數(shù)控機(jī)床的回零及其故障診斷與分析

1、1、數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的必要性數(shù)控機(jī)床在接通電源后要做回零的操作，這是因為在機(jī)床斷電后，就失 去了對各坐標(biāo)位置的記憶，所以在接通電源后，必須讓各坐標(biāo)軸回到機(jī)床一固定 點(diǎn)上，這一固定點(diǎn)就是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)或零點(diǎn)， 也稱機(jī)床參考點(diǎn)。使機(jī)床回到 這一固定點(diǎn)的操作稱為回參考點(diǎn)或回零操作。數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的好處如下：(1) 系統(tǒng)通過返回參考點(diǎn)來確定機(jī)床的原點(diǎn)位置， 以正確建立機(jī)床坐標(biāo) 系。(2)螺距誤差補(bǔ)償及反向間隙補(bǔ)償有效，軟極限行程保護(hù)有效。圖1所示為一臥式加工中心機(jī)床參考點(diǎn)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(diǎn)后刀架卡盤中心相對機(jī)床原點(diǎn)的示意圖?；貐⒖键c(diǎn)是數(shù)控機(jī)床的重要功能

2、之一，能否正確地返回參考點(diǎn)，將會影 響到零件的加工質(zhì)量。同時，由于數(shù)控機(jī)床是多刀作業(yè)，每一把刀具的刀位點(diǎn)安 裝位置不可能 調(diào)整到同一坐標(biāo)點(diǎn)上，因此就需要用刀具補(bǔ)償來校正，如加工中 心刀具的長度補(bǔ)償和數(shù)控車床車刀刀尖的位置補(bǔ)償，這種刀具偏置的補(bǔ)償量也是 通過刀位點(diǎn)的實(shí)際位 置與由參考點(diǎn)確立的基本坐標(biāo)系比較后補(bǔ)償?shù)玫降摹?、回參考點(diǎn)的方式回參考點(diǎn)的方式因數(shù)控系統(tǒng)的類型和機(jī)床生產(chǎn)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(jī)床多采用柵格法來確定機(jī)床的參考點(diǎn)。 脈沖編碼器或光柵尺均會產(chǎn)生零位標(biāo)志信號，脈沖編碼器的零標(biāo)志信號又稱一 轉(zhuǎn)信號，每產(chǎn)生一個零標(biāo)志信號相對于坐標(biāo)軸移動一個距離，將該

3、距離按一定等 分?jǐn)?shù)分割得到的數(shù)據(jù) 即為柵格間距，其大小由參數(shù)確定。 當(dāng)伺服電機(jī)（帶脈沖編 碼器）與滾珠絲杠采用l：l直連時，一般設(shè)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(biāo)志之間的距離。采用這種增量式檢測裝置的數(shù)控機(jī) 床一般采用檔鐵與回零減速開關(guān)相配合實(shí)現(xiàn)。 隨著智能型的檢測元件的涌現(xiàn)，德 國海德漢（HEIDENHAI）N公司推出了帶距離編碼參考點(diǎn)標(biāo)志的線性測量系統(tǒng)。省去了回零減速開關(guān)， 不必返回一個固定的機(jī)床參考點(diǎn) （第一參考點(diǎn)） 且正負(fù)方 向均 可實(shí)現(xiàn)手動回零操作。帶減速擋塊的柵格信號返回參考點(diǎn)控制，目前最常見的兩種方式是FANU係統(tǒng)和Siemens系統(tǒng)的方式。FANUC

4、系統(tǒng)在返回參考點(diǎn)狀態(tài)下,按下各軸點(diǎn)動桉鈕,機(jī)床以快移速度 向機(jī)床參考點(diǎn)方向移動,當(dāng)減速擋塊碰到減速開關(guān)時,開始減速,以低速向參 考點(diǎn)方向移動。 減速開關(guān)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(zhuǎn)信號后，以低速移動一個柵格偏移量，準(zhǔn)確停在機(jī)床的參考點(diǎn)上。Siemens系統(tǒng)在返回參考點(diǎn)狀態(tài)下,按下各軸點(diǎn)動桉鈕,機(jī)床以快移速 度向機(jī)床參考點(diǎn)方向移動,當(dāng)減速擋塊碰到減速開關(guān)時,坐標(biāo)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(diǎn)行程開關(guān)。利用第1個零脈沖實(shí)現(xiàn)同步并使坐標(biāo)軸移動一個可設(shè)定的距離后 停 止。該位置就是坐標(biāo)軸的參考點(diǎn)。帶距離編碼參考點(diǎn)

5、標(biāo)志的線性測量系統(tǒng)是采用包括一個標(biāo)準(zhǔn)線性的柵格 標(biāo)志和一個與此相平行運(yùn)行的另一個帶距離編碼參考點(diǎn)標(biāo)志通道，每組兩個參考 點(diǎn)標(biāo)志的距離 是相同的，但兩組之間兩個相鄰參考點(diǎn)標(biāo)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(biāo)軸可以根據(jù)距離來確定其所處的絕對位3、數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)的調(diào)整1）采用檔鐵與回零減速開關(guān)相配合的調(diào)整數(shù)控機(jī)床各軸傳動機(jī)械拆裝后、進(jìn)給伺服電動機(jī)更換后、位置檢測裝置 修復(fù)后都將導(dǎo)致機(jī)床參考點(diǎn)位置不準(zhǔn)，需對機(jī)床的返回參考點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。通常機(jī)床參考點(diǎn)設(shè)計在機(jī)床刀架X軸正方向上，Z軸正方向上。如果機(jī) 床的刀架在機(jī)床回零操縱中要求設(shè)定固定的位置，若通過調(diào)整回零開關(guān)撞塊的方法還不能滿

6、足回零的要求，則必須通過調(diào)整機(jī)床的相應(yīng)參數(shù)來達(dá)到回零控制的要 求。機(jī)床相應(yīng)參數(shù)調(diào)整步驟如下（以FANUC 0i為例）：（1）預(yù)置參數(shù)1006第5位（ZMIx）確定兩軸回零的方向。（2）預(yù)置參數(shù)1850項，X軸柵格調(diào)整的預(yù)置值。如X軸絲杠螺距為6mm那么預(yù)置值為6000。(3) 預(yù)置參數(shù)1850項，Z軸柵格調(diào)整量的預(yù)置值。如Z軸絲杠螺距為6mm那么預(yù)置值也為6000。(4)用手動方法使機(jī)床刀架回到機(jī)床參考點(diǎn)。(5)機(jī)床回到零后，X、Z位置顯示與規(guī)定值進(jìn)行比較。當(dāng)顯示的坐標(biāo)值大于規(guī)定值半個螺距時，先調(diào)整撞塊使之接近規(guī)定值， 重新將刀架移動到原起點(diǎn)， 再進(jìn)行第4步操作，反復(fù)調(diào)整撞塊使顯示值大于或小

7、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(yù)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(jié)果重新分別設(shè)置參數(shù)1850項(單位0.001mm)。規(guī)定零點(diǎn)坐標(biāo)：X=260000Z=500000回零后坐標(biāo)顯示：X=262000Z=5010001850項X參數(shù)設(shè)定為6000(262.000260. 000)X1000 =400 01850項Z參數(shù)設(shè)定為6000(501.000500. 000)X1000=5000(6)重新進(jìn)行第4、5項操作，使機(jī)床刀架回零坐標(biāo)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(biāo)值)和Z:500000。(8)機(jī)床斷電

8、重新送電，進(jìn)行回零操作，轉(zhuǎn)塔刀架就按規(guī)定的距離精確地 回到零點(diǎn)，并在顯示屏上顯示出機(jī)床零點(diǎn)的坐標(biāo)值。2)帶距離編碼光柵尺調(diào)整Siemens840D系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)定：34000參數(shù)設(shè)為零(不用返回參考點(diǎn)減速開關(guān)信號)。34060參數(shù)設(shè)為返回參考點(diǎn)最大移動距離=兩倍直線光柵尺標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn) 標(biāo)志柵格間距。34090參數(shù)設(shè)為返回參考點(diǎn)偏移值。34200參數(shù)設(shè)為3(選擇距離編碼光柵尺)。34300參數(shù)設(shè)為直線光柵尺標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)標(biāo)志柵格間距。34310參數(shù)設(shè)為光柵尺信號節(jié)距例如：海德漢（HEIDENHAI）N LB382C34300=40mm; 34060=80mm; 34310=0.04mm;FANUC 0

9、i-c系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)定:1802第1位設(shè)為零,使用3參考點(diǎn)檢測回零點(diǎn)。1815第1位第2位均設(shè)為1，選擇了帶距離編碼參考點(diǎn)標(biāo)志的直線光柵 尺。1821設(shè)為直線光柵尺標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)標(biāo)志柵格間距。（相鄰兩markl之間的 距離）。1882設(shè)為相鄰兩mark2之間的距離。1883假想的光柵尺原點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的距離。LB382C：1821=40mm 1822=40+0.04=40.04mm4、數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)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(diǎn)（通常會導(dǎo)致機(jī)床超程報警）機(jī)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(guān)及接 線故障。機(jī)床回零動作正常，但系統(tǒng)得不到一轉(zhuǎn)信號

10、。原因可能是電動機(jī)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(guān)偏移。b.找不準(zhǔn)參考點(diǎn)（即返回參考點(diǎn)有偏差）減速擋塊偏移、柵格偏移量參數(shù)設(shè)定不當(dāng)、參考計數(shù)器容量參數(shù)設(shè)定不當(dāng)、位置環(huán)增益設(shè)定過大、編碼器或軸板不良。（2）常見故障實(shí)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(yùn)動，碰到減速開關(guān)后，能以慢速運(yùn)動），但機(jī)床出現(xiàn)系統(tǒng)因X軸硬 件超程而急停報警。此時Z軸回零控制正常。根據(jù)故障現(xiàn)象和返回參考點(diǎn)控制原理，可以判定減速信號正常，位置檢 測裝置的零標(biāo)志脈沖信號不正常。產(chǎn)生該故障的原因可能是來自x軸進(jìn)給電動機(jī) 的編碼器故障（

11、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(zhuǎn)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(jī)床恢復(fù)正常工作。例2某一數(shù)控車床進(jìn)行鉆孔時（利用機(jī)床建立的坐標(biāo)系），發(fā)現(xiàn)孔中心 偏差了一個進(jìn)給絲杠的螺距誤差。根據(jù)故障現(xiàn)象，返回參考點(diǎn)的動作過程正常，判定減速擋塊偏離導(dǎo)致機(jī) 床回參考點(diǎn)不準(zhǔn)， 使得該軸碰上該擋塊時， 脈沖編碼器上的零位標(biāo)志剛錯過， 只 能等待脈沖編碼器再轉(zhuǎn)過近一周后，系統(tǒng)才能找到零標(biāo)志。故障排除方法是調(diào)整 減速擋塊且機(jī)床重新進(jìn)行參考點(diǎn)的設(shè)定。通過該故障分析，凡是機(jī)床返回參考點(diǎn)出現(xiàn)近似一個進(jìn)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(yīng)按返回參考點(diǎn)不準(zhǔn)的 原因進(jìn)行檢查。例3參考計數(shù)器容量參數(shù)設(shè)定不當(dāng)。SV-45立式加工中心斷電再開機(jī)返回參考點(diǎn)時，X軸參考點(diǎn)漂移。漂移量 為4mm ,8mn或12mm每次回零位置不確定。處理：1、對調(diào)X軸、Y軸的伺服板2、對調(diào)原點(diǎn)撞塊，對調(diào)撞塊開關(guān)。3、對調(diào)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(jī)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