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UD-501R

时间:2020-11-26 17:03  编辑:昂仁电器城

UD-501R

第 5期 (总第 129期 ) 机 械 管 理 开 发

2012年 10月

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。

2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 MD34210ENC REFP_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=正方向, 1=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 MD34210ENC_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

收稿日期:2012-07-03

作者简介:王永晶 (1983-) , 男, 山西晋中人, 助理工程师, 本科, 从事数控机床维修工作。

840D 系统参考点调整方法

王永晶, 王俊伟

(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)

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, 其调试方

法也是不一样的。详细介绍了绝对编码器、 增量式编码器和带距离编码测量系统的参考点调试方法。 关键词:参考点; 测量系统; 零脉冲; 参数 中图分类号:TH706

文献标识码:A

文章编号:1003-773X (2012) 05-0127-04

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。

3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 MD 34000: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 MD34010RE ⁃ FP_CAM_DIR_IS_MINUS(0=正方向, 1=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。

3)寻找参考点阶段。机床轴找到第一个零脉冲 后 , 以 MD34070REFP_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。

4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 MD34040REFP_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。

1)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。

2)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 :MD34090REFP_MOVE_ DIST_CORR(参 考 点 偏 移 /绝 对 偏 移); MD34320 ENC_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_INVERS(0=方 向 一 致 , 1=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=运行 至目标位置, 1=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_VE⁃ LO_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]。

MD 11300: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 ) ;

MD 20700:REFP_NC_START_LOCK(0=“ NC 起 动” 各进给轴必须回参考点, 1=“ NC 起动” 可不必要求 各轴回参考点 ) ;

MD 34000:REFP_CAM_IS_ACTIVE(0=无参考点 撞块, 1=有参考点撞块 ) ;

MD 34110: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。 MD 34200:ENC_REFP_MODE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*.DBX12.7, 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±0.2) V 的范围 内, 当小于 4.75V 时, 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 (下转第 131页 )

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

[1]孙汉卿 . 数控机床维修技术 [M].北京 :机械工业出版社 ,2001. [2]龚仲华 . 数控机床故障诊断与维修 500例 [M].北京 :机械工 业出版社, 2004.

[3]李东芳 . 浅谈数控机床设备故障判断与维护 [N].长治日报, 2010:2010-10-10(6) . [4]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.

[5]雒补清 . 论参数调整在数控机床维修中的作用 [G]//2010全 国机械装备先进制造技术 (广州) 高峰论坛论文汇编 . 北

京:中国机械工程学会学术委员会, 2010:8-12. [6]

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.

The Adjustment Methods of Reference Point, 840D System

WANG Yong-jing, WANG Jun-wei

(TaiyuanHeavy Industry Rolling Branch, Equipment Technological Transformation Ministry,

Taiyuan Heavy Industry Sales, Taiyuan 030024, China)

Abstract :The adjustment of reference point concerns the machining accuracy of the (CNC)Computer Numerical Control, the CNC adopts miscellaneous type of measurement system, the adjustment methods are different accordingly. The paper specifies the adjustment methods of absolute encoder, incremental encoder and range encoder measurement system. Key words :reference point; measurement system; zero pulse; parameter

4)水箱护板独立设计独立安装, 有效保护水箱并 起到装饰作用, 损坏后易更换维修, 见图 4。

5)装配效果图, 见图 5、 图 6

。

图 5数据装配效果图 图 6实物装配效果图

5结束语

经过市场调研自卸车保险杠专用设计较少, 现较多 采用整体式设计在使用和维修方面有诸多不便, 因此 自卸车保险杠设计在符合汽车美学、 整体装饰协调、 安 全性及相关法规前提下对其进行分体设计, 使得维修、 使用、 成本三者共同兼顾, 可有效提高用户的满意度。

参考文献

[1]王绍春 . 汽车保险杠设计 [J].汽车技术, 1998(2) :5-9. [2]刘自侠 . 浅谈汽车保险杠的设计 [J].汽车技术, 2005(3) :

16-18.

Dump Truck Front Bumper Structure Design Methods

LI Kun

(Taiyuan Changan Heavy-Duty Truck Co.,Ltd, Taiyuan 030032, China )

Abstract :From the bumper design principles, material selection, structure design are introduced, mainly to solve the dumper problems in ac ⁃ tual use, from the structural design provides a new way of thinking. Key words :dump truck front bumper; split; structure design

(上接第 129页 )

。

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