗干擾能力強(qiáng)。


2)能滿足精度、速度和測量范圍的要求。


3)使用維護(hù)方便,適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境。


4)成本低。


5)易于實(shí)現(xiàn)高速的動態(tài)測量和處理,易于實(shí)現(xiàn)自動化。


位置檢測裝置按照不同的分類方法可分成不同的種類。按輸出信號的形式分類可分為數(shù)字式和模擬式;按測量基點(diǎn)的類型可分類為增量式;按位置測量元件的運(yùn)動形式分類可分為回轉(zhuǎn)型和直線型。


五軸數(shù)控機(jī)床


2、檢測裝置故障的診斷與排除


檢測元件出現(xiàn)故障的概率與數(shù)控裝置相比還是比較高的,常常會岀現(xiàn)線纜損壞、元件污損,碰撞變形的現(xiàn)象。如果懷疑是檢測元件的故障要首先檢查有無線纜折斷、污損、變形等,還可以通過測量其輸出來確定檢測元件的好壞,這就要求必須熟練掌握檢測元件的工作原理及輸出信號。下面以SIEMENS系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。


(1)輸岀信號。SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)位置控制模塊與位置檢測裝置的連接關(guān)系。


增量式旋轉(zhuǎn)測量裝置或直線裝置的輸出信號有兩種形式:di一種是電壓或電流正弦信號,其中EXE為脈沖整形插值器;di二種是TTL電平信號。以HEIDENHA1N公司正弦電流輸出型的光柵尺為例,該光柵由光柵尺、脈沖整形插值器(EXE)、電纜及接插件等部件組成。


機(jī)床在運(yùn)動過程中,從掃描單元輸出三組信號:兩組增量信號由四個光電池產(chǎn)生,把兩個相差180°的光電池接在一起,它們的推挽就形成了相位差90°、幅值為11μA左右的Ie1和Ie2兩組近似正弦波,一組基準(zhǔn)信號也由兩個相差180°的光電池接成推挽形式,輸岀為一尖峰信號Ie0,其有效分量約為5.5μA,此信號只有經(jīng)過基準(zhǔn)標(biāo)志時才產(chǎn)生。所謂基準(zhǔn)標(biāo)志,是在光柵尺身外殼上裝有一塊磁鐵,在掃描單元上裝有一只干簧管,在接近磁鐵時,干簧管接通,基準(zhǔn)信號才能輸出。


兩組增量信號Ie1和Ie2經(jīng)傳輸電纜和插接件進(jìn)入EXE,經(jīng)放大、整形后,輸出兩路相位差90°的方波信號Ua1、Ua2及參考信號Ua0,這些信號經(jīng)適當(dāng)組合處理,即可在一個信號周期內(nèi)產(chǎn)生五個脈沖,即5倍頻處理,經(jīng)連接器送至CNC位控模塊。


(2)EXE信號處理。脈沖整形插值器(EXE)的作用是將光柵尺或編碼器輸出的增量信號進(jìn)行放大、整形、倍頻和報警處理,輸出至CNC進(jìn)行位置控制。EXE由基本電路和細(xì)分電路組成。


基本電路印制電路板內(nèi)含通道放大器、整形電路、驅(qū)動和報警電路等,細(xì)分電路作為一種任選功能單獨(dú)制成一塊電路板,兩板之間通過J3連接器連接。


1)通道放大器。當(dāng)光柵檢測產(chǎn)生正弦波電流信號Ie1、Ie2和Ie0,經(jīng)通道放大器,輸出一定幅值的正弦電流電壓。


2)整形電路。在對Ie1、Ie2和Ie0放大的基礎(chǔ)上,經(jīng)整形電路轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的三路方波信號Ua1、Ua2和Ua0,其TTL高電平大于等于2.5V,低電平小于等于0.5V。


3)報警電路。當(dāng)光柵由于輸入電纜斷裂、光柵污染或燈泡損壞等原因,造成通道放大器輸出信號為零,這時報警信號經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動后,由連接器J2輸出至CNC系統(tǒng)。


4)細(xì)分電路。在某些精度很高的數(shù)控機(jī)床(如數(shù)控磨床)的位置控制中,要求位置測量有較高的分辨率,如僅靠光柵尺本身的精度不能滿足,為此必須采用細(xì)分電路來提高分辨率,以適應(yīng)高進(jìn)度機(jī)床的需求?;倦娐吠ǖ婪糯笃鞯妮敵鲂盘柦?jīng)連接器J3接入細(xì)分電路,經(jīng)細(xì)分電路處理后,又通過連接器J3輸出在一個周期內(nèi)兩路相位差90°、占空比為1:1的五細(xì)分方波信號。這兩路方波位號經(jīng)基本電路中的驅(qū)動電路驅(qū)動后,即為對應(yīng)的Ua1和Ua2通道信號,由連接器J2輸出至CMC系統(tǒng)。


另外,同步電路的目的是為了獲得Ua1和Ua2兩路方波信號前后沿準(zhǔn)確對應(yīng)的方波參考脈沖。


3、檢測裝置故障的常見形式


(1)機(jī)械振蕩(加/減速時)


1)脈沖編碼器出現(xiàn)故障。此時檢查速度單元上的反饋線端子電壓是否在某幾點(diǎn)電壓下降,如有下降表明脈沖編碼器不良,應(yīng)更換編碼器。


2)脈沖編碼器十字聯(lián)軸節(jié)可能損壞,導(dǎo)致軸轉(zhuǎn)速與檢測到的速度不同步,應(yīng)更換聯(lián)軸節(jié)。


3)測速發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障,應(yīng)修復(fù)、更換測速機(jī)。


(2)機(jī)械暴走(飛車)。在檢查位置控制單元和速度控制單元的情況下,應(yīng)檢查以下幾點(diǎn):


1)檢查脈沖編碼器接線是否錯誤,檢查編碼器接線是否為正反饋,A相和B相是否接反。


2)檢查脈沖編碼器聯(lián)軸節(jié)是否損壞,若損壞應(yīng)更換聯(lián)軸節(jié)。


3)檢查測速發(fā)電機(jī)端子是否接反和勵磁信號線是否接錯。


(3)主軸不能定向或定向不到位。檢查定向控制電路設(shè)置和調(diào)整,檢查定向板,主軸控制印制電路板調(diào)整。同時,應(yīng)檢查位置檢測器(編碼器)是否不良。


(4)坐標(biāo)軸振動進(jìn)給。在檢查電動機(jī)線圈是否短路,機(jī)械進(jìn)給絲杠同電動機(jī)的連接是否良好,整個伺服系統(tǒng)是否穩(wěn)定后,應(yīng)檢查脈沖編碼是否良好、聯(lián)軸節(jié)連接是否平穩(wěn)可靠、測速機(jī)是否可靠。


(5)NC報警中因程序錯誤,操作錯誤引起的報警。如FAUNUC—6ME系統(tǒng)的NC報瞀090#、091#。出現(xiàn)NC報警,有可能是主電路故障和進(jìn)給速度太低引起的。同時,還有可能是:脈沖編碼器不良;脈沖編碼器電源電壓太低,此時調(diào)整電源電壓的15V,使主電路板的+5V端子上的電壓值在4.95~5.10V內(nèi);沒有輸入脈沖編碼器的一轉(zhuǎn)信號而不能正常執(zhí)行參考點(diǎn)返回。


(6)伺服系統(tǒng)的報警。如FAUNUC-6ME系統(tǒng)的伺服報警416#、426#、436#、446#、456#,SINUMERIK880系統(tǒng)的伺服報警I364#,SINUMERIK8系統(tǒng)的伺服報警114#、104#等。當(dāng)出現(xiàn)如上報警號時,有可能是:軸脈沖編碼器反饋信號斷線,短路和信號丟失,用示波器測A相、B相一轉(zhuǎn)信號;編碼器內(nèi)部受到污染、太臟,信號無法正確接收。


總之,在數(shù)控設(shè)備的故障中,檢測元件的故障比例是比較高的,只要正確地使用并加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng),對出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入分析,就一定能降低故障率,并能迅速解決故障,保證設(shè)備的正常運(yùn)行。


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