孟祥坡 王云

（1、黑龍江商業(yè)職業(yè)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011 2、牡丹江白酒廠有限公司，黑龍江牡丹江 157001）

數(shù)控機(jī)床在正常工作時(shí)，必須對(duì)機(jī)床各數(shù)控軸建立一個(gè)原點(diǎn)固定不變的機(jī)床坐標(biāo)系，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般都采用增量式的光電編碼器和增量式的光柵尺作為位置檢測(cè)反饋元件，當(dāng)機(jī)床斷電后就失去了對(duì)各坐標(biāo)位置的記憶，因此在每次開機(jī)后都必須首先讓各坐標(biāo)軸回到機(jī)床一個(gè)固定點(diǎn)，重新建立機(jī)床坐標(biāo)系，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)的操作稱回參考點(diǎn)操作。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。以下對(duì)回參考點(diǎn)方式及常見故障加以闡述。

1 回參考點(diǎn)方式

數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的方式，因數(shù)控系統(tǒng)類型和機(jī)床生產(chǎn)廠家而異。就一般數(shù)控機(jī)床而言，回參考點(diǎn)方式主要有使用脈沖編碼器(或光柵尺)的柵格法和使用磁感應(yīng)開關(guān)的磁開關(guān)法兩種。磁開關(guān)法因有定位漂移而較少應(yīng)用，常用的是柵格法。

采用柵格法時(shí)，脈沖編碼器(或光柵尺)隨伺服電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一定角度(通常為1 周)，脈沖編碼器便產(chǎn)生1個(gè)零標(biāo)志信號(hào)，即每2個(gè)零標(biāo)志信號(hào)間相應(yīng)機(jī)床坐標(biāo)軸移動(dòng)1個(gè)選定距離，將該距離按一定份數(shù)等分，則每一等分為柵格間距。

采用柵格方式時(shí)，可通過(guò)移動(dòng)?xùn)鸥駚?lái)調(diào)整參考點(diǎn)位置。位置檢測(cè)裝置隨伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生柵點(diǎn)或零標(biāo)志位信號(hào)，在機(jī)床本體上安裝一個(gè)減速撞塊（運(yùn)動(dòng)部件上）及一個(gè)減速開關(guān)（固定部件上）。當(dāng)啟動(dòng)機(jī)床參考點(diǎn)搜索后，相應(yīng)數(shù)控軸會(huì)以設(shè)置的參考點(diǎn)搜索方向和較快速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng)減速撞塊壓下減速開關(guān)時(shí)，伺服電機(jī)減速并繼續(xù)向參考點(diǎn)運(yùn)行。當(dāng)減速撞塊離開減速開關(guān)后，減速開關(guān)釋放，數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到的第一個(gè)柵點(diǎn)或零標(biāo)志位信號(hào)時(shí)，坐標(biāo)軸制動(dòng)為零，然后再前移參考點(diǎn)偏移量（機(jī)床參數(shù)設(shè)定）而停止，所停位置即為機(jī)床參考點(diǎn)，此時(shí)伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)，坐標(biāo)軸定位，機(jī)床屏幕上相應(yīng)坐標(biāo)軸上的讀數(shù)為零。在數(shù)控機(jī)床制造時(shí)，機(jī)床參考點(diǎn)經(jīng)過(guò)調(diào)試確定后，為方便用戶觀察，一般由制造商在各坐標(biāo)軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件上牢靠打上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)醒目的紅箭頭，以便用戶確認(rèn)每次開機(jī)后回參考點(diǎn)操作的正確性。

2 回參考點(diǎn)的故障分析與診斷

手動(dòng)回參考點(diǎn)操作是建立機(jī)床坐標(biāo)系的前提,絕大多數(shù)數(shù)控機(jī)床開機(jī)后的第一動(dòng)作一般都是手動(dòng)操作回參考點(diǎn)。若回參考點(diǎn)出現(xiàn)故障將無(wú)法進(jìn)行程序加工,回參考點(diǎn)的位置不準(zhǔn)確將影響到加工精度,甚至出現(xiàn)撞車事故。分析和排除回參考點(diǎn)故障的問(wèn)題是非常必要的。機(jī)床回參考點(diǎn)故障一般來(lái)說(shuō)有以下幾種情況：

2.1 返回參考點(diǎn)時(shí)機(jī)床停止位置與參考點(diǎn)位置不一致

2.1.1 停止位置偏離參考點(diǎn)一個(gè)柵格間距

多數(shù)情況是由減速撞塊安裝位置不正確或減速撞塊太短所致。檢驗(yàn)方法是：先減小由參數(shù)設(shè)置的接近參考點(diǎn)的速度，若重試結(jié)果正常了，則通過(guò)重新調(diào)整撞塊位置或減速開關(guān)位置，或適當(dāng)增加撞塊長(zhǎng)度即可將此故障解決。也可通過(guò)設(shè)置柵點(diǎn)偏移量改變電氣原點(diǎn)的方法來(lái)解決。這是由于當(dāng)一個(gè)減速信號(hào)由硬件輸出后，數(shù)字伺服軟件識(shí)別這個(gè)信號(hào)需要一定時(shí)間。因此當(dāng)減速撞塊離參考點(diǎn)太近時(shí)，軟件有時(shí)捕捉不到參考點(diǎn)信號(hào)，導(dǎo)致參考點(diǎn)偏離。

如果重試結(jié)果仍舊偏離，可減小快速進(jìn)給速度或快速進(jìn)給時(shí)間常數(shù)的參數(shù)設(shè)置，重回參考點(diǎn)。這是由于時(shí)間常數(shù)設(shè)置太大或減速撞塊太短，在減速撞塊范圍內(nèi)，進(jìn)給速度不能達(dá)到接近參考點(diǎn)速度。當(dāng)開關(guān)被釋放時(shí)，即使柵格信號(hào)出現(xiàn)，軟件檢測(cè)出進(jìn)給速度未達(dá)到接近參考點(diǎn)速度，回參考點(diǎn)操作也不會(huì)停止，因而發(fā)生參考點(diǎn)偏離。

如上述辦法用過(guò)后仍有偏離，則應(yīng)檢查參考計(jì)數(shù)器設(shè)置的值是否有效，修正參數(shù)設(shè)置。

這種故障經(jīng)常發(fā)生在更換伺服電機(jī)或松動(dòng)調(diào)整過(guò)電動(dòng)機(jī)與數(shù)控軸滾珠絲杠相連的聯(lián)軸器的修理時(shí)或在加工工件時(shí),總是發(fā)生穩(wěn)定的位移誤差,而且正好等于絲杠的螺距。

2.1.2 停止位置產(chǎn)生隨機(jī)偏差，沒有規(guī)律性

造成這種故障的主要原因是外界干擾，如屏蔽地連接不良，檢測(cè)反饋元件的通信電纜與電源電纜是否靠得太近；脈沖編碼器的電源電壓是否過(guò)低；脈沖編碼器是否損壞；數(shù)控系統(tǒng)的主印刷電路板是否不良；伺服電機(jī)與工作臺(tái)聯(lián)軸器連接是否松動(dòng)；伺服軸電路板或伺服放大器板是否不良等。在排除此類故障時(shí)，應(yīng)有開闊的思路和足夠的耐心，逐個(gè)原因進(jìn)行檢查、排除，直到消除故障。

2.1.3 停止位置產(chǎn)生微小誤差

多數(shù)故障原因?yàn)殡娎|或連接器接觸不良，或因主印刷電路板及速度控制單元工作性能不良，造成位置偏量過(guò)大。此時(shí)，需要有針對(duì)性地檢查。

2.2 機(jī)床不能正常返回參考點(diǎn)且有報(bào)警

可針對(duì)報(bào)警信息,查看機(jī)床說(shuō)明書。其主要原因是回參考點(diǎn)減速開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)或零標(biāo)志位脈沖信號(hào)失效（包括信號(hào)未產(chǎn)生或在傳輸處理中丟失）。如采用脈沖編碼器作位置檢測(cè)裝置，則表現(xiàn)為脈沖編碼器的每轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)信號(hào)（零標(biāo)志位信號(hào)）沒有輸入到CNC，其原因常常是因?yàn)槊}沖編碼器斷線或脈沖編碼器的連接電纜抽頭斷線。另外，返回參考點(diǎn)時(shí)，機(jī)床開始移動(dòng)點(diǎn)距參考點(diǎn)太近也會(huì)產(chǎn)生此類報(bào)警故障。因此，建議在每次執(zhí)行回參考點(diǎn)前，先將各數(shù)控軸用電子手輪或手動(dòng)移動(dòng)鍵移至該軸負(fù)行程內(nèi)，再執(zhí)行回參考點(diǎn)操作。

排除方法可采用先外后內(nèi)和信號(hào)跟蹤法。所謂的外，是指安裝在機(jī)床上的撞塊和參考點(diǎn)開關(guān)，可以用CNC 系統(tǒng)PLC 接口的I/O 狀態(tài)指示直接觀察信號(hào)的有無(wú)；所謂的內(nèi)，是指脈沖編碼器中的零標(biāo)志位或光柵尺上的零標(biāo)志位，可采用示波器檢測(cè)零標(biāo)志位脈沖信號(hào)。

2.3 機(jī)床在返回參考點(diǎn)過(guò)程中數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)“NOT READY”（未準(zhǔn)備好）狀態(tài)且無(wú)報(bào)警

首先檢查外部條件是否滿足要求，如壓力和溫度等；檢查伺服系統(tǒng)是否有熔絲燒斷和斷路器跳閘；檢查電動(dòng)機(jī)的熱開關(guān)是否跳開；檢查控制系統(tǒng)所需各路電源是否正常；但此類故障多數(shù)為返回參考點(diǎn)用的減速開關(guān)失靈，觸頭壓下后不能復(fù)位造成的。因此排除也較簡(jiǎn)單，只需檢查減速開關(guān)復(fù)位彈簧是否損壞或直接更換減速開關(guān)即可。

2.4 當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)回參考點(diǎn)故障時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查如下項(xiàng)目

2.4.1 檢查減速撞塊和減速開關(guān)的狀態(tài)，如減速撞塊有無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象，減速開關(guān)固定是否牢固、有無(wú)損壞；若無(wú)問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)一步用百分表或激光測(cè)量?jī)x檢查機(jī)械相對(duì)位置的漂移量；減速撞塊的長(zhǎng)度是否合適；移動(dòng)部件回參考點(diǎn)的起始位置、減速開關(guān)位置與參考點(diǎn)位置的相對(duì)關(guān)系是否適當(dāng)。

2.4.2 檢查回參考點(diǎn)的模式是否是開機(jī)的第一次回參考點(diǎn)，是否采用絕對(duì)式的位置檢測(cè)裝置。

2.4.3 檢查伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)量；檢查回參考點(diǎn)快速進(jìn)給速度的參數(shù)設(shè)置、接近參考點(diǎn)速度的參數(shù)設(shè)置、快速進(jìn)給時(shí)間常數(shù)的參數(shù)設(shè)置以及參考計(jì)數(shù)器的設(shè)置是否合適等。

3 小結(jié)

數(shù)控機(jī)床回參考點(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撞塊的松動(dòng)、減速開關(guān)的失靈等因素引起的。當(dāng)然，編碼器或光柵尺的損壞以及編碼器或光柵尺的零標(biāo)志出現(xiàn)問(wèn)題等也會(huì)引起回參考點(diǎn)故障，只不過(guò)編碼器和光柵尺相對(duì)來(lái)說(shuō)可靠性較高，出現(xiàn)故障的概率比較低而已。只要我們掌握了數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的工作原理和方式，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，最終排除故障，使機(jī)床恢復(fù)正常。

[1]彭躍湘.數(shù)控機(jī)床故障診斷及維護(hù).清華大學(xué)出版社.2006.1

[2]宋玉明.數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的調(diào)整與修復(fù)制造技術(shù)與機(jī)床.2004.10.