上海通用東岳動(dòng)力總成有限公司 (264006) 郭 興

隨著我國(guó)高精數(shù)控加工中心的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，大規(guī)模、高精加工的數(shù)控技術(shù)給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的提升，但同時(shí)也帶來(lái)了越來(lái)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(guò)介紹數(shù)控加工中心光柵尺測(cè)量鏈路丟脈沖導(dǎo)致批量工廢問(wèn)題的解決方法，給大家呈現(xiàn)一種類(lèi)似問(wèn)題的有效的解決途徑。

1.背景介紹

統(tǒng)計(jì)動(dòng)力總成車(chē)間2010年至今歷次工廢問(wèn)題，其中光柵尺測(cè)量鏈路丟脈沖這一問(wèn)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(wèn)題的爆發(fā)，隱蔽性較強(qiáng)，排查難度大，且一旦發(fā)生，影響面廣，在目前汽車(chē)業(yè)大批量生產(chǎn)的背景下，這一問(wèn)題，所帶來(lái)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)極大。亟待維修推出一種更加主動(dòng)的控制方法。

2.技術(shù)分析以及雙位置檢測(cè)功能的引入

(1)技術(shù)分析:從技術(shù)角度來(lái)講，機(jī)床加工尺寸超差的原因很多，如圖1 所示。而實(shí)際應(yīng)用中，正如上面提到的一樣，測(cè)量系統(tǒng)造成的尺寸超差占了一大部分。

圖1

下面通過(guò)圖2 說(shuō)明丟脈沖為什么會(huì)造成機(jī)床加工尺寸偏移。

圖2

(2)雙位置檢測(cè)功能的引入:雙位置檢測(cè)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(dāng)位置環(huán)鏈路某個(gè)環(huán)節(jié)失效時(shí)，例如:電纜磨損、光柵尺臟和動(dòng)尺螺栓松動(dòng)等，系統(tǒng)沒(méi)有及時(shí)的識(shí)別，就會(huì)導(dǎo)致加工尺寸偏移。

雙位置檢測(cè)指的是:在位置控制過(guò)程中，系統(tǒng)同時(shí)接收編碼器和光柵尺的位置反饋，分別放入兩個(gè)脈沖寄存器中，當(dāng)兩個(gè)脈沖寄存器的值偏差超過(guò)一定范圍，即報(bào)警。這樣，當(dāng)同樣的丟脈沖問(wèn)題發(fā)生時(shí)，編碼器和光柵尺的位置反饋脈沖數(shù)將發(fā)生偏差，超過(guò)一定范圍，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。最大限度的避免類(lèi)似超差問(wèn)題的發(fā)生。

還是以上面的例子說(shuō)明雙位置檢測(cè)的原理。如圖3 所示。

圖3

詳細(xì)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(cè)量鏈路)誤差寄存器與半閉環(huán)(編碼器測(cè)量鏈路)誤差寄存器實(shí)時(shí)進(jìn)行比較，差值放在診斷號(hào)No.552 中，當(dāng)診斷號(hào)No.552 中的值超過(guò)參數(shù)P2118 設(shè)定值，即報(bào)警421。

3.雙位置檢測(cè)功能引入后的功效

(1)雙位置檢測(cè)功能的添加:以Y 軸為例說(shuō)明，設(shè)置參數(shù):

解釋:

舉例說(shuō)明:例如αi 脈沖編碼器，電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)機(jī)床移動(dòng)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(dāng)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(dāng)于系統(tǒng)一直工作在半閉環(huán)模式下。

這個(gè)參數(shù)是用來(lái)消除絲杠反向間隙對(duì)雙位置檢測(cè)功能的影響而設(shè)立的。初始設(shè)定為0，若雙位置檢測(cè)功能無(wú)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(huì)導(dǎo)致機(jī)床誤報(bào)警、抖動(dòng)等異?，F(xiàn)象。因此，設(shè)定此參數(shù)之前，務(wù)必認(rèn)真閱讀手冊(cè)，并嚴(yán)格按照手冊(cè)要求，慎重處理機(jī)床產(chǎn)生的一切不良反映。②考慮到機(jī)床控制精度的要求，參數(shù)2080 的設(shè)定為0，保持全過(guò)程的閉環(huán)控制。

(2)試驗(yàn)情況介紹:拆下光柵尺動(dòng)尺與機(jī)床的固定螺栓，低倍率手動(dòng)JOG 移動(dòng)機(jī)床，同時(shí)觀察DNG 552 里的值不斷增大，當(dāng)增大到201 時(shí)，機(jī)床報(bào)警421，說(shuō)明功能生效。

功能驗(yàn)證:在試驗(yàn)臺(tái)上試驗(yàn)成功后，陸續(xù)將該功能在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際操作過(guò)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(yùn)轉(zhuǎn)，若報(bào)警，逐漸提高設(shè)定值，直到不報(bào)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(jì)算方法如下

即把計(jì)算結(jié)果400 放大兩倍，計(jì)入P2118 中，作為設(shè)定值。②參數(shù)設(shè)定完成后，必須進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)證，保證CMM 測(cè)量結(jié)果都OK 后，才可生產(chǎn)。③該功能會(huì)影響到機(jī)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(yàn)，將參數(shù)P2080=0，可以有效解決該問(wèn)題，但是為了確保萬(wàn)一，改造前后，還是要驗(yàn)證節(jié)拍是否有影響。④機(jī)床出現(xiàn)421 報(bào)警后，必須徹查導(dǎo)致報(bào)警的原因，不可斷電消報(bào)警后，繼續(xù)生產(chǎn)，且，斷電上電后，誤差寄存器里的值會(huì)消失，即斷電上電會(huì)導(dǎo)致該功能之前捕捉的偏差量消失。因此，對(duì)待斷電上電消報(bào)警的行為，必須認(rèn)真評(píng)估考量。即便原因無(wú)法短時(shí)間內(nèi)找到，也要進(jìn)行報(bào)警前后工件的質(zhì)量驗(yàn)證，確保產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)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(yǔ)

針對(duì)光柵尺丟脈沖問(wèn)題，最新的串行光柵尺本身都具備一定的防錯(cuò)功能。例如奇偶校驗(yàn)等，但是，卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)全失效模式的防錯(cuò)。為了達(dá)到這個(gè)目的，之前我們也嘗試過(guò)很多其他方法，如RENISHAW 探針?lè)厘e(cuò)、光柵尺測(cè)量工具定期檢查光柵尺等，但鑒于光柵尺丟脈沖故障無(wú)規(guī)律、隱蔽性強(qiáng)等，最終都沒(méi)有很好的解決光柵尺失效問(wèn)題導(dǎo)致的批量工廢問(wèn)題。

FANUC 雙位置檢測(cè)功能，其開(kāi)發(fā)的初衷是:解決機(jī)床機(jī)械剛性引發(fā)的機(jī)床抖動(dòng)問(wèn)題。即:當(dāng)快速移動(dòng)時(shí)，機(jī)床位置控制采用半閉環(huán)控制，當(dāng)需要精確定位時(shí)，采用全閉環(huán)控制。通過(guò)評(píng)估和引入雙位置檢測(cè)功能，可以全方位、全程監(jiān)控機(jī)床各環(huán)節(jié)的機(jī)械和電氣性能，捕捉可能造成批量質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的因素，提前預(yù)警，避免質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。通過(guò)近一年多的運(yùn)行情況看，這一功能抓出了多起絲杠、光柵尺失效的機(jī)床問(wèn)題，類(lèi)似原因?qū)е鲁叽绯顔?wèn)題，也再無(wú)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。