數(shù)控機床中的位置檢測：增量式編碼器的應(yīng)用與局限性！
在數(shù)控編程中，坐標(biāo)軸的準(zhǔn)確定位是至關(guān)重要的，因為刀具的精確位置直接影響到工件加工的精度和質(zhì)量。增量式編碼器雖然能夠計數(shù)檢測位移增量，但它無法提供具體的坐標(biāo)值。本文將探討增量式編碼器在數(shù)控機床中的應(yīng)用，以及如何設(shè)置坐標(biāo)軸參考點，特別是基于FANUC系統(tǒng)的示例。
1. 增量式編碼器的局限性
增量式編碼器是數(shù)控機床中常用的位置檢測元件之一。它通過計數(shù)來檢測機床的位移增量，通常使用脈沖來表示位移，例如，每個脈沖表示0.001毫米的長度。這種編碼器非常精確，可以用于監(jiān)測工具的移動，但它不能提供具體的坐標(biāo)值。這對于數(shù)控編程來說是一個挑戰(zhàn)，因為工件的加工位置必須基于坐標(biāo)系中的數(shù)值來計算。
舉例來說，如果編碼器告訴你從點P1到點P2的位移增量是0.006毫米（6個脈沖），那么你如何知道P1和P2點的確切坐標(biāo)呢？
2. 坐標(biāo)軸參考點的設(shè)置
為了解決這個問題，人們引入了坐標(biāo)軸參考點，通常稱為參考點。這個參考點是人為設(shè)立的空間基準(zhǔn)點，用于測量起點，通常被定義為坐標(biāo)系的原點（0，0，0）。但問題是，數(shù)控機床如何知道參考點的位置呢？
在這里，需要進(jìn)行回參考點的操作，這類似于秤上的調(diào)零操作。數(shù)控機床在開機后會執(zhí)行回參考點的過程，它會移動到參考點位置，然后將這個位置記錄下來，以便后續(xù)的加工操作。
如果無法將這個標(biāo)定位置存儲在寄存器中，那么每次開機都必須重新執(zhí)行回參考點的操作，這顯然不是一種高效的方法。
3. 回零動作過程
為了確保準(zhǔn)確回到參考點，回零動作過程通常包括快速移動、減速移動和停止三個階段。這些階段的觸發(fā)由行程開關(guān)和編碼器提供的信號來控制。特別需要注意的是，停止點必須非常精確，因為它直接影響到工件的加工精度。
在FANUC系統(tǒng)中，回參考點的動作過程如下：
機床的移動部件首先以快速進(jìn)給速度沿參考點方向移動。
行程開關(guān)被觸碰，觸點斷開后，機床立即減速，繼續(xù)以較低速度移動。
在行程開關(guān)釋放后，且電機運動到一定位置時，進(jìn)給停止，此時這個點就是參考點所在位置。
根據(jù)需要，還可以在達(dá)到參考點后繼續(xù)移動一個偏移量，然后CNC系統(tǒng)會發(fā)出“回參考點完成”信號，將參考點坐標(biāo)重置為固定數(shù)值，顯示在機床坐標(biāo)系中。
4. 回零硬件連接
回零操作涉及到行程開關(guān)和編碼器的信號連接。行程開關(guān)主要用于將機械位置變?yōu)殡娦盘?，以實現(xiàn)對機械運動的電氣控制。當(dāng)機械運動部件撞擊行程開關(guān)時，觸桿下移，觸點斷開，然后恢復(fù)到原位，觸點重新閉合。這個信號使得手動回參考點時，移動速度降低，以實現(xiàn)粗定位。
編碼器則用于精確的位置檢測。編碼器的零標(biāo)志脈沖信號由編碼器精確提供。在FANUC系統(tǒng)中，這個脈沖信號會清零參考計數(shù)器，并在計數(shù)到一定容量值時產(chǎn)生一個柵格脈沖信號，用于實現(xiàn)精確定位。
5. 回零實質(zhì)
實際上，回零的本質(zhì)是找到編碼器的零標(biāo)志脈沖信號，這意味著回到了參考點。FANUC系統(tǒng)使用內(nèi)部的參考計數(shù)器來生成柵格脈沖信號。當(dāng)檢測到編碼器的1轉(zhuǎn)信號時，參考計數(shù)器被清零，然后成為一個環(huán)行計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到設(shè)定的容量值時，就會產(chǎn)生一個柵格脈沖信號，表示已經(jīng)回到了參考點。
參考計數(shù)器的容量值是根據(jù)電機的一轉(zhuǎn)運動量和所需的分辨率來確定的。如果這個值設(shè)置錯誤，那么回參考點的位置將不準(zhǔn)確，導(dǎo)致加工誤差。
需要明確的是，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)中的“柵格”是指參考計數(shù)器發(fā)出的“電氣信號”，而不是直接從編碼器或光柵尺讀出的物理柵格。
6. 總結(jié)
增量式編碼器在數(shù)控機床中的應(yīng)用為位置檢測提供了關(guān)鍵的信息，但它們無法直接提供坐標(biāo)值。因此，在數(shù)控編程中，坐標(biāo)軸的準(zhǔn)確定位通常依賴于回參考點操作和編碼器的協(xié)同工作。本文簡要總結(jié)了增量式編碼器的局限性以及坐標(biāo)軸參考點的設(shè)置原理。
在數(shù)控機床中，回參考點是確保機床能夠在每次開機后準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵步驟。通過使用行程開關(guān)和編碼器提供的信號，機床可以實現(xiàn)快速移動、減速移動和停止，從而回到預(yù)定義的參考點。這個參考點在數(shù)控編程中充當(dāng)原點，為工件加工提供了精確的坐標(biāo)位置。
為了保持高精度，編碼器的零標(biāo)志脈沖信號用于確定是否已回到參考點。FANUC系統(tǒng)通過參考計數(shù)器來生成柵格脈沖信號，這一過程需要精確地計算編碼器信號的數(shù)量。如果設(shè)置不當(dāng)，就會導(dǎo)致回參考點的位置不準(zhǔn)確，從而影響工件的加工質(zhì)量。
回參考點的操作是數(shù)控機床中的標(biāo)準(zhǔn)步驟，通常由數(shù)控系統(tǒng)的程序來控制。用戶只需配置適當(dāng)?shù)挠布B接和參數(shù)設(shè)置，而不需要手動計算和干預(yù)。這確保了機床在每次開機后都能準(zhǔn)確地回到參考點，從而保證了工件加工的精度和一致性。
總之，增量式編碼器在數(shù)控機床中扮演著重要的角色，但它們不能直接提供坐標(biāo)值。通過回參考點的操作，機床可以在每次開機后準(zhǔn)確定位，從而確保工件加工的精度和質(zhì)量。這個過程的精確性依賴于編碼器的設(shè)置和編程的正確性，因此需要在數(shù)控編程中引入坐標(biāo)軸參考點來實現(xiàn)工件的精確定位。這種半閉環(huán)的位置檢測系統(tǒng)是現(xiàn)代數(shù)控機床的關(guān)鍵組成部分，為制造業(yè)提供了高精度和高效率的加工能力。
