加工中心參考點及其故障診斷

1、加工中心參考點及其故障診斷所謂加工中心參考點又名原點或零點， 是機床的機械原點和電氣原點相重合的點， 是原點復 歸后機械上固定的點。 每臺機床可以有一個參考原點， 也可以據(jù)需要設置多個參考原點， 用 于自動刀具交換(ATC)或自動拖盤交換(APC)等。參考點作為工件坐標系的原始參照系， 機床參考點確定后，各工件坐標系隨之建立。所謂機械原點，是基本機械坐標系的基準點， 機械零部件一旦裝配完畢， 機械原點隨即確立。 所謂電氣原點， 是由機床所使用的檢測反饋 元件所發(fā)出的柵點信號或零標志信號確立的參考點。 為了使電氣原點與機械原點重合， 必須 將電氣原點到機械原點的距離用一個設置原點偏移量的參數(shù)進行

2、設置。這個重合的點就是機床原點。 在加工中心使用過程中， 機床手動或者自動回參考點操作是經(jīng)常進行的動作。 不管 機床檢測反饋元件是配用增量式脈沖編碼器還是絕對式脈沖編碼器，在某些情況下， 如進行ATC 或 APC 過程中，機床某一軸或全部軸都要先回參考原點。按機床檢測元件檢測原點信號方式的不同， 返回機床參考點的方法有兩種。 一種為柵 點法， 另一種為磁開關法。 在柵點法中， 檢測器隨著電機一轉(zhuǎn)信號同時產(chǎn)生一個柵點或一個 零位脈沖， 在機械本體上安裝一個減速撞塊及一個減速開關后， 數(shù)控系統(tǒng)檢測到的第一個柵 點或零位信號即為原點。 在磁開關法中， 在機械本體上安裝磁鐵及磁感應原點開關， 當磁感

3、應原點開關檢測到原點信號后， 伺服電機立即停止， 該停止點被認作原點。 柵點方法的特點 是如果接近原點速度小于某一固定值， 則伺服電機總是停止于同一點， 也就是說， 在進行回 原點操作后， 機床原點的保持性好。 磁開關法的特點是軟件及硬件簡單， 但原點位置隨著伺 服電機速度的變化而成比例地漂移，即原點不確定。目前，幾乎所有的機床都采用柵點法。使用柵點法回機床原點的幾種情形如下：1 使用增量檢測反饋元件的機床開機后的第一次回機床原點；2 使用絕對式檢測反饋元件的機床安裝后調(diào)試時第一次機床開機回原點；3 柵點偏移量參數(shù)設置調(diào)整后機床第一次手動回原點。按照檢測元件測量方式的不同分為以絕對脈沖編碼器方

4、式歸零和以增量脈沖編碼器 方式歸零。在使用絕對脈沖編碼器作為測量反饋元件的系統(tǒng)中，機床調(diào)試前第一次開機后， 通過參數(shù)設置配合機床回零操作調(diào)整到合適的參考點后， 只要絕對脈沖編碼器的后備電池有 效，此后的每次開機，不必進行回參考點操作。在使用增量脈沖編碼器的系統(tǒng)中，回參考點有兩種模式， 一種為開機后在參考點回零模式各軸手動回原點， 每一次開機后都要進行手動 回原點操作；另一種為使用過程中，在存儲器模式下的用G 代碼指令回原點。使用增量式脈沖編碼器作為測量反饋元件的機床開機手動回原點的動作過程一般有 以下三種：1. 手動回原點時，回原點軸先以參數(shù)設置的快速進給速度向原點方向移動，當原點減 速撞塊壓

5、下原點減速開關時， 伺服電機減速至由參數(shù)設置的原點接近速度繼續(xù)向前移動， 當 減速撞塊釋放原點減速開關后，數(shù)控系統(tǒng)檢測到編碼器發(fā)出的第一個柵點或零標志信號時， 歸零軸停止，此停止點即為機床參考點。2. 回原點軸先以快速進給速度向原點方向移動，當原點減速開關被減速撞塊壓下時， 回原點軸制動到速度為零， 在以接近原點速度向相反方向移動， 當減速撞塊釋放原點接近開 關后， 數(shù)控系統(tǒng)檢測到檢測反饋元件發(fā)出的第一個柵點或零標志信號時，回零軸停止， 該點即機床原點。3. 回原點時，回原點軸先以快速進給速度向原點方向移動，當原點減速撞塊壓下原點 減速開關時， 回歸原點軸制動到速度為零， 再向相反方向微動，

6、當減速撞塊釋放原點減速開 關時， 歸零軸又反向沿原快速進給方向移動， 當減速撞塊再次壓下原點減速開關時， 歸零軸 以接近原點速度前移， 減速撞塊釋放減速開關后， 數(shù)控系統(tǒng)檢測到第一個柵點或零標志信號 時，歸零軸停止，機床原點隨之確立。使用增量式檢測反饋元件的機床開機第一次各伺服軸手動回原點大多采用撞塊式復 歸，其后各次的原點復歸可以用 G 代碼指令以快速進給速度高速復歸至第一次原點復歸時 記憶的參考點位置。進一步從數(shù)控系統(tǒng)控制過程來分析機床原點的復歸， 機床在回機床原點模式下， 伺服 電機以大于某一固定速度的進給速度向原點方向旋轉(zhuǎn)，當數(shù)控系統(tǒng)檢測到電機一轉(zhuǎn)信號時， 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的參考計數(shù)器被清零

7、。 如果通過參數(shù)設置了柵點偏移量， 則參考計數(shù)器內(nèi)也自動 被設定為和柵點偏移量相等的值。 此后， 參考計數(shù)器就成為一個環(huán)行計數(shù)器。 當計數(shù)器對移 動指令脈沖計數(shù)到參考計數(shù)器設定的值時被復位， 隨著一轉(zhuǎn)信號的出現(xiàn)產(chǎn)生一個柵點。 當減 速撞塊壓下原點減速開關時， 電機減速到接近原點速度運行， 撞塊釋放原點減速開關后， 電 機在下一個柵點停止， 產(chǎn)生一個回原點完成標志信號， 參考位置被復位。 電源開啟后第二次 返回原點， 由于參考計數(shù)器已設置， 柵點已建立， 因此可以直接返回原點位置。使用絕對檢 測反饋元件的機床第一次回原點時， 首先數(shù)控系統(tǒng)與絕對式檢測反饋元件進行數(shù)據(jù)通信以建 立當前的位置， 并計

8、算當前位置到機床原點的距離及當前位置到最近柵點的距離， 將計算值 賦給計數(shù)器，柵點被確立。當加工中心回參考點出現(xiàn)故障時， 首先由簡單到復雜進行檢查。 先檢查原點減速憧塊 是否松動， 減速開關固定是否牢固， 開關是否損壞，若無問題，應進一步用百分表或激光測 量儀檢查機械相對位置的漂移量， 檢查減速撞塊的長度， 檢查回原點起始位置、 減速開關位 置與原點位置的關系， 檢查回原點模式， 是否是在開機后的第一次回原點， 是否采用絕對脈 沖編碼器， 伺眼電機每轉(zhuǎn)的運動量、 指令倍比及檢測倍乘比， 檢查回原點快速迸給速度的參 數(shù)設置、 接近原點速度的參數(shù)設置及快速進給時間常數(shù)的參數(shù)設置是否合適，檢查系統(tǒng)是

9、全閉環(huán)還是半閉環(huán)，檢查參考計數(shù)器設置是否適當?shù)??；卦c故障現(xiàn)象及診斷調(diào)整步驟如下：1機床回原點后原點漂移檢查是否采用絕對脈沖編碼器，如果采用，診斷及調(diào)整步 驟見使用絕對脈沖編碼器的機床回原點時的原點漂移； 若是采用增量脈沖編碼器的機床， 應 確定系統(tǒng)是全閉環(huán)還是半閉環(huán)， 若為全閉環(huán)系統(tǒng)， 診斷調(diào)整步驟見全閉環(huán)系統(tǒng)中的原點偏移； 若為半閉環(huán)系統(tǒng)， 用百分表或激光測量儀檢查機械相對位置是否漂移。 若不漂移， 只是位置 顯示有偏差，檢查是否為工件坐標系偏置無效。在機床回原點后，機床 CRT 位置顯示為一 非零值， 該值取決于某些諸如工件坐標系偏置一類的參數(shù)設置。 若機械相對位置偏移， 確定 偏移量。

10、 若偏移量為一柵格， 診斷方法見原點漂移一柵點的處理步驟。 若漂移量為數(shù)個脈沖， 見原點漂移數(shù)個脈沖的診斷步驟。 否則檢查脈沖數(shù)量和參考計數(shù)器的值是否匹配。 如不匹配， 修正參考計數(shù)器的值使之匹配；如果匹配，則脈沖編碼器壞，需要更換。2.使用絕對脈沖編碼器的機床回原點時的原點漂移首先檢查并重新設置與機床回原點有關的檢測絕對位置的有關參數(shù)， 重新再試一次回原點 操作，若原點仍漂移，檢查機械相對是否有變化。如無漂移，只是位置顯示有偏差，則檢查 工件坐標偏置是否有效；若機械位置偏移，則絕對脈沖編碼器故障。3全閉環(huán)系統(tǒng)中的原點漂移先檢查半閉環(huán)系統(tǒng)回原點的漂移情況， 如果正常， 應檢查電機一轉(zhuǎn)標志信號是

11、否由半閉環(huán) 系統(tǒng)提供， 檢查有關參數(shù)設置及信號電纜聯(lián)接。 如參數(shù)設置正常， 則光柵尺等線性測量元件 不良或其接口電路故障。如參數(shù)設置不正確，則修正設置重試。4原點漂移一個柵點先減小由參數(shù)設置的接近原點速度， 重試回原點操作， 若原點不漂移， 則為減速撞塊太短 或安裝不良。 可通過改變減速撞塊或減速開關的位置來解決， 也可通過設置柵點偏移改變電 氣原點解決。當一個減速信號由硬件輸出后，到數(shù)字伺服軟件識別這個信號需要一定時間， 因此當減速撞塊離原點太近時軟件有時捕捉不到原點信號，導致原點漂移。如果減小接近原點速度參數(shù)設置后，重試原點復歸，若原點仍漂移，可減小 快速進給 速度或快速進給時間常數(shù)的參數(shù)

12、設置， 重回原點。 若時間常數(shù)設置太大或減速撞塊太短， 在 減速撞塊范圍內(nèi)， 進給速度不能到達接近原點速度， 當接近開關被釋放時， 即使柵點信號出 現(xiàn)，軟件在未檢測進給速度到達接近速度時，回原點操作不會停止，因而原點發(fā)生漂移。重新回原點， 原點仍有偏移， 應檢查參若減小快進時間常數(shù)或快速進給速度的設置，考計數(shù)器設置的值是否有效，修正參數(shù)設置。5原點漂移數(shù)個脈沖若只是在開機后第一次回原點時原點漂移， 則為零標志信號受干擾失效。 為防止噪聲 干擾， 應確保電纜屏蔽線接地良好， 安裝必要的火花抑制器， 不要使檢測反饋元件的通信電 纜線與強電線纜靠得大近。 若并非僅在開機首次回原點時原點變化， 應修正

13、參考計數(shù)器的設定值。如果通過上述步驟檢查仍不能排除故障， 否損壞， 伺服電機與工作臺的聯(lián)軸器是否松動， 是否正常及伺服放大器板是否正常等。應檢查編碼器電源電壓是否太低， 編碼器是 系統(tǒng)主電路板是否正常， 有關伺服軸電路板原點故障例：1臺灣 DM4400M 加工中心發(fā)生 Z 軸方向加工尺寸不穩(wěn)定，尺寸超差且無規(guī)律的故 障，也就是說， Z 軸原點出現(xiàn)無規(guī)律的漂移， CRT 及伺服放大器無任何報警顯示。該加工中 心采用三菱 M3 系統(tǒng)， 半閉環(huán)控制方式， 交流伺服電機與滾珠絲杠通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接。根 據(jù)故障現(xiàn)象結(jié)合該機采用的控制方式、 聯(lián)接方式進行分析， 故障原因可能是聯(lián)軸器聯(lián)接螺釘 松動，導致聯(lián)軸

14、器與滾珠絲杠或伺服電機軸間滑動。對 Z 軸聯(lián)軸器聯(lián)接進行檢查，發(fā)現(xiàn)聯(lián) 軸器六只緊定螺釘都出現(xiàn)松動。緊定螺釘后，故障排除。2臺灣 DM4400M 加工中心使用中出現(xiàn)換刀位置有的班次不對，有的班次正常的故 障。換刀位置發(fā)生變化時，被加工工件的 Z 向加工尺寸也相應變化，且與換刀位置的變化 相對應。無任何報警顯示。 該加工中心采用三菱 M3 數(shù)控系統(tǒng)。 開機回參考點采用下列方式： 安裝于伺服電機端部的位置編碼器每轉(zhuǎn)360有一定數(shù)量的等距離的柵點，兩個柵點間的距離叫柵點間隔。 開機手動回參考點時， 軸先以參數(shù)設定的回參點速度向參考點快速移動， 當 接近參考點減速撞塊壓下回參考點減速行程開關時，軸以參數(shù)設立的較低的接近速度移動， 當接近參考點撞塊離開回參考點減速行段開關時， 編碼器檢測到的第一個柵點的位置為參考 點復歸的位置。 由于機械有其固有的機械原點， 故要求電氣原點要和機械原點一致。 機械原 點和電氣原點問的偏移叫參考點偏移，