上海通用東岳動力總成有限公司 (264006) 郭 興

隨著我國高精數(shù)控加工中心的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，大規(guī)模、高精加工的數(shù)控技術(shù)給機械制造業(yè)帶來了革命性的提升，但同時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)計動力總成車間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，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)量風險極大。亟待維修推出一種更加主動的控制方法。

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，機床加工尺寸超差的原因很多，如圖1 所示。而實際應(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造成機床加工尺寸偏移。

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。當位置環(huán)鏈路某個環(huán)節(jié)失效時，例如:電纜磨損、光柵尺臟和動尺螺栓松動等，系統(tǒng)沒有及時的識別，就會導(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)同時接收編碼器和光柵尺的位置反饋，分別放入兩個脈沖寄存器中，當兩個脈沖寄存器的值偏差超過一定范圍，即報警。這樣，當同樣的丟脈沖問題發(fā)生時，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)會報警。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)誤差寄存器實時進行比較，差值放在診斷號No.552 中，當診斷號No.552 中的值超過參數(shù)P2118 設(shè)定值，即報警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，電動機一轉(zhuǎn)機床移動的距離是: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，相當于系統(tǒng)一直工作在半閉環(huán)模式下。

這個參數(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，會導(dǎo)致機床誤報警、抖動等異?，F(xiàn)象。因此，設(shè)定此參數(shù)之前，務(wù)必認真閱讀手冊，并嚴格按照手冊要求，慎重處理機床產(chǎn)生的一切不良反映。②考慮到機床控制精度的要求，參數(shù)2080 的設(shè)定為0，保持全過程的閉環(huán)控制。

(2)試驗情況介紹:拆下光柵尺動尺與機床的固定螺栓，低倍率手動JOG 移動機床，同時觀察DNG 552 里的值不斷增大，當增大到201 時，機床報警421，說明功能生效。

功能驗證:在試驗臺上試驗成功后，陸續(xù)將該功能在現(xiàn)場設(shè)備上實現(xiàn)，在實際操作過程中，需特別注意如下環(huán)節(jié):①P2118 中設(shè)定的值先從小設(shè)起，空運轉(zhuǎn)，若報警，逐漸提高設(shè)定值，直到不報警為止，然后，放大200%作為最終設(shè)定值，輸入P2118中;FANUC 推薦的計算方法如下

即把計算結(jié)果400 放大兩倍，計入P2118 中，作為設(shè)定值。②參數(shù)設(shè)定完成后，必須進行質(zhì)量驗證，保證CMM 測量結(jié)果都OK 后，才可生產(chǎn)。③該功能會影響到機床加工節(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，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，還是要驗證節(jié)拍是否有影響。④機床出現(xiàn)421 報警后，必須徹查導(dǎo)致報警的原因，不可斷電消報警后，繼續(xù)生產(chǎn)，且，斷電上電后，誤差寄存器里的值會消失，即斷電上電會導(dǎo)致該功能之前捕捉的偏差量消失。因此，對待斷電上電消報警的行為，必須認真評估考量。即便原因無法短時間內(nèi)找到，也要進行報警前后工件的質(zhì)量驗證，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功能。例如奇偶校驗等，但是，卻無法實現(xiàn)全失效模式的防錯。為了達到這個目的，之前我們也嘗試過很多其他方法，如RENISHAW 探針防錯、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:解決機床機械剛性引發(fā)的機床抖動問題。即:當快速移動時，機床位置控制采用半閉環(huán)控制，當需要精確定位時，采用全閉環(huán)控制。通過評估和引入雙位置檢測功能，可以全方位、全程監(jiān)控機床各環(huán)節(jié)的機械和電氣性能，捕捉可能造成批量質(zhì)量風險的因素，提前預(yù)警，避免質(zhì)量風險的發(fā)生。通過近一年多的運行情況看，這一功能抓出了多起絲杠、光柵尺失效的機床問題，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。