项目5 FANUC数控机床回零限位与急停控制电子教案.docx
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项目5 FANUC数控机床回零限位与急停控制电子教案.docx
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项目5FANUC数控机床回零限位与急停控制电子教案
学习情境五FANUC数控机床回零、限位与急停控制
任务一数控机床回零控制
教
学
方
法
计划课时
4学时
授课地点
教室多媒体室、数控车间
教学
目的及要求
1.了解数控机床机械原点、机械坐标与编程坐标的基本知识。
2.了解数控回零的作用。
教学重点难点
1.能够安全操作数控机床,熟练进行数控机床回零操作。
2.能够按要求设定数控机床的零点。
3.掌握数控机床参考点常见故障判断与维修的方法
教学条件
1、教室多媒体
2、仿真一体化机房,数控加工仿真模拟软件
3、数控车间车床
教
学
过
程
教学步骤
教学内容
教学方法
时间安排
一、导入-数控机床参考点
数控机床启动后通常需要进行返回参考点的操作
教师介绍
0.5学时
二、数控机床返回参考点的意义
(1)机床原点
(2)机床参考点
(3)电气参考点
教师讲解
0.5学时
三、返回参考点类型
(1)开关方式
(2)栅格方式
1)绝对式编码栅格方式。
2)增量式编码器栅格方式。
教师先演示
学生然后操作
教师指导
1学时
四、返回参考点过程
(1)增量式编码器返回参考点
①有挡块返回参考点功能。
②与返回参考点有关的信号。
③与返回参考点有关的参数。
④返回参考点的动作
⑤无挡块返回参考点方式
(2)绝对式编码器返回参考点
1)绝对式编码器返回参考点功能。
1、2)与返回参考点有关的信号。
教师讲解
1学时
五、返回参考点常见故障
(1)增量式编码器返回参考点常见故障
1)操作故障。
2)外围电气开关信号故障。
3)增量式编码器故障。
4)其他故障。
(2)绝对式编码器返回参考点常见故障
1)操作故障。
2)外围电气故障
3)绝对式编码器故障。
4)其他故障。
教师先演示
学生然后操作
教师指导
1学时
评价
完成情况60%
方法能力20%
创新20%
教学后记
一、导入
参考点即数控机床坐标系的原点,它在数控机床出厂时已被确定,是一个固定的点。
回参考点的目的是把数控机床的各轴移动到机床固定的点,使机床各轴的位置与CNC的机械位置吻合,从而建立机床坐标系。
数控机床启动后通常需要进行返回参考点的操作,在这个过程中常会遇到各种问题,这些问题处理的正确与否在很大程度上会直接影响机床的使用及工件的加工精度。
数控机床返回参考点的意义
数控机床回零控制即数控机床返回参考点控制。
(1)机床原点
机床原点是机床坐标系的基准点,机械零部件一旦装配完毕,机床原点随即确定。
机床原点由机床厂家设定.
(2)机床参考点
机床参考点又名参考点或零点,与电气参考点相重合。
(3)电气参考点
电气参考点是由机床使用的检测反馈元件发出的栅格信号或零标志信号确立的参考点:
电气参考点一般与机床参考点是重合的,根据用户需要,电气参考点可以偏移机床参考点偏移量可以通过参数设定。
二、返回参考点类型
数控机床回零控制即数控机床返回参考点控制。
数控机床要实现在固定点交换刀具以及机床停机在固定点,要实现自动加工,必须知道坐标位移计算的依据,即在数控机床上必须建立机床坐标系,要确定机床原点。
数控系统通过返回数控机床参考点来确定机床原点。
为了解这一过程的工作原理,首先要掌握三个基本概念,即机床参考点、机床原点、电气参考点。
以车床为例三者之间关系如图5-1所示。
(1)机床原点
机床原点是机床坐标系的基准点,机械零部件一旦装配完毕,机床原点随即确定。
机床原点由机床厂家设定,如图5-1中0点所示。
(2)机床参考点
机床参考点又名参考点或零点,与电气参考点相重合。
如图5-1R点所示为机床参考点。
(3)电气参考点
电气参考点是由机床使用的检测反馈元件发出的栅格信号或零标志信号确立的参考点:
电气参考点一般与机床参考点是重合的,根据用户需要,电气参考点可以偏移机床参考点偏移量可以通过参数设定。
在FANUC数控系统中,偏移量在参数1850中设定。
从严格意义上讲,数控机床返回参考点是返回电气参考点。
实际返回参考点是通过系得到减速开关信号后,再检测伺服电机编码器栅格信号,栅格就是电气参考点。
若希望的机床参考点不在此点,则可以通过参数1850进行偏移。
以FANUC数控系统为例,数控机床返回到机床参考点R,其坐标值在参数1240中设定,即在参数1240中设定R点在机床坐标系中的坐标值,数控系统就间接知道机床原点了。
三、返回参考点类型
按机床检测元件检测参考点信号方式的不同,返回机床参考点的方式有两种:
一种为磁开关方式,另一种为栅格方式。
(1)开关方式
在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关,当磁感应原点开关检测到原点信号后,伺服电机立即停止,该停止点被认作原点,其特点是软件及硬件简单,但原点位置随着伺服电机速度的变化而成比例地漂移,即原点不确定。
磁开关方式由于存在定位漂移现象,较少使用。
(2)栅格方式
在栅格方式中,检测反馈元件随着伺服电机一转信号同时产生一个栅格信号或一个零标志信号,如图5-1所示。
在机械本体上安装一个机械挡块及一个减速开关后,数控系统检测到的第一个栅格信号或零标志信号即为参考点。
栅格方式根据检测反馈元件测量方法的不同又可分为绝对式编码器栅格方式和增量式编码器栅格方式。
1)绝对式编码栅格方式。
采用绝对式编码器进行位置检测的机床,机床调试前第一次开机后,通过参数设置使机床返回参考点,操作调整到合适的参考点后,只要绝对式编码器的后备电池有效,再开机时,不必进行返回参考点操作
2)增量式编码器栅格方式。
采用增量式编码器进行位置检测的机床,因为增量式编码器位置检测装置在断电时会失去对机床坐标值的记忆,所以每次机床通电时都要进行返回参考点操作。
在使用增量式编码器的系统中,返回参考点有两种模式:
①开机后,各轴手动返回参考点,每一次开机后都要进行手动返回参考点操作;
②在自动方式下的用G代码指令返回参考点。
以FANUC数控系统为例,在自动加工程序中,编制G27、G28或G29等指令。
在维修与返回参考点有关的故障时,首先要知道该数控设备属于哪一种返回参考点方式。
四、返回参考点过程
返回参考点过程必须根据数控系统提供的技术资料进行操作以及设置相关参数。
本书FANUC数控系统为例介绍返回参考点的过程。
FANUC数控系统返回参考点的控制方式有以下几种,一是增量式编码器返回参考点;二是绝对式编码器返回参考点;三是附带绝对地址参照标记的直线尺返回参考点;四是撞块式返回参考点等。
本书主要介绍增量式编码器返回参考点和绝对式编码器返回参考点,其他方式返回参考点过程可以参考连接说明书(功能篇)(B-64303CM-1)。
(1)增量式编码器返回参考点
以增量式编码器作为检测反馈元件的机床,其返回参考点方式又分为以下2种。
①有挡块返回参考点功能。
本功能是用手动或自动方式使机床可移动部件按照各轴规定的方向移动,工作台快速接近参考点,经减速开关减速后,低速返回参考点。
参考点是由检测反馈元件的栅格信号或零标志信号所决定的栅格位置来确定的
②与返回参考点有关的信号。
③与返回参考点有关的参数。
④返回参考点的动作
该时序图的应用有几个条件:
参数l006#5=0,设置为正方向返回参考点;减速信号有效参数3003#5=0,设置为0有效;减速信号接动断开关。
当然,也可以把参数设置成反方向返回参考点。
⑤无挡块返回参考点方式
FANUC数控系统也允许把参数1005#1设为1,为无挡块返回参考点方式,也就是不需要减速开关也能返回参考点。
无挡块返回参考点方式使用方便,进给轴方向选择正、反都可以,但每次开机返回参考点位置都不一样,若加工中以参考点的位置为计算依据,每次返回参考点后都必须重新操作和计算。
详细方法可以参考连接说明书(功能篇)(B-64303CM-1)。
(2)绝对式编码器返回参考点
1)绝对式编码器返回参考点功能。
在带有绝对式编码器的情况下,返回参考点后,一度设定好的参考点即使在切断电源的情况下仍将被保持起来,所以在下次通电时,无需进行参考点设定。
断电后,绝对式编码器中的机床位置数据保存在电机编码器SRAM中,并通过伺服放大器上的电池来保持电机编码器SRAM中的数据。
绝对式编码器可以是伺服电机内装编码器、外接独立编码器以及光栅尺。
现在αi和βi系列伺服电机具有绝对式编码器功能,保存编码器中的机床位置数据的电池是放置在伺服放大器上的,通过反馈电缆连接到伺服电机的绝对式编码器上,因此,当更换伺服放大器和伺服电机或更换反馈电缆时,都有可能使电池与绝对式编码器脱开,这时绝对式编码器SRAM中的数据丢失,在开机后会出现DS0300报警,需要重新建立参考点。
2)与返回参考点有关的信号。
与返回参考点有关的信号可参考表5-2,只是不包括其中的返回参考点硬件减速信号(必须设置参数1005#1=1,因为这是无挡块返回参考点方式)。
①与返回参考点有关的参数。
②返回参考点过程。
五、返回参考点常见故障
(1)增量式编码器返回参考点常见故障
1)操作故障。
在返回参考点过程中,若不符合返回参考点参数设置,FANUC数控系统就会报警,具体见表5-1所示。
表5-1增量式编码器返回参考点部分操作故障
报警号
报警内容
故障原因
PS0090
未完成返回参考点操作
1.返回参考点操作不能正常进行。
一般是因为返回参考点的起点太近或速度太低。
使起点离参考点足够远.或为返回参考点设定足够快的速度后再执行返回参考点操作。
2.在无法建立机床原点的状态下,试图执行基于返回参考点的绝对位置检测器的原点设定。
通过手动运行使电机转动一周以上,暂时执行CNC和伺服放大器电源的OFF/ON操作,而后进行绝对位置检测器的原点设定
PS0092
返回参考点检查(G27)错误
G27中指定的轴尚未返回参考点。
重新检查为返回参考点而编写的程序
PS0224
返回参考点未结束
在自动运行开始之前,没有执行返回参考点操作。
(限于参数ZRNx(参数1005#0)为O时)请执行返回参考点操作
PS0304
未建立参考点就出现指令G28
在尚未建立参考点时就出现了自动返回参考点指令(G28)
PS0301
禁止重新返回参考点
在无挡块返回参考点中,禁止重新设定参考点的参数1012#0(IDGx)被设定为1时,试图执行返回参考点操作
PS0302
不能为无挡块返回参考点方式设定参考点
可能足下列原因引起的:
1.在JOG进给中,没有将轴朝着返回参考点方向移动。
2.轴沿着与手动返回参考点方向相反的方向移动
PS0305
中间点未指定
可能足下列原因引起的:
1.在JOG进给中,没有将轴朝着返回参考点方向移动。
2.轴沿着与手动返回参考点方向相反的方向移动
2)外围电气开关信号故障。
在增量式编码器返回参考点方式中,主要涉及系统外的开关有操作方式开关、减速开关等,在维修中可以利用PMC信息诊断页面分析开关是否有故障。
另外还要检查减速开关中相关的挡块是否松动以及位置是否正确等。
3)增量式编码器故障。
在增量式编码器返回参考点方式中,重要部件是编码器。
在0i-D系统中使用αi和βi伺服电机,伺服电机尾部的编码器是串行脉冲编码器,它不能使用传统的仪器检测,应尽可能使用系统提供的故障诊断信息和部件互换法进行故障诊断。
在增量式编码器返回参考点过程中,常见故障就是编码器零位信号丢失或器件故障,要注意避免振动和减少油污等。
4)其他故障。
增量式编码器是低电压弱电信号器件,难免会受到周围干扰,反馈电缆要采取屏蔽以及抗干扰措施,反馈电缆不能与动力电缆捆扎在一起。
(2)绝对式编码器返回参考点常见故障
1)操作故障。
在返回参考点过程中,若不符合返回参考点参数设置,FANUC数控系统就会报警,具体见表5-2所示。
表5-2对式编码器返回参考点的参数
报警号
报警内容
报警原因
DS0405
未回到参考点上
自动返回参考点指定的轴在定位完成时尚未正确地返网到参考点。
位置控制系统异常。
由于在返回参考点操作中CNC内部或伺服系统出现故障,有可能无法正确执行返回参考点操作。
应重新尝试一次手动返回参考点操作
DS0300
APC报警:
需回参考点
需要进行绝对式编码器的参考点设定(参考点与绝对式编码器的计数器值之间的对应关系).应执行返回参考点操作。
本报警在某些情况下会与其他报警同时发生。
这种情况下应通过他报警采取对策
DS0306
APC报警:
电池电压0
绝对式编码器的电池电压已经下降到不能保持数据的低位。
或者编码器是第一次通电。
如果再次通电仍然发生这种情况,可能是因为电池或电缆故障。
应在接通机床电源的状态下更换电池。
DS0307
APC报警:
电池电压低1
绝对式编码器的电池电压下降到更换标准
DS0308
APC报警:
电池电压低2
绝对式编码器的电池电压以前也曾经(包括电源断开时)下降到更换水准。
应在接通机床电源的状态下更换电池
DS0309
AP报警:
不能放回参考点
试图在不能建立参考点的状态下执行基于MDI操作的绝对式编码器的参考点设定。
通过手动运行使电机旋转一周以上,暂时断开CNC伺服放大器的电源,而后进行绝对式编码器的参考点设定
2)外围电气故障
在绝对式编码返回参考点方式中区,主要涉及系统外的部件有操作方式开关、绝对式编码器电池等,在维修中可以利用PMC信息诊断页面分析开关是否有故障,用万用表l0V直流电压挡检查电池是否有电压。
3)绝对式编码器故障。
在绝对式编码器返回参考点方式中,重要部件是编码器。
在0i-D系统中使用αi和βi伺服电机,伺服电机尾部的编码器是串行脉冲编码器,它不能使用传统的仪器检测,应尽可能使用系统提供的故障诊断信息和部件互换法进行故障诊断。
在绝对式编码器中,常见故障就是编码器零位信号丢失或器件故障。
要注意避免振动和减少油污等。
4)其他故障。
绝对式编码器是低电压弱电信号、器件,难免会受到周围干扰,反馈电缆要采取屏蔽以及抗干扰措施,反馈电缆不能与动力电缆捆扎在一起。
更换伺服放大器或伺服电机或绝对式编码器或绝对式编码器反馈电缆后,要重新返回参考点并调整与零位有关的参数。
教
学
方
法
计划课时
4学时
授课地点
教室多媒体室、数控车间
教学
目的及要求
1.了解数控机床硬超程和软超程基本原理。
2.了解数控机床限位的作用。
3.能够熟练进行数控机床软限位的设置。
4.能够解除由于数控及限位所产生的报警或者故障。
教学重点难点
1.软超程和硬超程
2.硬件超程的诊断与解除
3.软件超程的诊断与解除
教学条件
1.多媒体教室+教学资源(动画、仿真软件、习题)
2.数控装调与维修实训室
3.数控装调仿真模拟软件(南京斯沃SSCNC5.2)
教
学
过
程
教学步骤
教学内容
教学方法
时间安排
一、软超程和硬超程
(1)超程报警是比较常见的数控机床故障。
1)硬件超程。
2)软件超程。
(2)限位控制是数控机床的一个基本功能。
(3)OT506,OT507超程报警
教师先演示
学生然后操作
教师指导
1学时
二、硬件超程的诊断与解除
(1)功能信号
(2)PMC程序
1)行程开关
2)硬限位转换为急停处理
(3)参数设置
教师先演示
学生然后操作
教师指导
1.5学时
三、软件超程的诊断与解除
(1)系统存储行程极限值的设定方法。
1)不能超过机床的硬限位保护范围。
2)设定存储行程极限坐标值。
(2)系统软件超程报警的处理方法。
教师先演示
学生然后操作
教师指导
1.5学时
评价
完成情况60%
方法能力20%
创新20%
任务扩展
知识预习
机床超程原因及后果
学生课下自学
超程处理方法总结
教学后记
学习情境五FANUC数控机床回零、限位与急停控制
任务二数控机床限位控制
一、软超程和硬超程
(1)超程报警是比较常见的数控机床故障。
为防止因超程超程而引起数控机床的部件间的硬性碰撞,绝大多数数控机床都设置了硬件超程保护和软件超程保护。
因此超程可分为硬件超程和软件超程两种。
1)硬件超程
2)软件超程
(2)限位控制是数控机床的一个基本功能。
图5-1限位控制功能示意图
(3)当该功能生效时,发生OT506,OT507超程报警。
图5-2硬件超程显示页面
二、硬件超程的诊断与解除
数控机床硬件超程有两种形式:
一是利用系统提供的专用信号地址的超程保护;二是厂家编制的超程保护。
(1)功能信号
表5-3硬件超程主要信号
地址
#7
#6
#5
#4
#3
#2
#1
#0
X8
*-ZL
*-YL
*-XL
*+ZL
*+YL
*+XL
X26
OVRL
G114
*+L4
*+L3
*+L2
*+L1
G116
*-L4
*-L3
*-L2
*-L1
(2)PMC程序
1)行程开关X8.0,X8.1,X8.2输入信号分别控制G114.0、G114.1、G114.2正向行程限位信号.行程开关X8.5、X8.6、X8,.7输入信号分别控制G116.0、G116.1、G116.2负向行程限位信号。
2)为减少I/O点数,一般机床的硬限位和急停按钮串联在一个继电器回路中,将硬限位转换为急停处理。
超过硬件急限后,机床同时出现急停报警。
只有按机床超程解除按键X26.3(OVRLS)后,机床才解除急停报警。
(3)参数设置
不使用硬件超程信号时,所有轴的超程信号都将变为无效。
三、软件超程的诊断与解除
(1)系统存储行程极限值的设定方法。
(2)系统软件超程报警的处理方法。
当机床运动坐标值超过系统存储行程极限值时系统就会产生软件超程报警,正向超程时系统发出500号报警,负向超程时系统发出501号报警。
此时可将工作模式调至手动连续进给方式“JOG",按下超程报警轴的反向按钮开关,使机床反方向退出超程范围,然后按下系统复位键【RESET】使系统复位,多数情况下可解除此类机床超程故障。
如果按下反向键时机床不移动,系统处于死机状态,那么就应该首先将参数“1320"设定为“99999999",参数“1321”设定为“-99999999",然后系统断电后重新通电进行机床返回参考点操作,最后将参数“1320”和“1321"改回为原始值;如果机床仍然出现超程报警或系统死机现象,则需要把系统参数全部清除并重新恢复。
教
学
方
法
计划课时
4学时
授课地点
教室、仿真一体化室、数控车间
教学目的
及要求
1.了解数控机床急停按钮的结构特点、文字符号和电气符号。
2.了解数控机床急停的原理。
3.能够根据急停报警信号诊断急停故障。
4.能够根据PMC程序诊断急停故障。
教学重点难点
1.能够根据急停报警信号诊断急停故障。
2.能够根据PMC程序诊断急停故障。
教学条件
1.多媒体教室+教学资源(动画、仿真软件、习题)
2.数控装调与维修实训室
3.数控装调仿真模拟软件(南京斯沃SSCNC5.2)
教
学
过
程
教学步骤
教学内容
教学方法
时间安排
1.急停按钮和急停控制
1、导入为什么显示“EMG”“ALM”报警
教师讲解
0.5学时
2.急停相关的功能信号
(1)急停功能主要信号
(2)急停主要现象原因
教师先演示
学生然后操作
教师指导
1学时
3.急停回路和MCC控制回路
(1)PMC急停控制信号X8.4
(2)伺服放大器的ESP端子
教师先演示
学生然后操作
教师指导
1学时
4.急停状态解除
(1)急停开关故障
(2)急停用继电器绕组故障
(3)X8.4/G8.4无信号的原因
(4)电源回路不上电原因
教师先演示
学生然后操作
教师指导
1.5学时
教学后记
学习情境五FANUC数控机床回零、限位与急停控制
任务三数控机床急停控制
一、急停按钮
当机床发生紧急情况下,为了保证机床的安全,压下机床急停控制按钮,瞬时使机床停止移动。
图5-3机床急停控制按钮
当机床出现急停状态时,通常在系统面上显示“EMG”“ALM”报警,如图5-4所示。
图5-4急停状态显示页面
二、急停控制
1.急停相关的功能信号
急停信号有X硬件信号和G软件信号两种,急停硬件信号地址为X8.4。
CNC直接读取由机床发出的信号(X8.4)和由PMC向CNC发出的输出信号,两个信号之一为0时,系统立即进入急停状态,另一只回路与伺服放大器连接,进入急停时,伺服放大器(MCC)断开,同时伺服电动机动态制动。
移动中的轴瞬时(CNC不再进行加、减速处理)停止,CNC进入复位状态。
2.急停回路和MCC控制回路
数控机床急停的的电气原理图,如图5-5所示。
急停控制回路一般有两个部分构成,一个是PMC急停控制信号X8.4;另一路是伺服放大器的ESP端子,这两个部分中任意一个断开就出现报警,ESP断开出现SV401报警,X8.4断开出现ESP报警。
但这两个部分全部是通过一个元件来处理的,就是急停继电器KA1,如图5-5所示。
图5-5伺服放大器急停控制回路
3急停状态解除
通过急停继电器判断故障。
如果机床一直处于急停转态无法解除,应首先检查急停回路中KA50继电器是否吸合。
如图5-6所示。
如果吸合可判断出故障不是出自电气回路方面,此时应从别的方面查找原因;若没有吸合,可判断出故障是因为急停回路短路引起的,此时可以利用万用表对整个急停回路逐步进行检查,检查急停按钮的动断触电,并确认急停按钮或者行程开关是否损坏。
图5-6KA50继电器状态图
观察KA50是否吸合。
若不吸合可能的原因有以下几个。
(1)急停开关故障
(2)急停用继电器绕组故障
解决方法:
使用万用表检查急停部分线路连接状况。
(3)X8.4/G8.4无信号(进行PMC诊断画面或梯形图)可能的原因如下。
①急停用继电器开闭点故障
②查看G8.4是否有其他条件没有满足。
(4)电源回路不上电可能的原因如下
①伺服放大器急停CX4中KA50触电未接通。
②KM1绕组回路故障.
另外,也可借助PMC程序来定位急停故障原因。
急停功能程序实时性要求高,通常放在PMC第1级程序处理。
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