日本大隈機(jī)床 | 數(shù)控機(jī)床在加工精度上靠什么精度決定的？

位置檢測(cè)元件是由檢測(cè)元件（傳感器）和信號(hào)處理裝置組成的，是數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。它的作用是檢測(cè)工作臺(tái)的位置和速度的實(shí)際值，并向數(shù)控裝置或伺服裝置發(fā)送反饋信號(hào)，從而構(gòu)成閉環(huán)控制。檢測(cè)元件一般利用光或磁的原理完成對(duì)位置或速度的檢測(cè)。

位置檢測(cè)元件按照檢測(cè)方式分為直接測(cè)量元件和間接測(cè)量元件。對(duì)機(jī)床進(jìn)行直線移動(dòng)測(cè)量時(shí)一般采用直線型檢測(cè)元件，稱為直接測(cè)量，所構(gòu)成的位置閉環(huán)控制稱為全閉環(huán)控制。其測(cè)量精度主要取決于測(cè)量元件的精度，不受機(jī)床傳動(dòng)精度的影響。由于機(jī)床工作臺(tái)的直線位移與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度有準(zhǔn)確的比例關(guān)系，因此可以采用驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)或絲杠旋轉(zhuǎn)角度的方法間接測(cè)量工作臺(tái)的移動(dòng)距離，這種方法稱為間接測(cè)量，所構(gòu)成的位置閉環(huán)控制稱為半閉環(huán)控制。其測(cè)量精度取決于檢測(cè)元件和機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的精度。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢測(cè)裝置的精度決定的，數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)元件有十分嚴(yán)格的要求，其分辨率通常在0.001～0.01mm之間或者更小。

1、進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置測(cè)量裝置的要求

進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置測(cè)量裝置有很高的要求：

1）受溫度、濕度的影響小，工作可靠，精度保持性好，抗干擾能力強(qiáng)。

2）能滿足精度、速度和測(cè)量范圍的要求。

3）使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境。

4）成本低。

5）易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量和處理，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

位置檢測(cè)裝置按照不同的分類方法可分成不同的種類。按輸出信號(hào)的形式分類可分為數(shù)字式和模擬式；按測(cè)量基點(diǎn)的類型可分類為增量式；按位置測(cè)量元件的運(yùn)動(dòng)形式分類可分為回轉(zhuǎn)型和直線型。

五軸數(shù)控機(jī)床

2、檢測(cè)裝置故障的診斷與排除

檢測(cè)元件出現(xiàn)故障的概率與數(shù)控裝置相比還是比較高的，常常會(huì)岀現(xiàn)線纜損壞、元件污損，碰撞變形的現(xiàn)象。如果懷疑是檢測(cè)元件的故障要首先檢查有無(wú)線纜折斷、污損、變形等，還可以通過測(cè)量其輸出來(lái)確定檢測(cè)元件的好壞，這就要求必須熟練掌握檢測(cè)元件的工作原理及輸出信號(hào)。下面以SIEMENS系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。

（1）輸岀信號(hào)。SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)位置控制模塊與位置檢測(cè)裝置的連接關(guān)系。

增量式旋轉(zhuǎn)測(cè)量裝置或直線裝置的輸出信號(hào)有兩種形式：di一種是電壓或電流正弦信號(hào)，其中EXE為脈沖整形插值器；di二種是TTL電平信號(hào)。以HEIDENHA1N公司正弦電流輸出型的光柵尺為例，該光柵由光柵尺、脈沖整形插值器（EXE）、電纜及接插件等部件組成。

機(jī)床在運(yùn)動(dòng)過程中，從掃描單元輸出三組信號(hào)：兩組增量信號(hào)由四個(gè)光電池產(chǎn)生，把兩個(gè)相差180°的光電池接在一起，它們的推挽就形成了相位差90°、幅值為11μA左右的Ie1和Ie2兩組近似正弦波，一組基準(zhǔn)信號(hào)也由兩個(gè)相差180°的光電池接成推挽形式，輸岀為一尖峰信號(hào)Ie0，其有效分量約為5.5μA，此信號(hào)只有經(jīng)過基準(zhǔn)標(biāo)志時(shí)才產(chǎn)生。所謂基準(zhǔn)標(biāo)志，是在光柵尺身外殼上裝有一塊磁鐵，在掃描單元上裝有一只干簧管，在接近磁鐵時(shí)，干簧管接通，基準(zhǔn)信號(hào)才能輸出。

兩組增量信號(hào)Ie1和Ie2經(jīng)傳輸電纜和插接件進(jìn)入EXE，經(jīng)放大、整形后，輸出兩路相位差90°的方波信號(hào)Ua1、Ua2及參考信號(hào)Ua0，這些信號(hào)經(jīng)適當(dāng)組合處理，即可在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)產(chǎn)生五個(gè)脈沖，即5倍頻處理，經(jīng)連接器送至CNC位控模塊。

（2）EXE信號(hào)處理。脈沖整形插值器（EXE）的作用是將光柵尺或編碼器輸出的增量信號(hào)進(jìn)行放大、整形、倍頻和報(bào)警處理，輸出至CNC進(jìn)行位置控制。EXE由基本電路和細(xì)分電路組成。

基本電路印制電路板內(nèi)含通道放大器、整形電路、驅(qū)動(dòng)和報(bào)警電路等，細(xì)分電路作為一種任選功能單獨(dú)制成一塊電路板，兩板之間通過J3連接器連接。

1）通道放大器。當(dāng)光柵檢測(cè)產(chǎn)生正弦波電流信號(hào)Ie1、Ie2和Ie0，經(jīng)通道放大器，輸出一定幅值的正弦電流電壓。

2）整形電路。在對(duì)Ie1、Ie2和Ie0放大的基礎(chǔ)上，經(jīng)整形電路轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的三路方波信號(hào)Ua1、Ua2和Ua0，其TTL高電平大于等于2.5V，低電平小于等于0.5V。

3）報(bào)警電路。當(dāng)光柵由于輸入電纜斷裂、光柵污染或燈泡損壞等原因，造成通道放大器輸出信號(hào)為零，這時(shí)報(bào)警信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后，由連接器J2輸出至CNC系統(tǒng)。

4）細(xì)分電路。在某些精度很高的數(shù)控機(jī)床（如數(shù)控磨床）的位置控制中，要求位置測(cè)量有較高的分辨率，如僅靠光柵尺本身的精度不能滿足，為此必須采用細(xì)分電路來(lái)提高分辨率，以適應(yīng)高進(jìn)度機(jī)床的需求。基本電路通道放大器的輸出信號(hào)經(jīng)連接器J3接入細(xì)分電路，經(jīng)細(xì)分電路處理后，又通過連接器J3輸出在一個(gè)周期內(nèi)兩路相位差90°、占空比為1:1的五細(xì)分方波信號(hào)。這兩路方波位號(hào)經(jīng)基本電路中的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后，即為對(duì)應(yīng)的Ua1和Ua2通道信號(hào)，由連接器J2輸出至CMC系統(tǒng)。

另外，同步電路的目的是為了獲得Ua1和Ua2兩路方波信號(hào)前后沿準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)的方波參考脈沖。

3、檢測(cè)裝置故障的常見形式

（1）機(jī)械振蕩（加/減速時(shí)）

1）脈沖編碼器出現(xiàn)故障。此時(shí)檢查速度單元上的反饋線端子電壓是否在某幾點(diǎn)電壓下降，如有下降表明脈沖編碼器不良，應(yīng)更換編碼器。

2）脈沖編碼器十字聯(lián)軸節(jié)可能損壞，導(dǎo)致軸轉(zhuǎn)速與檢測(cè)到的速度不同步，應(yīng)更換聯(lián)軸節(jié)。

3）測(cè)速發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，應(yīng)修復(fù)、更換測(cè)速機(jī)。

（2）機(jī)械暴走（飛車）。在檢查位置控制單元和速度控制單元的情況下，應(yīng)檢查以下幾點(diǎn)：

1）檢查脈沖編碼器接線是否錯(cuò)誤，檢查編碼器接線是否為正反饋，A相和B相是否接反。

2）檢查脈沖編碼器聯(lián)軸節(jié)是否損壞，若損壞應(yīng)更換聯(lián)軸節(jié)。

3）檢查測(cè)速發(fā)電機(jī)端子是否接反和勵(lì)磁信號(hào)線是否接錯(cuò)。

（3）主軸不能定向或定向不到位。檢查定向控制電路設(shè)置和調(diào)整，檢查定向板，主軸控制印制電路板調(diào)整。同時(shí)，應(yīng)檢查位置檢測(cè)器（編碼器）是否不良。

（4）坐標(biāo)軸振動(dòng)進(jìn)給。在檢查電動(dòng)機(jī)線圈是否短路，機(jī)械進(jìn)給絲杠同電動(dòng)機(jī)的連接是否良好，整個(gè)伺服系統(tǒng)是否穩(wěn)定后，應(yīng)檢查脈沖編碼是否良好、聯(lián)軸節(jié)連接是否平穩(wěn)可靠、測(cè)速機(jī)是否可靠。

（5）NC報(bào)警中因程序錯(cuò)誤，操作錯(cuò)誤引起的報(bào)警。如FAUNUC—6ME系統(tǒng)的NC報(bào)瞀090#、091#。出現(xiàn)NC報(bào)警，有可能是主電路故障和進(jìn)給速度太低引起的。同時(shí)，還有可能是：脈沖編碼器不良；脈沖編碼器電源電壓太低，此時(shí)調(diào)整電源電壓的15V，使主電路板的+5V端子上的電壓值在4.95～5.10V內(nèi)；沒有輸入脈沖編碼器的一轉(zhuǎn)信號(hào)而不能正常執(zhí)行參考點(diǎn)返回。

（6）伺服系統(tǒng)的報(bào)警。如FAUNUC-6ME系統(tǒng)的伺服報(bào)警416#、426#、436#、446#、456#，SINUMERIK880系統(tǒng)的伺服報(bào)警I364#，SINUMERIK8系統(tǒng)的伺服報(bào)警114#、104#等。當(dāng)出現(xiàn)如上報(bào)警號(hào)時(shí)，有可能是：軸脈沖編碼器反饋信號(hào)斷線，短路和信號(hào)丟失，用示波器測(cè)A相、B相一轉(zhuǎn)信號(hào)；編碼器內(nèi)部受到污染、太臟，信號(hào)無(wú)法正確接收。

總之，在數(shù)控設(shè)備的故障中，檢測(cè)元件的故障比例是比較高的，只要正確地使用并加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入分析，就一定能降低故障率，并能迅速解決故障，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。