棒哥设计 第一章 绪 论 一、 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下四个方面。 1、性能发展方向 1)高速度高精度高效率 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速度高精度高效率已大大提高。 2)柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 3)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，三菱系统控制轴数可达24轴。 4)实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。 2、功能发展方向 1)用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前Internet、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 2)科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 3)插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 4)内装高性能PLC 数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。 5)多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。 3、数控结构体系的发展 1)集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。 2)模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。 3)网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。 4)通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。 4、智能化新一代PCNC数控系统 当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代PCNC数控系统已成为可能。 智能化新一代PCNC数控系统将计算机智能技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。 二、数控设备故障诊断的发展 1、数控机床故障诊断与维修的一般方法 数控机床故障诊断一般包括三个步骤：第一个步骤是故障检测。这是对数控机床进行测试，检查是否存在故障。第二个步骤是故障判定及隔离。这个步骤是要判断故障的性质，以缩小产生故障的范围，分离出故障的部件或模块。第三个步骤是故障定位。将故障定位到产生故障的模块或元器件，及时排除故障或更换元件。数控机床故障诊断一般采用追踪法、自诊断、参数检查、替换法、测量法。 1) 追踪法 追踪法是指在故障诊断和维修之前，维修人员先要对故障发生的时间、机床的运行状态和故障类型进行详细了解，然后寻找产生故障的各种迹象。 2) 自诊断功能 自诊断功能是数控系统的自诊断报警系统功能，它可以帮助维修人员查找故障，是数控机床故障诊断与维修的十分重要的手段。自诊断功能按诊断时间的先后可以分为启动诊断、在线诊断和离线诊断。 3) 参数检查 数控机床的参数设置是否合理直接关系到机床能否正常工作。这些参数有位置环增益、速度环增益、反向间隙补偿值、参考点坐标、快速点定位速度、加速度、系统分辨率等数值，通常这些参数不允许修改。如果参数设置不正确或因干扰使得参数丢失，机床就不能正常运行。因此参数检查是一项重要的诊断。 4) 替换法 利用备用模块或电路板替换有故障疑点的模块或电路板，观察故障转移的情况，这是常用而简便的故障检测方法。 5) 测量法 利用万用表、钳形电流表、相序表、示波器、频谱分析仪、振动检测仪等仪器，对故障疑点进行电流、电压和波形测量，将测量值与正常值进行比较，分析故障所在的位置。 三、数控机床故障诊断与维修的技术 1)通信诊断 通信诊断是CNC生产单位维修部门采用的一种诊断方法，其借助网络通信手段将用户的CNC装置的专用接口与维修部门的故障诊断计算机连接，如图1.1所示。维修技术人员通过故障诊断计算机向用户发送诊断程序，并指导用户配合诊断程序进行有关的测试工作，同时接收测试数据。在故障诊断计算机上建立被诊断数控机床的模型， 对测试数据进行分析以确定故障发生的原因，再将故障诊断的结论和处理方法通知用户。 2)自修复系统 自修复系统是在CNC装置中配备备 用功能模块和自修复功能程序，在正常 情况下备用模块不参与工作。当某一模 块发生故障时，显示器显示出它的故障 信息，CNC装置断开故障模块，接通备 用模块。三菱公司的MCV-1060数控机 床具有自修复系统功能。 图1.1 通信诊断 3)专家诊断系统 专家诊断系统又称智能 诊断系统。它将专业技术人 员、专家的知识和维修技术 人员的经验整理出来，运用 推理的方法编制成计算机故 障诊断程序库。专家诊断系 统主要包括知识库和推理机 图1.2 专家诊断系统 两部分，如图1.2所示。知识库中以各种规则形式存放着分析和判断故障的实际经验和知识，推理机对知识库中的规则进行解释，运行推理程序，寻求故障原因和排除故障的方法。操作人员通过CRT/MDI用人机对话的方式使用专家诊断系统。操作人员输入数据或选择故障状态，从专家诊断系统处获得故障诊断的结论。三菱系统中引入了专家诊断功能。 4)神经网络诊断 神经网络理论是在现代神经科学研究成果的基础上发展起来的，神经网络由许多并行的功能单元组成，这些单元类似生物神经系统的单元。神经网络反映了人脑功能的若干特性，是一种抽象的数学模型。出自不同的研究目的和角度，它可以作为大脑结构模型、认识模型、计算机信息处理方式或算法结构。神经网络的特点是信息的分布式存储和并行协同处理，它有很强的容错性和适应性，善于联想、综合和推广。将神经网络用于数控机床故障诊断，使它作为某些难以用传统方法处理的故障诊断的手段和方法，这是数控机床故障诊断与维修技术的发展方向。 第二章 回参考点的概述 一、为什么要回参考点 数控机床在接通电源后要做回参考点的工作，这是因为机床断电后，就失去了对坐标位置的记忆。所以在接通电源后，必须让各坐标轴回到机床一固定点上，这一固定点就是机床坐标系的参考点或参考点，也称机床参考点。使机床回到这一固定点的操作称回参考点或回零操作。 图2.1为一卧式数控铣床参考点相对工作台中心位置的示意图 图2.1 卧式铣床 图2.2为一立式数控铣床参考点相对工作台中心位置的示意图 图2.2 立式铣床 回参考点是数控机床的重要功能之一，能否正确的返回参考点，将会影响到零件的加工质量。同时，由于数控机床是多刀作业，每一把刀具的刀位点安装位置不可能调整到同一坐标点上，因此就需要用刀具补偿来校正，如加工中心刀具的长度补偿和数控车床车刀刀尖的位置补偿，这种刀具偏置的补偿量也是通过刀位点的实际位置与由参考点确立的基本坐标系比较后补偿得到的。 二、 回参考点的作用 在数控机床上，各坐标轴的正方向是定义好的，因此只要机床参考点一旦确定，机床坐标系也就确定了。机床参考点往往是由机床厂家在设计机床时就确定了，但这仅仅是机械意义上的，计算机数控系统还是不能识别，即数控系统并不知道以哪一点作为基准对机床工作台的位置进行跟踪、显示等。为了让系统识别机床参考点，以建立机床坐标系，就需要执行回参考点(参考点)的操作。 三、 回零工作原理 目前，数控机床的回零方式根据采用的检测装置和检测方法可分为二种：一种是使用脉冲编码器或光栅尺的栅格法，另一种是使用磁感应开关的磁开关法。磁开关法由于存在定位漂移现象，较少使用。许多数控机床都采用栅格法回零。栅格法回零根据检测元件的计量方式的不同又可分为绝对栅格法回零和增量栅格法回零。采用绝对栅格法回零的数控机床，在有后备存储器电池支持下，只需在机床第1次开机调试时进行回零操作调整，以后每次开机均记录有参考点位置信息因而不必再进行回零操作，而增量栅格法回零则每次开机均必须进行回零操作。采用增量栅格法回零的数控机床一般有以下四种操作方式： 1.方式一（见图2.3） 手动方式下坐标轴以较快速度。 快速向参考点靠近，接近参考点后启动 回零操作，数控系统控制坐标轴以 低速继续向参考点方向移动。当轴 部压块压下参考点开关后，系统开始 查询脉冲编码器或光栅尺发出的零 标志脉冲，当零标志脉冲出现时， 便发出相对应的栅格脉冲控制信号 以控制回零停止，同时位移计数器 清零，回零操作结束。这时所处位 置便是数控机床的坐标系参考点。 图2.3 回参考点（方式一） 2．方式二（见图2.4） 回参考点时，坐标轴先以较快 速度v1向参考点快速移动，碰到参 考点开关后，在减速信号的控制下， 减速到速度v2并继续前移，脱开挡 块后，在找零标志。当轴到达测量 系统零标志发出栅格信号时，轴即 制动到速度为零，然后再以v2速度 前移参考点偏移量而停止于参 考点。 图2.4 回参考点（方式二） 3.方式三（见图2.5） 坐标轴先以较快速度v1快速向参考点靠近，当轴部压块压下参考点开关后，由数控系统控制坐标轴制动停止，然后以速度v2反向移动，系统开始查询零标志脉冲，当零标志脉冲出现时，发出相对应的栅格脉冲控制信号控制回零停止，回零结束。 图2.5 回参考点（方式三） 图2.6 回参考点（方式四） 4．方式四（见图2.6） 坐标轴先以较快速度v1快速向参考点靠近，压下参考点开关后，坐标轴移动停止，然后反向以微速移动至脱离参考点开关后，然后沿原方向以速度v2，向参考点移动。当参考点开关再次被压下时，系统开始查询零标志脉冲，当零标志脉冲出现时，发出相对应的栅格脉冲控制信号控制回零停止，回零结束。 我们公司MCV-1060型号的数控铣床回参考点的运动方式是第二种。 四、参考点的设定 当编码器与丝杠保持1:1直联式关系时，参考点的设置如下步骤： 1、X轴参考点的设定 图2.7为X轴参考点设定示意图 1) 把百分表吸附在机床合适部 分，移动工作台至X轴参考点，使 表头触及X向滑板，表头对零并注 意压缩圈数。 2) 把CRT上X轴位置数值清零, 用手摇脉冲发生器使工作台向 -X 方向移动一个略大于X轴丝杠螺距 图2.7 X轴参考点设定 2倍的数(例如螺距t=6mm,则移动距 离为（6*2+1）mm=13mm)，此值在CRT上显示。 3) 调整X轴减速撞块，通过CRT画面，观察参考点开关的I/O状态，使撞块停留在开关由断（OFF）转通（ON）的点上，如图2.8所示。此时，开关信号由断转通的点在距X轴参考点大约一个丝杠螺距处。 4)固定好挡块。 5)按下急停按钮后在释放， 目的是断一次电消除位置环内可 能出现的误差。工作台向-X方向 移动约 100mm后进行回参考点操 作，此时，工作台应保留在电气 参考点上。 6) 把CRT上X轴的位置清零。 7) 手动使工作台向-X方向 移动约1/3～1该丝杠螺距数。 8) 重复序号 3)的工作。此 时减速开关由断转为通的那个点 被确定在距电气参考点约1/6～1/2 丝杠螺距的地方，如图2.8中的L2处。 图2.8 栅格法回参考点 9) 重新固定撞块。 10) 重复进行序号 5)的工作。 11) 向＋X方向慢慢移动工作台，直至百分表指针指向零，注意表的压缩圈数与前述相同。读出CRT上的移动值，如图2.8的L3值。 12) 把L3作为X轴的栅格偏置量，即参考点补偿量，通过MDI键输入到参数GRDS X的对应地址内。 13) 按下急停按钮并释放后, 重做一次回参考点的操作，检查百分表的读书，若为零则工作结束，不为零则应该更改栅格偏置量并重做序号（12）和（13）项内容的工作。 2、Y轴参考点的设定 图2.9为X轴参考点设定示意图 Y轴参考点的调整方法，顺序同X轴设定方法，不同之处是： 1) Y向移动工作台时CRT上的显示值与实际移动值一致，因此Y向在做相当与X轴参考点设定序号（2）内容时，工作台的－Y向移动一个略大 于Y轴丝杠螺距的数) 例如t＝10mm, 图2.9 Y轴参考点设定 则移动距离为11mm)。 2) Y向在做相当于X轴参考点设定序号（7）内容时，应使刀架向-Y向移动约1/6～1/2该轴丝杠螺距数值。 3) Y轴参考点栅格偏置量应输入到参数GRDS Y的对应地址内。 要注意的是，在调整过程中，要避免参考点开关通（ON）的时候，栅格信号就出现的情况，因为此时栅格信号处在临界点上，这样由于参考点开关“通”、“断”信号出现的重复精度及机械部分的各种变形，都会使参考点出现不稳定的故障。 3、Z轴参考点设定（略） 以上是三菱系统数控铣床参考点的设定方法，其调整过程同样适用于其他系统和机床。 五、回参考点故障表现形式 数控机床一旦发生回零故障，将严重影响到零件加工质量。就其故障表现来看主要有两种形式 。 1、回零动作过程异常，根本找不到参考点这一类故障大多与回参考点减速开关产生的信号或零标志脉冲信号失效等因素有关。 1) 参考点开关损坏，不能发出使控制系统减速的信号或系统将参考点开关发出的信号丢失，导致未产生查询动作，使回零轴以较高的速度通过参考点，直到碰到限位开关才紧急停下。 2) 检测元件损坏，不能发出零标志脉冲信号或系统将零标志脉冲信号丢失，导致参考点查询失败，直到碰到限位开关才紧急停下。 3) 接口电路损坏，不能接收参考点开关信号或参考点脉冲信号，导致回零操作失败，直到碰到限位开关紧急停下。 例如：一台三菱系统MCV-1060立式铣床，发现对其进行回零操作时，X轴可以进行回零动作，但是直至碰到轴限位开关才停下来，系统显示回零错误报警指示。经检查分析该机床Y轴能进行回零操作，说明控制系统和伺服系统基本无问题。经重点检查与回零操作直接有关的元器件，发现各元器件安装位置正常，无松动现象，通过对I/O接口状态指示观察，发现参考点脉冲输入口根本无参考点脉冲信号送入，经仔细检查判定测量元件脉冲编码器已损坏，无法发出参考点脉冲信号，更换脉冲编码器后，故障排除。 2 、回零动作过程正常，但所说的回参考点不准确这一类故障大多与参考点开关挡块位置设置不当等因素有关。 1) 参考点开关位置不当，如松动、调整不当使得真正参考点脉冲恰好出现在回零减速过程中，而使得查询速度跟不上运动速度，导致真正参考点脉冲信号丢失，只有等到下一个参考点脉冲出现才减速停下。这时表现为所停位置超过参考点位置，即超程。 2) 机械结构运动间隙影响，导致所停位置偏离参考点位置微小距离，产生漂移现象。 3) 参数设置不当，如位移计数器、回零操作速度、栅格屏蔽量及参考点偏移量等参数设置不当，导致所停参考点的偏移。 例如：一台三菱系统控制的MCV-1060数控铣床，发生Y轴方向加工尺寸不稳定，尺寸超差而且呈现无规律性，但系统又无任何报警指示，导致加工工件报废。经检查，该机床采用方式二回零且回零动作正常，检查机械传动系统的传动间隙和控制系统的控制脉冲及伺服系统的稳定性发现均正常，再对其回零机械控制结构进行检查，发现参考点开关轴部压块紧固螺钉出现松动，使压块位置产生无规律的移动，从而导致所回参考点的无规律漂移使Y轴位移尺寸超差，工件报废。经过重新调整紧固压块位置后，故障消失。 第三章 回参考点的故障案例与分析 一、回参考点故障的现象、原因及其排除方法 1．机床回参考点后参考点漂移 检查是否采用绝对脉冲编码器，如果采用，诊断及调整步骤见使用绝对脉冲编码器的机床回参考点时的参考点漂移。若是采用增量脉冲编码器的机床，应确定系统是全闭环还是半闭环，若为全闭环系统，诊断调整步骤见全闭环系统中的参考点偏移。若为半闭环系统，用百分表或激光测量仪检查机械相对位置是否漂移。若不漂移，只是位置显示有偏差，检查是否为工件坐标系偏置无效。在机床回参考点后，机床CRT位置显示为一非零值，该值取决于某些诸如工件坐标系偏置一类的参数设置。若机械相对位置偏移，确定偏移量。若偏移量为一栅格，诊断方法见参考点漂移一栅点的处理步骤。若漂移量为数个脉冲，见参考点漂移数个脉冲的诊断步骤。否则检查脉冲数量和参考计数器的值是否匹配。如不匹配，修正参考计数器的值使之匹配；如果匹配，则脉冲编码器坏，需要更换。 ２．使用绝对脉冲编码器的机床回参考点时的参考点漂移 首先检查并重新设置与机床回参考点有关的检测绝对位置的有关参数，重新再试一次回参考点操作，若参考点仍漂移，检查机械相对是否有变化。如无漂移，只是位置显示有偏差，则检查工件坐标偏置是否有效；若机械位置偏移，则绝对脉冲编码器故障。 3．全闭环系统中的参考点漂移 先检查半闭环系统回参考点的漂移情况，如果正常，应检查电机一转标志信号是否由半闭环系统提供，检查有关参数设置及信号电缆联接。如参数设置正常，则光栅尺等线性测量元件不良或其接口电路故障。如参数设置不正确，则修正设置重试。 4．参考点漂移一个栅点 先减小由参数设置的接近参考点速度，重试回参考点操作，若参考点不漂移，则为减速撞块太短或安装不良。可通过改变减速撞块或减速开关的位置来解决，也可通过设置栅点 偏移改变电气参考点解决。当一个减速信号由硬件输出后，到数字伺服软件识别这个信号需要一定时间，因此当减速撞块离参考点太近时软件有时捕捉不到参考点信号，导致参考点漂移。 如果减小接近参考点速度参数设置后，重试参考点复归，若参考点仍漂移，可减小快速进给速度或快速进给时间常数的参数设置，重回参考点。若时间常数设置太大或减速撞块太短，在减速撞块范围内，进给速度不能到达接近参考点速度，当接近开关被释放时，即使栅点信号出现，软件在未检测进给速度到达接近速度时，回参考点操作不会停止，因而参考点发生漂移。 若减小快进时间常数或快速进给速度的设置，重新回参考点，参考点仍有偏移，应检查参考计数器设置的值是否有效，修正参数设置。 5．参考点漂移数个脉冲 若只是在开机后第一次回参考点时参考点漂移，则为零标志信号受干扰失效。为防止噪声干扰，应确保电缆屏蔽线接地良好，安装必要的火花抑制器，不要使检测反馈元件的通信电缆线与强电线缆靠得大近。若并非仅在开机首次回参考点时参考点变化，应修正参考计数器的设定值。 如果通过上述步骤检查仍不能排除故障，应检查编码器电源电压是否太低，编码器是否损坏，伺服电机与工作台的联轴器是否松动，系统主电路板是否正常，有关伺服轴电路板是否正常及伺服放大器板是否正常等。 二、回参考点的故障案例与分析 案例1 我们厂有一台上海旭品机械有限公司制造的MCV-1060立式数控铣床，数控系统为三菱系统在回参考点过程中，Y轴出现报警信息为“507 OVER TRAVEL +X”，有减速过程，反复操作不能回参考点，并出现同样的报警信息，该铣床采用的挡块方式回参考点。 分析与处理： 可以看出，该故障的根本原因不是硬限位本身。那么是否在减速后归基准点标记脉冲不出现，如果是这样，有两种可能：一是光栅在归基准点过程中没有发现归基准点脉冲信号，或归基准点标记失效，或由基准点标记选择的归基准点脉冲在传输或处理过程中丢失，或测量系统硬件故障对归基准点脉冲信号无鉴别或处理能力。二是减速开关 与归基准点标记位置错位，减速开关复位后，没有出现基准点标记。对相关参数逐一检查无改变和丢失的情况。用手直接压下各开关，在PMC地址X1009.0 中确减速信号由“0”变为“1”，说明功能完好，根据故障现象，超程信号也完好，重点应检查基准点信号，排除因信号丢失或元器件损坏的可能。其减速开关、参考点开关的距离已经由厂家标准设定，参考计数器容量和标准一致，一般在维护过程中不做变动或修改。先不忙采用跟踪法去确定上面分析的第一点可能原因，先遵循由易到难的原则去考虑问题。看是否由于基准点标记的识别能力已经下降或丧失所致决定将参数1425（碰减速挡块后移动速度）的X值由原来的200修改成100，为保证各轴运动平衡，将其它轴的移动速度同时设定为100 ，试回参考点，机床恢复正常，这种设想得到了验证。因此，造成该故障的原因是由于基准点标记识别能力已经降低，导致机床回参考点失败直到压合硬限位。 案例2 一般情况下，因断电导致机床参考点丢失，只要重新输入机床备份的NC参数即可。但如遇原始资料备份不齐，一旦发生参考点丢失，想恢复机床正常运行是非常困难的。但是现有一台三菱系统的MCV-1060型数控铣床，参考点丢失后，在资料不齐的情况下，参考点已经找正。下面介绍一下如何尽快找正参考点的过程。 1、回参考点的硬件条件 一般情况下，为了让机床各轴能够精确到达参考点，在每个轴上都设有四个限位开关和一个减速开关，这四个限位开关分为2个软限位开关和2个硬限位开关，如图3.1所示。 以X轴为例，在回参考点过 程中,X轴先以高速向回零方向运 动。当碰上减速开关后，又以一 定的低速继续运动，直到接收到 从编码器返回的第一个回零栅格 信号后停下来，停下位置就是该 轴的参考点，并存贮在计算机主 板上的RAM中。两个软限位是软件 图3.1 控制X轴在规定范围内运动的界限 而两边的硬限位是为了防止轴运动失控发生碰撞而设定的，当轴运动行程因失控超过软限位范围后，机床就会报警，但不停机，碰到硬限位后便会立即使机床强电关闭，从而避免发生碰撞。 2.回参考点的过程 首先将操作方式置为JOG方式，选定要回参考点的轴并给出回零信号ZRN，这时此轴就会按照设定的速度向零位方向运动，当轴在运动中碰到减速挡块后，即当减速信号由“1”变为“0”时，轴就以设定的低速 继续运动。(机床所带的编码器工 作原理是每转一圈就发出一个脉冲， 并送到机床NC中去检测比较，高速 运动时脉冲栅格信号很密，当减速 信号由“1”变为“0” 后，电机 带动的编码器转速降低，发出的脉 冲栅格间隙变宽。)当减速开关重 新释放，即减速信号再次由“0” 变为“1“ 后，NC所检测到的第一 个栅格信号就是该轴的参考点，轴 就停止下来，回零过程完成。如图3.2 图3.2 返回参考点以多大的速度运动，是由机床参数确定的，既不能太大，也不能太小，速度太大时栅格过密，易引起回零误差，而当速度太小时，栅格过宽，又不易找到正确的参考点，当发现回参考点后数值变化不定，且变化量小，可能是速度设定不合适或减速开关松动所致，只要重新设定速度值或还原减速开关初始位置即可。 3.参考参考点找正过程 1)选择手动JOG方式，并在此方式下选定一轴手动移到估计参考点位置附近，当轴有要求参考点返回的报警时，在参考点方向停止该轴运转。 2)给轴回零信号，即把拨码开关打到“回参考点”档。 3)按下一个带方向(+或-)的轴名键，轴缓慢移动一会后自动停下，这个停下位置就是参考点，只要把此时轴的值设定到参数中去即可。 现在，数控机床的控制系统很多，但其回参考点的工作原理基本一样，只是有些标识或步骤不一样，数控维修人员只要懂得其基本原理，就会很快找到丢失的参考点。 案例3 由上海旭品机械有限公司制造MCV-1060加工中心开机手动回参考点，轴向回参考点的相反方向移动。该机配用三菱数控系统，各自采用半闭环控制方式，使用增量脉冲编码器作为检测反馈元件。 分析：机床开机后X轴手动回参考点的动作过程为：回参考点轴先以快速进给速度向参考点方向移动，当参考点减速开关被减速挡铁压下时，PLC输入点I32．2信号由1变为O，CNC接收到该跳变信号后输出指令，使X轴制动后并以接近参考点速度向相反方向移动，当减速挡铁释放减速开关时，I32．2信号由0跳变为1，X轴制动到0后改变方向，以接近参考点速度向参考点方向移动，当减速挡铁再次压下参考点的减速开关时，I32．2信号由1变为0，此时起，CNC接收到的增量脉冲编码器发出的零位标志脉冲10时,X轴再继续运行到参数设定的距离后停止，参考点确立，回参考点过程结束。 这种回参考点的方式可以避免在参考点位置回参考点这种不正常操作对加工中心造成的危害。当加工中心轴本已在参考点位置，而进行回参考点操作时，这时I32．2初始信号是零，CNC检测到这种状态后，发出向回参考点方向相反的方向运动指令，在减速开关被释放，即I32.2为1后,X轴改变运动方向向回参考点方向移动，进行上述的回参考点过程。 根据故障现象，怀疑回参考点减速开关被压下后，虽然 轴已经移离参考点，但开关不能复位。用PLC诊断检查确认判断正确。 寻问操作者，机床开机时各轴都在行程中间位置，排除了因在参考点位置停机减速，挡铁持续压着减速开关，导致开关弹簧疲劳失效的故障原因。也说明该减速开关在关机前就已经失效了。 仔细观察加工过程，发现每一加工循环过程结束后，加工中心都停止在各轴的参考点位置上。这大大增加了减速开关失效的可能，增加了故障几率。这可能是本次故障的真正原因。建议数控机床编程员在编制零件加工程序时，在程序结束(如M30)前，加入回各轴中间点的G代码指令，以减少该类故障的发生。 第四章 结论 数控机床在每次开机后都必须首先进行回参考点操作，以确定机床的坐标参考点。寻找参考点主要与参考点限位开关、编码器或光栅尺的参考点脉冲有关。精确回到参考点，必须做到机械上粗定位，电气上精定位，才能极大地降低归参考点故障，准确诊断数控机床归参考点故障，并加以及时排除。在使用过程中要注意加强机床的保养，按照表1-1(见附录)对机床进行定期与不定期的检查。这样，才能提高数控机床的开机可靠性和开动率。 在使用过程中如果机器出现有关回参考点的故障，应事先搞清机床的回参考点方式和特点，再根据故障现象，判断哪个环节出了问题。千万不要盲目拆机床。 在最后我要感谢各位老师和母校教育了我。我想有一天我也会为母校挣点光。 参考文献 1.王侃夫主编.数控机床故障诊断及维护.北京：机械工业出版社，2005 2.刘希金主编.机床数控系统故障检测与维修.北京：兵器工业出版社，1995 3.武友德主编.数控设备故障诊断与维修技术.北京：化学工业出版社，2003 4. 任建平主编.现代数控机床故障诊断及维修．北京：国防工业出版社，2002． 5. 夏庆观主编.数控机床故障诊断与维修．北京：高等教育出版社，2002． 附录 表1-1 数控铣床维护点检表 序号检查周期检 查 部 位检 查 要 求 1每天导轨润滑油箱检查油标、油量，及时添加润滑油，润滑泵能定时起动及停止 2每天X、Y、Z轴的导轨面清除切屑及脏物，检查润滑油是否充分，导轨面有无划伤损坏 3每天压缩空气气源压力检查气动控制系统压力是否在正常范围 4每天气源自动分水滤气器和自动空气干燥器及时清理分水器中滤出的水分，保证自动空气干燥器工作正常 5每天气液转换器和增压器油面发现油面低于标准时应及时补足 6每天主轴润滑恒温油箱恒温油箱工作正常、油量充足并调节温度范围 7每天机床液压系统油箱、液压泵无异常嘈声，压力表指示正常，管路及各接头无泄漏，工作油面高度正常 8每天液压平衡系统平衡压力指示正常，快速移动时平衡阀工作正常 9每天各种电气柜散热通风装置各电气柜冷却风扇工作正常，风道过滤网无堵塞 10每天各种防护装置导轨、机床防护罩等无松动、泄漏 11每半年滚珠丝杠螺母副清洗滚珠丝杠上的旧润滑脂，涂上新润滑脂 12每半年液压油路清洗溢流阀、减压阀、滤油器，清洗油箱油底，更换或过滤液压油 13每半年主轴润滑恒温油箱清洗过滤器，更换润滑脂 14每年检查并更换直流伺服 电机电刷检查换向器表面，吹净碳粉，去除毛刺，更换长度过短的电刷，跑合后才能使用 15每年润滑油泵、滤油器等清理润滑油池底，更换滤油器 16不定期CNC装置的输入/输出单元机床与计算机之间的连接电缆无松动 17不定期检查各轴导轨上镶条、压紧滚轮、丝杠按机床说明书调整 18不定期冷却液箱检查液面高度，切削液太脏时需更换，并清理冷却液箱底部，清洗过滤器 19不定期排屑器清理切屑，检查有无卡住等 20不定期清理滤油池及时清走滤油池中废油，以免外溢 21不定期调整主轴驱动带松紧接机床说明书调整 QQ 29467473 | 
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