數(shù)控機床返回參考點故障診斷與維修

侯曉方

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710300）

0 引言

數(shù)控機床返回參考點是建立機床坐標(biāo)系的前提，配置相對編碼器的數(shù)控機床開機后的第一動作一般都是進行返回參考點操作。若回參考點出現(xiàn)故障將無法進行程序加工，回參考點的位置不準(zhǔn)確將影響到零件的加工精度，甚至出現(xiàn)撞車等惡性事故。所以分析和排除回參考點故障就顯得尤為重要。

1 數(shù)控機床返回參考點原理

1.1 機床為什么要返回參考點

數(shù)控機床位置檢測裝置如果采用絕對編碼器時，由于系統(tǒng)斷電后位置檢測裝置靠電池來維持坐標(biāo)值實際位置的記憶，所以機床開機時，不需要進行返回參考點操作。而目前，大多數(shù)數(shù)控機床采用相對編碼器作為位置檢測裝置，系統(tǒng)斷電后，工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值就失去記憶，機械坐標(biāo)值盡管靠電池維持坐標(biāo)值的記憶，但只是記憶機床斷電前的坐標(biāo)值而不是機床的實際位置，所以機床首次啟動系統(tǒng)后，要進行返回參考點操作，使系統(tǒng)的位置計數(shù)與脈沖編碼器的零位脈沖同步，從而通過參考點來確定機床的原點位置，以建立機床坐標(biāo)系。另一方面可以消除絲杠間隙的累計誤差及絲杠螺距誤差補償對加工的影響。

1.2 機床返回參考點的幾種方式

1.2.1 回參考點的零脈沖方式

回參考點時，軸先以快移速度V1向參考點方向移動，碰到減速開關(guān)后減速，以較低速度V2繼續(xù)前移，超越擋塊后檢測第一個零脈沖。當(dāng)軸接收到第一個零脈沖時，軸即制動到速度為零，然后再以V2速度前移參考點偏移量而停止于參考點，如圖1所示。

圖1 回參考點的零脈沖方式

1.2.2 回參考點的“+-”方式

回參考點時，軸先以快移速度V1向參考點方向移動，碰到減速開關(guān)后速度制動到零，然后反向以速度V2慢速移動，當(dāng)反向釋放擋塊后檢測第一個零脈沖，當(dāng)軸接收到第一個零脈沖時，軸即制動到速度為零，再前移參考點偏移量而停止于參考點，如圖2所示。

1.2.3 回參考點的“+-+”方式

回參考點時，軸先以快移速度V1向參考點方向移動，碰到減速開關(guān)后制動到速度為零，再反向微動直至釋放減速開關(guān)，然后又沿原方向微動撞上減速開關(guān)，并且以速度V2慢速前移并超越減速擋塊后檢測第一個零脈沖，當(dāng)軸接收到第一個零脈沖時，軸即制動到速度為零，再前移參考點偏移量而停止于參考點，如圖3所示。

圖2 回參考點的“＋—”方式

圖3 回參考點的“+-+”方式

2 回參考點常見故障診斷與維修

2.1 機床回不了參考點

1）減速信號故障 減速開關(guān)損壞、短路、減速開關(guān)電源斷線等都會造成不能產(chǎn)生減速信號，故障現(xiàn)象為返回參考點時以快速移動速度向參考點方向移動直至超程。此時要檢查減速開關(guān)是否是否損壞，減速信號線向PLC傳遞過程中是否斷線，以及減速開關(guān)上電源是否正常。

2）減速擋塊位置不正確 如果減速擋塊距離限位開關(guān)距離過短，會造成減速后來不及檢測零位脈沖就超程的故障，故障現(xiàn)象為有減速過程，但直到超程仍不能找到參考點。此時要調(diào)整減速擋塊使其處在合適的位置。

3）零位脈沖不良引起故障 零位脈沖不良導(dǎo)致回零時找不到零位脈沖，原因可能是編碼器及接線故障或系統(tǒng)軸控制板故障。故障現(xiàn)象為以快速移動速度向參考點方向移動，碰到減速開關(guān)后減速，以低速移動直至超程報警。此時，在排除減速擋塊位置無誤的前提下，檢查接線、板卡、編碼器清洗或更換。

4）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯誤 例如Fanuc系統(tǒng)坐標(biāo)軸的位置跟隨誤差的設(shè)置必須保證在128μm以上，這樣坐標(biāo)軸在參考點減速擋塊壓上到脫離的區(qū)間里，至少能檢測到一個脈沖編碼器的零位脈沖輸入，即在參考點減速行程內(nèi)，必須保證伺服電機或編碼器轉(zhuǎn)動1轉(zhuǎn)以上。

5）線路板故障 數(shù)控系統(tǒng)檢測放大的線路板出錯。

6）機械誤差 包括導(dǎo)軌平行度、導(dǎo)軌與壓板面平行度、導(dǎo)軌與絲杠的平行度超差等，此時要重新調(diào)整機床。

2.2 多次返回參考點重復(fù)位置精度很差

1）零脈沖信號受到干擾 檢查編碼器反饋電纜屏蔽線連接是否正確，數(shù)控機床接地是否良好，脈沖編碼器的電纜是否布置合理等。

2）編碼器的供電電壓太低 檢查脈沖編碼器的電源電壓是否在規(guī)定值范圍內(nèi)，如果過低進一步檢查電源。

3）伺服電機與絲杠的聯(lián)軸器松動 觀察伺服電機與絲杠間的聯(lián)軸器是否松動，如果電機與絲杠之間還有齒輪傳動、帶傳動等結(jié)構(gòu)，則檢查齒輪與軸之間是否松動并緊固之。

4）電動機扭矩過低或由于伺服調(diào)節(jié)不良，引起跟蹤誤差過大。

5）零脈沖不良 可以借助示波器觀察編碼器的輸出脈沖是否正常，如不正常則對編碼器進行清洗或更換。

6）傳動鏈間隙增大 包括滾珠絲杠螺母副間隙、傳動齒輪間隙、絲杠支撐間隙等。數(shù)控機床上的這些機械結(jié)構(gòu)都有消隙措施，比如絲杠螺母副的雙螺母墊片式、雙螺母螺紋式、雙螺母齒差式消隙等。調(diào)整這些機構(gòu)，使之間隙消除。

2.3 回參考點發(fā)生整螺距偏移

1）參考點單螺距偏移 減速開關(guān)和減速擋塊安裝位置不合理，使得減速信號與零位脈沖信號距離過近，這時會發(fā)生單個螺距偏移。這時要調(diào)整減速開關(guān)或減速擋塊的位置，使機床軸開始減速的位置大概處在一個柵距或一個螺距的中間位置。

2）參考點發(fā)生多個螺距偏差 出現(xiàn)這種故障現(xiàn)象的原因有：減速信號不良；減速擋塊松動引起尋找零位脈沖的初始點發(fā)生漂移；零位脈沖不良。診斷時檢查減速信號是否有效，接觸是否良好；檢查減速擋塊并緊固；清洗或更換碼盤。

3 維修實例

1）一臺加工中心在返回參考點時，Z軸返回不成功，超程報警。

診斷與排障過程：首先觀察各軸返回參考點的狀態(tài)，在返回參考點方式下，發(fā)現(xiàn)X、Y軸都能夠正常返回，再選擇Z軸回零，觀察到Z軸在回零的時候，壓到減速開關(guān)后并不減速，直至壓到硬限位開關(guān)超程報警。直接將限位開關(guān)壓下，觀察機床PLC信號狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)Z軸的減速信號沒有變化，可以初步判斷可能是機床的減速開關(guān)故障或者是減速信號線斷線。用萬用表逐步測量，最終發(fā)現(xiàn)減速開關(guān)信號線斷線，用備用線換之，故障排除。

2）某配備FANUC 0系統(tǒng)的數(shù)控車床，Z軸回參考點動作正常，但參考點位置隨機變化，每次停留的空間位置都不同。

診斷與排障過程：由于機床回參考點動作無誤，說明機床回參考點功能正常。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，參考點位置雖然每次都變化，但都在減速開關(guān)釋放后的位置附近，因此初步判斷故障的原因可能由于脈沖編碼器的零脈沖不良或絲杠與電機的連接不良。為縮小故障范圍，采用故障隔離的方法，脫開電機與絲杠間的聯(lián)軸器，通過手動壓參考點減速開關(guān)，進行回參考點試驗多次后發(fā)現(xiàn)，每次回參考點完成后，電機總是停在某一固定的角度，由此可以證明碼盤的零脈沖正常，問題應(yīng)該在電機與絲杠的連接上。仔細檢查后發(fā)現(xiàn)，絲杠與聯(lián)軸器間的彈性脹套配合間隙過大，產(chǎn)生連接松動，修整脹套，重新安裝后故障排除。

3）某配備FANUC 0M系統(tǒng)的數(shù)控銑床，在批量加工零件時，某天加工的零件產(chǎn)生批量報廢。

診斷與排障過程：經(jīng)過對工件測量，發(fā)現(xiàn)零件的全部尺寸相對位置正確，但Y軸的全部坐標(biāo)都相差8mm，而Y軸絲杠的螺距正是8mm。初步判斷是Y軸返回參考點出現(xiàn)整螺距偏移引起的故障。大部分系統(tǒng)參考點設(shè)定于減速擋塊釋放后的第一個零脈沖的位置，減速擋塊釋放時，編碼器恰巧在零脈沖附近，由于減速開關(guān)動作的隨機性誤差，可能使第一個零脈沖錯失，接收的零脈沖信號就是第二個了，此時參考點位置就發(fā)生一個絲杠螺距的誤差。重新調(diào)整了參考點減速擋塊位置，使減速擋塊釋放點與零脈沖位置相差半個螺距左右，機床恢復(fù)正常，全部零件加工符合精度要求。

4 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)控機床回參考點故障歸納起來不外乎三種情況：一是機床回參考點失敗；二是機床回參考點出現(xiàn)停止位置的隨機漂移；三是機床回參考點的位置發(fā)生整螺距的偏移。第一種情況會有報警發(fā)生，危害性不大，而第二、三種情況因為沒有報警容易造成零件的成批報廢，應(yīng)引起足夠警惕。維修人員應(yīng)熟知回參考點的控制原理以及常用檢測工具的使用，根據(jù)故障現(xiàn)象的分析，羅列成因，確定合理的診斷與檢測步驟，以便迅速排除故障。

[1] 龔仲華.數(shù)控機床故障診斷與維修500例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[2] 徐衡.數(shù)控機床維修[M]沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)工業(yè)出版社,2005.

[3] 朱仕學(xué).數(shù)控機床系統(tǒng)故障診斷與維修[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

[4] 周蘭,陳少艾.數(shù)控機床故障診斷與維修[M].北京:人民郵電出版社,2007.

[5] BEIJING—FANUC Oi—A MAINTENANCEMANUAL[Z].