Prvok na detekciu polohy sa skladá z detekčného prvku (senzora) a zariadenia na spracovanie signálu a je dôležitou súčasťou uzavretého servosystému horizontálneho CNC sústruhu. Jeho funkciou je zisťovať skutočnú hodnotu polohy a rýchlosti pracovného stola a posielať spätnoväzbové signály do numerického riadiaceho zariadenia alebo servozariadenia, čím sa vytvára uzavretá slučka riadenia. Detekčný prvok vo všeobecnosti využíva princíp svetla alebo magnetizmu na dokončenie detekcie polohy alebo rýchlosti.
Prvok detekcie polohy sa podľa spôsobu detekcie delí na prvok priameho merania a prvok nepriameho merania. Lineárne detekčné prvky sa vo všeobecnosti používajú pri meraní lineárneho pohybu obrábacieho stroja, ktoré sa nazýva priame meranie, a vytvorená regulácia polohy s uzavretou slučkou sa nazýva regulácia s úplnou uzavretou slučkou. Presnosť merania závisí predovšetkým od presnosti meracieho prvku a nie je ovplyvnená presnosťou prevodu obrábacieho stroja. Pretože lineárny posun stola obrábacieho stroja má presný proporcionálny vzťah s uhlom otáčania hnacieho motora, spôsob pohonu a zisťovania uhla otáčania motora alebo skrutky možno použiť na nepriame meranie vzdialenosti pohybu stola. Táto metóda sa nazýva nepriame meranie. Polohové riadenie s uzavretou slučkou sa nazýva riadenie s polozatvorenou slučkou. Presnosť merania závisí od presnosti detekčného prvku a hnacieho reťazca podávača obrábacieho stroja. Presnosť obrábania CNC obrábacích strojov s uzavretou slučkou je do značnej miery určená presnosťou zariadenia na detekciu polohy. CNC obrábacie stroje majú veľmi prísne požiadavky na prvky detekcie polohy a ich rozlíšenie je zvyčajne medzi 0,001 a 0,01 mm alebo menej.
1. Požiadavky na posuvný servosystém pre zariadenie na meranie polohy
Posuvný servosystém má vysoké požiadavky na zariadenie na meranie polohy:
1) Malý vplyv teploty a vlhkosti, spoľahlivá prevádzka, dobré zachovanie presnosti a silná schopnosť proti rušeniu.
2) Môže spĺňať požiadavky na presnosť, rýchlosť a rozsah merania.
3) Jednoduché použitie a údržba, prispôsobenie sa pracovnému prostrediu obrábacích strojov.
4) Nízke náklady.
5) Je ľahké realizovať vysokorýchlostné dynamické meranie a spracovanie a ľahko realizovať automatizáciu.
Zariadenia na detekciu polohy možno rozdeliť do rôznych kategórií podľa rôznych metód klasifikácie. Podľa formy výstupného signálu je možné ho rozdeliť na digitálny a analógový; podľa typu základného bodu merania ho možno klasifikovať ako prírastkový; podľa formy pohybu prvku na meranie polohy ho možno rozdeliť na rotačné a lineárne.
2. Diagnostika a odstránenie porúch v detekčnom zariadení
V porovnaní s numerickým riadiacim zariadením je pravdepodobnosť zlyhania detekčného prvku relatívne vysoká a často dochádza k javu poškodenia kábla, kontaminácie prvku a deformácie kolízie. V prípade podozrenia na chybu detekčného prvku najskôr skontrolujte, či nedošlo k pretrhnutiu kábla, jeho zaneseniu, deformácii atď., a tiež môžete určiť kvalitu detekčného prvku meraním jeho výkonu, čo si vyžaduje odbornosť princíp a výstupný signál detekčného prvku . Ďalej uvádzame systém SIEMENS ako príklad pre popis.
(1) Zadajte signál. Vzťah spojenia medzi modulom riadenia polohy CNC systému SIEMENS a zariadením na detekciu polohy.
Výstupný signál inkrementálneho rotačného meracieho zariadenia alebo lineárneho zariadenia má dve formy: di je napäťový alebo prúdový sínusový signál a EXE je interpolátor tvarovania impulzov; di je signál na úrovni TTL. Ako príklad si vezmite pravítko so sínusovým prúdovým výstupom HEIDENHAIN' Mriežka sa skladá z mriežkového pravítka, pulzného interpolátora (EXE), káblov a konektorov.
Počas pohybu obrábacieho stroja vychádzajú zo skenovacej jednotky tri sady signálov: dve sady prírastkových signálov sú generované štyrmi fotobunkami a dve fotobunky s fázovým rozdielom 180° sú navzájom spojené a ich push-pull tvorí fázový rozdiel 90° a amplitúda. Dve sady Ie1 a Ie2 s hodnotou asi 11μA sú podobné sínusovým vlnám. Súprava referenčných signálov je tiež prepojená formou push-pull dvomi fotobunkami s rozdielom 180°. Výstupom je hrotový signál Ie0 s efektívnou zložkou cca 5,5μA. Signál sa generuje len vtedy, keď prekročí referenčnú značku. Takzvaná referenčná značka je, že magnet je nainštalovaný na kryte mriežkového pravítka a jazýčkový spínač je nainštalovaný na skenovacej jednotke. Keď je jazýčkový spínač blízko magnetu, môže byť výstup referenčného signálu.
Dve sady inkrementálnych signálov Ie1 a Ie2 vstupujú do EXE cez prenosový kábel a konektory a po zosilnení a tvarovaní sú na výstupe dva štvorcové signály Ua1 a Ua2 s fázovým rozdielom 90° a referenčný signál Ua0. Tieto signály sú správne skombinované a spracované. To znamená, že v jednom cykle signálu možno vygenerovať päť impulzov, to znamená, že sa spracuje 5-násobok frekvencie a odošle sa do modulu riadenia polohy CNC cez konektor.
(2) Spracovanie signálu EXE. Funkciou interpolátora tvarovania impulzov (EXE) je zosilniť, zmeniť tvar, znásobiť frekvenciu a upozorniť na výstup inkrementálneho signálu z mriežkového pravítka alebo kódovača a odoslať ho do CNC na riadenie polohy. EXE sa skladá zo základného obvodu a pododdielového obvodu.
Základná doska s plošnými spojmi obsahuje kanálový zosilňovač, tvarovací obvod, budiaci a alarmový obvod atď. Rozdeľovací obvod je ako voliteľná funkcia vytvorený na dosku plošných spojov a tieto dve dosky sú prepojené cez konektor J3.
1) Kanálový zosilňovač. Keď mriežka deteguje a generuje sínusové prúdové signály Ie1, Ie2 a Ie0, cez kanálový zosilňovač je na výstupe určitá amplitúda sínusového prúdu.
2) Tvarovanie obvodu. Na základe zosilnenia Ie1, Ie2 a Ie0 ich tvarovací obvod prevedie na tri zodpovedajúce signály so štvorcovými vlnami Ua1, Ua2 a Ua0. Vysoká úroveň TTL je väčšia alebo rovná 2,5 V a nízka úroveň je menšia alebo rovná 0,5 V. .
3) Poplachový obvod. Keď mriežka spôsobí, že výstupný signál kanálového zosilňovača je nulový v dôsledku pretrhnutia vstupného kábla, znečistenia mriežky alebo poškodenia žiarovky, poplachový signál je riadený riadiacim obvodom a potom výstupom do CNC systémom pomocou konektora J2.
4) Rozdeľovací okruh. Pri riadení polohy niektorých vysoko presných CNC obrábacích strojov (ako sú CNC brúsky) je na meranie polohy potrebné vysoké rozlíšenie. Napríklad nemožno uspokojiť presnosť samotného strúhacieho pravítka. Z tohto dôvodu sa na zlepšenie rozlíšenia musí použiť rozdeľovací obvod. Sadzba podľa potrieb vysokorýchlostných obrábacích strojov. Výstupný signál kanálového zosilňovača základného obvodu je pripojený k deliacemu obvodu cez konektor J3. Po spracovaní deliacim obvodom je výstupný signál dvoch kanálov s fázovým rozdielom 90° a striedou 1:1 v jednom cykle vyvedený cez konektor J3. Rozdeľte štvorcový signál. Potom, čo sú dve štvorcové čísla pozícií riadené budiacim obvodom v základnom obvode, sú to zodpovedajúce signály kanálov Ua1 a Ua2, ktoré sú výstupom do systému CMC konektorom J2.
Okrem toho je účelom synchronizačného obvodu získať referenčné impulzy s pravouhlou vlnou zodpovedajúce nábehovým a zadným hranám pravouhlých signálov Ual a Ua2.
3. Bežné formy porúch v detekčných zariadeniach
(1) Mechanické kmitanie (počas zrýchľovania/spomalenia)
1) Impulzný kódovač nefunguje správne. Teraz skontrolujte, či napätie na svorke spätnej väzby na jednotke rýchlosti v určitom bode neklesne. Ak dôjde k poklesu, znamená to, že snímač impulzov je chybný a snímač by sa mal vymeniť.
2) Krížová spojka impulzného snímača môže byť poškodená, čo spôsobí, že otáčky hriadeľa nebudú synchronizované so zistenou rýchlosťou. Spojku treba vymeniť.
3) Ak zlyhá generátor tachometra, tachometer by sa mal opraviť alebo vymeniť.
(2) Mechanický útek (prekročenie rýchlosti). V prípade kontroly jednotky riadenia polohy a jednotky riadenia rýchlosti je potrebné skontrolovať nasledujúce body:
1) Skontrolujte, či je zapojenie snímača impulzov nesprávne, skontrolujte, či má zapojenie snímača kladnú spätnú väzbu a či sú fáza A a fáza B zapojené opačne.
2) Skontrolujte, či nie je poškodená spojka impulzného snímača. Ak je poškodená, vymeňte spojku.
3) Skontrolujte, či je svorka tachogenerátora zapojená opačne a či je nesprávne pripojený vodič signálu budenia.
(3) Vreteno sa nedá orientovať alebo orientácia nie je na mieste. Skontrolujte nastavenie a nastavenie obvodu ovládania orientácie, skontrolujte dosku orientácie a nastavenie dosky plošných spojov ovládania vretena. Zároveň skontrolujte, či nie je chybný snímač polohy (kóder).
(4) Vibračný posuv súradnicovej osi. Po kontrole, či je cievka motora skratovaná, či je skrutka mechanického posuvu dobre pripojená k motoru a či je celý servosystém stabilný, skontrolujte, či je impulzný kód dobrý, či je spojenie spojky stabilné a spoľahlivé a či je tachometer spoľahlivý.
(5) Alarm spôsobený chybou programu a prevádzkovou chybou v alarme NC. Napríklad NC hlási 090# a 091# systému FAUNUC-6ME. Objaví sa alarm NC, ktorý môže byť spôsobený poruchou hlavného okruhu a príliš nízkou rýchlosťou posuvu. Súčasne je tiež možné, že snímač impulzov je zlý; napájacie napätie impulzného snímača je príliš nízke. Teraz nastavte 15V napájacieho napätia tak, aby hodnota napätia na svorke +5V hlavnej dosky plošných spojov bola v rozmedzí 4,95 až 5,10 V; neexistuje žiadny vstupný impulz Jednootáčkový signál snímača nemôže normálne vykonať návrat referenčného bodu.
(6) Alarm servosystému. Ako napríklad servoalarm systému FAUNUC-6ME's 416#, 426#, 436#, 446#, 456#, systém SINUMERIK880's servo alarm I364#, systém SINUMERIK8's alarm serva 114#, 104# atď. Keď sa objaví vyššie uvedené číslo alarmu, môže to byť: signál spätnej väzby impulzného snímača osi je prerušený, skrat a strata signálu, použite osciloskop na meranie fázy A a B- fázový jednootáčkový signál; kódovač je kontaminovaný, príliš špinavý a signál nie je možné správne prijímať.
Stručne povedané, pri poruche CNC zariadení je poruchovosť komponentov detekcie pomerne vysoká. Pokiaľ je správne používanie a posilňovanie údržby a hĺbková analýza problémov, ktoré sa vyskytnú, miera zlyhania sa zníži a porucha sa dá rýchlo vyriešiť, aby sa zabezpečila normálna prevádzka zariadenia.
