機床測量系統的發展趨勢
圖4 單場/四場掃描技術抗污性能比較(綠色:單場;紅色:四場)
1. 縮減機床非生產時間
機床在使用過程中經常會因故障或其他原因而被迫關機重新啟動。對于僅裝備了增量式光柵的機床,開機后必須對每一軸執行通過參考點。與正常開機后通過參考點所不同的是,機床的刀具此時通常還處于加工位置,與工件有直接接觸,有時甚至還處于工件的內部(如鉆孔、攻螺紋等),為了安全地進行通過參考點,必須首先手動將刀具移出加工位置。這對于帶傾斜刀具的多軸機床更為困難,往往要耗費大量的時間和人力,因為當刀具指向與X、Y、Z軸不平行時,增加了(故障后)手動移出刀具的難度。
對由多臺加工設備構成的自動生產線,在其中一臺設備出現故障須重新啟動時,可能不得不對生產線內所有設備進行通過參考點,并需對未完全加工的工件進行特殊處理。配備了絕對式光柵的機床或生產線在重新開機后立刻重新獲得各軸絕對位置以及刀具的空間指向,因此可以立刻從中斷處開始繼續原來的加工程序,大大提高了機床的有效加工時間。
圖5 絕對式測量示意圖
機床的可靠性直接決定零件生產的效率和經濟性。機床每分鐘的故障時間對用戶而言都意味著成本的增加,因此,機床設計的一個趨勢是對重要部件的狀態進行實時監控。海德漢的絕對式光柵通過其雙向通信 EnDat 數據接口支持此類實時監控功能。EnDat 數據接口除了絕對位置值外,還向數控系統傳輸光柵的工作狀況,如讀數頭光源調節余量是否接近極限、讀數頭最大允許移動速度是否超標、工作溫度是否超出允許范圍等。EnDat在上述情況出現時,可向數控系統發出預警信號,此時,光柵仍可正常工作,但用戶可依據該預警信號提前采取措施。
光柵出現嚴重故障時,EnDat 還會向數控系統發出報警信號,數控系統可依據該信號決定是否中止加工以保護機床和工件。在排除故障時,維修人員可以按照EnDat提供的信息在最短時間內查找到故障的根源,如光柵電源過低、讀數頭工作不正常、輸出信號幅值過低等。
通過發送預警和報警兩個等級的故障信號,絕對式光柵可以極大地提高用戶維護工作的效率,減少光柵故障造成停機的概率,機床的可靠性也由此得到提高。
3. 提高機床安全性
為了對機床的機械運動部分進行保護,通常可以采用行程開關來確保機床各部件的運動不超出允許范圍。行程開關長期處在惡劣環境之中(冷卻液、金屬屑等),極易損壞,加上機床正常運行時較少使用到行程開關,所以無法隨時確定其功能是否仍然正常。為了保證工作安全,用戶不得不定期檢查行程開關的狀態。采用絕對式光柵的機床可以在任何時間確定機床運動部件所處位置,通過在數控系統中作相應設置可以省去行程開關,這樣既節省了機床用戶的設備維護時間,同時也避免了行程開關損壞可能帶來的安全問題,提高了機床使用時的安全性。
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