Méthodes d'analyse et d'élimination des défauts de retour au point de référence des machines-outils à commande numérique
Résumé : Cet article analyse en profondeur le principe du retour au point de référence des machines-outils CNC, en couvrant les systèmes en boucle fermée, semi-fermée et ouverte. À travers des exemples concrets, différentes formes de défauts de retour au point de référence des machines-outils CNC sont abordées en détail, notamment le diagnostic des défauts, les méthodes d'analyse et les stratégies d'élimination. Des suggestions d'amélioration sont également proposées pour le point de changement d'outil des centres d'usinage.
I. Introduction
Le retour manuel au point de référence est indispensable à l'établissement du système de coordonnées de la machine-outil. La première action de la plupart des machines-outils CNC après le démarrage consiste à effectuer manuellement le retour au point de référence. Des erreurs de retour au point de référence empêchent le traitement du programme et des positions de point de référence inexactes peuvent affecter la précision de l'usinage, voire provoquer des collisions. Il est donc essentiel d'analyser et d'éliminer ces erreurs.
II. Principes des machines-outils CNC Retour au point de référence
(A) Classification du système
Système CNC en boucle fermée : équipé d'un dispositif de rétroaction pour détecter le déplacement linéaire final.
Système CNC en boucle semi-fermée : Le dispositif de mesure de position est installé sur l'arbre rotatif du servomoteur ou à l'extrémité de la vis mère, et le signal de rétroaction est extrait du déplacement angulaire.
Système CNC en boucle ouverte : sans dispositif de retour de détection de position.
(B) Méthodes de retour du point de référence
Méthode de grille pour le retour du point de référence
Méthode de grille absolue : utiliser un codeur d'impulsions absolues ou une règle à grille pour revenir au point de référence. Lors du débogage de la machine-outil, le point de référence est déterminé par le paramétrage et le retour à l'origine de la machine-outil. Tant que la batterie de secours de l'élément de retour de détection est active, les informations de position du point de référence sont enregistrées à chaque démarrage de la machine, et il n'est pas nécessaire d'effectuer à nouveau le retour à l'origine.
Méthode de grille incrémentale : utilisez un codeur incrémental ou une règle à grille pour revenir au point de référence. Ce retour est requis à chaque démarrage de la machine. Prenons l'exemple d'une fraiseuse CNC (système FANUC 0i). Le principe et le processus de sa méthode de grille incrémentale pour revenir au point zéro sont les suivants :
Placez le sélecteur de mode sur la position « retour au point de référence », sélectionnez l'axe pour le retour au point de référence et appuyez sur le bouton de déplacement positif de l'axe. L'axe se déplace rapidement vers le point de référence.
Lorsque le bloc de décélération, en mouvement avec la table de travail, appuie sur le contact de l'interrupteur de décélération, le signal de décélération passe de ON à OFF. L'avance de la table de travail décélère et continue à la vitesse d'avance lente définie par les paramètres.
Une fois que le bloc de décélération a relâché l'interrupteur de décélération et que l'état du contact est passé de désactivé à activé, le système CNC attend l'apparition du premier signal de grille (également appelé signal de rotation PCZ) sur le codeur. Dès l'apparition de ce signal, le mouvement de la table s'arrête immédiatement. Simultanément, le système CNC envoie un signal de fin de retour au point de référence et le voyant du point de référence s'allume, indiquant que l'axe de la machine-outil est revenu au point de référence.
Méthode de commutation magnétique pour le retour au point de référence
Le système en boucle ouverte utilise généralement un interrupteur à induction magnétique pour le retour au point de référence. Prenons l'exemple d'un tour CNC : le principe et le processus de retour au point de référence par interrupteur magnétique sont les suivants :
Les deux premières étapes sont les mêmes que les étapes de fonctionnement de la méthode de grille pour le retour au point de référence.
Une fois que le bloc de décélération a relâché l'interrupteur de décélération et que l'état du contact est passé de désactivé à activé, le système CNC attend l'apparition du signal de l'interrupteur d'induction. Dès l'apparition de ce signal, le mouvement de la table de travail s'arrête immédiatement. Simultanément, le système CNC envoie un signal de fin de retour au point de référence et le voyant de point de référence s'allume, indiquant que la machine-outil est revenue au point de référence de l'axe.
III. Diagnostic et analyse des défauts des machines-outils CNC revenant au point de référence
Lorsqu'un défaut survient dans le retour au point de référence d'une machine-outil CNC, une inspection complète doit être effectuée selon le principe du simple au complexe.
(A) Défauts sans alarme
Écart par rapport à une distance de grille fixe
Phénomène de défaut : Lorsque la machine-outil est démarrée et que le point de référence est renvoyé manuellement pour la première fois, elle s'écarte du point de référence d'une ou plusieurs distances de grille, et les distances d'écart suivantes sont fixées à chaque fois.
Analyse des causes : Généralement, la position du bloc de décélération est incorrecte, sa longueur est trop courte ou la position du détecteur de proximité utilisé comme point de référence est incorrecte. Ce type de défaut survient généralement après la première installation et mise au point de la machine-outil ou après une révision majeure.
Solution : La position du bloc de décélération ou du détecteur de proximité peut être ajustée, et la vitesse d'avance rapide et la constante de temps d'avance rapide pour le retour au point de référence peuvent également être ajustées.
Écart par rapport à une position aléatoire ou un petit décalage
Phénomène de défaut : Écart par rapport à n'importe quelle position du point de référence, la valeur d'écart est aléatoire ou petite et la distance d'écart n'est pas égale à chaque fois que l'opération de retour au point de référence est effectuée.
Analyse des causes :
Interférence externe, telle qu'une mauvaise mise à la terre de la couche de blindage du câble et la ligne de signal du codeur d'impulsions trop proche du câble haute tension.
La tension d'alimentation utilisée par le codeur d'impulsions ou la règle de réseau est trop faible (inférieure à 4,75 V) ou il y a un défaut.
La carte de commande de l'unité de contrôle de vitesse est défectueuse.
Le couplage entre l'axe d'alimentation et le servomoteur est lâche.
Le connecteur du câble a un mauvais contact ou le câble est endommagé.
Solution : Des mesures correspondantes doivent être prises en fonction de différentes raisons, telles que l'amélioration de la mise à la terre, la vérification de l'alimentation électrique, le remplacement de la carte de commande, le serrage du couplage et la vérification du câble.
(B) Défauts avec alarme
Alarme de dépassement de course provoquée par l'absence d'action de décélération
Phénomène de défaut : Lorsque la machine-outil revient au point de référence, aucune décélération n'est effectuée et elle continue de se déplacer jusqu'à ce qu'elle touche l'interrupteur de fin de course et s'arrête pour cause de dépassement de course. Le voyant vert de retour au point de référence ne s'allume pas et le système CNC affiche l'état « NON PRÊT ».
Analyse des causes : L'interrupteur de décélération pour le retour au point de référence tombe en panne, le contact de l'interrupteur ne peut pas être réinitialisé après avoir été enfoncé, ou le bloc de décélération est desserré et déplacé, ce qui fait que l'impulsion du point zéro ne fonctionne pas lorsque la machine-outil revient au point de référence, et le signal de décélération ne peut pas être entré dans le système CNC.
Solution : Utilisez le bouton de fonction « Libération de dépassement de course » pour libérer le dépassement de course coordonné de la machine-outil, ramenez la machine-outil dans la plage de déplacement, puis vérifiez si l'interrupteur de décélération pour le retour au point de référence est desserré et si la ligne de signal de décélération de l'interrupteur de déplacement correspondant présente un court-circuit ou un circuit ouvert.
Alarme provoquée par l'impossibilité de trouver le point de référence après une décélération
Phénomène de défaut : Il y a une décélération pendant le processus de retour au point de référence, mais il s'arrête jusqu'à ce qu'il touche l'interrupteur de fin de course et déclenche une alarme, et le point de référence n'est pas trouvé, et l'opération de retour au point de référence échoue.
Analyse des causes :
L'encodeur (ou la règle à réseau) n'envoie pas le signal de drapeau zéro indiquant que le point de référence a été renvoyé pendant l'opération de retour au point de référence.
La position de marque zéro du retour du point de référence échoue.
Le signal de drapeau zéro du retour du point de référence est perdu pendant la transmission ou le traitement.
Il y a une défaillance matérielle dans le système de mesure et le signal de drapeau zéro du retour du point de référence n'est pas reconnu.
Solution : utilisez la méthode de suivi du signal et utilisez un oscilloscope pour vérifier le signal de drapeau zéro du retour du point de référence du codeur afin de déterminer la cause du défaut et d'effectuer le traitement correspondant.
Alarme provoquée par une position de point de référence inexacte
Phénomène de défaut : Il y a une décélération pendant le processus de retour au point de référence, et le signal de drapeau zéro du retour au point de référence apparaît, et il y a également un processus de freinage à zéro, mais la position du point de référence est inexacte, et l'opération de retour au point de référence échoue.
Analyse des causes :
Le signal de drapeau zéro du retour du point de référence a été manqué, et le système de mesure peut trouver ce signal et s'arrêter uniquement après que le codeur d'impulsions ait effectué un tour supplémentaire, de sorte que la table de travail s'arrête à une position à une distance sélectionnée du point de référence.
Le bloc de décélération est trop proche de la position du point de référence et l'axe de coordonnées s'arrête lorsqu'il n'a pas atteint la distance spécifiée et touche l'interrupteur de fin de course.
En raison de facteurs tels que l'interférence du signal, le blocage lâche et la tension trop basse du signal du drapeau zéro du retour du point de référence, la position où la table de travail s'arrête est inexacte et n'a aucune régularité.
Solution : Traiter selon différentes raisons, telles que le réglage de la position du bloc de décélération, l'élimination des interférences du signal, le serrage du bloc et la vérification de la tension du signal.
Alarme provoquée par le non-retour au point de référence en raison de modifications de paramètres
Phénomène de défaut : Lorsque la machine-outil revient au point de référence, elle envoie une alarme « non retourné au point de référence » et la machine-outil n'exécute pas l'action de retour au point de référence.
Analyse des causes : Cela peut être dû à la modification des paramètres définis, tels que le rapport d'agrandissement de commande (CMR), le rapport d'agrandissement de détection (DMR), la vitesse d'avance rapide pour le retour au point de référence, la vitesse de décélération près de l'origine sont réglés sur zéro, ou le commutateur d'agrandissement rapide et le commutateur d'agrandissement d'avance sur le panneau de commande de la machine-outil sont réglés sur 0 %.
Solution : Vérifiez et corrigez les paramètres concernés.
IV. Conclusion
Les défauts de retour au point de référence des machines-outils CNC se présentent principalement sous deux formes : un défaut de retour au point de référence avec alarme et une dérive du point de référence sans alarme. En cas de défaut avec alarme, le système CNC n'exécute pas le programme d'usinage, ce qui permet d'éviter une production importante de déchets. En revanche, en cas de dérive du point de référence sans alarme, le défaut est facilement ignoré, ce qui peut entraîner une production importante de déchets de pièces usinées, voire une production importante.
Sur les centres d'usinage, comme de nombreuses machines utilisent le point de référence de l'axe de coordonnées comme point de changement d'outil, des erreurs de retour au point de référence sont fréquentes en fonctionnement prolongé, notamment des erreurs de dérive du point de référence sans alarme. Il est donc recommandé de définir un deuxième point de référence et d'utiliser l'instruction G30 X0 Y0 Z0 avec une position à une certaine distance du point de référence. Bien que cela pose quelques difficultés de conception pour le magasin d'outils et le manipulateur, cela permet de réduire considérablement le taux d'échec du retour au point de référence et celui du changement d'outil automatique de la machine-outil. Un seul retour au point de référence est nécessaire au démarrage de la machine-outil.
Résumé : Cet article analyse en profondeur le principe du retour au point de référence des machines-outils CNC, en couvrant les systèmes en boucle fermée, semi-fermée et ouverte. À travers des exemples concrets, différentes formes de défauts de retour au point de référence des machines-outils CNC sont abordées en détail, notamment le diagnostic des défauts, les méthodes d'analyse et les stratégies d'élimination. Des suggestions d'amélioration sont également proposées pour le point de changement d'outil des centres d'usinage.
I. Introduction
Le retour manuel au point de référence est indispensable à l'établissement du système de coordonnées de la machine-outil. La première action de la plupart des machines-outils CNC après le démarrage consiste à effectuer manuellement le retour au point de référence. Des erreurs de retour au point de référence empêchent le traitement du programme et des positions de point de référence inexactes peuvent affecter la précision de l'usinage, voire provoquer des collisions. Il est donc essentiel d'analyser et d'éliminer ces erreurs.
II. Principes des machines-outils CNC Retour au point de référence
(A) Classification du système
Système CNC en boucle fermée : équipé d'un dispositif de rétroaction pour détecter le déplacement linéaire final.
Système CNC en boucle semi-fermée : Le dispositif de mesure de position est installé sur l'arbre rotatif du servomoteur ou à l'extrémité de la vis mère, et le signal de rétroaction est extrait du déplacement angulaire.
Système CNC en boucle ouverte : sans dispositif de retour de détection de position.
(B) Méthodes de retour du point de référence
Méthode de grille pour le retour du point de référence
Méthode de grille absolue : utiliser un codeur d'impulsions absolues ou une règle à grille pour revenir au point de référence. Lors du débogage de la machine-outil, le point de référence est déterminé par le paramétrage et le retour à l'origine de la machine-outil. Tant que la batterie de secours de l'élément de retour de détection est active, les informations de position du point de référence sont enregistrées à chaque démarrage de la machine, et il n'est pas nécessaire d'effectuer à nouveau le retour à l'origine.
Méthode de grille incrémentale : utilisez un codeur incrémental ou une règle à grille pour revenir au point de référence. Ce retour est requis à chaque démarrage de la machine. Prenons l'exemple d'une fraiseuse CNC (système FANUC 0i). Le principe et le processus de sa méthode de grille incrémentale pour revenir au point zéro sont les suivants :
Placez le sélecteur de mode sur la position « retour au point de référence », sélectionnez l'axe pour le retour au point de référence et appuyez sur le bouton de déplacement positif de l'axe. L'axe se déplace rapidement vers le point de référence.
Lorsque le bloc de décélération, en mouvement avec la table de travail, appuie sur le contact de l'interrupteur de décélération, le signal de décélération passe de ON à OFF. L'avance de la table de travail décélère et continue à la vitesse d'avance lente définie par les paramètres.
Une fois que le bloc de décélération a relâché l'interrupteur de décélération et que l'état du contact est passé de désactivé à activé, le système CNC attend l'apparition du premier signal de grille (également appelé signal de rotation PCZ) sur le codeur. Dès l'apparition de ce signal, le mouvement de la table s'arrête immédiatement. Simultanément, le système CNC envoie un signal de fin de retour au point de référence et le voyant du point de référence s'allume, indiquant que l'axe de la machine-outil est revenu au point de référence.
Méthode de commutation magnétique pour le retour au point de référence
Le système en boucle ouverte utilise généralement un interrupteur à induction magnétique pour le retour au point de référence. Prenons l'exemple d'un tour CNC : le principe et le processus de retour au point de référence par interrupteur magnétique sont les suivants :
Les deux premières étapes sont les mêmes que les étapes de fonctionnement de la méthode de grille pour le retour au point de référence.
Une fois que le bloc de décélération a relâché l'interrupteur de décélération et que l'état du contact est passé de désactivé à activé, le système CNC attend l'apparition du signal de l'interrupteur d'induction. Dès l'apparition de ce signal, le mouvement de la table de travail s'arrête immédiatement. Simultanément, le système CNC envoie un signal de fin de retour au point de référence et le voyant de point de référence s'allume, indiquant que la machine-outil est revenue au point de référence de l'axe.
III. Diagnostic et analyse des défauts des machines-outils CNC revenant au point de référence
Lorsqu'un défaut survient dans le retour au point de référence d'une machine-outil CNC, une inspection complète doit être effectuée selon le principe du simple au complexe.
(A) Défauts sans alarme
Écart par rapport à une distance de grille fixe
Phénomène de défaut : Lorsque la machine-outil est démarrée et que le point de référence est renvoyé manuellement pour la première fois, elle s'écarte du point de référence d'une ou plusieurs distances de grille, et les distances d'écart suivantes sont fixées à chaque fois.
Analyse des causes : Généralement, la position du bloc de décélération est incorrecte, sa longueur est trop courte ou la position du détecteur de proximité utilisé comme point de référence est incorrecte. Ce type de défaut survient généralement après la première installation et mise au point de la machine-outil ou après une révision majeure.
Solution : La position du bloc de décélération ou du détecteur de proximité peut être ajustée, et la vitesse d'avance rapide et la constante de temps d'avance rapide pour le retour au point de référence peuvent également être ajustées.
Écart par rapport à une position aléatoire ou un petit décalage
Phénomène de défaut : Écart par rapport à n'importe quelle position du point de référence, la valeur d'écart est aléatoire ou petite et la distance d'écart n'est pas égale à chaque fois que l'opération de retour au point de référence est effectuée.
Analyse des causes :
Interférence externe, telle qu'une mauvaise mise à la terre de la couche de blindage du câble et la ligne de signal du codeur d'impulsions trop proche du câble haute tension.
La tension d'alimentation utilisée par le codeur d'impulsions ou la règle de réseau est trop faible (inférieure à 4,75 V) ou il y a un défaut.
La carte de commande de l'unité de contrôle de vitesse est défectueuse.
Le couplage entre l'axe d'alimentation et le servomoteur est lâche.
Le connecteur du câble a un mauvais contact ou le câble est endommagé.
Solution : Des mesures correspondantes doivent être prises en fonction de différentes raisons, telles que l'amélioration de la mise à la terre, la vérification de l'alimentation électrique, le remplacement de la carte de commande, le serrage du couplage et la vérification du câble.
(B) Défauts avec alarme
Alarme de dépassement de course provoquée par l'absence d'action de décélération
Phénomène de défaut : Lorsque la machine-outil revient au point de référence, aucune décélération n'est effectuée et elle continue de se déplacer jusqu'à ce qu'elle touche l'interrupteur de fin de course et s'arrête pour cause de dépassement de course. Le voyant vert de retour au point de référence ne s'allume pas et le système CNC affiche l'état « NON PRÊT ».
Analyse des causes : L'interrupteur de décélération pour le retour au point de référence tombe en panne, le contact de l'interrupteur ne peut pas être réinitialisé après avoir été enfoncé, ou le bloc de décélération est desserré et déplacé, ce qui fait que l'impulsion du point zéro ne fonctionne pas lorsque la machine-outil revient au point de référence, et le signal de décélération ne peut pas être entré dans le système CNC.
Solution : Utilisez le bouton de fonction « Libération de dépassement de course » pour libérer le dépassement de course coordonné de la machine-outil, ramenez la machine-outil dans la plage de déplacement, puis vérifiez si l'interrupteur de décélération pour le retour au point de référence est desserré et si la ligne de signal de décélération de l'interrupteur de déplacement correspondant présente un court-circuit ou un circuit ouvert.
Alarme provoquée par l'impossibilité de trouver le point de référence après une décélération
Phénomène de défaut : Il y a une décélération pendant le processus de retour au point de référence, mais il s'arrête jusqu'à ce qu'il touche l'interrupteur de fin de course et déclenche une alarme, et le point de référence n'est pas trouvé, et l'opération de retour au point de référence échoue.
Analyse des causes :
L'encodeur (ou la règle à réseau) n'envoie pas le signal de drapeau zéro indiquant que le point de référence a été renvoyé pendant l'opération de retour au point de référence.
La position de marque zéro du retour du point de référence échoue.
Le signal de drapeau zéro du retour du point de référence est perdu pendant la transmission ou le traitement.
Il y a une défaillance matérielle dans le système de mesure et le signal de drapeau zéro du retour du point de référence n'est pas reconnu.
Solution : utilisez la méthode de suivi du signal et utilisez un oscilloscope pour vérifier le signal de drapeau zéro du retour du point de référence du codeur afin de déterminer la cause du défaut et d'effectuer le traitement correspondant.
Alarme provoquée par une position de point de référence inexacte
Phénomène de défaut : Il y a une décélération pendant le processus de retour au point de référence, et le signal de drapeau zéro du retour au point de référence apparaît, et il y a également un processus de freinage à zéro, mais la position du point de référence est inexacte, et l'opération de retour au point de référence échoue.
Analyse des causes :
Le signal de drapeau zéro du retour du point de référence a été manqué, et le système de mesure peut trouver ce signal et s'arrêter uniquement après que le codeur d'impulsions ait effectué un tour supplémentaire, de sorte que la table de travail s'arrête à une position à une distance sélectionnée du point de référence.
Le bloc de décélération est trop proche de la position du point de référence et l'axe de coordonnées s'arrête lorsqu'il n'a pas atteint la distance spécifiée et touche l'interrupteur de fin de course.
En raison de facteurs tels que l'interférence du signal, le blocage lâche et la tension trop basse du signal du drapeau zéro du retour du point de référence, la position où la table de travail s'arrête est inexacte et n'a aucune régularité.
Solution : Traiter selon différentes raisons, telles que le réglage de la position du bloc de décélération, l'élimination des interférences du signal, le serrage du bloc et la vérification de la tension du signal.
Alarme provoquée par le non-retour au point de référence en raison de modifications de paramètres
Phénomène de défaut : Lorsque la machine-outil revient au point de référence, elle envoie une alarme « non retourné au point de référence » et la machine-outil n'exécute pas l'action de retour au point de référence.
Analyse des causes : Cela peut être dû à la modification des paramètres définis, tels que le rapport d'agrandissement de commande (CMR), le rapport d'agrandissement de détection (DMR), la vitesse d'avance rapide pour le retour au point de référence, la vitesse de décélération près de l'origine sont réglés sur zéro, ou le commutateur d'agrandissement rapide et le commutateur d'agrandissement d'avance sur le panneau de commande de la machine-outil sont réglés sur 0 %.
Solution : Vérifiez et corrigez les paramètres concernés.
IV. Conclusion
Les défauts de retour au point de référence des machines-outils CNC se présentent principalement sous deux formes : un défaut de retour au point de référence avec alarme et une dérive du point de référence sans alarme. En cas de défaut avec alarme, le système CNC n'exécute pas le programme d'usinage, ce qui permet d'éviter une production importante de déchets. En revanche, en cas de dérive du point de référence sans alarme, le défaut est facilement ignoré, ce qui peut entraîner une production importante de déchets de pièces usinées, voire une production importante.
Sur les centres d'usinage, comme de nombreuses machines utilisent le point de référence de l'axe de coordonnées comme point de changement d'outil, des erreurs de retour au point de référence sont fréquentes en fonctionnement prolongé, notamment des erreurs de dérive du point de référence sans alarme. Il est donc recommandé de définir un deuxième point de référence et d'utiliser l'instruction G30 X0 Y0 Z0 avec une position à une certaine distance du point de référence. Bien que cela pose quelques difficultés de conception pour le magasin d'outils et le manipulateur, cela permet de réduire considérablement le taux d'échec du retour au point de référence et celui du changement d'outil automatique de la machine-outil. Un seul retour au point de référence est nécessaire au démarrage de la machine-outil.