范芳洪
(湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院車機學(xué)院 湖南株洲)
數(shù)控機床返回參考點的目的是確定機床坐標原點位置,建立機床坐標系,同時也是軟限位開關(guān)及各種補償生效的前提條件。因此,數(shù)控系統(tǒng)在執(zhí)行程序前必須進行返回參考點操作。半閉環(huán)控制的數(shù)控機床,一般采用增量式脈沖編碼器,每轉(zhuǎn)產(chǎn)生1個零脈沖信號,由于該信號在機床坐標系中的位置是確定的,可以將某個零點的位置作為系統(tǒng)的同步基準。
增量式旋轉(zhuǎn)測量系統(tǒng)多采用增量式脈沖編碼器作為位置或速度反饋元件,為具體確定參考點位置,需要給每個坐標軸安裝1個參考點減速擋塊。以西門子840D數(shù)控機床增量式編碼器返回參考點過程(圖1)為例,數(shù)控機床開機執(zhí)行返回參考點操作步驟如下。
圖1 增量式編碼器返參考點過程
(1)第一步——尋找參考點減速擋塊。在機床操作面板上選擇返回參考點功能,按下軸移動鍵啟動后,若坐標軸位于減速擋塊前面,坐標軸自動按機床數(shù)據(jù)MD34020設(shè)定的返參考點速度,向機床數(shù)據(jù)MD34010設(shè)定方向移動(一般為坐標軸正方向),尋找參考點減速擋塊;若坐標軸位于減速擋塊上面,則不需要執(zhí)行尋找參考點擋塊的過程。找到參考點減速擋塊后,坐標軸在減速信號控制下減速,移動一小段距離后停止,這段距離與設(shè)置的返回參考點速度和最大加速度有關(guān)。參考點減速擋塊的長度,一定要確保大于坐標軸減速移動的距離,否則坐標軸減速停止點就可能不在擋塊上,發(fā)生20001#報警,即沒有參考點減速擋塊信號。觸點開關(guān)接觸到減速擋塊,便通過“參考點接近延遲”接口信號DB31.DBX12.7~DB61.DBX12.7告之系統(tǒng),已經(jīng)找到參考點減速擋塊,第一步工作結(jié)束,此時坐標軸位于減速擋塊之上。在尋找參考點減速擋塊過程中,進給倍率修調(diào)開關(guān)和進給啟動/禁止使能按鍵有效。若坐標軸移動距離大于MD34030設(shè)置距離,仍未找到參考點減速擋塊,就會產(chǎn)生20000#報警(參考點擋塊未找到),同時“參考點接近延遲”接口信號復(fù)位。
(2)第二步——尋找零脈沖。尋找零脈沖信號的控制方式取決于機床數(shù)據(jù)MD34050的設(shè)置,MD34050設(shè)置為0,尋找零脈沖以參考點減速擋塊信號的下降沿為基準;MD34050設(shè)置為1,尋找零脈沖以參考點減速擋塊信號的上升沿為基準。如果以參考點減速擋塊信號的下降沿為基準,坐標軸會從靜止狀態(tài)加速到機床數(shù)據(jù)MD34040設(shè)定尋找零脈沖的速度,向MD34010規(guī)定的相反方向移動,尋找零脈沖信號。當離開參考點減速擋塊時,即參考點減速擋塊信號的下降沿出現(xiàn),“參考點接近延遲”接口信號復(fù)位,系統(tǒng)與脈沖編碼器的第一個零點脈沖信號同步(圖2)。如果以參考點減速擋塊信號的上升沿為基準,坐標軸會從靜止狀態(tài)加速到返回參考點速度,向MD34010規(guī)定的相反方向移動,尋找零脈沖信號。當離開參考點減速擋塊時,即參考點減速擋塊信號的下降沿出現(xiàn),“參考點接近延遲”接口信號復(fù)位,坐標軸減速停止,然后再加速到尋找零脈沖的速度,向相反方向移動,當再次接觸到參考點減速擋塊時,即參考點減速擋塊信號的上升沿出現(xiàn),“參考點接近延遲”接口信號使能,系統(tǒng)與脈沖編碼器的第一個零點脈沖信號同步(圖3)。無論何種情況,只要找到第一個零點脈沖信號,第二步結(jié)束。
圖2 檢測減速擋塊下降沿返參考點過程
圖3 檢測減速擋塊上升沿返參考點過程
在尋找零點脈沖過程中,進給倍率修調(diào)開關(guān)和機床操作面板上NC啟動/停止按鍵均無效,但進給啟動/靜止使能有效,如果軸停止,將出現(xiàn)20005#(返回參考點中止)報警。離開參考點減速擋塊后,坐標軸移動距離大于MD34060設(shè)置距離時,仍未找到零點脈沖信號,就會出現(xiàn)20002#報警(零點脈沖沒有找到)報警,同時“參考點接近延遲”接口復(fù)位。
(3)第三步——坐標軸移動到參考點。成功尋找到零點脈沖信號且無報警,才執(zhí)行第三步。在尋找到零點脈沖后,坐標軸加速到機床數(shù)據(jù)MD34070設(shè)定的返回參考點定位速度,移動到參考點停止。從零點脈沖上升到參考點移動距離,由機床數(shù)據(jù)MD34080和MD34090決定,這段距離是兩數(shù)據(jù)之和。坐標軸到達參考點后,通過“參考點值”接口信號DB31.DBX2.4~DB61.DBX2.4、DB31.DBX2.5 ~DB61.DBX2.5、DB31.DBX2.6 ~DB61.DBX2.6和DB31.DBX2.7~DB61.DBX2.7的選擇,將機床數(shù)據(jù)MD34100中的設(shè)定值賦給參考點。此時,參考點/同步接口信號DB31.DBX60.4 ~DB61.DBX60.4、DB31.DBX60.5 ~DB61.DBX60.5使能,位置測量系統(tǒng)與控制系統(tǒng)同步有效,整個返回參考點過程結(jié)束,機床可以正常工作。
(1)MD34010定義返回參考點的方向,設(shè)置0時正方向返回參考點,設(shè)置1時向負方向返回參考點。
(2)MD34020定義尋找參考點減速擋塊的速度。執(zhí)行返回參考點操作,系統(tǒng)首先以此參數(shù)設(shè)定的速度尋找參考點減速擋塊。當尋找到參考點減速擋塊后,坐標軸迅速制動停止。設(shè)定速度值時,應(yīng)考慮機床的動態(tài)特性,不要設(shè)置過快或過慢。
(3)MD34030定義尋找參考點擋塊的最大距離,只要尋找參考點減速擋塊的實際距離超過了設(shè)定值,就會停止返回參考點,并產(chǎn)生20000#報警(參考點擋塊沒有找到)。
(4)MD34040定義尋找零脈沖信號的速度,坐標軸以此速度離開參考點減速擋塊,尋找測量系統(tǒng)的第一個零點脈沖信號。設(shè)定值要小于MD43020的設(shè)定值。
(5)MD34050定義參考點減速擋塊信號上升沿/下降沿的同步方向。設(shè)置為0檢索參考點減速擋塊信號的下降沿,設(shè)置為1檢索參考點減速擋塊信號的上升沿。
(6)MD34060定義尋找零脈沖的最大距離,如果坐標軸移動量超過該距離仍未找到零點脈沖,返回參考點的過程將自動停止,并產(chǎn)生20004#報警(參考標記錯誤)。
(7)MD34070定義參考點定位速度,當系統(tǒng)檢測到零點脈沖信號后,以此定位速度移動一段可設(shè)定距離后停止,返回參考點過程結(jié)束。
(8)MD34080設(shè)置參考點移動距離,找到零點脈沖后,該參數(shù)確定以參考點定位速度移動的距離。若MD34080設(shè)置為負數(shù),表明是正向定位參考點,若設(shè)置為正數(shù),則是負數(shù)定位參考點。
(9)MD34090設(shè)置參考點偏移量。
(10)MD43100定義了參考點位置,返回參考后,坐標軸的位置就是參考點相對于機床坐標原點的位置。從參考點到機床原點的距離,設(shè)置在機床數(shù)據(jù)MD34100中,如果設(shè)置為0,表明參考點的位置就是機床坐標原點的位置。
參考點是數(shù)控機床上1個基準點,工件坐標原點及對刀點均以其為基準。返回參考點出現(xiàn)故障將無法進行程序加工,返回參考點的位置不準確將影響到加工精度,甚至出現(xiàn)撞車事故。數(shù)控機床返回參考點故障有兩種情況:①機床不能返回參考點或找不到參考點。②機床能回參考點,但在每次回參考點時出現(xiàn)停止時的漂移。對于情況①,由于數(shù)控機床不能成功返回參考點,數(shù)控系統(tǒng)不會執(zhí)行用戶所編輯的任何加工程序,避免產(chǎn)生批量廢品,其故障產(chǎn)生原因及處理措施見表1。對于情況②,由于機床每次回參考點時均未產(chǎn)生報警,但回參考點出現(xiàn)漂移的故障現(xiàn)象是存在的,而機床操作人員卻沒有及時發(fā)現(xiàn),造成加工件廢品,甚至是批量廢品,其故障產(chǎn)生的原因及處理措施見表2。
表1 不能返回參考點或找不到參考點故障處理
表2 返回參考誤差故障處理
1 朱自勤.數(shù)控機床電氣控制技術(shù)[M].中國林業(yè)出版社,2006,1
2 廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用教程[M].機械出版社,2009,1