機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)失步問(wèn)題及其對(duì)策

唐茂華 藺相飛

摘 ?要：該文針對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)失步問(wèn)題，提出以“終端限位保護(hù)”為對(duì)策，對(duì)現(xiàn)今的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)防失步技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)合企業(yè)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)際情況以及生產(chǎn)效率和可靠性存在的薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)一種接近式行程開(kāi)關(guān)在機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行終端限位保護(hù)，優(yōu)化機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)中行程擋塊式開(kāi)關(guān)在撞擊后不能迅速恢復(fù)到原始自由狀態(tài)等幾方面的缺陷。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng);行程開(kāi)關(guān);失步;超程

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

由驅(qū)動(dòng)式電路與步進(jìn)電機(jī)組成的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、價(jià)格便宜、可靠性以及穩(wěn)定性能較好，在開(kāi)環(huán)數(shù)控控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床行業(yè)中也占據(jù)重要位置。開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)通常是采用步進(jìn)電機(jī)來(lái)進(jìn)行精確定位，所以防止步進(jìn)電機(jī)失步至關(guān)重要。

1 失步現(xiàn)象

在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)工作時(shí)，每發(fā)送一個(gè)脈沖控制信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就相應(yīng)的產(chǎn)生一個(gè)步距角，即前進(jìn)一步;如果不斷地發(fā)送脈沖控制信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的失步現(xiàn)象包括丟步與越步。當(dāng)轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步數(shù)大于脈沖控制時(shí)，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)越步現(xiàn)象;轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步數(shù)小于脈沖控制時(shí)，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象?？珊?jiǎn)單概括為越步，控制脈沖數(shù)小于轉(zhuǎn)子前行的步數(shù);丟步，控制脈沖數(shù)多于轉(zhuǎn)子前行的步數(shù)。

2 失步原因分析

計(jì)算機(jī)技術(shù)中有微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)中所用到計(jì)算機(jī)技術(shù)為微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，也稱(chēng)作CNC控制系統(tǒng)或MNC控制系統(tǒng)，是一種由硬件及數(shù)字信息控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。CNC數(shù)控系統(tǒng)中，由數(shù)控裝置接收儲(chǔ)存器發(fā)送的信號(hào)，是先到伺服控制系統(tǒng)，再經(jīng)計(jì)算處理后傳遞到機(jī)床各個(gè)軸上去。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是控制過(guò)程和儀表使用中最主要的執(zhí)行部件之一，特點(diǎn)為精度高、快啟停能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)速容易控制，但在實(shí)際的變速過(guò)程中，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)停止轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象，即所謂的“失步”，原因主要為步進(jìn)電機(jī)本身的響應(yīng)速度趕不上它的控制速度。在步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載及慣性的情況下，步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)不能立即停止與啟動(dòng)，此時(shí)在停止時(shí)產(chǎn)生越步，在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生丟步。在控制周期脈沖內(nèi)，由于振動(dòng)得不到削減，當(dāng)另一個(gè)脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí)，共振頻率周?chē)鷦?dòng)態(tài)誤差增大就會(huì)導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)失步。

3 防失步方法

結(jié)合企業(yè)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)加工中心的實(shí)際項(xiàng)目，針對(duì)該項(xiàng)目在生產(chǎn)加工效率以及可靠性2個(gè)方面的缺陷，設(shè)計(jì)了一種接近式行程開(kāi)關(guān)對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行終端限位保護(hù)，以提高數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，防止系統(tǒng)各行程參數(shù)的故障問(wèn)題發(fā)生。

目前，接近式行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)控機(jī)床各導(dǎo)軌行程終端的限位保護(hù)，也成為評(píng)價(jià)終端限位和系統(tǒng)對(duì)刀參數(shù)可靠性的一種有效方法。因此行程開(kāi)關(guān)成為機(jī)床各導(dǎo)軌終端限位保護(hù)最重要的指標(biāo)，而限位方法及行程開(kāi)關(guān)的選擇也就成了進(jìn)行終端限位保護(hù)的一種重要手段。行程開(kāi)關(guān)對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌的限位主要表現(xiàn)為：主要針對(duì)滾珠絲桿受益保護(hù)，減少不必要的零部件損壞，保證了機(jī)床的高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性，確保機(jī)床的各性能效果最佳。數(shù)控機(jī)床是一種經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間工作的機(jī)器，因此保證數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性.可靠性就成為數(shù)控機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠運(yùn)行的一個(gè)重要前提，在使用行程開(kāi)關(guān)限位時(shí)選用接近式行程開(kāi)關(guān)來(lái)限位，這樣可以做到維持?jǐn)?shù)控系統(tǒng)的高穩(wěn)定性、高可靠性，接近式行程開(kāi)關(guān)如圖1所示，是一種不需要與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械接觸便可操作的位置開(kāi)關(guān)，當(dāng)物體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面動(dòng)作的距離時(shí)，不需要機(jī)械接觸及施加任何的壓力便可使開(kāi)關(guān)執(zhí)行動(dòng)作，從而可以驅(qū)動(dòng)直流或者交流電器，給CNC，PLC等裝置提供控制指令。接近式行程開(kāi)關(guān)是一種沒(méi)有觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)，但是它具備微動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，同時(shí)也具備傳感功能，具有動(dòng)作可靠、頻率響應(yīng)快、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、抗干擾的能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且具有防水、耐腐蝕、防震等特點(diǎn)。在數(shù)控系統(tǒng)防失步中采用了一種適合檢測(cè)金屬接觸物的行程開(kāi)關(guān)，該行程開(kāi)關(guān)是防數(shù)控系統(tǒng)失步的關(guān)鍵技術(shù)，保證數(shù)控系統(tǒng)不失步，而且當(dāng)各軸超程后，對(duì)刀參數(shù)能夠在系統(tǒng)中有效恢復(fù)。接近式行程開(kāi)關(guān)靈敏度高，對(duì)金屬接觸物觸點(diǎn)的傳感較快，從而提高了限位的可靠性。

接近式行程開(kāi)關(guān)可用來(lái)檢驗(yàn)距離，防止工作臺(tái)·機(jī)床尾座及床身兩物體的相撞檢測(cè)，也可用來(lái)檢測(cè)工作機(jī)器設(shè)定和移動(dòng)機(jī)器或零部件的極限位置，還可用來(lái)檢測(cè)回轉(zhuǎn)體軸類(lèi)零件的停止位置，閥門(mén)或開(kāi)關(guān)的位置，從而控制傳送帶的速度，機(jī)械旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，與各類(lèi)脈沖發(fā)生器一起控制轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)速。還可用于信息的傳送，ASI（總線）連接在設(shè)備各個(gè)位置的傳感器上，實(shí)現(xiàn)一定距離的數(shù)據(jù)往返傳送等。接近式行程開(kāi)關(guān)使用壽命長(zhǎng)、重復(fù)的定位精度高、工作可靠性好、沒(méi)有機(jī)械磨損、沒(méi)有噪聲、沒(méi)有火花、抗震能力強(qiáng)。只有防止數(shù)控系統(tǒng)失步，才能保證數(shù)控機(jī)床硬件和軟件正常運(yùn)行，針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的失步影響企業(yè)效益的實(shí)際情況，提出只有在維持?jǐn)?shù)控機(jī)床本身原有的控制數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，防止系統(tǒng)失步，才能保證生產(chǎn)加工的正常運(yùn)行。同時(shí)，也需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌、滾珠絲桿、行程開(kāi)關(guān)做日常的維護(hù)和保養(yǎng)，以此來(lái)確保數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)失步狀況。防失步系統(tǒng)的設(shè)計(jì)引入接近式行程開(kāi)關(guān)限位，在生產(chǎn)過(guò)程中彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)中行程擋塊式開(kāi)關(guān)在撞擊后不能迅速恢復(fù)到原始自由狀態(tài)的缺陷。為了提高接近式行程開(kāi)關(guān)的靈敏度和終端限位保護(hù)的性能，在選用時(shí)應(yīng)對(duì)行程開(kāi)關(guān)的靈敏度、抗雜質(zhì)、可靠性進(jìn)行適度的運(yùn)行檢測(cè)。檢測(cè)過(guò)程主要是對(duì)零點(diǎn)開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，看其是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是否能在長(zhǎng)時(shí)間工作的條件下，仍具備高可靠性、高靈敏度。在接近式行程開(kāi)關(guān)對(duì)機(jī)床數(shù)控各軸的導(dǎo)軌行程進(jìn)行限位的過(guò)程當(dāng)中，一方面可以保證數(shù)控系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象，有利于生產(chǎn)者迅速恢復(fù)生產(chǎn)。另一方面在機(jī)床出現(xiàn)超程故障后，也能確保工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)值珠絲桿也得到了保護(hù)，減少不必要的零部件損壞，保證了數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的高可靠性、高精度、高穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)現(xiàn)今數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)防失步技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)合企業(yè)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)實(shí)際情況，針對(duì)該情況在生產(chǎn)加工效率以及可靠性2個(gè)方面的缺陷，應(yīng)用一種接近式行程開(kāi)關(guān)對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行終端限位保護(hù)，提出了一種預(yù)防數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)失步可行性的設(shè)計(jì)方法。其中接近式行程開(kāi)關(guān)對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌終端限位的保護(hù)，可以提高數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和精準(zhǔn)度，防止數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)各行程參數(shù)出現(xiàn)故障問(wèn)題。數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)失步方法的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用接近式行程開(kāi)關(guān)、限位擋塊，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)中行程擋塊式開(kāi)關(guān)在撞擊后不能迅速恢復(fù)到原始自由狀態(tài)的缺陷。

參考文獻(xiàn)

[1]徐偉，劉朝明.數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2009（9）：1-3.