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      FANUC 雙位置檢測功能在數(shù)控加工中心上的應(yīng)用

      2014-12-02 01:34:48上海通用東岳動(dòng)力總成有限公司264006
      金屬加工(冷加工) 2014年15期
      關(guān)鍵詞:光柵尺設(shè)定值編碼器

      上海通用東岳動(dòng)力總成有限公司 (264006) 郭 興

      隨著我國高精數(shù)控加工中心的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,大規(guī)模、高精加工的數(shù)控技術(shù)給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的提升,但同時(shí)也帶來了越來越多的技術(shù)難題。例如,光柵尺丟脈沖導(dǎo)致加工尺寸偏移,F(xiàn)ANUC 伺服放大器模塊失效導(dǎo)致加工尺寸偏移等。本文通過介紹數(shù)控加工中心光柵尺測量鏈路丟脈沖導(dǎo)致批量工廢問題的解決方法,給大家呈現(xiàn)一種類似問題的有效的解決途徑。

      1.背景介紹

      統(tǒng)計(jì)動(dòng)力總成車間2010年至今歷次工廢問題,其中光柵尺測量鏈路丟脈沖這一問題,占了67%。按照工廢數(shù)量劃分,這一比例占到了75%。因這一問題的爆發(fā),隱蔽性較強(qiáng),排查難度大,且一旦發(fā)生,影響面廣,在目前汽車業(yè)大批量生產(chǎn)的背景下,這一問題,所帶來的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)極大。亟待維修推出一種更加主動(dòng)的控制方法。

      2.技術(shù)分析以及雙位置檢測功能的引入

      (1)技術(shù)分析:從技術(shù)角度來講,機(jī)床加工尺寸超差的原因很多,如圖1 所示。而實(shí)際應(yīng)用中,正如上面提到的一樣,測量系統(tǒng)造成的尺寸超差占了一大部分。

      圖1

      下面通過圖2 說明丟脈沖為什么會(huì)造成機(jī)床加工尺寸偏移。

      圖2

      (2)雙位置檢測功能的引入:雙位置檢測的原理是在傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制系統(tǒng)里,光柵尺作為位置環(huán)控制,編碼器作為速度環(huán)控制。當(dāng)位置環(huán)鏈路某個(gè)環(huán)節(jié)失效時(shí),例如:電纜磨損、光柵尺臟和動(dòng)尺螺栓松動(dòng)等,系統(tǒng)沒有及時(shí)的識(shí)別,就會(huì)導(dǎo)致加工尺寸偏移。

      雙位置檢測指的是:在位置控制過程中,系統(tǒng)同時(shí)接收編碼器和光柵尺的位置反饋,分別放入兩個(gè)脈沖寄存器中,當(dāng)兩個(gè)脈沖寄存器的值偏差超過一定范圍,即報(bào)警。這樣,當(dāng)同樣的丟脈沖問題發(fā)生時(shí),編碼器和光柵尺的位置反饋脈沖數(shù)將發(fā)生偏差,超過一定范圍,系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。最大限度的避免類似超差問題的發(fā)生。

      還是以上面的例子說明雙位置檢測的原理。如圖3 所示。

      圖3

      詳細(xì)的控制框圖,如圖4 所示。

      圖4

      圖4 解讀如下:閉環(huán)(光柵尺測量鏈路)誤差寄存器與半閉環(huán)(編碼器測量鏈路)誤差寄存器實(shí)時(shí)進(jìn)行比較,差值放在診斷號(hào)No.552 中,當(dāng)診斷號(hào)No.552 中的值超過參數(shù)P2118 設(shè)定值,即報(bào)警421。

      3.雙位置檢測功能引入后的功效

      (1)雙位置檢測功能的添加:以Y 軸為例說明,設(shè)置參數(shù):

      解釋:

      舉例說明:例如αi 脈沖編碼器,電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)機(jī)床移動(dòng)的距離是:10 mm/r,編碼器分辨率是:1 μm/脈沖,則:

      備注:若該參數(shù)設(shè)定為0,相當(dāng)于系統(tǒng)一直工作在全閉環(huán)模式下;若該參數(shù)設(shè)定為:32767,相當(dāng)于系統(tǒng)一直工作在半閉環(huán)模式下。

      這個(gè)參數(shù)是用來消除絲杠反向間隙對雙位置檢測功能的影響而設(shè)立的。初始設(shè)定為0,若雙位置檢測功能無法正常工作,再逐步提高該參數(shù)的設(shè)定值。

      備注:①P2078 和P2079 的設(shè)定是最關(guān)鍵的,也是最復(fù)雜的。設(shè)定不合適,會(huì)導(dǎo)致機(jī)床誤報(bào)警、抖動(dòng)等異常現(xiàn)象。因此,設(shè)定此參數(shù)之前,務(wù)必認(rèn)真閱讀手冊,并嚴(yán)格按照手冊要求,慎重處理機(jī)床產(chǎn)生的一切不良反映。②考慮到機(jī)床控制精度的要求,參數(shù)2080 的設(shè)定為0,保持全過程的閉環(huán)控制。

      (2)試驗(yàn)情況介紹:拆下光柵尺動(dòng)尺與機(jī)床的固定螺栓,低倍率手動(dòng)JOG 移動(dòng)機(jī)床,同時(shí)觀察DNG 552 里的值不斷增大,當(dāng)增大到201 時(shí),機(jī)床報(bào)警421,說明功能生效。

      功能驗(yàn)證:在試驗(yàn)臺(tái)上試驗(yàn)成功后,陸續(xù)將該功能在現(xiàn)場設(shè)備上實(shí)現(xiàn),在實(shí)際操作過程中,需特別注意如下環(huán)節(jié):①P2118 中設(shè)定的值先從小設(shè)起,空運(yùn)轉(zhuǎn),若報(bào)警,逐漸提高設(shè)定值,直到不報(bào)警為止,然后,放大200%作為最終設(shè)定值,輸入P2118中;FANUC 推薦的計(jì)算方法如下

      即把計(jì)算結(jié)果400 放大兩倍,計(jì)入P2118 中,作為設(shè)定值。②參數(shù)設(shè)定完成后,必須進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)證,保證CMM 測量結(jié)果都OK 后,才可生產(chǎn)。③該功能會(huì)影響到機(jī)床加工節(jié)拍,因此,改造完成后,必須比較節(jié)拍在改造前后的變化,是否在可控范圍內(nèi)。根據(jù)之前的經(jīng)驗(yàn),將參數(shù)P2080=0,可以有效解決該問題,但是為了確保萬一,改造前后,還是要驗(yàn)證節(jié)拍是否有影響。④機(jī)床出現(xiàn)421 報(bào)警后,必須徹查導(dǎo)致報(bào)警的原因,不可斷電消報(bào)警后,繼續(xù)生產(chǎn),且,斷電上電后,誤差寄存器里的值會(huì)消失,即斷電上電會(huì)導(dǎo)致該功能之前捕捉的偏差量消失。因此,對待斷電上電消報(bào)警的行為,必須認(rèn)真評(píng)估考量。即便原因無法短時(shí)間內(nèi)找到,也要進(jìn)行報(bào)警前后工件的質(zhì)量驗(yàn)證,確保產(chǎn)品質(zhì)量沒有問題,且后期采取措施,密切跟蹤設(shè)備質(zhì)量表現(xiàn)。

      4.結(jié)語

      針對光柵尺丟脈沖問題,最新的串行光柵尺本身都具備一定的防錯(cuò)功能。例如奇偶校驗(yàn)等,但是,卻無法實(shí)現(xiàn)全失效模式的防錯(cuò)。為了達(dá)到這個(gè)目的,之前我們也嘗試過很多其他方法,如RENISHAW 探針防錯(cuò)、光柵尺測量工具定期檢查光柵尺等,但鑒于光柵尺丟脈沖故障無規(guī)律、隱蔽性強(qiáng)等,最終都沒有很好的解決光柵尺失效問題導(dǎo)致的批量工廢問題。

      FANUC 雙位置檢測功能,其開發(fā)的初衷是:解決機(jī)床機(jī)械剛性引發(fā)的機(jī)床抖動(dòng)問題。即:當(dāng)快速移動(dòng)時(shí),機(jī)床位置控制采用半閉環(huán)控制,當(dāng)需要精確定位時(shí),采用全閉環(huán)控制。通過評(píng)估和引入雙位置檢測功能,可以全方位、全程監(jiān)控機(jī)床各環(huán)節(jié)的機(jī)械和電氣性能,捕捉可能造成批量質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的因素,提前預(yù)警,避免質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。通過近一年多的運(yùn)行情況看,這一功能抓出了多起絲杠、光柵尺失效的機(jī)床問題,類似原因?qū)е鲁叽绯顔栴},也再無出現(xiàn),為企業(yè)做出高質(zhì)量的產(chǎn)品,發(fā)揮了巨大的作用。

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