數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)故障診斷

1、數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)故障診斷2011-9-23來源：數(shù)控機(jī)床市場作者：天津科技大學(xué)馬林旭摘要：數(shù)控機(jī)床返冋參考點(diǎn)故障是數(shù)控機(jī)床常見故障之一，木文主要介紹了數(shù)控機(jī)床返參 原理，系統(tǒng)性地編制了數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的故障分析與診斷流程圖以及故障實(shí)例。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床參考點(diǎn)故障診斷數(shù)控機(jī)床冬件加工是建立在機(jī)床零點(diǎn)之上的。數(shù)控機(jī)床冬點(diǎn)是機(jī)床朋標(biāo)系的零點(diǎn)，它由機(jī) 床廠家事先確定的。山于數(shù)控系統(tǒng)上電時(shí)通常并不知道機(jī)床零點(diǎn)的位置，同時(shí)在多數(shù)情況下，當(dāng) 已裝好刀具和零件時(shí)，機(jī)床的零點(diǎn)已不可能接近，需要附設(shè)一個(gè)參考點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床 上一個(gè)特殊位置的點(diǎn)，該點(diǎn)通常位于機(jī)床正向極限點(diǎn)附近，如圖1所示數(shù)控車床參考點(diǎn)位置

2、。 它與機(jī)床冬點(diǎn)的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)立。因此機(jī)床找到參考點(diǎn)位置，也就確處了該 坐標(biāo)軸的零點(diǎn)位置，數(shù)控系統(tǒng)就建立起了機(jī)床坐標(biāo)系，可以進(jìn)行正常的加工丁作。在數(shù)控機(jī)床丁 作中返冋參考點(diǎn)故障發(fā)生率較高，因此了解數(shù)控機(jī)床“返參”方式及位置檢測裝置丁作原理對(duì)解決 數(shù)控機(jī)床“返參”故障至關(guān)重要。e1數(shù)控車床參考點(diǎn)位置a根據(jù)數(shù)控機(jī)床選擇的位置反饋元件的差界及控制方式的差界，數(shù)控機(jī)床的返凹參考點(diǎn)方式也大不 相同。一、數(shù)控機(jī)床開機(jī)后不需要返參使川絕對(duì)式編碼器或絕対式直線光柵尺作為位置反饋裝置的數(shù)控機(jī)床朋標(biāo)軸在安裝調(diào)試 時(shí)進(jìn)行一次參考點(diǎn)位置設(shè)定（只要編碼器或光柵尺的后備電池冇效）。數(shù)控機(jī)床再開機(jī)無需返冋

3、 參考點(diǎn)，絕對(duì)式編碼器或光柵尺就可立即得到坐標(biāo)軸的當(dāng)前絕對(duì)位置值，并反饋到數(shù)控系統(tǒng)。這 是由于它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，絕對(duì)式編碼器的絕對(duì)值編碼通常有兩種形式：格雷碼和系列碼。 如圖2所示為格雷碼絕対式編碼器結(jié)構(gòu)原理圖，編碼盤上具有多道編碼的光柵刻軌，絕対位置值來白格雷碼編碼的排列，當(dāng)機(jī)床開機(jī)時(shí)便可立即獲得位置信息。編碼盤外圈增量信號(hào)刻軌還能 在細(xì)分后提供位置值，并同時(shí)牛成増量信號(hào)。如圖3所示為系列碼絕對(duì)式編碼器結(jié)構(gòu)原理圖， 編碼器只需兩個(gè)刻軌就能生成絕對(duì)位置值，刻線碼盤的絕對(duì)信號(hào)僅需一個(gè)刻軌，系列碼的排列方 式在每圈中都是唯一的。増量信號(hào)刻軌在外圈，增雖信息刻軌川丁細(xì)分成位逍值，同時(shí)也川于生 成

4、髙質(zhì)最增量信號(hào)。兩個(gè)刻軌產(chǎn)生的信息在編碼器內(nèi)的信號(hào)處理單元屮形成高分辨率的絕對(duì)位置 值。系列碼絕對(duì)式編碼器的性能優(yōu)于格雷碼絕對(duì)式編碼器，其特點(diǎn)是掃描信號(hào)質(zhì)呈高和抗污染性 能力強(qiáng)。e3系列碼絕對(duì)式編碼器結(jié)構(gòu)原理因4s2格雷碼絕對(duì)式編碼器結(jié)構(gòu)原理閨二、數(shù)控機(jī)床開機(jī)后需要返參數(shù)控機(jī)床一般采用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器或增量式光柵尺作為位置反饋元件，在機(jī)床斷電后 就失去了對(duì)各坐標(biāo)軸位置的記憶，因而機(jī)床開機(jī)后首先要執(zhí)行各坐標(biāo)軸返冋參考點(diǎn)操作。增量式位置檢測裝置的數(shù)控機(jī)床一般冇三種返回參考點(diǎn)方式：1、回參考點(diǎn)時(shí)，軸先以速度v1向參考點(diǎn)快速移動(dòng)，碰到參考點(diǎn)減速開關(guān)后，在減速信號(hào)的控 制下，減速到速度v2并繼續(xù)前移，脫

5、開擋塊后，再尋找測量系統(tǒng)零標(biāo)志信號(hào)。當(dāng)軸到達(dá)測量系 統(tǒng)零標(biāo)志發(fā)出柵格信號(hào)時(shí)，速度即制動(dòng)到零，然厲再以v2速度詢移參考點(diǎn)偏移量停止于參考點(diǎn)。 如圖4所示為返參時(shí)序圖，此種返參方式多用于fanuc數(shù)控系統(tǒng)的半閉環(huán)控制軸，例如fan uc oitc數(shù)控系統(tǒng)需設(shè)定如下參數(shù)：參數(shù)號(hào)3內(nèi)容描述卩1428p各軸返回參考點(diǎn)的速度即v1210063設(shè)定各軸返參方向丄0:尋找測量系統(tǒng)客標(biāo)志信號(hào)時(shí)往該軸正向運(yùn)動(dòng)1 :尋找測量系統(tǒng)零標(biāo)志信號(hào)時(shí)往該軸負(fù)向運(yùn)動(dòng)乂1425各脫回參考點(diǎn)的fl速度即vr185(各軸的刪格偏移量參考點(diǎn)偏移星q2、回參考點(diǎn)時(shí)，軸先以速度v1快速向參考點(diǎn)移動(dòng)，碰到參考點(diǎn)減速開關(guān)后速度制動(dòng)到零,然后反

6、向以速 度v2慢速移動(dòng),到達(dá)測量系統(tǒng)零標(biāo)志產(chǎn)生柵格佶號(hào)時(shí),速度制動(dòng)到零，再前移參考點(diǎn)偏移量而停止于參 考點(diǎn)。此種返參方式多用于siemens數(shù)控系統(tǒng)的半閉環(huán)控制軸，例如sinumerik 840d數(shù)控系統(tǒng)需設(shè)定如參數(shù)號(hào)相內(nèi)容描述234020a回參考點(diǎn)速率即v234010a負(fù)方向回參考點(diǎn)j0：尋找測壘系統(tǒng)零標(biāo)志信號(hào)時(shí)往該軸負(fù)向運(yùn)動(dòng)j1：尋找測壘系統(tǒng)零標(biāo)志信號(hào)時(shí)往該軸正向運(yùn)動(dòng)存34040a找零標(biāo)志速率即v2334092參考點(diǎn)偏移壘心3、回參考點(diǎn)時(shí)，軸先以速度v1快速向參考點(diǎn)移動(dòng)，碰到參考點(diǎn)減速開關(guān)后速度制動(dòng)到零，再反向微動(dòng)直 至脫離參考點(diǎn)開關(guān)，然后乂沿原方向微動(dòng)撞上參考點(diǎn)開關(guān)，并且以速度v2慢速前

7、移,到達(dá)測量系統(tǒng)零標(biāo) 志產(chǎn)仝柵格信號(hào)時(shí)，速度制動(dòng)到零，再前移參考點(diǎn)偏移量而停止于參考點(diǎn)。e 5帶距離編碼參考點(diǎn)的増星式光刪尺的示意圖a邈1開關(guān)n號(hào) 1|啊 tlfat號(hào) htl使用增量式光柵尺作為位置檢測裝置的全閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床，由于普通光柵尺只有一個(gè)參考點(diǎn)零標(biāo) 志，這樣機(jī)床每次返參時(shí)都需找到這個(gè)零標(biāo)志，冇時(shí)可能需要移動(dòng)較人的行程，時(shí)間較長。為了加快和簡 化返回參考點(diǎn)操作，光柵尺生產(chǎn)廠家開發(fā)出一種帶距離編碼參考點(diǎn)的增量式光柵尺,兩個(gè)參考點(diǎn)間相差一 定的距離，一般:移過兩個(gè)相鄰參考點(diǎn)后（一般只有數(shù)十毫米）。如圖5所示，徳國heidenhain公司生 產(chǎn)的ls型光柵尺，機(jī)床直線軸移動(dòng)20mm,數(shù)控

8、系統(tǒng)就可以找到參考點(diǎn)位置，顯示器上顯示當(dāng)前機(jī)械所 在位置的機(jī)床坐標(biāo)值。04返參時(shí)序圖三、回參考點(diǎn)的故障分析與診斷根據(jù)數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)常見故障及本人工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，系統(tǒng)性地編制了數(shù)控機(jī)床回參考 點(diǎn)的故障分析與診斷流程圖，如圖6所示。足站賦式處赴把對(duì)式whs尺*介抱村式編列累> （尢尺際冷電itrns檢介參款議定腿為if鴻機(jī)從便古完嗷 返功作理接電池.暇旣儀立參號(hào)點(diǎn)2改"參救歡宅機(jī)床返參過w 中址件仃m速y枝件故綽.檢 "檢介妃對(duì)式 （尢 尺、違按鍥 找喊k機(jī)爪遂參后參弓點(diǎn)位超不也檢仕超開關(guān)fi塊長度.位 衣和百迷開關(guān)（兒尺）安 儀腿曲作松 uh “糾器（jtw尺ft n9

9、的電鼻電爪 足金左紅低 * j 4.75v） 14/1 故kh外界f 擾.<om«m 級(jí)戻播地不a 衍號(hào)線披 弓電咆第拿 紂人近.姑束< 了械連r>amxfchxh檢岳冷隣2»< jtwr）零 標(biāo)左你號(hào)1wjm< iw空檢介期糾ai 金.（尤n尺«電475v魚便機(jī)床 運(yùn)功莊貨fhe 向幔at位開關(guān)a 1 4.75v足別和處畀爭如 £依號(hào)讀件故的.檢 （ jt尺）或紬h會(huì)甕豪電im廉 扌&電4el 6回參考點(diǎn)的故障分析與診斷流程£p數(shù)控機(jī)床發(fā)生回參考點(diǎn)故障時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查如下項(xiàng)目：1、檢查冋參考點(diǎn)的模式是否是開機(jī)

10、的第一次冋參考點(diǎn)，是否采用絕對(duì)式的位置檢測裝置；2、檢查減速擋塊和減速開關(guān)的狀態(tài)；3、檢查參數(shù)設(shè)置是否合適，如檢查冋參考點(diǎn)快速進(jìn)給速度、接近參考點(diǎn)速度等參數(shù)的設(shè)置。四、故障排除實(shí)例實(shí)例1 臺(tái)口本fanuc oitc數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床，x和z軸位置檢測裝置配置為絕對(duì)式光電 脈沖編碼器。故障現(xiàn)象：開機(jī)后報(bào)警300號(hào)，報(bào)警內(nèi)容：耍求返回參考點(diǎn)。故障檢查打分析：山于該機(jī)床采用的是絕對(duì)式位置檢測裝置，開機(jī)時(shí)不需要各軸返冋參考點(diǎn)，出現(xiàn)300號(hào)報(bào)警的原因是編碼器后備電池電壓過低或人為修改了數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)1240、1850o系統(tǒng)參數(shù)1240> 1850含義如下：參數(shù)號(hào)q內(nèi)容描述a1242坐標(biāo)系上的各軸第一

11、參若點(diǎn)的坐標(biāo)值心1852各軸的柵格偏移里參若點(diǎn)偏移歴q經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)編碼器后備電池電壓過低。故障處理：更換編碼器后備電池后，重新設(shè)定機(jī)床參考點(diǎn)位置。步驟如卜i（1）jog方式下，移動(dòng)x和z軸到參考點(diǎn)位置；（2）機(jī)床關(guān)機(jī)重新啟動(dòng)；（3）修改系統(tǒng)參數(shù)1815#4設(shè)為1,即當(dāng)使用絕對(duì)位置檢測裝置時(shí)，機(jī)械位置與絕對(duì)位置檢測 裝置的位置關(guān)系，1為一致，0為不一致；（4）機(jī)床關(guān)機(jī)重新啟動(dòng)后故障排除。實(shí)例2 -臺(tái)數(shù)控銃床x軸返回參考點(diǎn)時(shí)報(bào)警x軸止向碩件超程。故障現(xiàn)象：x軸返參時(shí)以回參考點(diǎn)速度向參考點(diǎn)接近，但找不到參考點(diǎn)，而是一直以這一速度向 前移動(dòng)，直到碰到正向行程限位開關(guān)后緊急停止。故障檢查與分析：從故障現(xiàn)象

12、町得知，返參時(shí)有快速移動(dòng)的v1速度，沒有尋找參考點(diǎn)零 標(biāo)志的慢速v2,參考點(diǎn)減速開關(guān)沒發(fā)出減速信號(hào)，檢査發(fā)現(xiàn)參考點(diǎn)減速開關(guān)失效，觸點(diǎn)銹蝕粘 連。故障處理：更換新的參考點(diǎn)減速開關(guān)后故障排除。實(shí)例3 臺(tái)數(shù)控銃床丫軸返回參考點(diǎn)時(shí)報(bào)警丫軸負(fù)向硬件超程。故障現(xiàn)象：y軸返參時(shí)以回參考點(diǎn)速度向參考點(diǎn)接近，碰到參考點(diǎn)開關(guān)后，能以慢速反向 運(yùn)動(dòng)，但找不到參考點(diǎn)，而且一直反向運(yùn)動(dòng)，直到碰到負(fù)向行程限位開關(guān)后緊急停止。故障檢查與分析：從故障現(xiàn)象可得知，返參時(shí)有快速移動(dòng)的v1速度,有尋找參考點(diǎn)零標(biāo) 志的慢速v2,但尋找不到檢測裝置零標(biāo)志信號(hào)，檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)的脈沖編碼器損壞。故障處理：更換新的電機(jī)脈沖編碼器后故障排除。實(shí)例4 一臺(tái)數(shù)控銃床丫軸回參考點(diǎn)動(dòng)作過程正常，只是實(shí)際參考點(diǎn)位置不i古i定。 故障現(xiàn)象：y軸能進(jìn)行返參操作，能找到參考點(diǎn)，但是每次返冋參考點(diǎn)所停的位置不i占i定。故障檢杳與分析：首先檢查減速開關(guān)安裝位置合適，且回參考點(diǎn)時(shí)快速移動(dòng)的v1速度和 尋找參考點(diǎn)冬標(biāo)志的v2速度參數(shù)設(shè)定值也較恰當(dāng)，移動(dòng)減速開關(guān)位置，修改速度參數(shù)值無效， 更換編碼器和位置控制板后故障仍然存在。根據(jù)回參考點(diǎn)的基本原理分析，認(rèn)為故障述是與位置 檢測倍號(hào)或者冬標(biāo)志脈沖有關(guān)，川示波器觀察編碼器輸出倍號(hào)，發(fā)現(xiàn)信號(hào)幅值偏低，測量編碼器 電源輸入端只有3v