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?yàn)樵跈C(jī)床斷電后，就失去了對(duì)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(guò)返回參考點(diǎn)來(lái)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。  

2、  圖1所示為一臥式加工中心機(jī)床參考點(diǎn)相對(duì)工作臺(tái)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(duì)機(jī)床原點(diǎn)的示意圖。    回參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床的重要功能之一，能否正確地返回參考點(diǎn)，將會(huì)影響到零件的加工質(zhì)量。同時(shí)，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(lái)校正，如加工中心刀具的長(zhǎng)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(guò)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?#160;   2、回參考點(diǎn)的方式 

3、0;  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(cè)的數(shù)控機(jī)床多采用柵格法來(lái)確定機(jī)床的參考點(diǎn)。脈沖編碼器或 光柵尺均會(huì)產(chǎn)生零位標(biāo)志信號(hào)，脈沖編碼器的零標(biāo)志信號(hào)又稱一轉(zhuǎn)信號(hào)，每產(chǎn)生一個(gè)零標(biāo)志信號(hào)相對(duì)于坐標(biāo)軸移動(dòng)一個(gè)距離，將該距離按一定等分?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(shí)，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(gè) 零標(biāo)志之間的距離。采用這種增量式檢測(cè)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(cè)元件的涌現(xiàn)，德國(guó)海德漢 （HEIDENH

4、AIN）公司推出了帶距離編碼參考點(diǎn)標(biāo)志的線性測(cè)量系統(tǒng)。省去了回零減速開關(guān)，不必返回一個(gè)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(dòng)回零操作。    帶減速擋塊的柵格信號(hào)返回參考點(diǎn)控制，目前最常見的兩種方式是FANUC系統(tǒng)和Siemens系統(tǒng)的方式。        FANUC系統(tǒng)在返回參考點(diǎn)狀態(tài)下, 按下各軸點(diǎn)動(dòng)桉鈕, 機(jī)床以快移速度向機(jī)床參考點(diǎn)方向移動(dòng), 當(dāng)減速擋塊碰到減速開關(guān)時(shí), 開始減速, 以低速向參考點(diǎn)方向移動(dòng)。減速開關(guān)離開減速擋塊時(shí)，系統(tǒng)開始找柵格信號(hào)，系統(tǒng)接收到一轉(zhuǎn)信號(hào)后，以低速移動(dòng)一

5、個(gè)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(dòng)桉鈕, 機(jī)床以快移速度向機(jī)床參考點(diǎn)方向移動(dòng), 當(dāng)減速擋塊碰到減速開關(guān)時(shí), 坐標(biāo)軸減速至靜止。 利用撞塊信號(hào)的下降沿同步，按照搜索第1個(gè)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(gè)零脈沖實(shí)現(xiàn)同步并使坐標(biāo)軸移動(dòng)一個(gè)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)標(biāo)志的線性測(cè)量系統(tǒng)是采用包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線性的柵格標(biāo)志和一個(gè)與此相平行運(yùn)行的另一個(gè)帶距離編碼參考點(diǎn)標(biāo)志通道，每組兩個(gè)參考點(diǎn)標(biāo)志的

6、距離 是相同的，但兩組之間兩個(gè)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(gè)固定的值，因此坐標(biāo)軸可以根據(jù)距離來(lái)確定其所處的絕對(duì)位置。    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(dòng)機(jī)械拆裝后、進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)更換后、位置檢測(cè)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(duì)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(jì)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

7、縱中要求設(shè)定固定的位置，若通過(guò)調(diào)整回零開關(guān)撞塊的方法還不能滿足回零的要求，則必須通過(guò)調(diào)整機(jī)床的相應(yīng)參數(shù)來(lái)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(xiàng)，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(xiàng)，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。&#

8、160;   （4）用手動(dòng)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(gè)螺距時(shí)，先調(diào)整撞塊使之接近規(guī)定值，重新將刀架移動(dòng)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于規(guī)定值，但二值的絕對(duì)值之差要小于半個(gè)螺距。    將參數(shù)1850項(xiàng)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(xiàng)(單位0.001mm)。    規(guī)定零點(diǎn)坐標(biāo)：X=26

9、0000    Z=500000    回零后坐標(biāo)顯示：X=262000  Z=501000    1850項(xiàng)X參數(shù)設(shè)定為6000(262000260000)×1000 =4000    1850項(xiàng)Z參數(shù)設(shè)定為6000(501000500000) ×1000=5000   （6）重新進(jìn)行第4、5項(xiàng)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

10、) 和Z:500000。   （8）機(jī)床斷電重新送電，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(hào))。      34060參數(shù)設(shè)為返回參考點(diǎn)最大移動(dòng)距離=兩倍直線光柵尺標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)標(biāo)志柵格間距。 

11、;     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(hào)節(jié)距。    例如：海德漢（HEIDENHAIN）LB382C        34300=40mm;  34060=80mm;  34310=

12、0.04mm;       FANUC 0i-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(cè)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mark1之間的距離)。    1882設(shè)為相鄰兩mark2之間的距離。    &#

13、160; 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=40.04mm    4、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(huì)導(dǎo)致機(jī)床超程報(bào)警)    機(jī)床回零過(guò)程無(wú)減速動(dòng)作或一直以減速回零，多數(shù)原因?yàn)闇p速開關(guān)及接線故障。    機(jī)床回零動(dòng)作正常，但系統(tǒng)得不到一轉(zhuǎn)信號(hào)。原因可能是電

14、動(dòng)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(lái)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(jì)數(shù)器容量參數(shù)設(shè)定不當(dāng)、位置環(huán)增益設(shè)定過(guò)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(shí)，X軸回零動(dòng)作正常(先正方向快速運(yùn)動(dòng)，碰到減速開關(guān)后，能以慢速運(yùn)動(dòng))，但機(jī)床出現(xiàn)系統(tǒng)因X軸硬件

15、超程而急停報(bào)警。此時(shí)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(hào)正常，位置檢測(cè)裝置的零標(biāo)志脈沖信號(hào)不正常。產(chǎn)生該故障的原因可能是來(lái)自x軸進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的編碼器故障 (包括連接的電纜線)或系統(tǒng)軸板故障。因?yàn)榇藭r(shí)Z軸回零動(dòng)作正常，所以可以通過(guò)采取交換方法來(lái)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(bào)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(shí)(利用機(jī)床建立的坐標(biāo)系)，發(fā)現(xiàn)孔中心偏差了一個(gè)進(jìn)給絲杠的螺距誤差。 

16、0;  根據(jù)故障現(xiàn)象，返回參考點(diǎn)的動(dòng)作過(guò)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(shí)，脈沖編碼器上的零位標(biāo)志剛錯(cuò)過(guò)，只能等待脈沖編碼器再轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)該故障分析，凡是機(jī)床返回參考點(diǎn)出現(xiàn)近似一個(gè)進(jìn)給絲杠螺距誤差時(shí)，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(jì)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(shí)，X軸

17、參考點(diǎn)漂移。漂移量為4mm ,8mm或12mm。每次回零位置不確定。    處理：1、對(duì)調(diào)X軸、Y軸的伺服板。          2、對(duì)調(diào)原點(diǎn)撞塊，對(duì)調(diào)撞塊開關(guān)。          3、對(duì)調(diào)X軸和Z軸的編碼器。采用上述三種辦法問(wèn)題仍未解決。    問(wèn)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)改為半閉環(huán)（編碼器）時(shí)，才出現(xiàn)的。估計(jì)是參數(shù)設(shè)定不對(duì)，經(jīng)反復(fù)分析，調(diào)整，發(fā)現(xiàn)1821#設(shè)定錯(cuò)誤。錯(cuò)誤設(shè)定為12000。    1821#：各軸的參考計(jì)數(shù)器容量