教學(xué)案例1機(jī)床不能正常返回參考點(diǎn)

1、教學(xué)案例 1機(jī)床不能正常返回參考點(diǎn)參考點(diǎn)（Reference point） 是數(shù)控廠家通過(guò)在伺服軸上建立一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定不變的物理位置作為參考點(diǎn)，又稱電氣柵格。所謂返回參考點(diǎn)，嚴(yán)格意義上是回到電氣柵格零點(diǎn)。（數(shù)控機(jī)床分為機(jī)械坐標(biāo)零點(diǎn)、工件坐標(biāo)零點(diǎn)、電氣柵格零點(diǎn) 參考點(diǎn)。我們加工時(shí)所使用的工件坐標(biāo)零點(diǎn)（G54G59） ，是在參考點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定量的偏置而生成的（通過(guò)參數(shù)）。所以當(dāng)參考點(diǎn)一致性出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，工件零點(diǎn)的一致性也喪失，加工精度更無(wú)從保證。目前建立參考點(diǎn)的方式主要分為兩種：(1)增量方式（ reference position with dogs）也稱為有檔塊回零 ,在每次開(kāi)電后，需要手動(dòng)返

2、回參考點(diǎn)，當(dāng)“機(jī)械檔塊 ”碰到減速開(kāi)關(guān)后減速，并尋找零位脈沖，建立零點(diǎn)。一旦關(guān)斷電源，零點(diǎn)丟失。(2)絕對(duì)坐標(biāo)方式（ absolute-position detector）每次開(kāi)電后不需要回零操作， 零點(diǎn)一旦建立， 通過(guò)后備電池將絕對(duì)位置信息保存在特定的SRAM 區(qū)中，斷電后位置信息也不丟失，這種形式被稱為絕對(duì)零點(diǎn)。不能正常返回參考點(diǎn)（增量方式）故障表現(xiàn)形式為：情況 1：手動(dòng)回零時(shí)不減速，并伴隨超程報(bào)警情況 2：手動(dòng)回零有減速動(dòng)作，但減速后軸運(yùn)動(dòng)不停止直至90# 報(bào)警 伺服軸找不到零點(diǎn)情況 3：手動(dòng)回零方式下根本沒(méi)有軸移動(dòng)那么我們從分析整個(gè)返回參考點(diǎn)的工作過(guò)程和工作原理入手。原理及過(guò)程過(guò)程分析

3、：1)回參考點(diǎn)方式有效（ ZRN ） （MD1/MD4 ） 對(duì)應(yīng) PMC 地址 G43.7=1，G43.0=1/G43.2=1。2)軸選擇（ +/-Jx）有效 對(duì)應(yīng) PMC 地址 G100G102=1。3)減速開(kāi)關(guān)讀入信號(hào)（ *DECx ） 對(duì)應(yīng) PMC 地址 X9.0X9.3 或 G196.03=101。4)電氣格被讀入，找到參考點(diǎn)。增量式回零過(guò)程：圖 13-1 回參考點(diǎn)過(guò)程這里需要詳細(xì)說(shuō)明的是“電氣柵格 ”。FANUC 數(shù)控系統(tǒng)除了與一般數(shù)控系統(tǒng)一樣，在返回參考點(diǎn)時(shí)需要尋找真正的物理柵格 編碼器的一轉(zhuǎn)信號(hào)（如圖13-1 所示），或光柵尺的柵格信號(hào)（如圖13-2 所示）。并且還要在物理柵格的

4、基礎(chǔ)上再加上一定的偏移量 柵格偏移量（ 1850#參數(shù)中設(shè)定的量），形成最終的參考點(diǎn)。也即圖13-1 中的 “GRID”信號(hào)， “GRID”信號(hào)可以理解為是在所找到的物理柵格基礎(chǔ)上再加上“柵格偏移量 ”后生成的點(diǎn)。FANUC 公司使用電氣柵格 “ GRID”的目的，就是可以通過(guò)1850# 參數(shù)的調(diào)整，在一定量的范圍內(nèi)（小于參考計(jì)數(shù)器容量設(shè)置范圍）靈活的微調(diào)參考點(diǎn)的精確位置，這一點(diǎn)與西門子數(shù)控系統(tǒng)返回參考點(diǎn)方式有所不同。而這一 “柵格偏移量 ”參數(shù)恰恰是我們維修工程師維修、調(diào)整時(shí)應(yīng)該用到的參數(shù)。圖 13-2 一轉(zhuǎn)脈沖故障原因分析：了解上述的工作原理， 我們就不難分析各階段故障產(chǎn)生的原因。首先我們

5、分析上面情況1 的故障原因及解決方案。當(dāng)我們選擇了回參考點(diǎn)方式后，按下某個(gè)軸的方向按鈕，此時(shí)如果機(jī)床能夠快速向參考點(diǎn)方向移動(dòng)時(shí)，則說(shuō)明方式選擇信號(hào)通過(guò)PMC 接口通知了 CNC（時(shí)序圖第步順利通過(guò)）。此后如果沒(méi)有減速現(xiàn)象出現(xiàn)，并且還伴隨超程報(bào)警，則說(shuō)明在執(zhí)行到時(shí)序圖的時(shí)候出現(xiàn)了問(wèn)題 減速開(kāi)關(guān)信號(hào) *DECn 沒(méi)有通知到 CNC，這時(shí)請(qǐng)關(guān)注下面兩個(gè)環(huán)節(jié)：1)減速開(kāi)關(guān)進(jìn)油或進(jìn)水，信號(hào)失效，I/O 單元之前就沒(méi)有信號(hào)。2)減速開(kāi)關(guān) OK ，但 PMC 診斷畫面沒(méi)有反應(yīng)，雖然信號(hào)已經(jīng)輸入到系統(tǒng)接口板，但由于I/O 接口板或輸入模塊已經(jīng)損壞。由于減速開(kāi)關(guān)在工作臺(tái)下面，工作條件比較惡略（油、水、鐵屑侵蝕）

6、，嚴(yán)重時(shí)引起24V 短路，損傷接口板，從而導(dǎo)致上述兩種情況時(shí)有發(fā)生。作為維修技術(shù)人員，應(yīng)該能夠嫻熟的判斷出上述兩種不同的故障，其手段比較簡(jiǎn)單 用萬(wàn)用表檢測(cè)開(kāi)關(guān)通 斷情 況，通過(guò)PMC診 斷畫 面觀察 *DECn的變化。 *DECn的地 址是X9.0X9.3或G196.0G196.3，分別代表第1 軸到第 4 軸的減速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)， n 表示第 n 軸。注意；這里 “ * 表”示負(fù)邏輯，即低電平有效，正常情況下 *DECn 應(yīng)該是 101 的變化。只要 *DECn信號(hào)能夠從 1 變?yōu)?0，則工作臺(tái)就會(huì)完成減速這一動(dòng)作，即時(shí)序圖中步可以通過(guò)。下面我們分析不能夠返回參考點(diǎn)的第2 種情況 有減速動(dòng)作，

7、但工作臺(tái)減速后一直不停的低速運(yùn)行，并最終出現(xiàn)90#報(bào)警。從圖 8-4 時(shí)序圖中我們應(yīng)該注意一個(gè)細(xì)節(jié)，F(xiàn)ANUC 數(shù)控系統(tǒng)尋找參考點(diǎn)一般是在減速開(kāi)關(guān)抬起后尋找第一個(gè)一轉(zhuǎn)信號(hào)（對(duì)于編碼器，參見(jiàn)圖8-5“一轉(zhuǎn)脈沖 ”）或物理柵格，此時(shí)如果一轉(zhuǎn)信號(hào)或物理柵格信號(hào)缺失，則就會(huì)出現(xiàn)90#報(bào)警 找不到參考點(diǎn)。那么什么會(huì)導(dǎo)致一轉(zhuǎn)信號(hào)或物理柵格信號(hào)缺失呢？通過(guò)我們多年的實(shí)踐，下述幾種情況均容易引起柵格信號(hào)缺失：編碼器或光柵尺被污染，如進(jìn)水進(jìn)油。反饋信號(hào)線或光柵適配器受外部信號(hào)干擾反饋電纜信號(hào)衰減編碼器或光柵尺接口電路故障、器件老化。伺服放大器接口電路故障。上述前三種情況是維修中常遇到的現(xiàn)象，分析這一故障的關(guān)鍵點(diǎn)

8、是 “一轉(zhuǎn)信號(hào) ”或“柵格信號(hào) ”。數(shù)控系統(tǒng)一旦找到這一信號(hào)，返回參考點(diǎn)即告完成。實(shí)例分析 :實(shí)例 1:龍門數(shù)控鏜銑床FANUC16iM系統(tǒng)，半閉環(huán)控制，每天開(kāi)機(jī)手動(dòng)返回參考點(diǎn)時(shí)X 軸偶爾會(huì)出現(xiàn) 90#報(bào)警，找不到參考點(diǎn)，返回參考點(diǎn)時(shí)工作臺(tái)有減速動(dòng)作， 但是一旦手動(dòng)回參考點(diǎn)成功， 重復(fù)用 G28 方式回零沒(méi)有任何問(wèn)題。分析原因 ,大多數(shù)機(jī)床制造商設(shè)置在手動(dòng)返回參考點(diǎn)時(shí)，尋找并讀取PCZ 信號(hào)（物理柵格信號(hào)）建立參考點(diǎn)， 而在 G28 方式下使用計(jì)數(shù)器清零的方式返回參考點(diǎn)，不尋找物理柵格信號(hào)。從故障描述來(lái)看重點(diǎn)應(yīng)該檢查一轉(zhuǎn)信號(hào)。首先采用最簡(jiǎn)便易行的方法，檢查反饋電纜，用萬(wàn)用表電阻擋測(cè)量電纜兩端通

9、斷，結(jié)果沒(méi)有問(wèn)題。接下來(lái)更換脈沖編碼器，將X 軸編碼器與另一個(gè)可以回參考點(diǎn)的軸（Y 軸）編碼器互換，結(jié)果沒(méi)有任何變化，即：X 軸仍然不能夠每次找到零點(diǎn)，而Y 軸回零正常，說(shuō)明脈沖編碼器良好。之后更換伺服放大器，仍然沒(méi)有效果。說(shuō)明相關(guān)的硬件均已更換，仍然沒(méi)有找到故障點(diǎn)。仔細(xì)分析大型機(jī)床的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)X 軸反饋電纜經(jīng)過(guò)坦克鏈到伺服放大器共計(jì)50 余米，初步判斷可能是由于信號(hào)衰減造成的一轉(zhuǎn)信號(hào)不好，最后將 5V 及 0V 線腳與電纜中多余的備用線并聯(lián)加粗，降低線間電阻，提高信號(hào)幅值，最終排除了故障。注意： FANUC 系列驅(qū)動(dòng)的反饋裝置采用的是高速串行傳送，用傳統(tǒng)的示波器無(wú)法觀測(cè)波形，所以更多的是采用

10、替代法或者借助系統(tǒng)界面診斷排查故障。教學(xué)案例 2主軸速度誤差過(guò)大報(bào)警主軸速度誤差過(guò)大報(bào)警在屏幕上的顯示內(nèi)容為：7102 SPN 1: EX SPEEDERROR，同時(shí)在主軸模塊上七段顯示管“ 02報(bào)”警。主軸速度誤差過(guò)大報(bào)警的檢出，是反映實(shí)際檢測(cè)到的主軸電機(jī)速度與M03 或 M04 中給定的速度指令值相差過(guò)大。這個(gè)報(bào)警也是FANUC 系統(tǒng)常見(jiàn)的報(bào)警之一，主要引起原因是主軸速度反饋裝置或外圍負(fù)載的問(wèn)題。下面我們從主軸速度檢測(cè)入手，分析報(bào)警產(chǎn)生的原因與解決方案。工作原理分析：FANUC 主軸的連接可以根據(jù)不同的硬件選配，產(chǎn)生多種組合，如：?jiǎn)我浑姍C(jī)速度反饋（用于數(shù)控銑床）、速度反饋 +磁傳感器定位（

11、多用于立式加工中心等，磁傳感器定位用于機(jī)械手換刀或鏜孔準(zhǔn)停）、速度反饋 +分離位置編碼器（數(shù)控車床或加工中心，可進(jìn)行車削螺紋或剛性攻絲）、采用內(nèi)置高分辨磁編碼器等（用于內(nèi)裝式主軸或 Cs 軸控制等）。這里我們僅介紹圖 13-3 由主軸電機(jī)速度反饋 +分離編碼器的結(jié)構(gòu)，這也是目前比較常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。圖 13-3 主軸電機(jī)速度反饋 +分離編碼器的結(jié)構(gòu)此種結(jié)構(gòu)需要注意的是：主軸電機(jī)反饋和機(jī)械主軸位置編碼器反饋是兩路不同的通道，電機(jī)速度反饋通過(guò) JY2 進(jìn)入主軸模塊， 編碼器反饋從JY4 輸入到主軸模塊。 FANUC 速度反饋的結(jié)構(gòu)如圖一中照片所示，它是由一個(gè)小模數(shù)的測(cè)速齒輪與一個(gè)磁傳感器組成，測(cè)速齒輪與

12、電機(jī)軸同心， 當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒面高低的變化感應(yīng)磁傳感器輸出一個(gè)正弦波，其頻率反映主軸速度的快慢。那么磁傳感器輸出正弦波信號(hào)的質(zhì)量，決定了速度反饋質(zhì)量的好壞。我們?cè)诓檎抑鬏S速度報(bào)警時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)檢查這一環(huán)節(jié)。故障原因分析：引起主軸速度反饋不良的主要原因有：1)磁傳感器老化，退磁。2)反饋電纜屏蔽處理不良，受外部信號(hào)干擾，產(chǎn)生雜波。3)主軸后軸承磨損，小模數(shù)齒輪跳動(dòng)超過(guò)允許值。4)主軸模塊接口電路損壞。5)主軸機(jī)械部分故障，機(jī)械負(fù)載過(guò)重。下面我們通過(guò)幾組實(shí)例分析，結(jié)合上面的主軸速度反饋工作原理和工作過(guò)程介紹，更加深入的理解排查此類故障的方法和思路。實(shí)例分析：某數(shù)控車， FANUC 0iD 控制系統(tǒng)，

13、 FANUC 系列串行主軸， M03 指令發(fā)出后出現(xiàn)主軸速度誤差過(guò)大報(bào)警，主軸模塊上的七段顯示管“02號(hào)”報(bào)警，機(jī)床無(wú)法工作?，F(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員先后更換了主軸模塊、反饋電纜，最終判斷是主軸電機(jī)速度反饋問(wèn)題，但是更換磁傳感器備件后，原故障依舊沒(méi)有解決。后將主軸電機(jī)運(yùn)至北京，經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員檢查發(fā)現(xiàn)電氣系統(tǒng)及器件良好，但是主軸尾部端跳0.3mm 以上（正常情況應(yīng)該在0.010.02mm 以下），導(dǎo)致齒面與傳感器之間的間隙波動(dòng)太大，無(wú)法有效調(diào)整和固定磁傳感器位置， 引發(fā)速度誤差報(bào)警。具體檢查方法參見(jiàn)下圖13-4所示。圖 13-4 檢查方法示意圖進(jìn)一步診斷，發(fā)現(xiàn)主軸電機(jī)后軸承座徑向尺寸被磨大，已經(jīng)無(wú)法固定

14、軸承外圈，只得訂購(gòu)后軸承座備件，以備更換。之后了解到，這一問(wèn)題的出現(xiàn)是由于鉗工更換主軸三角皮帶后張力調(diào)得過(guò)于大，導(dǎo)致后軸承座損壞，所以在我們今后的日常維修保養(yǎng)中要引以為戒。教學(xué)案例 3螺紋加工亂牙的解決思路故障現(xiàn)象：數(shù)控系統(tǒng)選用 Oi Mate-TD 系統(tǒng)，加工螺紋時(shí)螺紋亂牙。故障原因：螺紋切削利用每轉(zhuǎn)進(jìn)給方式，即伺服的進(jìn)給量是由主軸的旋轉(zhuǎn)兩來(lái)控制的，主軸旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，Z 軸按照指令的距離（螺距）進(jìn)行進(jìn)給，使主軸的旋轉(zhuǎn)與Z 軸的進(jìn)給保持同步。但是螺紋切削是多次的切削過(guò)程，要保證每次進(jìn)刀的位置都是同一個(gè)位置，這就需要螺紋切削的起刀點(diǎn)和主軸的轉(zhuǎn)角位置保持固定。這一點(diǎn)是通過(guò)檢測(cè)位置編碼器的一轉(zhuǎn)信號(hào)來(lái)完成的。位置編碼器中的A/B 信號(hào)決定了進(jìn)給的速度， Z 相信號(hào)決定了螺紋的起刀點(diǎn)。位置編碼器與主軸相連接的示意圖如圖13-5 所示。圖 13-5 位置編碼器與主軸連接示意圖螺紋切削要求機(jī)械精度、位置編碼器檢測(cè)精度、傳動(dòng)鏈精度都比較高，周圍不能有大的干擾。根據(jù)工作原理，故障原因可能有：1)位置編碼器與主軸連接故障；2)Z 軸聯(lián)軸器松動(dòng)或反向間隙較大；3)系統(tǒng)硬件故障或存在干擾；4)系統(tǒng)參數(shù)故障。故障分析：1)檢查位置編碼器與主軸的機(jī)械連接一般主軸與位置編碼器采用同步帶連接，否則會(huì)有傳動(dòng)打滑現(xiàn)象。位置編碼器的一轉(zhuǎn)信號(hào)指示的位置與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際位置不一致