机床零点漂移.doc

数控机床零点漂移的研究时间：2011-08-13 09:23:11 来源：自动化应用杂志社 作者：王熙梅摘要：通过对半闭环与全闭环系统数控机床回零原理的分析，阐述机床零点漂移产生的原因，以及对机床零点漂移的一些关键性解决办法。关键词：数控机床；回零；半闭环；全闭环 Research on Zero drift of CNC machine toolWang Xi-mei(Yangzhou Electric Power Equipment Repair & Manufacture Factory, Yangzhou 225003, China)Abstract: Through a 0 概述数控机床的回零操作是数控机床控制操作中最为关键的环节之一。数控操作规程明确指出，机床通电后首先必须进行回零操作，以确定机床原点和机床坐标系，为后续建立工件坐标系和工件原点提供基准点。同时数控机床的各种刀具补偿、间隙补偿、轴向补偿以及其他精度补偿措施能否发挥正确作用，也完全取决于数控机床能否回到正确的零点位置。机床精度之所以得以保证，其中有一个重要方面是通过各个轴的回零来确定机床的绝对坐标，而被加工箱体各个面相对坐标的确定是以机床绝对坐标为前提的。零点的漂移会造成绝对坐标与实际位置之间产生错误，从而使相对坐标与箱体位置之间产生错误，轻则产生较大的重复定位误差，导致箱体报废，重则撞坏刀具乃至对机床床身造成严重的破坏。1 机床回零的工作原理目前，数控机床一般采用的检测装置为脉冲编码器、光栅或磁尺。根据检测装置的不同，回零方法也可以分为栅格法或磁开关法。其中，磁开关法存在定位漂移的现象，行业内较少采用，因此许多机床均采用栅格法回零。栅格法回零又可根据检测元件的计量方式不同，分为绝对栅格法回零和增量栅格法回零2种具体的操作方法。采用绝对栅格法回零的数控机床，在有后备存贮器电池支持的情况下，只需在机床第1次开机调试时进行回零操作调整，因为以后每次开机后均记录有零点位置信息，也就不必再重复进行回零操作，而增量栅格法回零则每次均须进行回零操作。加工中心与数控机床的位置环控制有半闭环系统与全闭环系统2种，机床的工作原理与回零有所差异，不同的轴的运转方式不一样其回零方式也存在差异。分别以2类数控机床的X轴为例介绍2个系统的回零工作原理（半闭环系统以法挪科0TD系统为例，全闭环系统以西门子840D系统的卧式加工中心为例）。1.1半闭环系统半闭环系统的轴控制原理如图1所示。回零时在MDI方式下按 “HOME”键与“ X +”键，产生X轴回零的计算机指令,数控系统NC输出控制信号，经A/DA转换后，以恒定的速度V传送给X轴伺服控制器，X轴伺服控制器控制X轴伺服电机M沿着X轴正向移动。当X轴压下回零开关SQ31C，产生0信号给PLC输入端X16.5，PLC将该逻辑通过数据方式上传给数控系统NC，NC给出回零减速信号，经A/D转换后，以恒定的速度V0传送给X轴伺服控制器，X轴伺服控制器控制X轴伺服电机M沿着X轴正向低速移动，当X轴释放回零开关SQ31C，产生1信号给PLC输入端X16.5，PLC将逻辑上传给NC给出位置信号，X轴旋转额定螺距后停车，系统置X轴坐标为零，作为X轴的机床绝对坐标原点。半闭环回零时序图见图2。图1 半闭环系统的轴控制原理 1.2全闭环系统全闭环系统的轴控制原理如图3所示。回零时,在回零方式下移动拨码盘指向X轴位置,按下 “+ ”键产生X轴回零的计算机指令,NC输出信号经A/D转换，以恒定的速度V传送给伺服放大器，伺服放大器控制伺服电机M沿着X轴正向移动，当X轴压下回零开关050-S1，产生1信号给PLC输入端I16.0，PLC将逻辑上传给NC给出回零减速信号，经A/D转换，以恒定的速度-V0传送给X轴伺服控制器，X轴伺服控制器控制X轴伺服电机M沿着X轴负向低速移动，此时在光栅尺上寻找零脉冲，一旦找到第一个零脉冲给出位置信号，然后置X轴坐标为额定值，作为X轴的机床绝对坐标值。全闭环回零时序图如图4所示。2零点漂移的原因回零操作作为机床操作的重要步骤，其正确性是确保零件加工质量是否合格的关键环节之一。根据我们长期工作经验和对回零故障特点的分析可知，回零故障主要有以下几种表现形式。（1）回零开关失灵。由于零点开关出现了问题，PLC没有产生信号反馈，检测元件或接口电路某一部分遭受损坏也会导致这样的问题。一般无法回零，由图2和图4可知，即便能回零，也会产生严重的错误。（2）回零开关的位置有变化。这是由于零点开关位置设置不当（具体又可分为松动、调整不当2种情况）、机械结构运动间隙或参数设置不当等原因所导致。由于机床维修时（如检修回零开关或床身）或机床受外力（如撞车、强力振动）会导致回零开关的位置变化，由图2和图4可知，此时回零减速的位置产生了变化，因此无论半闭环还是全闭环系统回零点都会产生变化。（3）光栅尺的位置有变化。在全闭环系统中才会有光栅尺，光栅尺在清洗后（西门子840D系统中出现1322报警，是测量系统有故障，此时可以用清洗的办法来清洗光栅尺），安装位置必然会产生变化，则第一零脉冲位置也会产生变化，由图4可知，回零点也必然会产生变化。（4）伺服速度环有故障。该回零故障的引起，主要原因是伺服控制器出现了问题，执行回零减速命令，机床仍很快前进，因速度太快，系统会产生接受错误的或不是正确位置的零脉冲。（5）其它故障。光栅尺的零脉冲或位置编码器有故障，都会产生错误的零脉冲，使响应的零脉冲不是真正的第一零脉冲。3 解决办法故障时，一般会出现3种现象，根据不同的故障现象作出相应的对策，对于不同的系统，采取的方法也不尽相同。（1）无回零减速。即回零开关没有接触到，或回零开关已损坏。方法是应打开诊断画面或动态梯形图，查阅相应的轴的输入点（如果是法挪科X轴则查X16.0）是否与图2或图4的波形一致，如不一致更换相应的开关或电缆线即可。一台采用西门子SINUMERIK 840D的数控铣床，开机后X轴找不到参考点，且一起运动到极限限位，产生限位报警。根据以上故障现象分析，可能是零点开关有问题。使用编程器监控发现DB31.DBX12.7的输出状态一直为零，表明在坐标轴回参考点时没有变化，这就证明了零点开关部位出现了问题。经检查零点开关没有问题，于是再检查电气连线，发现开关端子连线折断，致使PLC得不到零点开关的变化信号，因而造成回零信号无输出，只须重新连接线路。（2）回零点产生了变化但能保持此变化。回零开关的位置与原来有变化，而以后则能保持在新的位置上，可以使用移动开关位置的办法，但一般采用改变相对坐标系与第二参考点的办法（法挪科X轴第二参考点参数号为735）。全闭环系统除了以上的方法还可以修改回零点的赋值（西门子840D系统的X轴的零点赋值参数号为NC2400）。 （3）回零点产生了变化但不能保持此变化。每一次回零都有不同的结果，无重复定位精度可言。对于半闭环系统，回零开关在释放时的随动误差与系统的检测造成零点漂移，一般是上升或下降10mm（即上升或下降一个螺距）。方法是将回零开关或档块向前或向后微移，或将回零档块变陡，使用这2种方法要求有一定的工作经验。另一种方法是修改零点偏移量，调整方法是摇动手轮移动相应的轴，至回零开关释放点，与回零点比较记下误差，如此重复数10次，计算平均值，要求保证误差平均值最佳为5060（因为在0100m范围内为本螺距，而在-1000m和100200m分别为上、下一个螺距）。否则根据公式修改相应的零点偏移量（法挪科X轴零点偏移量参数号为508，出厂设定为0），公式为:零点偏移量参数值=50-误差平均值，如法挪科系统X轴误差平均值为-20，根据公式将508号参数改为70。对于全闭环系统，该现象则与回零开关无关，是光栅尺的零脉冲有故障，应对光栅尺进行清洗，若无效则光栅尺需要更换。（4）其它故障现象。若是伺服放大器或位置编码器故障，由于涉及更多方面的问题在此就不一一叙述。常用的方法是替换法，值得注意的是西门子840D系统更换伺服放大器时要调整好参数板。数控机床开机回零命令不执行，且手动时也不动这一类回零操作故障的引起，原因很可能是机床伺服系统的伺服轴的使用条件不满足。此时，应及时对伺服系统进行检查和诊断。一台采用西门子SINUMERIK 880的数控铣镗床，开机后X轴回不了参考点。观察其回零的过程，发现X轴有减速过程，也有返程过程，但返程后始终保持运行，直到压上限位开关，这说明零点开关无问题，问题出在零点脉冲上。但检查光栅尺零点脉冲的晃片时也并没有发现异常之处，经反复观察会发现，当零点开关被压上时，光栅尺的读数头应该对到晃片上，而事实上光栅尺的读数头与晃片两者并没有对齐，因此没能找到零点信号。此类故障只需移动晃片将其与读数头位置对准，故障自然就会消失。4 结语机床回零出现故障后，应从故障现象着手，根据机床报警信号及指示灯状态，及时认真分析故障产生的原因，本着由简到难、由外到内，先机械、后电气的原则进行查找，就一定能找到