機床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的原因及處理

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序言我公司一臺FZ32五坐標高速加工中心在A軸回零過程中，經常發(fā)生回零不準確，回零后零點位置不對等問題，需要多次回零或修正系統(tǒng)參數校正零點。給設備操作和使用帶來很大的困擾和風險，稍不注意就會造成零件報廢，但是數控系統(tǒng)沒有任何報警和提示，機床照常運行。2

故障原因分析及處理FZ32五坐標高速加工中心在A軸回零過程中經常發(fā)生回零不準確，回零后零點位置不對，主要原因是機床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，回零時零點信號出現偏差，導致回零后零點位置不對。引起機床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的可能原因涉及軟件和硬件兩方面。軟件方面的原因主要有數控系統(tǒng)軟件不穩(wěn)定或遭到損壞，有關機床回零的系統(tǒng)參數設置不正確，PLC程序編寫有漏洞等。硬件方面的原因主要有光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷，接地或屏蔽不良，光柵尺或編碼器電纜及接頭有缺陷，伺服驅動的軸控制板有問題等。具體的原因要根據實際情況進行排查和處理。2.1

機床A軸回零不準確由軟件問題導致的可能性如果數控系統(tǒng)軟件內部文件丟失，病毒破壞文件數據，PLC程序編制有漏洞，致使機床運行不穩(wěn)定；或位置測量與反饋有關參數設置不合理，回零誤差大，都可能導致零點角度不準確。（1）數控系統(tǒng)軟件內部文件數據遭病毒破壞而丟失

該機床運行過程中，數控系統(tǒng)多次發(fā)生中病毒事故，導致Windows系統(tǒng)文件丟失，無法進入Windows系統(tǒng)。經過系統(tǒng)修復，完善丟失的文件后，Windows才恢復正常工作。對于機床回零問題是否由數控系統(tǒng)軟件受損引起的可能性無法排除。為確認和修復數控系統(tǒng)軟件的完好性，可以使用數控系統(tǒng)西門子840D的備份和還原功能，對數控系統(tǒng)進行修復，主要步驟是對數控系統(tǒng)和PLC進行清除復位，然后利用備份壓縮文件進行解壓還原，在數控系統(tǒng)單元中重新安裝數控系統(tǒng)和PLC文件。對該機床數控系統(tǒng)進行系統(tǒng)還原恢復后，重新起動機床進行回零測試，發(fā)現回零角度不準確的現象依然存在。檢查數控系統(tǒng)與位置測量、反饋及回零有關的參數，與設備出廠設置一致，因此參數設置變化的可能性可以排除。為徹底驗證回零不準確的現象是否由數控系統(tǒng)軟件造成，可以利用該設備的出廠離線備份文件進行系統(tǒng)覆蓋和還原。該機床交付驗收時進行了操作系統(tǒng)Windows和數控系統(tǒng)的硬盤備份，并制作了備份硬盤。對該機床更換備份硬盤后，重啟機床進行回零測試，結果回零角度不準確的問題沒有消除。因此系統(tǒng)軟件受損或參數設置不正確的可能性可以排除。（2）PLC程序編制有漏洞

PLC程序編制有漏洞，機床回零時動作不準確，也有可能導致回零錯誤，出現回零角度誤差。利用西門子S7-300軟件對該機床的PLC程序進行檢查，發(fā)現該機床的PLC程序沒有對機床A軸的回零動作進行編程，A軸的回零動作是由數控系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)參數進行設置的。因此，該機床A軸回零角度不準確的問題由PLC程序造成的可能性可以排除。2.2

機床A軸回零不準確由硬件問題導致的可能性光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷，接地或屏蔽不良，光柵尺或編碼器電纜及接頭有缺陷，伺服驅動的軸控制板有問題等都有可能導致機床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，回零時零點信號出現偏差，回零后零點位置不對，具體的原因要根據實際情況進行排查和處理。（1）光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷

如果光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷，會導致回零信號出現誤差，回零角度不準確。檢查機床A軸的編碼器（圓光柵，見圖1）和電纜，其外觀干凈無破損，線纜也沒有折損。編碼器（圓光柵）和電纜機械受損的可能性可以排除。用海德漢光柵尺測試儀PWT18對編碼器進行測試，測試結果發(fā)現該編碼器的信號波形完好無畸變，幅值正常，在1V左右（見圖2）。回零時零點信號標志穩(wěn)定正常，并且信號幅值也符合要求。因此，光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷導致回零角度誤差的可能性可以排除。

圖1

海德漢編碼器

圖2

海德漢編碼器信號測試（2）接地或屏蔽不良有缺陷

如果屏蔽層、接地線安裝不正確，或使用過程中屏蔽層、接地線接觸不良，那么屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內有時會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。如果系統(tǒng)接地與其他接地（見圖3和圖4）處理混亂，所產生的接地環(huán)流就可能在地線上產生不等電位分布，影響邏輯電路和模擬電路的正常工作。檢查設備的地線與電網配電柜地線之間的連接：連接良好，兩者之間的電阻為0。因此設備的地線與電網配電柜地線之間連接沒有問題。檢查編碼器的接地與電網配電柜地線之間的連接：連接良好，兩者之間的電阻為0。因此編碼器的接地與電網配電柜地線之間連接沒有問題。檢查編碼器的屏蔽層與電網配電柜地線之間的連接：連接良好，兩者之間的電阻為0。因此編碼器的屏蔽層與電網配電柜地線之間連接沒有問題。因此，接地或屏蔽不良有缺陷導致回零角度誤差的可能性可以排除。

圖3

配電柜地線和零線圖4

機床接地（3）伺服驅動的軸控制板有問題

對于西門子611D伺服驅動，光柵尺或編碼器（圓光柵）的電纜及信號都是接到驅動模塊的軸控制板上，由軸控制板進行相應處理后把數據送到數控系統(tǒng)。如果西門子611D伺服驅動的軸控制板有缺陷，也會造成位置測量與反饋出現誤差，導致回零角度不準確。為檢查軸控制板的可靠性，對該伺服驅動更換一個同型號的軸控制板進行測試，測試結果發(fā)現，更換新的軸控制板后，回零角度不準確的問題依舊存在，因此軸控制板不良導致回零角度誤差的可能性可以排除。（4）光柵尺或編碼器（圓光柵）電纜及接頭有缺陷

如果編碼器（圓光柵）電纜存在拉伸或折損現象，電纜接頭焊接或壓接不良會導致編碼器（圓光柵）讀數頭與軸控制板接頭之間的電阻增大，編碼器（圓光柵）輸出信號將衰減，信號減弱，若軸控制板接收到的信號強度處于臨界狀態(tài)，那么軸控制板和數控系統(tǒng)進行數據處理時就有可能造成誤差。如果軸控制板與數控系統(tǒng)對位置測量和反饋數據處理得不精確，就會導致坐標軸無法準確回零。檢查編碼器（圓光柵）電纜，從編碼器（圓光柵）接頭開始一直到軸控制板，編碼器（圓光柵）電纜沒有破損或折損現象。檢查編碼器（圓光柵）電纜接頭：編碼器（圓光柵）電纜是由兩段線連接而成，編碼器（圓光柵）自帶一段電纜（稱為電纜1）和接頭，另一段電纜（稱為電纜2）是與編碼器（圓光柵）自帶電纜連接，另一頭接到軸控制板。結果發(fā)現電纜2與編碼器（圓光柵）相聯(lián)插頭的一個針腳虛接。對該針腳進行處理后，對機床進行測試，結果故障消除，機床每次回零動作準確，零點角度都符合參數設置要求。因此可以確定，該機床回零不準確是由于插頭的針腳虛接造成，插頭針腳虛接會造成電阻增大，信