Métodos de Análise e Eliminação de Falhas de Retorno de Ponto de Referência em Máquinas-ferramenta CNC
Resumo: Este artigo analisa em profundidade o princípio de retorno da máquina-ferramenta CNC ao ponto de referência, abrangendo sistemas de malha fechada, semifechada e aberta. Por meio de exemplos específicos, são discutidas em detalhes diversas formas de falhas de retorno ao ponto de referência em máquinas-ferramenta CNC, incluindo diagnóstico de falhas, métodos de análise e estratégias de eliminação, e são apresentadas sugestões de melhoria para o ponto de troca de ferramentas da máquina-ferramenta do centro de usinagem.
I. Introdução
A operação manual de retorno ao ponto de referência é o pré-requisito para o estabelecimento do sistema de coordenadas da máquina-ferramenta. A primeira ação da maioria das máquinas-ferramenta CNC após a partida é operar manualmente o retorno ao ponto de referência. Falhas no retorno ao ponto de referência impedirão o processamento do programa, e posições imprecisas do ponto de referência também afetarão a precisão da usinagem e até mesmo causarão acidentes de colisão. Portanto, é muito importante analisar e eliminar falhas no retorno ao ponto de referência.
II. Princípios das Máquinas-Ferramentas CNC Retornando ao Ponto de Referência
(A) Classificação do sistema
Sistema CNC de circuito fechado: Equipado com um dispositivo de feedback para detectar o deslocamento linear final.
Sistema CNC de circuito semi-fechado: O dispositivo de medição de posição é instalado no eixo rotativo do servomotor ou na extremidade do parafuso de avanço, e o sinal de feedback é obtido do deslocamento angular.
Sistema CNC de malha aberta: Sem dispositivo de feedback de detecção de posição.
(B) Métodos de retorno de ponto de referência
Método de grade para retorno do ponto de referência
Método de grade absoluta: utilize um codificador de pulso absoluto ou uma régua de grade para retornar ao ponto de referência. Durante a depuração da máquina-ferramenta, o ponto de referência é determinado por meio da configuração de parâmetros e da operação de retorno a zero da máquina-ferramenta. Enquanto a bateria reserva do elemento de feedback de detecção estiver ativa, as informações de posição do ponto de referência são registradas sempre que a máquina é ligada, sem a necessidade de realizar a operação de retorno ao ponto de referência novamente.
Método de grade incremental: Utilize um encoder incremental ou uma régua de grade para retornar ao ponto de referência, sendo a operação de retorno ao ponto de referência necessária sempre que a máquina for ligada. Tomando como exemplo uma fresadora CNC (utilizando o sistema FANUC 0i), o princípio e o processo do método de grade incremental para retornar ao ponto zero são os seguintes:
Coloque a chave seletora de modo na posição "retorno ao ponto de referência", selecione o eixo para retorno ao ponto de referência e pressione o botão de avanço positivo do eixo. O eixo se move em direção ao ponto de referência em alta velocidade.
Quando o bloco de desaceleração, que se move em conjunto com a mesa de trabalho, pressiona o contato do interruptor de desaceleração, o sinal de desaceleração muda de ligado (ON) para desligado (OFF). O avanço da mesa de trabalho desacelera e continua a se mover na velocidade de avanço lenta definida pelos parâmetros.
Após o bloco de desaceleração liberar o interruptor de desaceleração e o estado do contato mudar de desligado para ligado, o sistema CNC aguarda o aparecimento do primeiro sinal de grade (também conhecido como sinal de uma revolução PCZ) no encoder. Assim que este sinal aparece, o movimento da mesa de trabalho para imediatamente. Ao mesmo tempo, o sistema CNC envia um sinal de conclusão de retorno ao ponto de referência e a lâmpada do ponto de referência acende, indicando que o eixo da máquina-ferramenta retornou com sucesso ao ponto de referência.
Método de chave magnética para retorno ao ponto de referência
O sistema de malha aberta geralmente utiliza uma chave de indução magnética para o posicionamento de retorno ao ponto de referência. Tomando como exemplo um torno CNC, o princípio e o processo do seu método de chave magnética para retorno ao ponto de referência são os seguintes:
Os dois primeiros passos são os mesmos que os passos de operação do método de grade para retorno do ponto de referência.
Após o bloco de desaceleração liberar o interruptor de desaceleração e o estado do contato mudar de desligado para ligado, o sistema CNC aguarda o aparecimento do sinal do interruptor de indução. Assim que este sinal aparece, o movimento da mesa de trabalho para imediatamente. Ao mesmo tempo, o sistema CNC envia um sinal de conclusão de retorno ao ponto de referência e a lâmpada do ponto de referência acende, indicando que a máquina-ferramenta retornou com sucesso ao ponto de referência do eixo.
III. Diagnóstico e Análise de Falhas em Máquinas-ferramenta CNC Retornando ao Ponto de Referência
Quando ocorre uma falha no retorno do ponto de referência de uma máquina-ferramenta CNC, uma inspeção abrangente deve ser realizada de acordo com o princípio do simples ao complexo.
(A) Falhas sem alarme
Desvio de uma distância de grade fixa
Fenômeno de falha: quando a máquina-ferramenta é iniciada e o ponto de referência é retornado manualmente pela primeira vez, ela se desvia do ponto de referência em uma ou várias distâncias de grade, e as distâncias de desvio subsequentes são fixas a cada vez.
Análise de causa: Geralmente, a posição do bloco de desaceleração está incorreta, o comprimento do bloco de desaceleração é muito curto ou a posição do sensor de proximidade usado como ponto de referência está incorreta. Esse tipo de falha geralmente ocorre após a máquina-ferramenta ser instalada e depurada pela primeira vez ou após uma grande revisão.
Solução: A posição do bloco de desaceleração ou do interruptor de proximidade pode ser ajustada, e a velocidade de avanço rápido e a constante de tempo de avanço rápido para retorno ao ponto de referência também podem ser ajustadas.
Desvio de uma posição aleatória ou um pequeno deslocamento
Fenômeno de falha: Desvio de qualquer posição do ponto de referência, o valor do desvio é aleatório ou pequeno, e a distância do desvio não é igual cada vez que a operação de retorno ao ponto de referência é executada.
Análise de causa:
Interferência externa, como aterramento deficiente da camada de blindagem do cabo e linha de sinal do codificador de pulso muito próxima do cabo de alta tensão.
A tensão de alimentação usada pelo codificador de pulso ou pela régua de grade está muito baixa (inferior a 4,75 V) ou há uma falha.
A placa de controle da unidade de controle de velocidade está com defeito.
O acoplamento entre o eixo de alimentação e o servomotor está solto.
O conector do cabo tem mau contato ou o cabo está danificado.
Solução: Medidas correspondentes devem ser tomadas de acordo com diferentes motivos, como melhorar o aterramento, verificar a fonte de alimentação, substituir a placa de controle, apertar o acoplamento e verificar o cabo.
(B) Falhas no alarme
Alarme de excesso de deslocamento causado por nenhuma ação de desaceleração
Fenômeno de falha: Quando a máquina-ferramenta retorna ao ponto de referência, não há desaceleração e ela continua se movendo até tocar no interruptor de limite e parar devido ao excesso de curso. A luz verde para retorno ao ponto de referência não acende e o sistema CNC exibe o estado "NÃO PRONTO".
Análise de causa: O interruptor de desaceleração para retorno ao ponto de referência falha, o contato do interruptor não pode ser reiniciado após ser pressionado ou o bloco de desaceleração está solto e deslocado, resultando no não funcionamento do pulso do ponto zero quando a máquina-ferramenta retorna ao ponto de referência, e o sinal de desaceleração não pode ser inserido no sistema CNC.
Solução: Use o botão de função “liberação de sobrecurso” para liberar o sobrecurso de coordenadas da máquina-ferramenta, mova a máquina-ferramenta de volta para dentro da faixa de curso e, em seguida, verifique se o interruptor de desaceleração para retorno ao ponto de referência está solto e se a linha de sinal de desaceleração do interruptor de curso correspondente tem um curto-circuito ou um circuito aberto.
Alarme causado por não encontrar o ponto de referência após a desaceleração
Fenômeno de falha: Há desaceleração durante o processo de retorno ao ponto de referência, mas ele para até tocar no interruptor de limite e disparar o alarme, e o ponto de referência não é encontrado, e a operação de retorno ao ponto de referência falha.
Análise de causa:
O codificador (ou régua de grade) não envia o sinal de sinalizador zero indicando que o ponto de referência foi retornado durante a operação de retorno do ponto de referência.
A posição da marca zero do retorno do ponto de referência falha.
O sinal de sinalizador zero do retorno do ponto de referência é perdido durante a transmissão ou processamento.
Há uma falha de hardware no sistema de medição e o sinal de sinalização zero do retorno do ponto de referência não é reconhecido.
Solução: Use o método de rastreamento de sinal e use um osciloscópio para verificar o sinal de sinalização zero do retorno do ponto de referência do codificador para julgar a causa da falha e realizar o processamento correspondente.
Alarme causado por posição imprecisa do ponto de referência
Fenômeno de falha: Há desaceleração durante o processo de retorno ao ponto de referência, e o sinal de sinalização zero do retorno ao ponto de referência aparece, e também há um processo de frenagem para zero, mas a posição do ponto de referência é imprecisa, e a operação de retorno ao ponto de referência falha.
Análise de causa:
O sinal de sinalização zero do retorno do ponto de referência foi perdido, e o sistema de medição pode encontrar esse sinal e parar somente após o codificador de pulso girar mais uma volta, de modo que a mesa de trabalho pare em uma posição a uma distância selecionada do ponto de referência.
O bloco de desaceleração está muito próximo da posição do ponto de referência, e o eixo de coordenadas para quando não se move até a distância especificada e toca no interruptor de limite.
Devido a fatores como interferência de sinal, bloco solto e tensão muito baixa do sinal de sinalização zero do retorno do ponto de referência, a posição onde a mesa de trabalho para é imprecisa e não tem regularidade.
Solução: Processe de acordo com diferentes motivos, como ajustar a posição do bloco de desaceleração, eliminar a interferência do sinal, apertar o bloco e verificar a tensão do sinal.
Alarme causado por não retorno ao ponto de referência devido a alterações de parâmetros
Fenômeno de falha: quando a máquina-ferramenta retorna ao ponto de referência, ela envia um alarme “não retornou ao ponto de referência” e a máquina-ferramenta não executa a ação de retorno ao ponto de referência.
Análise de causa: Pode ser causado pela alteração dos parâmetros definidos, como a taxa de ampliação de comando (CMR), a taxa de ampliação de detecção (DMR), a velocidade de avanço rápido para retorno ao ponto de referência, a velocidade de desaceleração próxima à origem estão definidas como zero, ou o interruptor de ampliação rápida e o interruptor de ampliação de avanço no painel de operação da máquina-ferramenta estão definidos como 0%.
Solução: Verifique e corrija os parâmetros relevantes.
IV. Conclusão
As falhas de retorno do ponto de referência em máquinas-ferramenta CNC incluem principalmente duas situações: falha de retorno do ponto de referência com alarme e desvio do ponto de referência sem alarme. Para falhas com alarme, o sistema CNC não executará o programa de usinagem, o que pode evitar a produção de um grande número de produtos residuais; enquanto a falha de desvio do ponto de referência sem alarme é facilmente ignorada, o que pode levar ao desperdício de peças processadas ou até mesmo a um grande número de produtos residuais.
Em máquinas de centro de usinagem, como muitas máquinas utilizam o ponto de referência do eixo de coordenadas como ponto de troca de ferramentas, falhas de retorno ao ponto de referência são fáceis de ocorrer durante operações de longo prazo, especialmente falhas de desvio do ponto de referência sem alarme. Portanto, recomenda-se definir um segundo ponto de referência e utilizar a instrução G30 X0 Y0 Z0 com uma posição a uma certa distância do ponto de referência. Embora isso traga algumas dificuldades para o projeto do magazine de ferramentas e do manipulador, pode reduzir significativamente a taxa de falhas de retorno ao ponto de referência e a taxa de falhas de troca automática de ferramentas da máquina-ferramenta, sendo necessário apenas um retorno ao ponto de referência quando a máquina-ferramenta é iniciada.
Resumo: Este artigo analisa em profundidade o princípio de retorno da máquina-ferramenta CNC ao ponto de referência, abrangendo sistemas de malha fechada, semifechada e aberta. Por meio de exemplos específicos, são discutidas em detalhes diversas formas de falhas de retorno ao ponto de referência em máquinas-ferramenta CNC, incluindo diagnóstico de falhas, métodos de análise e estratégias de eliminação, e são apresentadas sugestões de melhoria para o ponto de troca de ferramentas da máquina-ferramenta do centro de usinagem.
I. Introdução
A operação manual de retorno ao ponto de referência é o pré-requisito para o estabelecimento do sistema de coordenadas da máquina-ferramenta. A primeira ação da maioria das máquinas-ferramenta CNC após a partida é operar manualmente o retorno ao ponto de referência. Falhas no retorno ao ponto de referência impedirão o processamento do programa, e posições imprecisas do ponto de referência também afetarão a precisão da usinagem e até mesmo causarão acidentes de colisão. Portanto, é muito importante analisar e eliminar falhas no retorno ao ponto de referência.
II. Princípios das Máquinas-Ferramentas CNC Retornando ao Ponto de Referência
(A) Classificação do sistema
Sistema CNC de circuito fechado: Equipado com um dispositivo de feedback para detectar o deslocamento linear final.
Sistema CNC de circuito semi-fechado: O dispositivo de medição de posição é instalado no eixo rotativo do servomotor ou na extremidade do parafuso de avanço, e o sinal de feedback é obtido do deslocamento angular.
Sistema CNC de malha aberta: Sem dispositivo de feedback de detecção de posição.
(B) Métodos de retorno de ponto de referência
Método de grade para retorno do ponto de referência
Método de grade absoluta: utilize um codificador de pulso absoluto ou uma régua de grade para retornar ao ponto de referência. Durante a depuração da máquina-ferramenta, o ponto de referência é determinado por meio da configuração de parâmetros e da operação de retorno a zero da máquina-ferramenta. Enquanto a bateria reserva do elemento de feedback de detecção estiver ativa, as informações de posição do ponto de referência são registradas sempre que a máquina é ligada, sem a necessidade de realizar a operação de retorno ao ponto de referência novamente.
Método de grade incremental: Utilize um encoder incremental ou uma régua de grade para retornar ao ponto de referência, sendo a operação de retorno ao ponto de referência necessária sempre que a máquina for ligada. Tomando como exemplo uma fresadora CNC (utilizando o sistema FANUC 0i), o princípio e o processo do método de grade incremental para retornar ao ponto zero são os seguintes:
Coloque a chave seletora de modo na posição "retorno ao ponto de referência", selecione o eixo para retorno ao ponto de referência e pressione o botão de avanço positivo do eixo. O eixo se move em direção ao ponto de referência em alta velocidade.
Quando o bloco de desaceleração, que se move em conjunto com a mesa de trabalho, pressiona o contato do interruptor de desaceleração, o sinal de desaceleração muda de ligado (ON) para desligado (OFF). O avanço da mesa de trabalho desacelera e continua a se mover na velocidade de avanço lenta definida pelos parâmetros.
Após o bloco de desaceleração liberar o interruptor de desaceleração e o estado do contato mudar de desligado para ligado, o sistema CNC aguarda o aparecimento do primeiro sinal de grade (também conhecido como sinal de uma revolução PCZ) no encoder. Assim que este sinal aparece, o movimento da mesa de trabalho para imediatamente. Ao mesmo tempo, o sistema CNC envia um sinal de conclusão de retorno ao ponto de referência e a lâmpada do ponto de referência acende, indicando que o eixo da máquina-ferramenta retornou com sucesso ao ponto de referência.
Método de chave magnética para retorno ao ponto de referência
O sistema de malha aberta geralmente utiliza uma chave de indução magnética para o posicionamento de retorno ao ponto de referência. Tomando como exemplo um torno CNC, o princípio e o processo do seu método de chave magnética para retorno ao ponto de referência são os seguintes:
Os dois primeiros passos são os mesmos que os passos de operação do método de grade para retorno do ponto de referência.
Após o bloco de desaceleração liberar o interruptor de desaceleração e o estado do contato mudar de desligado para ligado, o sistema CNC aguarda o aparecimento do sinal do interruptor de indução. Assim que este sinal aparece, o movimento da mesa de trabalho para imediatamente. Ao mesmo tempo, o sistema CNC envia um sinal de conclusão de retorno ao ponto de referência e a lâmpada do ponto de referência acende, indicando que a máquina-ferramenta retornou com sucesso ao ponto de referência do eixo.
III. Diagnóstico e Análise de Falhas em Máquinas-ferramenta CNC Retornando ao Ponto de Referência
Quando ocorre uma falha no retorno do ponto de referência de uma máquina-ferramenta CNC, uma inspeção abrangente deve ser realizada de acordo com o princípio do simples ao complexo.
(A) Falhas sem alarme
Desvio de uma distância de grade fixa
Fenômeno de falha: quando a máquina-ferramenta é iniciada e o ponto de referência é retornado manualmente pela primeira vez, ela se desvia do ponto de referência em uma ou várias distâncias de grade, e as distâncias de desvio subsequentes são fixas a cada vez.
Análise de causa: Geralmente, a posição do bloco de desaceleração está incorreta, o comprimento do bloco de desaceleração é muito curto ou a posição do sensor de proximidade usado como ponto de referência está incorreta. Esse tipo de falha geralmente ocorre após a máquina-ferramenta ser instalada e depurada pela primeira vez ou após uma grande revisão.
Solução: A posição do bloco de desaceleração ou do interruptor de proximidade pode ser ajustada, e a velocidade de avanço rápido e a constante de tempo de avanço rápido para retorno ao ponto de referência também podem ser ajustadas.
Desvio de uma posição aleatória ou um pequeno deslocamento
Fenômeno de falha: Desvio de qualquer posição do ponto de referência, o valor do desvio é aleatório ou pequeno, e a distância do desvio não é igual cada vez que a operação de retorno ao ponto de referência é executada.
Análise de causa:
Interferência externa, como aterramento deficiente da camada de blindagem do cabo e linha de sinal do codificador de pulso muito próxima do cabo de alta tensão.
A tensão de alimentação usada pelo codificador de pulso ou pela régua de grade está muito baixa (inferior a 4,75 V) ou há uma falha.
A placa de controle da unidade de controle de velocidade está com defeito.
O acoplamento entre o eixo de alimentação e o servomotor está solto.
O conector do cabo tem mau contato ou o cabo está danificado.
Solução: Medidas correspondentes devem ser tomadas de acordo com diferentes motivos, como melhorar o aterramento, verificar a fonte de alimentação, substituir a placa de controle, apertar o acoplamento e verificar o cabo.
(B) Falhas no alarme
Alarme de excesso de deslocamento causado por nenhuma ação de desaceleração
Fenômeno de falha: Quando a máquina-ferramenta retorna ao ponto de referência, não há desaceleração e ela continua se movendo até tocar no interruptor de limite e parar devido ao excesso de curso. A luz verde para retorno ao ponto de referência não acende e o sistema CNC exibe o estado "NÃO PRONTO".
Análise de causa: O interruptor de desaceleração para retorno ao ponto de referência falha, o contato do interruptor não pode ser reiniciado após ser pressionado ou o bloco de desaceleração está solto e deslocado, resultando no não funcionamento do pulso do ponto zero quando a máquina-ferramenta retorna ao ponto de referência, e o sinal de desaceleração não pode ser inserido no sistema CNC.
Solução: Use o botão de função “liberação de sobrecurso” para liberar o sobrecurso de coordenadas da máquina-ferramenta, mova a máquina-ferramenta de volta para dentro da faixa de curso e, em seguida, verifique se o interruptor de desaceleração para retorno ao ponto de referência está solto e se a linha de sinal de desaceleração do interruptor de curso correspondente tem um curto-circuito ou um circuito aberto.
Alarme causado por não encontrar o ponto de referência após a desaceleração
Fenômeno de falha: Há desaceleração durante o processo de retorno ao ponto de referência, mas ele para até tocar no interruptor de limite e disparar o alarme, e o ponto de referência não é encontrado, e a operação de retorno ao ponto de referência falha.
Análise de causa:
O codificador (ou régua de grade) não envia o sinal de sinalizador zero indicando que o ponto de referência foi retornado durante a operação de retorno do ponto de referência.
A posição da marca zero do retorno do ponto de referência falha.
O sinal de sinalizador zero do retorno do ponto de referência é perdido durante a transmissão ou processamento.
Há uma falha de hardware no sistema de medição e o sinal de sinalização zero do retorno do ponto de referência não é reconhecido.
Solução: Use o método de rastreamento de sinal e use um osciloscópio para verificar o sinal de sinalização zero do retorno do ponto de referência do codificador para julgar a causa da falha e realizar o processamento correspondente.
Alarme causado por posição imprecisa do ponto de referência
Fenômeno de falha: Há desaceleração durante o processo de retorno ao ponto de referência, e o sinal de sinalização zero do retorno ao ponto de referência aparece, e também há um processo de frenagem para zero, mas a posição do ponto de referência é imprecisa, e a operação de retorno ao ponto de referência falha.
Análise de causa:
O sinal de sinalização zero do retorno do ponto de referência foi perdido, e o sistema de medição pode encontrar esse sinal e parar somente após o codificador de pulso girar mais uma volta, de modo que a mesa de trabalho pare em uma posição a uma distância selecionada do ponto de referência.
O bloco de desaceleração está muito próximo da posição do ponto de referência, e o eixo de coordenadas para quando não se move até a distância especificada e toca no interruptor de limite.
Devido a fatores como interferência de sinal, bloco solto e tensão muito baixa do sinal de sinalização zero do retorno do ponto de referência, a posição onde a mesa de trabalho para é imprecisa e não tem regularidade.
Solução: Processe de acordo com diferentes motivos, como ajustar a posição do bloco de desaceleração, eliminar a interferência do sinal, apertar o bloco e verificar a tensão do sinal.
Alarme causado por não retorno ao ponto de referência devido a alterações de parâmetros
Fenômeno de falha: quando a máquina-ferramenta retorna ao ponto de referência, ela envia um alarme “não retornou ao ponto de referência” e a máquina-ferramenta não executa a ação de retorno ao ponto de referência.
Análise de causa: Pode ser causado pela alteração dos parâmetros definidos, como a taxa de ampliação de comando (CMR), a taxa de ampliação de detecção (DMR), a velocidade de avanço rápido para retorno ao ponto de referência, a velocidade de desaceleração próxima à origem estão definidas como zero, ou o interruptor de ampliação rápida e o interruptor de ampliação de avanço no painel de operação da máquina-ferramenta estão definidos como 0%.
Solução: Verifique e corrija os parâmetros relevantes.
IV. Conclusão
As falhas de retorno do ponto de referência em máquinas-ferramenta CNC incluem principalmente duas situações: falha de retorno do ponto de referência com alarme e desvio do ponto de referência sem alarme. Para falhas com alarme, o sistema CNC não executará o programa de usinagem, o que pode evitar a produção de um grande número de produtos residuais; enquanto a falha de desvio do ponto de referência sem alarme é facilmente ignorada, o que pode levar ao desperdício de peças processadas ou até mesmo a um grande número de produtos residuais.
Em máquinas de centro de usinagem, como muitas máquinas utilizam o ponto de referência do eixo de coordenadas como ponto de troca de ferramentas, falhas de retorno ao ponto de referência são fáceis de ocorrer durante operações de longo prazo, especialmente falhas de desvio do ponto de referência sem alarme. Portanto, recomenda-se definir um segundo ponto de referência e utilizar a instrução G30 X0 Y0 Z0 com uma posição a uma certa distância do ponto de referência. Embora isso traga algumas dificuldades para o projeto do magazine de ferramentas e do manipulador, pode reduzir significativamente a taxa de falhas de retorno ao ponto de referência e a taxa de falhas de troca automática de ferramentas da máquina-ferramenta, sendo necessário apenas um retorno ao ponto de referência quando a máquina-ferramenta é iniciada.