數(shù)控機(jī)床回不了參考點(diǎn)故障的分析及排除

1、概 述 
  　　數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)時(shí)根據(jù)檢測元件的不同分絕對(duì)脈沖編碼器方式和增量脈沖編碼器方式兩種，使用絕對(duì)脈沖編碼器作為反饋元件的系統(tǒng)，在機(jī)床安裝調(diào)試后，正常使用過程中，只要絕對(duì)脈沖編碼器的后備電池有效，此后的每次開機(jī)，都不必再進(jìn)行回參考點(diǎn)操作。而使用增量脈沖編碼器的系統(tǒng)中，機(jī)床每次開機(jī)后都必須首先進(jìn)行回參考點(diǎn)操作，以確定機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)，尋找參考點(diǎn)主要與零點(diǎn)開關(guān)、編碼器或光柵尺的零點(diǎn)脈沖有關(guān)，一般有兩種方式。 
　　1）軸向預(yù)定點(diǎn)方向快速運(yùn)動(dòng)，擋塊壓下零點(diǎn)開關(guān)后減速向前繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直到擋塊脫離零點(diǎn)開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)開始尋找零點(diǎn)，當(dāng)接收到第一個(gè)零點(diǎn)脈沖時(shí)，便以確定參考點(diǎn)位置。配FANUC系統(tǒng)和北京KND系統(tǒng)的機(jī)床目前一般采用此種回零方式。  
　　2）軸快速按預(yù)定方向運(yùn)動(dòng)，擋塊壓向零點(diǎn)開關(guān)后，反向減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)又脫離零點(diǎn)開關(guān)時(shí)，軸再改變方向，向參考點(diǎn)方向移動(dòng)，當(dāng)擋塊再次壓下零點(diǎn)開關(guān)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)開始尋找零點(diǎn)，當(dāng)接收到第一個(gè)零點(diǎn)脈沖，便以確定參考點(diǎn)位置。配SIEMENS、美國AB系統(tǒng)及華中系統(tǒng)的機(jī)床一般采用這種回零方式。   采用何種方式或如何運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)都是通過PLC的程序編制和數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床參數(shù)設(shè)定決定的，軸的運(yùn)動(dòng)速度也是在機(jī)床參數(shù)中設(shè)定的，數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的過程是 PLC系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)配合完成的，由數(shù)控系統(tǒng)給出回零命令，然后軸按預(yù)定方向運(yùn)動(dòng)，壓向零點(diǎn)開關(guān)（或脫離零點(diǎn)開關(guān)）后，PLC向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出減速信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)按預(yù)定方向減速運(yùn)動(dòng)，由測量系統(tǒng)接收零點(diǎn)脈沖，收到第一個(gè)脈沖后，設(shè)計(jì)坐標(biāo)值。所有的軸都找到參考點(diǎn)后，回參考點(diǎn)的過程結(jié)束。  
　　數(shù)控機(jī)床回不了參考點(diǎn)的故障常見一般有以下幾種情況：一是零點(diǎn)開關(guān)出現(xiàn)問題；二是編碼器出現(xiàn)問題；三是系統(tǒng)測量板出現(xiàn)問題；四是零點(diǎn)開關(guān)與硬（軟）限位置太近；五是系統(tǒng)參數(shù)丟失等等。下面以本人在工作中遇到的幾個(gè)實(shí)例介紹維修的過程。  
2、維修實(shí)例
　　例1）XH714加工中心開機(jī)回參考點(diǎn)，X軸向回參考的相反方向移動(dòng)。   該機(jī)配SIEMENS810D數(shù)控系統(tǒng)，采用半閉環(huán)控制方式，使用增量脈沖編碼器作為檢測反饋元件。  
　　分析：機(jī)床開機(jī)X軸回參考點(diǎn)的動(dòng)作過程為：回參考點(diǎn)軸先以快速移動(dòng)，當(dāng)零點(diǎn)開關(guān)被擋塊壓下時(shí)，PLC輸入點(diǎn)I32.2信號(hào)由1變?yōu)?，CNC接收到該跳變信號(hào)后輸出減速指令，使X軸制動(dòng)后并以低速向反方向移動(dòng)，當(dāng)擋塊釋放零點(diǎn)開關(guān)時(shí)，I32.2信號(hào)由0跳變?yōu)?，X軸制動(dòng)后改變方向，以回參考點(diǎn)速度向參考點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)零點(diǎn)開關(guān)再次被擋塊壓下時(shí)，I32.2信號(hào)由1變?yōu)?，此時(shí)起，CNC接受到的增量脈沖編碼器發(fā)出的零位標(biāo)志脈沖I0時(shí)，X軸再繼續(xù)運(yùn)行到參數(shù)設(shè)定的距離后停止，參考點(diǎn)確立，回參考點(diǎn)的過程結(jié)束。  
　　這種回參考點(diǎn)方式可以避免在參考點(diǎn)位置回參考點(diǎn)這種不正常操作對(duì)加工中心造成的危害。當(dāng)加工中心X軸本已在參考點(diǎn)位置，而進(jìn)行回參考點(diǎn)操作時(shí)，這時(shí)I32.2初始信號(hào)是零，CNC檢測到這種狀態(tài)后，發(fā)出向回參考點(diǎn)方向相反的方向運(yùn)動(dòng)指令，在零點(diǎn)開關(guān)被釋放，即I32.2為1后，X軸制動(dòng)后改變方向，以回參考點(diǎn)速度向參考點(diǎn)移動(dòng)，進(jìn)行上述回參考點(diǎn)的過程。  
　　根據(jù)故障現(xiàn)象，懷疑零點(diǎn)開關(guān)被壓下后，雖然X軸已經(jīng)離開參考點(diǎn)，但開關(guān)不能復(fù)位。用PLC診斷檢查確認(rèn)判斷正確。  
　　詢問操作人員，機(jī)床開機(jī)時(shí)各軸都在中間位置，排除了因在參考點(diǎn)位置停機(jī)減速，擋塊持續(xù)壓著零點(diǎn)開關(guān)，導(dǎo)致開關(guān)彈簧疲勞失效的故障原因。也說明該減速開關(guān)在關(guān)機(jī)前已經(jīng)失效了。
　　仔細(xì)觀察加工過程，發(fā)現(xiàn)每一加工循環(huán)結(jié)束后，加工中心都停止在參考點(diǎn)位置上。這大大增加了零點(diǎn)開關(guān)失效的可能性，增加了故障幾率。這可能是本次故障的真正原因。  
　　由于采用CAM軟件編程生成的NC代碼，在程序的結(jié)束（M30）前，大多為G28回參考點(diǎn)格式，故建議數(shù)控編程人員在編制零件加工程序時(shí)，在程序結(jié)束（M30）前，加入回各軸中間點(diǎn)的G代碼指令，并去掉G28指令，以減少該類故障的發(fā)生。  
　　例2）XH713/4加工中心回參考點(diǎn)出現(xiàn)超程報(bào)警。   該加工中心配用FANUC-OMD控制系統(tǒng)，采用半閉環(huán)控制方式，使用增量脈沖編碼器作為檢測反饋元件，回參考點(diǎn)采用擋塊壓零點(diǎn)開關(guān)，減速前行，脫離零點(diǎn)開關(guān)，開始尋找零點(diǎn)的方式。  
　　因CNC的后備電池失效，造成參數(shù)丟失。用計(jì)算機(jī)將備份參數(shù)重新裝入后，再回參考點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)各軸在行程范圍中間位置處發(fā)生軟限位超程報(bào)警，此時(shí)用手動(dòng)方式移動(dòng)各軸，既使其機(jī)械位置在行程范圍中間，CRT也顯示各軸位置坐標(biāo)軟限位超程報(bào)警。  
　　這是因?yàn)楹髠潆姵厥�效后，重裝電池開機(jī)時(shí)CNC把此時(shí)的機(jī)械位置認(rèn)作回參考點(diǎn)位置。   解決的辦法是應(yīng)先將各個(gè)軸正向軟限位值設(shè)成最大值，再作三軸回參考點(diǎn)，建立正確的機(jī)床零點(diǎn)，仍后再將三軸軟限位改為原值。具體步驟如下： 
　　1）在OFFSET菜單下，設(shè)置PWE=1。
　　2）將CNC參數(shù)NO.700、702、704（X、Y、Z）三軸分別設(shè)為最大值。
　　3）將XYZ手動(dòng)移開機(jī)械原點(diǎn)一定距離。 
　　4）在參考點(diǎn)回零模式，各軸手動(dòng)回參考點(diǎn)。 
　　5）仔細(xì)觀察各軸是否在回參考點(diǎn)位置上，特別是與ATC有關(guān)的Z軸。若位置不準(zhǔn)確，重復(fù)3至4步直至準(zhǔn)確。 
　　6）將第二步中改過的參數(shù)重新再改回來。 
　　7）將PWE重新設(shè)置為零。   這樣，回參考點(diǎn)出現(xiàn)超程報(bào)警的問題就解決了。  
　　例3）V560加工中心在使用過程中Ｚ軸回參考點(diǎn)出現(xiàn)軟限位超程報(bào)警。   該加工中心配用FANUC-OIMA控制系統(tǒng)，，采用半閉環(huán)控制方式，回參考點(diǎn)采用擋塊壓零點(diǎn)開關(guān)，減速前行，脫離零點(diǎn)開關(guān)，開始尋找零點(diǎn)的方式。  
　　觀察CRT上Z軸顯示6.01，系軟限位超程．經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)，該報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，手動(dòng)回參考點(diǎn)的過程還未完成．   在手動(dòng)回參考點(diǎn)時(shí)觀察減速開關(guān)輸入PMC信號(hào)DGNX 9.3變化正常，說明減速開關(guān)無問題。將CNC參數(shù)NO.704（Z軸軟限位）設(shè)為最大值99999999，手動(dòng)回參考點(diǎn)正常。NO.704重新設(shè)定為6000，回參考點(diǎn)又了出現(xiàn)超程報(bào)警。  
　　分析：由于減速開關(guān)無問題，而回參考點(diǎn)的過程還未完成，且出現(xiàn)的是軟限位超程。說明擋塊沒有松勁，有可能是減速開關(guān)的位置松勁了。  
　　檢查發(fā)現(xiàn)，減速開關(guān)的位置的確松勁了，經(jīng)重新調(diào)整減速開關(guān)的位置，并擰緊固定鑼釘，問題解決。  
　　但需要說明的是，減速開關(guān)的位置一旦松勁，機(jī)床出廠時(shí)原先設(shè)置的絲杠螺距補(bǔ)償參數(shù)就不準(zhǔn)確了。需用激光測量儀重新測量機(jī)床絲杠螺距補(bǔ)償參數(shù)后再作設(shè)置。  
　　例4）某臺(tái)配備北京KND-100M的數(shù)控銑床，在開機(jī)回參考點(diǎn)時(shí)，兩XZ軸正常，但Y軸回參考點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)222“Y向伺服準(zhǔn)備未緒報(bào)警”。   分析：根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行針對(duì)性的檢查，在檢查到伺服驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)有23號(hào)伺服報(bào)警。此時(shí)查故障手冊，有如下解釋：  
　　1）滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)阻力過大或滾珠絲杠本身有問題。但手動(dòng)移動(dòng)檢查未發(fā)現(xiàn)問題。 
　　2）伺服電動(dòng)機(jī)損壞。通過測量其繞阻伺服也未發(fā)現(xiàn)問題 
　　3）伺服驅(qū)動(dòng)模塊帶載能力不夠或損壞，控制扳出現(xiàn)問題產(chǎn)生錯(cuò)誤報(bào)警。   檢查伺服驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì)換相同型號(hào)的XY軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊后故障消除。由此可見，此次故障為Y軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊性能不穩(wěn)定或接觸不穩(wěn)。但幾天后又發(fā)生故障，當(dāng)X軸回參考點(diǎn)時(shí)又出現(xiàn)212X向伺服準(zhǔn)備未緒報(bào)警。根據(jù)前面的經(jīng)驗(yàn)，檢查到伺服驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，又發(fā)現(xiàn)有23號(hào)（伺服準(zhǔn)備未緒）伺服報(bào)警。似乎很容易得出結(jié)論為誤判原Y軸（現(xiàn)已更換到X軸）的伺服驅(qū)動(dòng)模塊已徹底損壞。但為了進(jìn)一步確認(rèn)，又一次對(duì)換相同型號(hào)的XY軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊后故障依然存在，說明此次故障與伺服驅(qū)動(dòng)模塊無關(guān)。 
　　原來，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，X軸正向限位開關(guān)的擋塊已向減速開關(guān)的擋塊方向移動(dòng)，導(dǎo)致X軸回參考點(diǎn)時(shí)，回參考點(diǎn)動(dòng)作還未完成就已擋到了硬限位開關(guān)，從而引起CNC產(chǎn)生以上報(bào)警。  
　　經(jīng)重新調(diào)整硬限位開關(guān)的位置，并擰緊固定鑼釘，機(jī)床回參考點(diǎn)恢復(fù)正常。  
3、總 結(jié)  
　　數(shù)控機(jī)床回不了參考點(diǎn)的故障是數(shù)控機(jī)床中比較常見的故障之一。而這種故障一般又是由擋塊的松動(dòng)、減速開關(guān)的失靈、參數(shù)的丟失、軟限位設(shè)置不準(zhǔn)等因素引起的。當(dāng)然，編碼器或光柵尺的損壞以及編碼器或光柵尺的零點(diǎn)脈沖出現(xiàn)問題等等也多會(huì)引起回不了參考點(diǎn)的故障，只不過編碼器和光柵尺相對(duì)來說可靠性較高，出現(xiàn)故障的概率比較低而已。只要我們掌握數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的相關(guān)工作原理和設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，了解其操作方法、動(dòng)作順序并對(duì)故障現(xiàn)象作充分調(diào)查和分析，就一定能找到故障的原因所在，檢查修理，排除故障，最終使機(jī)床恢復(fù)正常。