機(jī)床零點(diǎn)漂移

1、數(shù)控機(jī)床零點(diǎn)漂移的研究時(shí)間：2011-08-13 09:23:11 來(lái)源：自動(dòng)化應(yīng)用雜志社 作者：王熙梅摘要：通過(guò)對(duì)半閉環(huán)與全閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床回零原理的分析，闡述機(jī)床零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的原因，以及對(duì)機(jī)床零點(diǎn)漂移的一些關(guān)鍵性解決辦法。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；回零；半閉環(huán)；全閉環(huán) Research on Zero drift of CNC machine toolWang Xi-mei(Yangzhou Electric Power Equipment Repair & Manufacture Factory, Yangzhou 225003, China)Abstract: Through a 0

2、概述數(shù)控機(jī)床的回零操作是數(shù)控機(jī)床控制操作中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。數(shù)控操作規(guī)程明確指出，機(jī)床通電后首先必須進(jìn)行回零操作，以確定機(jī)床原點(diǎn)和機(jī)床坐標(biāo)系，為后續(xù)建立工件坐標(biāo)系和工件原點(diǎn)提供基準(zhǔn)點(diǎn)。同時(shí)數(shù)控機(jī)床的各種刀具補(bǔ)償、間隙補(bǔ)償、軸向補(bǔ)償以及其他精度補(bǔ)償措施能否發(fā)揮正確作用，也完全取決于數(shù)控機(jī)床能否回到正確的零點(diǎn)位置。機(jī)床精度之所以得以保證，其中有一個(gè)重要方面是通過(guò)各個(gè)軸的回零來(lái)確定機(jī)床的絕對(duì)坐標(biāo)，而被加工箱體各個(gè)面相對(duì)坐標(biāo)的確定是以機(jī)床絕對(duì)坐標(biāo)為前提的。零點(diǎn)的漂移會(huì)造成絕對(duì)坐標(biāo)與實(shí)際位置之間產(chǎn)生錯(cuò)誤，從而使相對(duì)坐標(biāo)與箱體位置之間產(chǎn)生錯(cuò)誤，輕則產(chǎn)生較大的重復(fù)定位誤差，導(dǎo)致箱體報(bào)廢，重則撞壞刀具乃至對(duì)

3、機(jī)床床身造成嚴(yán)重的破壞。1 機(jī)床回零的工作原理目前，數(shù)控機(jī)床一般采用的檢測(cè)裝置為脈沖編碼器、光柵或磁尺。根據(jù)檢測(cè)裝置的不同，回零方法也可以分為柵格法或磁開(kāi)關(guān)法。其中，磁開(kāi)關(guān)法存在定位漂移的現(xiàn)象，行業(yè)內(nèi)較少采用，因此許多機(jī)床均采用柵格法回零。柵格法回零又可根據(jù)檢測(cè)元件的計(jì)量方式不同，分為絕對(duì)柵格法回零和增量柵格法回零2種具體的操作方法。采用絕對(duì)柵格法回零的數(shù)控機(jī)床，在有后備存貯器電池支持的情況下，只需在機(jī)床第1次開(kāi)機(jī)調(diào)試時(shí)進(jìn)行回零操作調(diào)整，因?yàn)橐院竺看伍_(kāi)機(jī)后均記錄有零點(diǎn)位置信息，也就不必再重復(fù)進(jìn)行回零操作，而增量柵格法回零則每次均須進(jìn)行回零操作。加工中心與數(shù)控機(jī)床的位置環(huán)控制有半閉環(huán)系統(tǒng)與全閉環(huán)

4、系統(tǒng)2種，機(jī)床的工作原理與回零有所差異，不同的軸的運(yùn)轉(zhuǎn)方式不一樣其回零方式也存在差異。分別以2類數(shù)控機(jī)床的X軸為例介紹2個(gè)系統(tǒng)的回零工作原理（半閉環(huán)系統(tǒng)以法挪科0TD系統(tǒng)為例，全閉環(huán)系統(tǒng)以西門子840D系統(tǒng)的臥式加工中心為例）。1.1半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)的軸控制原理如圖1所示?；亓銜r(shí)在MDI方式下按 “HOME”鍵與“ X +”鍵，產(chǎn)生X軸回零的計(jì)算機(jī)指令,數(shù)控系統(tǒng)NC輸出控制信號(hào)，經(jīng)A/DA轉(zhuǎn)換后，以恒定的速度V傳送給X軸伺服控制器，X軸伺服控制器控制X軸伺服電機(jī)M沿著X軸正向移動(dòng)。當(dāng)X軸壓下回零開(kāi)關(guān)SQ31C，產(chǎn)生0信號(hào)給PLC輸入端X16.5，PLC將該邏輯通過(guò)數(shù)據(jù)方式上傳給數(shù)控系統(tǒng)NC

5、，NC給出回零減速信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，以恒定的速度V0傳送給X軸伺服控制器，X軸伺服控制器控制X軸伺服電機(jī)M沿著X軸正向低速移動(dòng)，當(dāng)X軸釋放回零開(kāi)關(guān)SQ31C，產(chǎn)生1信號(hào)給PLC輸入端X16.5，PLC將邏輯上傳給NC給出位置信號(hào)，X軸旋轉(zhuǎn)額定螺距后停車，系統(tǒng)置X軸坐標(biāo)為零，作為X軸的機(jī)床絕對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)。半閉環(huán)回零時(shí)序圖見(jiàn)圖2。圖1 半閉環(huán)系統(tǒng)的軸控制原理 1.2全閉環(huán)系統(tǒng)全閉環(huán)系統(tǒng)的軸控制原理如圖3所示。回零時(shí),在回零方式下移動(dòng)撥碼盤指向X軸位置,按下 “+ ”鍵產(chǎn)生X軸回零的計(jì)算機(jī)指令,NC輸出信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，以恒定的速度V傳送給伺服放大器，伺服放大器控制伺服電機(jī)M沿著X軸正向移動(dòng)，當(dāng)X

6、軸壓下回零開(kāi)關(guān)050-S1，產(chǎn)生1信號(hào)給PLC輸入端I16.0，PLC將邏輯上傳給NC給出回零減速信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，以恒定的速度-V0傳送給X軸伺服控制器，X軸伺服控制器控制X軸伺服電機(jī)M沿著X軸負(fù)向低速移動(dòng)，此時(shí)在光柵尺上尋找零脈沖，一旦找到第一個(gè)零脈沖給出位置信號(hào)，然后置X軸坐標(biāo)為額定值，作為X軸的機(jī)床絕對(duì)坐標(biāo)值。全閉環(huán)回零時(shí)序圖如圖4所示。2零點(diǎn)漂移的原因回零操作作為機(jī)床操作的重要步驟，其正確性是確保零件加工質(zhì)量是否合格的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。根據(jù)我們長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)和對(duì)回零故障特點(diǎn)的分析可知，回零故障主要有以下幾種表現(xiàn)形式。（1）回零開(kāi)關(guān)失靈。由于零點(diǎn)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了問(wèn)題，PLC沒(méi)有產(chǎn)生信號(hào)反饋，檢測(cè)

7、元件或接口電路某一部分遭受損壞也會(huì)導(dǎo)致這樣的問(wèn)題。一般無(wú)法回零，由圖2和圖4可知，即便能回零，也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的錯(cuò)誤。（2）回零開(kāi)關(guān)的位置有變化。這是由于零點(diǎn)開(kāi)關(guān)位置設(shè)置不當(dāng)（具體又可分為松動(dòng)、調(diào)整不當(dāng)2種情況）、機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)間隙或參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)仍蛩鶎?dǎo)致。由于機(jī)床維修時(shí)（如檢修回零開(kāi)關(guān)或床身）或機(jī)床受外力（如撞車、強(qiáng)力振動(dòng)）會(huì)導(dǎo)致回零開(kāi)關(guān)的位置變化，由圖2和圖4可知，此時(shí)回零減速的位置產(chǎn)生了變化，因此無(wú)論半閉環(huán)還是全閉環(huán)系統(tǒng)回零點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生變化。（3）光柵尺的位置有變化。在全閉環(huán)系統(tǒng)中才會(huì)有光柵尺，光柵尺在清洗后（西門子840D系統(tǒng)中出現(xiàn)1322報(bào)警，是測(cè)量系統(tǒng)有故障，此時(shí)可以用清洗的辦法來(lái)清洗光

8、柵尺），安裝位置必然會(huì)產(chǎn)生變化，則第一零脈沖位置也會(huì)產(chǎn)生變化，由圖4可知，回零點(diǎn)也必然會(huì)產(chǎn)生變化。（4）伺服速度環(huán)有故障。該回零故障的引起，主要原因是伺服控制器出現(xiàn)了問(wèn)題，執(zhí)行回零減速命令，機(jī)床仍很快前進(jìn)，因速度太快，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生接受錯(cuò)誤的或不是正確位置的零脈沖。（5）其它故障。光柵尺的零脈沖或位置編碼器有故障，都會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的零脈沖，使響應(yīng)的零脈沖不是真正的第一零脈沖。3 解決辦法故障時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)3種現(xiàn)象，根據(jù)不同的故障現(xiàn)象作出相應(yīng)的對(duì)策，對(duì)于不同的系統(tǒng)，采取的方法也不盡相同。（1）無(wú)回零減速。即回零開(kāi)關(guān)沒(méi)有接觸到，或回零開(kāi)關(guān)已損壞。方法是應(yīng)打開(kāi)診斷畫(huà)面或動(dòng)態(tài)梯形圖，查閱相應(yīng)的軸的輸入點(diǎn)（如果

9、是法挪科X軸則查X16.0）是否與圖2或圖4的波形一致，如不一致更換相應(yīng)的開(kāi)關(guān)或電纜線即可。一臺(tái)采用西門子SINUMERIK 840D的數(shù)控銑床，開(kāi)機(jī)后X軸找不到參考點(diǎn)，且一起運(yùn)動(dòng)到極限限位，產(chǎn)生限位報(bào)警。根據(jù)以上故障現(xiàn)象分析，可能是零點(diǎn)開(kāi)關(guān)有問(wèn)題。使用編程器監(jiān)控發(fā)現(xiàn)DB31.DBX12.7的輸出狀態(tài)一直為零，表明在坐標(biāo)軸回參考點(diǎn)時(shí)沒(méi)有變化，這就證明了零點(diǎn)開(kāi)關(guān)部位出現(xiàn)了問(wèn)題。經(jīng)檢查零點(diǎn)開(kāi)關(guān)沒(méi)有問(wèn)題，于是再檢查電氣連線，發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)端子連線折斷，致使PLC得不到零點(diǎn)開(kāi)關(guān)的變化信號(hào)，因而造成回零信號(hào)無(wú)輸出，只須重新連接線路。（2）回零點(diǎn)產(chǎn)生了變化但能保持此變化?；亓汩_(kāi)關(guān)的位置與原來(lái)有變化，而以后則能保

10、持在新的位置上，可以使用移動(dòng)開(kāi)關(guān)位置的辦法，但一般采用改變相對(duì)坐標(biāo)系與第二參考點(diǎn)的辦法（法挪科X軸第二參考點(diǎn)參數(shù)號(hào)為735）。全閉環(huán)系統(tǒng)除了以上的方法還可以修改回零點(diǎn)的賦值（西門子840D系統(tǒng)的X軸的零點(diǎn)賦值參數(shù)號(hào)為NC2400）。 （3）回零點(diǎn)產(chǎn)生了變化但不能保持此變化。每一次回零都有不同的結(jié)果，無(wú)重復(fù)定位精度可言。對(duì)于半閉環(huán)系統(tǒng)，回零開(kāi)關(guān)在釋放時(shí)的隨動(dòng)誤差與系統(tǒng)的檢測(cè)造成零點(diǎn)漂移，一般是上升或下降10mm（即上升或下降一個(gè)螺距）。方法是將回零開(kāi)關(guān)或檔塊向前或向后微移，或?qū)⒒亓銠n塊變陡，使用這2種方法要求有一定的工作經(jīng)驗(yàn)。另一種方法是修改零點(diǎn)偏移量，調(diào)整方法是搖動(dòng)手輪移動(dòng)相應(yīng)的軸，至回零開(kāi)關(guān)

11、釋放點(diǎn)，與回零點(diǎn)比較記下誤差，如此重復(fù)數(shù)10次，計(jì)算平均值，要求保證誤差平均值最佳為5060（因?yàn)樵?100m范圍內(nèi)為本螺距，而在-1000m和100200m分別為上、下一個(gè)螺距）。否則根據(jù)公式修改相應(yīng)的零點(diǎn)偏移量（法挪科X軸零點(diǎn)偏移量參數(shù)號(hào)為508，出廠設(shè)定為0），公式為:零點(diǎn)偏移量參數(shù)值=50-誤差平均值，如法挪科系統(tǒng)X軸誤差平均值為-20，根據(jù)公式將508號(hào)參數(shù)改為70。對(duì)于全閉環(huán)系統(tǒng)，該現(xiàn)象則與回零開(kāi)關(guān)無(wú)關(guān)，是光柵尺的零脈沖有故障，應(yīng)對(duì)光柵尺進(jìn)行清洗，若無(wú)效則光柵尺需要更換。（4）其它故障現(xiàn)象。若是伺服放大器或位置編碼器故障，由于涉及更多方面的問(wèn)題在此就不一一敘述。常用的方法是替換法，

12、值得注意的是西門子840D系統(tǒng)更換伺服放大器時(shí)要調(diào)整好參數(shù)板。數(shù)控機(jī)床開(kāi)機(jī)回零命令不執(zhí)行，且手動(dòng)時(shí)也不動(dòng)這一類回零操作故障的引起，原因很可能是機(jī)床伺服系統(tǒng)的伺服軸的使用條件不滿足。此時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行檢查和診斷。一臺(tái)采用西門子SINUMERIK 880的數(shù)控銑鏜床，開(kāi)機(jī)后X軸回不了參考點(diǎn)。觀察其回零的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)X軸有減速過(guò)程，也有返程過(guò)程，但返程后始終保持運(yùn)行，直到壓上限位開(kāi)關(guān)，這說(shuō)明零點(diǎn)開(kāi)關(guān)無(wú)問(wèn)題，問(wèn)題出在零點(diǎn)脈沖上。但檢查光柵尺零點(diǎn)脈沖的晃片時(shí)也并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常之處，經(jīng)反復(fù)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)零點(diǎn)開(kāi)關(guān)被壓上時(shí)，光柵尺的讀數(shù)頭應(yīng)該對(duì)到晃片上，而事實(shí)上光柵尺的讀數(shù)頭與晃片兩者并沒(méi)有對(duì)齊，因此沒(méi)能找到零點(diǎn)信號(hào)。此類故障只需移動(dòng)晃片將其與讀數(shù)頭位置對(duì)準(zhǔn)，故障自然就會(huì)消失。4 結(jié)語(yǔ)機(jī)床回零出現(xiàn)故障后，應(yīng)從故障現(xiàn)象著手，根據(jù)機(jī)床報(bào)警信號(hào)及指示燈狀態(tài)，及時(shí)認(rèn)真分析故障產(chǎn)生的原因，本著由簡(jiǎn)到難、由外到內(nèi)，先機(jī)械、后電氣的原則進(jìn)行查找，就一定能找到