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)控廠家通過在伺服軸上建立一個相對穩(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（通過參數(shù)）。所以當(dāng)參考點(diǎn)一致性出現(xiàn)問題時，工件零點(diǎn)的一致性也喪失，加工精度更無從保證。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 ,在每次開電后，需要手動返

2、回參考點(diǎn)，當(dāng)“機(jī)械檔塊 ”碰到減速開關(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)絕對坐標(biāo)方式（ absolute-position detector）每次開電后不需要回零操作， 零點(diǎn)一旦建立， 通過后備電池將絕對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：手動回零時不減速，并伴隨超程報(bào)警情況 2：手動回零有減速動作，但減速后軸運(yùn)動不停止直至90# 報(bào)警 伺服軸找不到零點(diǎn)情況 3：手動回零方式下根本沒有軸移動那么我們從分析整個返回參考點(diǎn)的工作過程和工作原理入手。原理及過程過程分析

3、：1)回參考點(diǎn)方式有效（ ZRN ） （MD1/MD4 ） 對應(yīng) PMC 地址 G43.7=1，G43.0=1/G43.2=1。2)軸選擇（ +/-Jx）有效 對應(yīng) PMC 地址 G100G102=1。3)減速開關(guān)讀入信號（ *DECx ） 對應(yīng) PMC 地址 X9.0X9.3 或 G196.03=101。4)電氣格被讀入，找到參考點(diǎn)。增量式回零過程：圖 13-1 回參考點(diǎn)過程這里需要詳細(xì)說明的是“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)時需要尋找真正的物理柵格 編碼器的一轉(zhuǎn)信號（如圖13-1 所示），或光柵尺的柵格信號（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， “GRID”信號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，按下某個軸的方向按鈕，此時如果機(jī)床能夠快速向參考點(diǎn)方向移動時，則說明方式選擇信號通過PMC 接口通知了 CNC（時序圖第步順利通過）。此后如果沒有減速現(xiàn)象出現(xiàn)，并且還伴隨超程報(bào)警，則說明在執(zhí)行到時序圖的時候出現(xiàn)了問題 減速開關(guān)信號 *DECn 沒有通知到 CNC，這時請關(guān)注下面兩個環(huán)節(jié)：1)減速開關(guān)進(jìn)油或進(jìn)水，信號失效，I/O 單元之前就沒有信號。2)減速開關(guān) OK ，但 PMC 診斷畫面沒有反應(yīng)，雖然信號已經(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。由于減速開關(guān)在工作臺下面，工作條件比較惡略（油、水、鐵屑侵蝕）

6、，嚴(yán)重時引起24V 短路，損傷接口板，從而導(dǎo)致上述兩種情況時有發(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，其手段比較簡單 用萬用表檢測開關(guān)通 斷情 況，通過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信號能夠從 1 變?yōu)?0，則工作臺就會完成減速這一動作，即時序圖中步可以通過。下面我們分析不能夠返回參考點(diǎn)的第2 種情況 有減速動作，

7、但工作臺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 時序圖中我們應(yīng)該注意一個細(xì)節(jié)，F(xiàn)ANUC 數(shù)控系統(tǒng)尋找參考點(diǎn)一般是在減速開關(guān)抬起后尋找第一個一轉(zhuǎn)信號（對于編碼器，參見圖8-5“一轉(zhuǎn)脈沖 ”）或物理柵格，此時如果一轉(zhuǎn)信號或物理柵格信號缺失，則就會出現(xiàn)90#報(bào)警 找不到參考點(diǎn)。那么什么會導(dǎo)致一轉(zhuǎn)信號或物理柵格信號缺失呢？通過我們多年的實(shí)踐，下述幾種情況均容易引起柵格信號缺失：編碼器或光柵尺被污染，如進(jìn)水進(jìn)油。反饋信號線或光柵適配器受外部信號干擾反饋電纜信號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 ”或“柵格信號 ”。數(shù)控系統(tǒng)一旦找到這一信號，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，每天開機(jī)手動返回參考點(diǎn)時X 軸偶爾會出現(xiàn) 90#報(bào)警，找不到參考點(diǎn)，返回參考點(diǎn)時工作臺有減速動作， 但是一旦手動回參考點(diǎn)成功， 重復(fù)用 G28 方式回零沒有任何問題。分析原因 ,大多數(shù)機(jī)床制造商設(shè)置在手動返回參考點(diǎn)時，尋找并讀取PCZ 信號（物理柵格信號）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。從故障描述來看重點(diǎn)應(yīng)該檢查一轉(zhuǎn)信號。首先采用最簡便易行的方法，檢查反饋電纜，用萬用表電阻擋測量電纜兩端通

9、斷，結(jié)果沒有問題。接下來更換脈沖編碼器，將X 軸編碼器與另一個可以回參考點(diǎn)的軸（Y 軸）編碼器互換，結(jié)果沒有任何變化，即：X 軸仍然不能夠每次找到零點(diǎn)，而Y 軸回零正常，說明脈沖編碼器良好。之后更換伺服放大器，仍然沒有效果。說明相關(guān)的硬件均已更換，仍然沒有找到故障點(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衰減造成的一轉(zhuǎn)信號不好，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，提高信號幅值，最終排除了故障。注意： FANUC 系列驅(qū)動的反饋裝置采用的是高速串行傳送，用傳統(tǒng)的示波器無法觀測波形，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主軸速度誤差過大報(bào)警主軸速度誤差過大報(bào)警在屏幕上的顯示內(nèi)容為：7102 SPN 1: EX SPEEDERROR，同時在主軸模塊上七段顯示管“ 02報(bào)”警。主軸速度誤差過大報(bào)警的檢出，是反映實(shí)際檢測到的主軸電機(jī)速度與M03 或 M04 中給定的速度指令值相差過大。這個報(bào)警也是FANUC 系統(tǒng)常見的報(bào)警之一，主要引起原因是主軸速度反饋裝置或外圍負(fù)載的問題。下面我們從主軸速度檢測入手，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：單一電機(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 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，它是由一個小模數(shù)的測速齒輪與一個磁傳感器組成，測速齒輪與

12、電機(jī)軸同心， 當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時，齒面高低的變化感應(yīng)磁傳感器輸出一個正弦波，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的質(zhì)量，決定了速度反饋質(zhì)量的好壞。我們在查找主軸速度報(bào)警時，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，受外部信號干擾，產(chǎn)生雜波。3)主軸后軸承磨損，小模數(shù)齒輪跳動超過允許值。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)載過重。下面我們通過幾組實(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)主軸速度誤差過大報(bào)警，主軸模塊上的七段顯示管“02號”報(bào)警，機(jī)床無法工作?，F(xiàn)場工程技術(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)速度反饋問題，但是更換磁傳感器備件后，原故障依舊沒有解決。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太大，無法有效調(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)無法固定

14、軸承外圈，只得訂購后軸承座備件，以備更換。之后了解到，這一問題的出現(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程，要保證每次進(jìn)刀的位置都是同一個位置，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)是通過檢測位置編碼器的一轉(zhuǎn)信號來完成的。位置編碼器中的A/B 信號決定了進(jìn)給的速度， Z 相信號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、位置編碼器檢測精度、傳動鏈精度都比較高，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，否則會有傳動打滑現(xiàn)象。位置編碼器的一轉(zhuǎn)信號指示的位置與主軸轉(zhuǎn)動的實(shí)際位置不一致