Fehlerbehebung bei Referenzierungsproblemen an einer CNC-Rohrbiegemaschine

Oct 29, 2023

Ein Home-Schalter liefert Informationen an ein Steuersystem, um eine Achse in eine gewünschte Position zu bringen. Diese Art von Schalter kann sehr genau sein, leidet jedoch auch unter Leistungseinbußen, wenn er extremen Temperaturen oder Feuchtigkeit oder zu starkem Verschleiß ausgesetzt wird, wenn er in einer mechanischen Anwendung verwendet wird. RbSA Industrial

Anmerkung des Herausgebers: Dies ist der erste einer Reihe von Artikeln zur Fehlerbehebung bei Rohrbiegemaschinen von Jay Robinson von Robinson Bender Services and Automation Inc.

„Wir können nicht im Auto fahren!“

Dies war der etwas verzweifelte Anruf, den ich von einem Auspuffhersteller erhielt. Eine der elektrischen Servoachsen seiner CNC-Rohrbiegemaschine war während der Referenzfahrt defekt. Ohne Abschluss des Referenzierungsvorgangs ließe das Steuerungssystem den Bediener nicht zu, den automatischen Betrieb auszuwählen. Die Rohrbiegeproduktion wurde praktisch eingestellt.

Um diese Art von Problem zu beheben, müssen Sie wissen, wie jede Achse der Maschine referenziert wird.

Für den sicheren Betrieb einer CNC-Rohrbiegemaschine muss das Steuerungssystem die Position aller Elemente kennen, die sich auf der Maschine bewegen – Spannbacke, Druckbacke, Biegearm, Schlitten, Spannzange. Der Vorgang zur Bestimmung der korrekten Position jedes beweglichen Geräts wird als Referenzierung bezeichnet.

Während der Referenzfahrt werden Richtungsgeräte (auch als Bang-Bang bezeichnet) an eine Position bewegt, an der sie am wahrscheinlichsten von allen anderen Geräten entfernt sind. Beispielsweise werden Spannzange, Spannmatrize und Druckmatrize in ihre vollständig geöffneten Positionen bewegt.

Die Steuerung kann viele verschiedene Methoden verwenden, um die Position eines Geräts zu bestimmen. In seiner einfachsten Form bewegt das Steuerungssystem ein Richtungsgerät für einen bestimmten Zeitraum, wobei davon ausgegangen wird, dass sich das Gerät nach Ablauf dieser Zeit vollständig in die gewünschte Position bewegt hat (normalerweise über die gesamte Länge seiner Bewegung).

Das Steuerungssystem verwendet möglicherweise auch eine Reihe von Schaltern, um die Position eines Richtungsgeräts zu bestimmen, dies kann jedoch ungenau sein. Beispielsweise kann eine Druckmatrize einen offenen und einen geschlossenen Schalter haben, aber einen Gesamtweg von mehreren Zoll. Befindet es sich in der Mitte dieses Verfahrwegs, sind weder der offene noch der geschlossene Schalter eingeschaltet und die Steuerung weiß nicht mehr, wo sich die Matrize befindet. Die Steuerung muss den Würfel in die eine oder andere Position bewegen, um seine Position korrekt zu bestimmen.

Bei einer Servoachse nutzt das Steuerungssystem eine präzise Positionsrückmeldung, um Position, Fahrtrichtung und Geschwindigkeit zu bestimmen. Diese Informationen werden dann zur Steuerung der Achse verwendet. Während fast alles, was sich auf einer CNC-Rohrbiegemaschine bewegt, servogesteuert ausgelegt werden kann, sind der Biegearm, der Schlitten zum Zuführen des Rohrs und die Rohrdrehung die typischsten.

Die Rückmeldung für eine Servoachse erfolgt über einen Encoder, der Bewegungsinformationen in Form von Zählwerten an das Steuerungssystem weiterleitet. Beim ersten Einrichten der Maschine ermittelt der Techniker die Anzahl der Zählimpulse pro Bewegungseinheit. Auf einer linearen Achse könnte dies Anzahl pro Zoll oder Anzahl pro Millimeter sein; Bei einer Rotationsachse wird pro Grad der Drehung gezählt.

Encoder können absolut oder inkremental sein. Ein Absolutwertgeber speichert seine Zähldaten unabhängig davon, ob die Maschine ein- oder ausgeschaltet ist oder ob die Achse im ausgeschalteten Zustand bewegt wird. Bei eingeschalteter Maschine ermittelt die Steuerung anhand dieser gespeicherten Daten die tatsächliche Position der Achse, ohne dass zwingend eine erneute Referenzierung durchgeführt werden muss. Ein Inkrementalgeber liefert Zählwerte während der Bewegung und verfügt über keinen Datenspeicher. Das Steuerungssystem muss die tatsächliche Position ermitteln und dann die Positionsdaten aufrechterhalten, indem es kontinuierlich mit der Änderung der Zählwerte in beide Fahrtrichtungen Schritt hält. Während der Referenzfahrt wird die Achse langsam zu einer bekannten Position bewegt, dann behält die Steuerung alle Positionsdaten basierend auf der Änderung der Zählwerte bei.

Mit einem Inkrementalgeber kann die bekannte Position einer Servoachse auf verschiedene Arten ermittelt werden:

Eine CNC-Rohrbiegemaschine kann eine Mischung aus Servoachsen mit Inkremental- oder Absolutwertgebern haben, und jede Servoachse verwendet möglicherweise eine andere Methode zur Positionsbestimmung. Beispielsweise kann der Biegearm durch einen durch einen Schalter bestätigten Stillstand in die Ausgangsposition gebracht werden, und der Schlitten kann einen Markierungsimpuls verwenden, nachdem er sich gegen Ende seines Gesamtwegs zu einem Schalter bewegt hat. Während des Referenzierungsprozesses wird jede Achse in einer bestimmten Reihenfolge bewegt, um sicherzustellen, dass die Bewegung einer Achse eine andere nicht beschädigt. Der physikalische Aufbau der Maschine bestimmt den sichersten Ablauf und die Bewegungsrichtung. Richtungsgeräte bewegen sich normalerweise in ihre vollständig geöffneten Positionen, absolute Achsen bewegen sich möglicherweise in eine sichere Position und inkrementelle Achsen durchlaufen ihren jeweiligen Referenzierungsprozess mithilfe von Schalter, Blockierung oder Markierungsimpuls. Sobald die gesamte Sequenz abgeschlossen ist, wird die Maschine in die Ausgangsposition gebracht.

Bei der Maschine, die ihre Referenzierungssequenz nicht abschließen konnte und daher nicht im Automatisierungsbetrieb laufen konnte, bestand das Problem in einer Achse, die sich mithilfe eines elektrischen Servomotors vertikal bewegte und über einen Inkrementalgeber eine Rückmeldung an die Steuerung lieferte. Seine Position während der Referenzfahrt wurde bestimmt, indem ein Markierungsimpuls nach der Bewegung zu einem Schalter nahe dem Ende seiner möglichen Abwärtsbewegung gefunden wurde. Während der Referenzfahrt war die Vertikalachse die letzte in der Sequenz, die bewegt wurde, um ihre Referenzposition zu finden, aber ihr Antrieb zeigte schließlich an, dass der Motor überlastet war, was zu einem Fehler führte. Da es sich um die allerletzte Achse in der Referenzfahrtsequenz handelte, waren wir davon überzeugt, dass dies die einzige Ursache dafür war, dass die Referenzfahrt nicht abgeschlossen werden konnte.

In Zusammenarbeit mit dem Maschinenbediener erklärten wir aus der Ferne, welche Aktionen die Maschine beim Referenzieren der vertikalen Achse ausführen sollte: nach unten bewegen, bis sie einen Näherungsschalter passierte, für eine kurze Sekunde anhalten und dann während der Suche ein kurzes Stück nach oben bewegen der Markierungsimpuls. Sobald die Markierung gefunden wurde, weist die Steuerung die richtige Position zu und die Referenzfahrt ist abgeschlossen. Der Auspuffhersteller konnte den Schalter leicht finden, indem er dem Bewegungsweg der Achse folgte.

Nachdem wir den Überlastungsfehler am Antrieb behoben hatten (wir mussten die gesamte Maschine aus- und wieder einschalten), stellten wir fest, dass die Achse manuell nach oben bewegt werden konnte. Als die Referenzfahrt erneut versucht wurde, bewegte sich die Achse erwartungsgemäß nach unten in Richtung der Verfahrgrenze, aber statt anzuhalten, als sie den Schalter passierte, bewegte sie sich weiter nach unten, bis sie das Ende ihres Verfahrwegs erreichte und schließlich einen harten Stopp erreichte. Da er wusste, dass die Achse anhalten und ihre Richtung ändern würde, wenn sie den Näherungsschalter passierte, stoppte der schnell denkende Bediener die Maschine durch Drücken des Not-Aus-Schalters und verhinderte so eine weitere Überlastung des Motors.

Wie sich herausstellte, signalisierte der Schalter der Steuerung nicht, dass sich die Achse dem Ende ihrer Bewegung näherte, sodass die Steuerung nie die Richtung umkehrte, um mit der Suche nach dem Markierungsimpuls zu beginnen. Eine der Muttern, mit denen der Schalter befestigt war, hatte sich durch Vibrationen gelöst und der Schalter hatte sich bewegt. Nach einer einfachen Anpassung der Schalterposition und einer Neueinstellung der Maschine konnte der Hersteller wieder mit der Produktion beginnen.