數(shù)控機床的回零及其故障診斷與分析

1、1、數(shù)控機床回參考點的必要性    數(shù)控機床在接通電源后要做回零的操作，這是因為在機床斷電后，就失去了對各坐標位置的記憶，所以在接通電源后，必須讓各坐標軸回到機床一固定點上，這一固定點就是機床坐標系的原點或零點，也稱機床參考點。使機床回到這一固定點的操作稱為回參考點或回零操作。    數(shù)控機床回參考點的好處如下：    （1）系統(tǒng)通過返回參考點來確定機床的原點位置，以正確建立機床坐標系。    （2）螺距誤差補償及反向間隙補償有效，軟極限行程保護有效。  

2、  圖1所示為一臥式加工中心機床參考點相對工作臺中位置的示意圖。圖2為SSCK-20數(shù)控車床返回參考點后刀架卡盤中心相對機床原點的示意圖。    回參考點是數(shù)控機床的重要功能之一，能否正確地返回參考點，將會影響到零件的加工質量。同時，由于數(shù)控機床是多刀作業(yè)，每一把刀具的刀位點安裝位置不可能 調整到同一坐標點上，因此就需要用刀具補償來校正，如加工中心刀具的長度補償和數(shù)控車床車刀刀尖的位置補償，這種刀具偏置的補償量也是通過刀位點的實際位 置與由參考點確立的基本坐標系比較后補償?shù)玫降摹?#160;   2、回參考點的方式 

3、0;  回參考點的方式因數(shù)控系統(tǒng)的類型和機床生產廠家而異，目前，采用脈沖編碼器或光柵尺作為位置檢測的數(shù)控機床多采用柵格法來確定機床的參考點。脈沖編碼器或 光柵尺均會產生零位標志信號，脈沖編碼器的零標志信號又稱一轉信號，每產生一個零標志信號相對于坐標軸移動一個距離，將該距離按一定等分數(shù)分割得到的數(shù)據 即為柵格間距，其大小由參數(shù)確定。當伺服電機(帶脈沖編碼器)與滾珠絲杠采用l：l直連時，一般設定柵格間距為絲杠螺距，光柵尺的柵格間距為光柵尺上兩個 零標志之間的距離。采用這種增量式檢測裝置的數(shù)控機床一般采用檔鐵與回零減速開關相配合實現(xiàn)。隨著智能型的檢測元件的涌現(xiàn)，德國海德漢 （HEIDENH

4、AIN）公司推出了帶距離編碼參考點標志的線性測量系統(tǒng)。省去了回零減速開關，不必返回一個固定的機床參考點（第一參考點）且正負方向均 可實現(xiàn)手動回零操作。    帶減速擋塊的柵格信號返回參考點控制，目前最常見的兩種方式是FANUC系統(tǒng)和Siemens系統(tǒng)的方式。        FANUC系統(tǒng)在返回參考點狀態(tài)下, 按下各軸點動桉鈕, 機床以快移速度向機床參考點方向移動, 當減速擋塊碰到減速開關時, 開始減速, 以低速向參考點方向移動。減速開關離開減速擋塊時，系統(tǒng)開始找柵格信號，系統(tǒng)接收到一轉信號后，以低速移動一

5、個柵格偏移量，準確停在機床的參考點上。    Siemens系統(tǒng)在返回參考點狀態(tài)下, 按下各軸點動桉鈕, 機床以快移速度向機床參考點方向移動, 當減速擋塊碰到減速開關時, 坐標軸減速至靜止。 利用撞塊信號的下降沿同步，按照搜索第1個零脈沖的速度，向相反方向退離參考點行程開關。利用第1個零脈沖實現(xiàn)同步并使坐標軸移動一個可設定的距離后停 止。該位置就是坐標軸的參考點。       帶距離編碼參考點標志的線性測量系統(tǒng)是采用包括一個標準線性的柵格標志和一個與此相平行運行的另一個帶距離編碼參考點標志通道，每組兩個參考點標志的

6、距離 是相同的，但兩組之間兩個相鄰參考點標志的距離是可變的，每一段的距離加上一個固定的值，因此坐標軸可以根據距離來確定其所處的絕對位置。    3、數(shù)控機床返回參考點的調整    1）采用檔鐵與回零減速開關相配合的調整        數(shù)控機床各軸傳動機械拆裝后、進給伺服電動機更換后、位置檢測裝置修復后都將導致機床參考點位置不準，需對機床的返回參考點進行調整。    通常機床參考點設計在機床刀架X軸正方向上，Z軸正方向上。如果機床的刀架在機床回零操

7、縱中要求設定固定的位置，若通過調整回零開關撞塊的方法還不能滿足回零的要求，則必須通過調整機床的相應參數(shù)來達到回零控制的要求。    機床相應參數(shù)調整步驟如下（以FANUC 0i 為例）：    （1）預置參數(shù)1006第5位（ZMIx）確定兩軸回零的方向。      （2）預置參數(shù)1850項，X軸柵格調整的預置值。如X軸絲杠螺距為6mm，那么預置值為6000。    （3）預置參數(shù)1850項，Z軸柵格調整量的預置值。如Z軸絲杠螺距為6mm，那么預置值也為6000。&#

8、160;   （4）用手動方法使機床刀架回到機床參考點。    （5）機床回到零后，X、Z位置顯示與規(guī)定值進行比較。    當顯示的坐標值大于規(guī)定值半個螺距時，先調整撞塊使之接近規(guī)定值，重新將刀架移動到原起點，再進行第4步操作，反復調整撞塊使顯示值大于或小于規(guī)定值，但二值的絕對值之差要小于半個螺距。    將參數(shù)1850項預置值分別減去X、Z軸顯示值與規(guī)定值的差值，再以所得結果重新分別設置參數(shù)1850項(單位0.001mm)。    規(guī)定零點坐標：X=26

9、0000    Z=500000    回零后坐標顯示：X=262000  Z=501000    1850項X參數(shù)設定為6000(262000260000)×1000 =4000    1850項Z參數(shù)設定為6000(501000500000) ×1000=5000   （6）重新進行第4、5項操作，使機床刀架回零坐標值符合規(guī)定值。   （7）在系統(tǒng)參數(shù)1240中分別輸入X:260000 (直徑編程坐標值

10、) 和Z:500000。   （8）機床斷電重新送電，進行回零操作，轉塔刀架就按規(guī)定的距離精確地回到零點，并在顯示屏上顯示出機床零點的坐標值。       2）帶距離編碼光柵尺調整      Siemens840D系統(tǒng)相關參數(shù)設定:       34000參數(shù)設為零(不用返回參考點減速開關信號)。      34060參數(shù)設為返回參考點最大移動距離=兩倍直線光柵尺標準參考點標志柵格間距。 

11、;     34090參數(shù)設為返回參考點偏移值。      34200 參數(shù)設為3（選擇距離編碼光柵尺）。     34300參數(shù)設為直線光柵尺標準參考點標志柵格間距。      34310參數(shù)設為光柵尺信號節(jié)距。    例如：海德漢（HEIDENHAIN）LB382C        34300=40mm;  34060=80mm;  34310=

12、0.04mm;       FANUC 0i-c系統(tǒng)相關參數(shù)設定:       1802第1位設為零, 使用3參考點檢測回零點。      1815第1位第2位均設為1，選擇了帶距離編碼參考點標志的直線光柵尺。      1821設為直線光柵尺標準參考點標志柵格間距。(相鄰兩mark1之間的距離)。    1882設為相鄰兩mark2之間的距離。    &#

13、160; 1883假想的光柵尺原點與參考點之間的距離。    LB382C：1821=40mm  1822=40+0.04=40.04mm    4、數(shù)控機床返回參考點的常見故障分析及示例    （1）常見現(xiàn)象及可能的原因    a.找不到參考點(通常會導致機床超程報警)    機床回零過程無減速動作或一直以減速回零，多數(shù)原因為減速開關及接線故障。    機床回零動作正常，但系統(tǒng)得不到一轉信號。原因可能是電

14、動機編碼器及接線或系統(tǒng)軸板故障(工廠中多數(shù)采用交換法來判別故障具體部位)。    減速開關偏移。    b. 找不準參考點(即返回參考點有偏差)    減速擋塊偏移、柵格偏移量參數(shù)設定不當、參考計數(shù)器容量參數(shù)設定不當、位置環(huán)增益設定過大、編碼器或軸板不良。    （2）常見故障實例分析    例1  某一數(shù)控車床(系統(tǒng)為FANUC-TD)回零時，X軸回零動作正常(先正方向快速運動，碰到減速開關后，能以慢速運動)，但機床出現(xiàn)系統(tǒng)因X軸硬件

15、超程而急停報警。此時Z軸回零控制正常。    根據故障現(xiàn)象和返回參考點控制原理，可以判定減速信號正常，位置檢測裝置的零標志脈沖信號不正常。產生該故障的原因可能是來自x軸進給電動機的編碼器故障 (包括連接的電纜線)或系統(tǒng)軸板故障。因為此時Z軸回零動作正常，所以可以通過采取交換方法來判斷故障部位。交換后，發(fā)現(xiàn)故障轉移到Z軸上(X軸回零操作 正常而Z軸回零出現(xiàn)報警)，則判定故障在系統(tǒng)軸板，最后更換軸板，機床恢復正常工作。    例2 某一數(shù)控車床進行鉆孔時(利用機床建立的坐標系)，發(fā)現(xiàn)孔中心偏差了一個進給絲杠的螺距誤差。 

16、0;  根據故障現(xiàn)象，返回參考點的動作過程正常，判定減速擋塊偏離導致機床回參考點不準，使得該軸碰上該擋塊時，脈沖編碼器上的零位標志剛錯過，只能等待脈沖編碼器再轉過近一周后，系統(tǒng)才能找到零標志。故障排除方法是調整減速擋塊且機床重新進行參考點的設定。    通過該故障分析，凡是機床返回參考點出現(xiàn)近似一個進給絲杠螺距誤差時，多數(shù)故障原因在減速擋塊偏離，如果有很小的偏差就應按返回參考點不準的原因進行檢查。    例3 參考計數(shù)器容量參數(shù)設定不當。    SV-45立式加工中心斷電再開機返回參考點時，X軸

17、參考點漂移。漂移量為4mm ,8mm或12mm。每次回零位置不確定。    處理：1、對調X軸、Y軸的伺服板。          2、對調原點撞塊，對調撞塊開關。          3、對調X軸和Z軸的編碼器。采用上述三種辦法問題仍未解決。    問題分析：原機床X軸采用全閉環(huán)的光柵尺，由于光柵尺的故障，取消X軸的光柵尺，將閉環(huán)改為半閉環(huán)（編碼器）時，才出現(xiàn)的。估計是參數(shù)設定不對，經反復分析，調整，發(fā)現(xiàn)1821#設定錯誤。錯誤設定為12000。    1821#：各軸的參考計數(shù)器容量