Эксплуатация и диагностика систем ЧПУ

Общие вопросы технической диагностики оборудования механо­обработки. При автоматизации процесса контроля работоспособности оборудования механообработки приходится решать следующие кон­кретные задачи.

Выбор объекта контроля. Принято различать внешнюю (актив­ную) диагностику, т.е. контроль состояния станка и другого техно­логического оборудования, и внутреннюю (автономную) диагностику, т.е. контроль состояния УЧПУ.

Выбор способа контроля. Можно выделить два основных способа контроля. Параметрический контроль основан на определении уровней сигналов, потребляемых токов и других параметров. Функ­циональный контроль основан на проверке результатов функцио­нирования (например, выдаваемых кодов). Параметрический кон­троль, как правило, требует небольших дополнительных затрат оборудования, но не дает возможности локализовать место возник­новения неисправности, функциональный контроль обладает боль­шей разрешающей способностью, но зачастую требует больших до­полнительных аппаратурных средств. В рамках функционального контроля можно выделить тестовый, основанный на подаче входных тестовых наборов и сравнении результатов реакции с эталонами, и аппаратный, связанный с применением специального контрольного оборудования. При контроле УЧПУ предпочтение, как правило, от­дается тестовому контролю, как обладающему достаточной разреша­ющей способностью и практически не требующему дополнительных затрат оборудования. Однако нечувствительность к сбоям заставляет в ряде случаев обратиться к сочетанию аппаратных и тестовых средств диагностики.

Выбор контролируемых параметров. На практике стремятся в первую очередь использовать для контроля все возможности, заложенные в оборудование для выполнения его основных функций. Так, при проверке работоспособности электрического и механиче­ского оборудования металлорежущего станка целесообразно, прежде всего, попытаться использовать диагностические возможности име­ющихся защит, блокировок и ограничителей (конечных выключате­лей, датчиков абсолютного нуля, датчиков исполнения технологиче­ских команд и т. д.). Следующим шагом является оснащение объекта контроля дополнительными датчиками и связями (измерение ви­браций и температуры отдельных частей станка, вывод и анализ со­стояний дополнительных контрольных точек в электронной части и т.д.).

Выбор моментов и частоты контроля. Для систем ЧПУ принято проводить диагностирование начального состояния (контроль го­товности к работе), когда контролируются различные вспомога­тельные операции: включение электропитания, исправность пневмо- и гидросистем, выход в исходное состояние, наличие инструмента и заготовок; оперативное (или сопровождающее) диагностирование, когда осуществляется непрерывный контроль технологического про­цесса, и диагностирование по результатам техпроцесса, когда ос­новным критерием контроля является конечный результат отдель­ного этапа в наиболее информативных узловых точках.

Выбор разрешающей способности системы контроля. В системах ЧПУ необходимо локализовать неисправность с точностью до ТЭЗа (типового элемента замены).

Выбор степени автоматизации. В системах ЧПУ применяют, как правило, автоматический контроль наиболее загруженных и ненадежных элементов оборудования и полуавтоматический или руч­ной контроль остального оборудования.

Использование результатов. Результаты контроля оборудования используются для изучения состояния контролируемого объекта с последующей его оценкой; непрерывного сравнения состояния контролируемого объекта с состоянием эталона (модели системы в памяти ЭВМ); выдачи информации персоналу о месте неисправности; организации продолжения работы системы в режиме постепенной деградации, т.е. частичного функционирования системы.

Размещение средств контроля. При контроле автономного ком­плекса «УЧПУ — технологическое оборудование» основной конт­роль может осуществляться на месте многоцелевым УЧПУ. При организации иерархической многоуровневой системы управления часть функции контроля (как правило, хранение диагностических программ и сложная обработка результатов диагностирования) могут быть переданы ЭВМ верхнего уровня и выполняются центра­лизованно, а функции выявления факта неисправности—децентрализовано непосредственно на местах.

Для обслуживания систем ЧПУ на промышленных предприятиях существуют специальные службы. Заводы, изготовляющие УЧПУ, организуют курсы, где изучаются вопросы эксплуатации и наладки УЧПУ. В руководстве к станку с ЧПУ указывается завод-изготовитель системы ЧПУ и возможности обучения наладчика по вопросам эксплуатации данного УЧПУ.

Наладчик систем ЧПУ должен хорошо знать функционирование как системы в целом, так и ее отдельных узлов.

Несмотря на различия в структурах и функциях отдельных систем ЧПУ, существуют более или менее общие методы проверки работоспособности систем, их наладки и правила эксплуатации. Кроме технического описания в комплект документации, поставляемой заводом-изготовителем, входит инструкция по эксплуатации и наладке систем ЧПУ, а также прилагаются тестовые (проверочные) программы для определения правильности функционирования системы. В микропроцессорных УЧПУ часть тест-программ хранится в памяти устройства.

В процессе эксплуатации систем ЧПУ наладчик производит профилактические работы по обслуживанию систем, проверяет работоспособность систем, осуществляет поиск и устранение возникающих неисправностей.

Содержание и сроки профилактических работ оговорены в инструкции по эксплуатации УЧПУ. К этим работам относятся: смазывание подвижных частей фотосчитывающего устройства, вентиляторов охлаждения; очистка УЧПУ от пыли и грязи; замена или очистка воздушных фильтров вентиляционной системы; чистка (промывка в спирте) контактов, электронных блоков; чистка оптической системы фотосчитывающего устройства и т. п.

Работоспособность систем ЧПУ проверяют, как правило, по тест-программам не реже одного раза в неделю. Такую же проверку проводят и в случае неправильной обработки детали на станке, выясняя, в чем причина — в неправильно составленной программе или в неисправности системы ЧПУ. Проверка по тест-программам может быть различной в зависимости от возможностей каждой конкретной системы ЧПУ, Наиболее часто тест-программа представляет собой обычную УП, в которой предусмотрены все используемые в системе ЧПУ режимы работы.

Проверяя системы ЧПУ на станке, наладчик наблюдает отработку станком тест-программы (в том числе работу приводов подач и выполнение последовательности технологических команд).

Как обычные УП, так и тест-программы строятся таким образом, чтобы рабочий орган станка в конце программы вернулся в исходную точку.

Выполнение станком технологических команд (частота вращения шпинделя, смена инструмента), предусмотренных тест-программой, проверяют, как правило, визуально. Наблюдают также состояние различных органов индикации (например, номер и код технологической команды), предусмотренных системой ЧПУ. Аналогично производят проверку систем ЧПУ по тест-программам на стенде с использованием графопостроителя вместо станка.

При проверке работоспособности системы ЧПУ без станка (и без стенда) наладчик пользуется только органами индикации, предусмотренными в системе. В микропроцессорных УЧПУ результаты проверки по тест-программам высвечиваются на дисплее. Указывается код обнаруженной погрешности. По перечню значений кодов наладчик определяет причину отказа. В ряде систем вместо кода высвечивается текстовое наименование отказа.

Тест-программы составляют так, что работоспособность системы проверяется последовательно по элементам. Это облегчает поиск возможной неисправности. Например, вначале отрабатывается перемещение отдельно по каждой координате (+Х, -X, +Y, -Y и т.д.). Затем проверяют режим линейной интерполяции в различных сочетаниях координат и при различных величинах перемещений, круговой интерполяции, режим абсолютного ввода (если он предусмотрен системой), режим расчета эквидистанты, ввода коррекций и т. п.

Отказы (нарушение работоспособности) в системах ЧПУ могут носить мгновенный или постепенный характер. В последнем случае режимы работы отдельных элементов изменяются постепенно и могут быть своевременно обнаружены с помощью тест-программ.

При обнаружении неисправности по тест-программе можно определить неисправность в цепи, блоке или даже в группе блоков. Поиск и устранение отдельных неисправностей во многом зависят от конструкции системы ЧПУ.

Неисправные элементы в системе ищут, задавая такие режимы работы, в которых должен участвовать этот элемент. В зависимости от местонахождения неисправности это реализуется различными методами. Например, при неисправности прохождения сигналов в блоках ввода многократно задается кадр программы, предусматривающий эти сигналы. Для этого составляется специальная отладочная программа, чаще всего содержащая только один кадр, а перфолента с этой программой склеивается в кольцо и многократно проходит через фотосчитыватель. В других блоках необходимые сигналы могут быть поданы с тактового генератора системы.

Основными неисправностями в системах ЧПУ являются: выход из строя (отказ) отдельного электронного элемента (микросхемы, модуля); нарушение монтажа (разрыв токопроводящих цепей печатной платы или замыкание соседних токопроводящих цепей); нарушение паяных контактов; нарушение контактов в разъемах.

При ремонте неисправные электронные элементы заменяются, токопроводящие цепи пропаиваются. При обнаружении некачественной пайки контакты запаиваются заново. При нарушении контакта в разъеме чаще всего достаточно вынуть блок и вставить его заново; если это не помогает, контакты очищаются спиртом или заменяются.

Надежность современных систем ЧПУ, особенно систем, построенных па микросхемах, весьма высока. Среднее время между отказами в большинстве систем не менее 620 ч. Наиболее сложным элементом при отладке систем являются не отказы, а сбои (самовосстанавливающиеся отказы). Обнаружить и устранить причину сбоя трудно, так как чаще всего после повторной отработки программы или прохождения теста сбой пропадает.

Наиболее частые причины сбоев — дефекты перфоленты, ненадежные контакты, случайные помехи. Основным приемом отыскания и устранения причин сбоев является воссоздание тех условий, при которых произошел сбой. Существенную помощь оказывает также ведение эксплуатационных журналов, где фиксируются условия, при которых произошел сбой и его предположительная причина.

В микропроцессорных УЧПУ элементы СИС и БИС, как правило, не подлежат замене. В случае их отказа заменяется целиком плата; дефектная плата отправляется для замены на завод-изготовитель УЧПУ или в специализированную организацию, выполняющую пусконаладочные работы. Причины отказа микропроцессорных УЧПУ в большинстве случае индицируются на дисплее.

Сбои системы ЧПУ делятся: на системные; технологические; сбои объекта управления; ошибки оператора. Системные сбои связаны с неисправностью аппаратуры и ПМО УЧПУ, технологические сбои связаны с ошибками в УП. Причиной двух остальных групп сбоев являются неисправность станка, интерфейсных шин УЧПУ и ошибки оператора при обращении с УЧПУ.

Диагностические программы микропроцессорных УЧПУ разделяются на две группы: оперативное диагностирование, выполняемое в процессе работы УЧПУ со станком; диагностирование в автономном режиме проверки УЧПУ.

Оперативное диагностирование включает в себя проверку функционирования аппаратных средств, контроль по четности УП и другие проверки. Как только в систему ЧПУ подается питание, автоматически инициируется тест этих проверок. В процессе работы большинство из них также продолжает выполняться.

Диагностирование в автономном режиме выполняется с помощью специальных тестов, укатанных изготовителем УЧПУ. Эти тесты позволяют проворить в пошаговом режиме работу всех модулей УЧПУ. Документация тестовых программ должна быть очень полной, чтобы наладчик мог эффективно выявить отказавшую плату и локализовать погрешность. Отказавшая плата подлежит замене. Диагностирование на уровне интегральных схем в микропроцессорных УЧПУ не обязательна для наладчика. В этом случае ремонт УЧПУ сводится к замене отказавших плат.

Наряду с самодиагностированием УЧПУ все большее значение приобретает диагностирование работы станка. Источником неисправностей технологического оборудования и ухудшения качества обрабатываемых деталей являются ошибки, которые могут встретиться в различных элементах технологического процесса (рис. 13.1) и оборудовании.

Рис. 13.1 Факторы, влияющие на работоспособность станка и качество выпускаемой продукции

Для организационно-технической реализации задач контроля необходимо выбрать одно решение из многих альтернативных решений. Выбор решения зависит от цели контроля, степени автоматизации всей системы технического диагностирования, надежности регистрации контролируемых параметров, а также требований, предъявляемых к качеству всей номенклатуры деталей. Если будут приняты во внимание эти и другие условия, то можно выбрать необходимый метод контроля, который определяется целым рядом различных параметров.

На первом плане в этом случае стоят такие параметры, зависящие от времени, как частота и продолжительность контроля. Особое влияние на рентабельность имеют также степень автоматизации, разрешающая способность и место контроля. Контролируемые параметры должны быть выбраны с учетом принципа работы технических средств для контроля объекта. Контроль геометрии детали может осуществляться с помощью телевизионно-оптической системы или простым механическим щупом. Кроме того, возможно применение гидравлических или пневматических систем контроля инструмента. Контроль поломки инструмента может выполняться в процессе обработки и во время останова оборудования, причем для автоматического измерения необходимо всего несколько секунд.

Ориентировочное распределение во времени функций диагностирования представлено на рис. 13.2.

Рис. 13.2 Периоды диагностирования

1 — непрерывное, 2 — через небольшие промежутки времени, 3 — через длительные промежутки времени, 4 —- через большие интервалы, 5 — по требованию

Во время технологического процесса необходимо непрерывно контролировать целый ряд технологических параметров. На рис. 13.3 показаны примеры контроля процесса токарной, электроэрозионной и фрезерной обработки.

Большое значение имеет контроль инструмента. Разработан целый ряд систем контроля поломки и износа инструмента. Наряду с использованием усилий резания в качестве контролирующего параметра инструмента широкое применение находят также оптические, электрические и пневматические методы. Используют так же зависимость между силой тока электродвигателя и усилием резания в направлении подачи. Фиксируется величина силы тока в определенных точках траектории при обработке первой детали. Полученные параметры вводятся в память ЭВМ.

После аналого-цифрового преобразователя величина тока в цифровом виде вводится в систему ЧПУ. При этом обеспечивается возможность определения граничных значений силы тока электродвигателя для каждой технологической операции.

При обработке сравнивается текущее значение силы тока с предварительно замеренным максимальным значением. Если величина тока превышает установленное ранее значение, то это свидетельствует о поломке или большой степени износа инструмента.

В случае обнаружения поломки или большой степени износа инструмента обработка прекращается и инструмент заменяется.

Система допускает ручное изменение предельного значения силы тока электродвигателя. Это может быть необходимым при изменившихся условиях работы станка (СОЖ, измененная скорость подачи и т.д.).

Результаты определения и сравнения технического состояния металлорежущего оборудования в период эксплуатации, а также диагностирование мест и причин неисправностей делает возможным повысить надежность.

Рис. 13.3 Примеры контроля и диагностирования в системе УЧПУ — станок:

1— токарная обработка, 2 — электроэрозионная обработка, 3 — фрезерование, 4 — револьверная головка с датчиками составляющих силы резания, 5 — инфракрасный датчик, 6 — регулирование проводимости с помощью управления расходом жидкости, 7 — автоматическое деление припека на проходы