編碼器原理在數(shù)控系統(tǒng)維修中的應(yīng)用

謝寶成 解建華

摘 要 本文分析了編碼器工作原理及其在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用， 結(jié)合維修工作中常見的機床零點丟失故障案例，找出有效的解決方法。

【關(guān)鍵詞】編碼器 FANUC 數(shù)控系統(tǒng) 參考點

目前數(shù)控機床采用日本FANUC系統(tǒng)居多，且FANUC系統(tǒng)帶有自診斷、參數(shù)診斷、 PMC信號追蹤功能，為維修方面提供了一種手段。在FANUC系統(tǒng)維修實踐中，經(jīng)常遇到參考點丟失故障，本文針對此問題分析編碼器工作原理及數(shù)控系統(tǒng)參考點建立的過程，并在此基礎(chǔ)上給出解決方法。

1 參考點的設(shè)置

參考點是機床廠在伺服軸上建立的固定物理位置。機床回零點，即數(shù)控系統(tǒng)返回參考點。工件坐標(biāo)零點是加工零件時根據(jù)加工工藝要求，在參考點的基礎(chǔ)上進行一定量的偏置生成的，不同的零件其工件坐標(biāo)零點與參考點的偏置量是不同的。所以當(dāng)參考點丟失時，工件坐標(biāo)零點就無法建立，數(shù)控加工程序就不能正常運行。參考點一致性出現(xiàn)問題時，數(shù)控加工程序雖可運行，但工件零點的一致性發(fā)生變化，加工精度就無法保證。

數(shù)控系統(tǒng)建立參考點的方式主要有兩種：增量式、絕對坐標(biāo)式。

1.1 增量式回參考點的原理

數(shù)控系統(tǒng)采用增量方式回參考點，執(zhí)行過程如下：

（1）根據(jù)控制面板的設(shè)定（軸選擇、正向或負向、進給倍率設(shè)為×10）點按操作面板home按鈕，機床工作臺沿參考點方向快速移動；

（2）當(dāng)工作臺擋塊壓上導(dǎo)軌減速行程開關(guān)觸頭，觸頭常閉觸點斷開，此開關(guān)量信號送進FANUC系統(tǒng)PMC單元，由FANUC的CPU，結(jié)合回零信號，輸出減速指令給伺服放大器，伺服放大器控制伺服電機減速，工作臺以一定的低速繼續(xù)移動；

（3）在工作臺擋塊滑過行程開關(guān)的觸頭后，觸頭由斷開再次閉合時，CNC檢測伺服電機編碼器的零標(biāo)志脈沖信號，當(dāng)檢測到此信號后，工作臺立刻停止進給，停止的位置就是參考點。此時CNC向PMC發(fā)出回參考點完成信號ZPX、ZPY、ZPZ。

從上述回參考點過程可以看出，減速信號由行程開關(guān)和工作臺擋塊共同作用產(chǎn)生，電氣柵格位置信號則由伺服電機上安裝的編碼器零位脈沖精確給出。當(dāng)零位建立以后，機床工作臺進給距離由此參考點加上偏移量得到。機床數(shù)控系統(tǒng)不能長期保存參考點的坐標(biāo)信息，機床斷電后，此信息立刻丟失，下次開機仍需再執(zhí)行回參考點步驟，故工作效率低。且數(shù)控系統(tǒng)靠行程開關(guān)觸頭通斷來反饋減速信號存在響應(yīng)誤差，所以每次回零操作后得到的零點坐標(biāo)是不同的，這給加工精度帶來一定影響。行程開關(guān)是易損件，此種回零方式故障率相對較高。

因存在上述弊端，目前數(shù)控機床常采用絕對坐標(biāo)式回參考點方式。本文著重介紹此種方式原理和故障解決方法。

1.2 絕對坐標(biāo)式回參考點

與增量式回參考點方式相比，絕對坐標(biāo)式回參考點不需機床每次開機進行回參考點操作。由于參考計數(shù)器已設(shè)置，且柵格點已建立，可直接返回原點。系統(tǒng)斷電后，機床位置偏移量保存在電機編碼器SRAM中，通過伺服放大器上的電池支持電機編碼器SRAM。數(shù)控系統(tǒng)讀取編碼器SRAM中的參考點數(shù)據(jù)和偏移量建立當(dāng)前位置，計算當(dāng)前位置到機床原點的距離，計算結(jié)果賦給計數(shù)器，柵格點被確立。

2 參考點信息丟失故障解決方法

當(dāng)更換伺服電機、伺服放大器、插拔伺服放大器信號電纜插頭或絕對位置編碼器信息電池電壓長期（一周以上）低于3V時，絕對位置編碼器SRAM中保存的參考點信息將丟失，下次開機會出現(xiàn)300號報警，報警信息為“機床需要回零點”。

解決方法如下：

（1）開機后在伺服放大器上電狀態(tài)下更換電池，注意極性不要裝反。然后按數(shù)控操作面板上的“RESET”復(fù)位按鈕，消除360號報警；

（2）撥動數(shù)控操作面板上軸選擇開關(guān)，選擇要進行回參考點的軸；

（3）按數(shù)控操作面板上“MDI”按鈕，點亮該按鈕指示燈；再按 “OFFSET SETTING”鍵，進入?yún)?shù)畫面，將第一行參數(shù)“PARAMETER WRITE”值改為1；再按“INPUT”鍵，關(guān)閉參數(shù)寫保護功能，此時數(shù)控系統(tǒng)屏幕上出現(xiàn)100號報警，信息為“系統(tǒng)參數(shù)已經(jīng)打開”；

（4）按下“SYSTEM”鍵，點擊“PARA”按鈕，進入機床參數(shù)畫面，輸入1320，點擊“search”按鈕，可以看到各軸軟限位設(shè)定值。1320、1321參數(shù)分別保存了機床各軸正向、負向軟限位坐標(biāo)值。記下上述數(shù)值，再把1320 或1321 中的對應(yīng)需要回零位軸參數(shù)分別改為+99999999、-99999999，將軟件限位功能關(guān)閉。半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，參考點設(shè)置在靠近伺服電機編碼器一端，這樣做的目的是考慮到滾珠絲杠熱變形造成的基準誤差最小，因此需要根據(jù)電機安裝情況確定改動正、負方向軟限位坐標(biāo)值；

（5）撥動操作面板軸選擇旋鈕，選擇對應(yīng)軸，將進給倍率設(shè)為“×1”， 然后按“回參考點”按鈕，執(zhí)行回參考點操作，當(dāng)機床工作臺移動到參考點位置附近時，再繼續(xù)往前走將收到絕對位置編碼器零位脈沖信號，也叫一轉(zhuǎn)信號，此時計數(shù)器清零，重新開始計數(shù)，當(dāng)移動到1850參數(shù)設(shè)定的偏移距離后，工作臺停止進給，停止點的坐標(biāo)就是這個軸的參考點坐標(biāo)。此時屏幕上的報警信息自動消除；

（6）將1320或1321 中的參數(shù)改回原來的值；

（7）將第（3）步中的“PARAMETER WRITE”值重新改為0，按下操作面板上的“RESET”按鈕，屏幕上顯示100號報警消除；

（8）關(guān)閉機床電源，重新開機，故障徹底排除。

需要注意的是，在執(zhí)行回參考點操作前，通過MPG手動將工作臺移動到該軸絲杠參考點2個螺距距離，以保證數(shù)控系統(tǒng)正確檢測到編碼器的一轉(zhuǎn)信號。

我校一臺CK6125D型數(shù)控車床曾出現(xiàn)車螺紋亂扣故障，故障隨機出現(xiàn)。為排除伺服放大器引起上述故障的可能性，將X軸和Y軸伺服放大器互換，看故障是否轉(zhuǎn)移。更換伺服放大器是在斷電狀態(tài)下，需要插拔伺服放大器信號電纜插頭，由此造成X軸和Y軸零位丟失。開機后又增加300、301號報警，機床需要重新回零位，這兩個報警就是按照上述方法排除的。

3 結(jié)束語

機床參考點是數(shù)控機床各軸上重要坐標(biāo)點，是零件坐標(biāo)的參照點，對零件加工精度影響巨大。機床參考點坐標(biāo)丟失故障產(chǎn)生的原因也有多種，一般來說，只要編碼器和伺服功能正常，通過上述方法是可以解決的。而編碼器和伺服放大器硬件功能正常與否可以通過與其它軸互換的方法來判斷。

參考文獻

[1]張炳杰.加工中心回參考點故障幾例[J].中國設(shè)備工程，2003.

[2]宋松.FANUC 0i系列數(shù)控系統(tǒng)維修診斷與實踐[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

作者單位

1.陜西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西省寶雞市 721001

2.中國航天電子技術(shù)研究院 陜西省寶雞市 721006