آیا روش‌های تحلیل خطا و عیب‌یابی برای بازگشت به نقطه مرجع در ماشین ابزار CNC را می‌دانید؟

روش‌های تحلیل و حذف خطاهای بازگشت نقطه مرجع در ماشین‌های ابزار CNC
چکیده: این مقاله به طور عمیق اصل بازگشت ابزار ماشین CNC به نقطه مرجع را تجزیه و تحلیل می‌کند و سیستم‌های حلقه بسته، حلقه نیمه بسته و حلقه باز را پوشش می‌دهد. از طریق مثال‌های خاص، اشکال مختلف خطاهای بازگشت نقطه مرجع ابزارهای ماشین CNC به تفصیل مورد بحث قرار می‌گیرد، از جمله تشخیص خطا، روش‌های تجزیه و تحلیل و استراتژی‌های حذف، و پیشنهادات بهبود برای نقطه تعویض ابزار ابزار ماشین مرکز ماشینکاری ارائه می‌شود.
مقدمه
عملیات بازگشت نقطه مرجع دستی، پیش‌نیاز ایجاد سیستم مختصات ماشین ابزار است. اولین اقدام اکثر ماشین‌های ابزار CNC پس از راه‌اندازی، عملیات بازگشت نقطه مرجع به صورت دستی است. خطاهای بازگشت نقطه مرجع مانع از انجام پردازش برنامه می‌شوند و موقعیت‌های نادرست نقطه مرجع نیز بر دقت ماشینکاری تأثیر می‌گذارند و حتی باعث تصادف می‌شوند. بنابراین، تجزیه و تحلیل و حذف خطاهای بازگشت نقطه مرجع بسیار مهم است.
دوم. اصول ماشین‌های ابزار CNC بازگشت به نقطه مرجع
(الف) طبقه‌بندی سیستم
سیستم CNC حلقه بسته: مجهز به دستگاه بازخورد برای تشخیص جابجایی خطی نهایی.
سیستم CNC نیمه حلقه بسته: دستگاه اندازه‌گیری موقعیت روی شفت چرخان سروو موتور یا در انتهای پیچ سربی نصب می‌شود و سیگنال بازخورد از جابجایی زاویه‌ای گرفته می‌شود.
سیستم CNC حلقه باز: بدون دستگاه بازخورد تشخیص موقعیت.
(ب) روش‌های بازگشت به نقطه مرجع
روش شبکه‌ای برای بازگشت نقطه مرجع
روش شبکه مطلق: از یک رمزگذار پالس مطلق یا یک خط‌کش توری برای بازگشت به نقطه مرجع استفاده کنید. در طول اشکال‌زدایی ماشین ابزار، نقطه مرجع از طریق تنظیم پارامتر و عملیات بازگشت به صفر ماشین ابزار تعیین می‌شود. تا زمانی که باتری پشتیبان عنصر بازخورد تشخیص مؤثر باشد، اطلاعات موقعیت نقطه مرجع هر بار که دستگاه شروع به کار می‌کند ثبت می‌شود و نیازی به انجام مجدد عملیات بازگشت به نقطه مرجع نیست.
روش شبکه افزایشی: از یک انکودر افزایشی یا یک خط‌کش توری برای بازگشت به نقطه مرجع استفاده می‌شود و هر بار که دستگاه شروع به کار می‌کند، عملیات بازگشت به نقطه مرجع مورد نیاز است. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن یک ماشین فرز CNC خاص (با استفاده از سیستم FANUC 0i)، اصول و فرآیند روش شبکه افزایشی آن برای بازگشت به نقطه صفر به شرح زیر است:
کلید حالت را روی دنده «بازگشت به نقطه مرجع» قرار دهید، محور بازگشت به نقطه مرجع را انتخاب کنید و دکمه حرکت مثبت محور را فشار دهید. محور با سرعت بالایی به سمت نقطه مرجع حرکت می‌کند.
وقتی بلوک کاهش سرعت که به همراه میز کار حرکت می‌کند، کنتاکت سوئیچ کاهش سرعت را فشار می‌دهد، سیگنال کاهش سرعت از روشن (ON) به خاموش (OFF) تغییر می‌کند. سرعت تغذیه میز کار کاهش می‌یابد و با سرعت تغذیه آهسته‌ای که توسط پارامترها تنظیم شده است، به حرکت خود ادامه می‌دهد.
پس از اینکه بلوک کاهش سرعت، سوئیچ کاهش سرعت را آزاد می‌کند و وضعیت تماس از خاموش به روشن تغییر می‌کند، سیستم CNC منتظر ظاهر شدن اولین سیگنال شبکه (که به عنوان سیگنال یک دور PCZ نیز شناخته می‌شود) روی انکودر می‌ماند. به محض ظاهر شدن این سیگنال، حرکت میز کار بلافاصله متوقف می‌شود. همزمان، سیستم CNC یک سیگنال تکمیل بازگشت به نقطه مرجع ارسال می‌کند و چراغ نقطه مرجع روشن می‌شود که نشان می‌دهد محور ابزار ماشین با موفقیت به نقطه مرجع بازگشته است.
روش سوئیچ مغناطیسی برای بازگشت به نقطه مرجع
سیستم حلقه باز معمولاً از یک سوئیچ القایی مغناطیسی برای موقعیت‌یابی بازگشت به نقطه مرجع استفاده می‌کند. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن یک دستگاه تراش CNC خاص، اصول و فرآیند روش سوئیچ مغناطیسی آن برای بازگشت به نقطه مرجع به شرح زیر است:
دو مرحله اول مشابه مراحل عملیاتی روش شبکه برای بازگشت نقطه مرجع هستند.
پس از اینکه بلوک کاهش سرعت، کلید کاهش سرعت را آزاد می‌کند و وضعیت کنتاکت از خاموش به روشن تغییر می‌کند، سیستم CNC منتظر ظاهر شدن سیگنال کلید القایی می‌ماند. به محض ظاهر شدن این سیگنال، حرکت میز کار بلافاصله متوقف می‌شود. همزمان، سیستم CNC سیگنال تکمیل بازگشت به نقطه مرجع را ارسال می‌کند و چراغ نقطه مرجع روشن می‌شود که نشان می‌دهد ابزار ماشین با موفقیت به نقطه مرجع محور بازگشته است.
III. تشخیص و تحلیل عیب ماشین‌های ابزار CNC با بازگشت به نقطه مرجع
وقتی خطایی در نقطه مرجع برگشتی یک ماشین ابزار CNC رخ می‌دهد، باید یک بازرسی جامع طبق اصول از ساده به پیچیده انجام شود.
(الف) خطاهای بدون آلارم
انحراف از فاصله شبکه ثابت
پدیده خطا: هنگامی که دستگاه شروع به کار می‌کند و نقطه مرجع برای اولین بار به صورت دستی برگردانده می‌شود، به اندازه یک یا چند فاصله شبکه از نقطه مرجع منحرف می‌شود و فواصل انحراف بعدی هر بار ثابت می‌شوند.
تحلیل علت: معمولاً موقعیت بلوک کاهش سرعت نادرست است، طول بلوک کاهش سرعت خیلی کوتاه است، یا موقعیت سوئیچ مجاورتی مورد استفاده برای نقطه مرجع نامناسب است. این نوع خطا معمولاً پس از نصب و اشکال‌زدایی ماشین ابزار برای اولین بار یا پس از تعمیرات اساسی رخ می‌دهد.
راه حل: موقعیت بلوک کاهش سرعت یا سوئیچ مجاورتی قابل تنظیم است و سرعت تغذیه سریع و ثابت زمانی تغذیه سریع برای بازگشت به نقطه مرجع نیز قابل تنظیم هستند.
انحراف از یک موقعیت تصادفی یا یک انحراف کوچک
پدیده خطا: از هر موقعیتی از نقطه مرجع منحرف شوید، مقدار انحراف تصادفی یا کوچک باشد و فاصله انحراف هر بار که عملیات بازگشت به نقطه مرجع انجام می‌شود، برابر نباشد.
تحلیل علت:
تداخل خارجی، مانند اتصال زمین ضعیف لایه محافظ کابل، و خط سیگنال رمزگذار پالس که خیلی به کابل ولتاژ بالا نزدیک است.
ولتاژ منبع تغذیه مورد استفاده توسط رمزگذار پالس یا خط‌کش شبکه‌ای خیلی کم است (کمتر از ۴.۷۵ ولت) یا نقصی وجود دارد.
برد کنترل واحد کنترل سرعت معیوب است.
اتصال بین محور تغذیه و سروو موتور شل است.
کانکتور کابل اتصال ضعیفی دارد یا کابل آسیب دیده است.
راه حل: اقدامات مربوطه باید به دلایل مختلف انجام شود، مانند بهبود اتصال زمین، بررسی منبع تغذیه، تعویض برد کنترل، سفت کردن کوپلینگ و بررسی کابل.
(ب) خطاهای مربوط به آلارم
هشدار حرکت بیش از حد به دلیل عدم کاهش سرعت
پدیده خطا: هنگامی که ماشین ابزار به نقطه مرجع باز می‌گردد، هیچ اقدام کاهش سرعتی انجام نمی‌شود و به حرکت خود ادامه می‌دهد تا زمانی که به سوئیچ حد مجاز برخورد کند و به دلیل حرکت بیش از حد متوقف شود. چراغ سبز برای بازگشت به نقطه مرجع روشن نمی‌شود و سیستم CNC حالت "آماده نیست" را نشان می‌دهد.
تحلیل علت: سوئیچ کاهش سرعت برای بازگشت به نقطه مرجع از کار افتاده است، کنتاکت سوئیچ پس از فشار دادن قابل تنظیم مجدد نیست، یا بلوک کاهش سرعت شل و جابجا شده است، در نتیجه پالس نقطه صفر هنگام بازگشت ابزار ماشین به نقطه مرجع کار نمی‌کند و سیگنال کاهش سرعت نمی‌تواند وارد سیستم CNC شود.
راه حل: از دکمه عملکرد «رهاسازی بیش از حد حرکت» برای آزاد کردن مختصات بیش از حد حرکت ابزار ماشین استفاده کنید، ابزار ماشین را به داخل محدوده حرکت برگردانید و سپس بررسی کنید که آیا سوئیچ کاهش سرعت برای بازگشت به نقطه مرجع شل است و آیا خط سیگنال کاهش سرعت سوئیچ حرکت مربوطه دارای اتصال کوتاه یا مدار باز است.
هشدار ناشی از پیدا نکردن نقطه مرجع پس از کاهش سرعت
پدیده خطا: در طول فرآیند بازگشت به نقطه مرجع، کاهش سرعت وجود دارد، اما تا زمانی که به سوئیچ حد مجاز و آلارم برخورد نکند، متوقف می‌شود و نقطه مرجع پیدا نمی‌شود و عملیات بازگشت به نقطه مرجع با شکست مواجه می‌شود.
تحلیل علت:
انکودر (یا خط‌کش توری) سیگنال پرچم صفر را که نشان می‌دهد نقطه مرجع در طول عملیات بازگشت نقطه مرجع بازگردانده شده است، ارسال نمی‌کند.
موقعیت علامت صفر در بازگشت نقطه مرجع با شکست مواجه می‌شود.
سیگنال پرچم صفر مربوط به بازگشت نقطه مرجع، در حین انتقال یا پردازش از بین می‌رود.
یک نقص سخت‌افزاری در سیستم اندازه‌گیری وجود دارد و سیگنال پرچم صفر مربوط به بازگشت به نقطه مرجع تشخیص داده نمی‌شود.
راه حل: از روش ردیابی سیگنال استفاده کنید و با استفاده از یک اسیلوسکوپ، سیگنال پرچم صفر بازگشت به نقطه مرجع انکودر را بررسی کنید تا علت خطا مشخص شده و پردازش مربوطه انجام شود.
هشدار ناشی از موقعیت نادرست نقطه مرجع
پدیده خطا: در طول فرآیند بازگشت به نقطه مرجع، کاهش سرعت وجود دارد و سیگنال پرچم صفر بازگشت به نقطه مرجع ظاهر می‌شود و همچنین فرآیند ترمزگیری تا صفر نیز وجود دارد، اما موقعیت نقطه مرجع نادرست است و عملیات بازگشت به نقطه مرجع با شکست مواجه می‌شود.
تحلیل علت:
سیگنال پرچم صفر مربوط به بازگشت به نقطه مرجع از دست رفته است و سیستم اندازه‌گیری می‌تواند این سیگنال را پیدا کند و تنها پس از اینکه رمزگذار پالس یک دور دیگر بچرخد، متوقف شود، به طوری که میز کار در موقعیتی در فاصله انتخابی از نقطه مرجع متوقف شود.
بلوک کاهش سرعت خیلی نزدیک به موقعیت نقطه مرجع است و محور مختصات وقتی که به فاصله مشخص شده حرکت نکرده و به سوئیچ حد مجاز برخورد کند، متوقف می‌شود.
به دلیل عواملی مانند تداخل سیگنال، بلوک شل و ولتاژ خیلی پایین سیگنال پرچم صفر بازگشت به نقطه مرجع، موقعیتی که میز کار متوقف می‌شود، دقیق نیست و نظمی ندارد.
راه حل: به دلایل مختلف مانند تنظیم موقعیت بلوک کاهش سرعت، از بین بردن تداخل سیگنال، سفت کردن بلوک و بررسی ولتاژ سیگنال، پردازش را انجام دهید.
هشدار ناشی از عدم بازگشت به نقطه مرجع به دلیل تغییرات پارامتر
پدیده خطا: هنگامی که دستگاه به نقطه مرجع برمی‌گردد، آلارم «به نقطه مرجع برنگشت» ارسال می‌شود و دستگاه عمل بازگشت به نقطه مرجع را انجام نمی‌دهد.
تحلیل علت: ممکن است در اثر تغییر پارامترهای تنظیم شده، مانند نسبت بزرگنمایی فرمان (CMR)، نسبت بزرگنمایی تشخیص (DMR)، سرعت پیشروی سریع برای بازگشت به نقطه مرجع، سرعت کاهش سرعت نزدیک به مبدا روی صفر تنظیم شده باشد، یا سوئیچ بزرگنمایی سریع و سوئیچ بزرگنمایی پیشروی روی پنل عملیات ماشین ابزار روی 0% تنظیم شده باشند.
راه حل: پارامترهای مربوطه را بررسی و اصلاح کنید.
چهارم. نتیجه‌گیری
خطاهای بازگشت نقطه مرجع در ماشین‌های ابزار CNC عمدتاً شامل دو حالت می‌شوند: خطای بازگشت نقطه مرجع با آلارم و رانش نقطه مرجع بدون آلارم. برای خطاهای دارای آلارم، سیستم CNC برنامه ماشینکاری را اجرا نمی‌کند که می‌تواند از تولید تعداد زیادی ضایعات جلوگیری کند. در حالی که خطای رانش نقطه مرجع بدون آلارم به راحتی قابل چشم‌پوشی است که ممکن است منجر به ضایعات قطعات فرآوری شده یا حتی تعداد زیادی ضایعات شود.
برای ماشین‌های مرکز ماشینکاری، از آنجایی که بسیاری از ماشین‌ها از نقطه مرجع محور مختصات به عنوان نقطه تعویض ابزار استفاده می‌کنند، خطاهای بازگشت به نقطه مرجع، به ویژه خطاهای رانش نقطه مرجع بدون آلارم، در طول کارکرد طولانی مدت به راحتی رخ می‌دهند. بنابراین، توصیه می‌شود یک نقطه مرجع دوم تنظیم شود و از دستورالعمل G30 X0 Y0 Z0 با موقعیتی در فاصله مشخصی از نقطه مرجع استفاده شود. اگرچه این امر مشکلاتی را در طراحی مخزن ابزار و دستگیره ایجاد می‌کند، اما می‌تواند نرخ خرابی بازگشت به نقطه مرجع و نرخ خرابی تعویض خودکار ابزار ماشین را تا حد زیادی کاهش دهد و هنگام شروع به کار ماشین ابزار، تنها یک بازگشت به نقطه مرجع مورد نیاز است.