《数控机床故障诊断与维修》-第十章

１０.１回参考点作用及操作回数控机床参考点的坐标值是相对于机床零点设置的，是联系机床坐标系和工件坐标系的关系点，每次启动机床，都要进行回归参考点操作。参考点前，在手动方式下，将Ｘ轴、Ｙ轴和Ｚ轴的位置移动到负限位和参考点开关之间，按操作面板上的“参考点”键，启动回参考点运行方式，此时“Ｘ轴选”的指示灯闪烁，按下“Ｘ轴选”键，“Ｘ轴选”指示灯以更快的频率闪烁，同时，Ｘ轴向正方向运行寻找参考点，当到达参考点开关时，Ｘ轴减速回零，同时在ＣＲＴ上显示参考点的坐标为０。下一页返回１０.１回参考点作用及操作Ｘ轴回零完成后，“Ｙ轴选”指示灯闪烁，按下“Ｙ轴选”键，“Ｙ轴选”指示灯以更快的频率闪烁，同时，Ｙ轴向正方向运行寻找参考点，当到达参考点开关时，Ｙ轴减速回零，同时在ＣＲＴ上显示参考点的坐标为０。Ｚ轴回参考点跟Ｘ轴、Ｙ轴回参考点过程一样。上一页下一页返回１０.１回参考点作用及操作Ｘ轴回零完成后，“Ｙ轴选”指示灯闪烁，按下“Ｙ轴选”键，“Ｙ轴选”指示灯以更快的频率闪烁，同时，Ｙ轴向正方向运行寻找参考点，当到达参考点开关时，Ｙ轴减速回零，同时在ＣＲＴ上显示参考点的坐标为０。Ｚ轴回参考点跟Ｘ轴、Ｙ轴回参考点过程一样。上一页返回１０.２回参考点的原理数控机床按照控制理论可分为闭环、半闭环、开环系统。闭环数控系统装有检测最终直线位移的反馈装置，半闭环数控系统的位置测量装置安装在伺服电动机转动轴上或丝杆的端部，也就是说反馈信号取自角位移，而开环数控系统不带位置检测反馈装置。对于闭环、半闭环数控系统，通常利用位移检测反馈装置脉冲编码器或光栅尺进行回参考点定位，即栅格法回参考点。而开环系统则需另外加装检测元件，通常利用磁感应开关回参考点定位，即磁开关法回参考点。无论采用哪种回参考点操作，为保证准确定位，在到达参考点之前必须使数控机床的伺服系统自动减速，因此在多数数控机床上安装减速挡块及相应的检测元件。下一页返回１０.２回参考点的原理栅格法根据检测反馈元件计量方法的不同又可分为绝对栅格法和增量栅格法。采用绝对脉冲编码器或光栅尺回参考点的称为绝对栅格法，在机床调试时，通过参数设置和机床回零操作确定参考点，只要检测反馈元件的后备电池有效，此后每次开机，均记录有参考点位置信息，因而不必再进行回参考点操作。采用增量式编码器或光栅尺回参考点的称为增量栅格法，在每次开机时都需要回参考点。不同数控系统返回参考点的动作、细节有所不同，图１０-１中以ＶＭＣ６５０数控铣床（采用ＦＡＮＵＣ０ｉ系统）为例，简要叙述增量栅格法返回零点的原理和过程。在图１０-１中，快速进给速度参数、慢速进给速度参数、加减速时间常数、栅格偏移量等参数分别由数控系统的相应参数设定。机床返回参考点的操作步骤为：上一页下一页返回１０.２回参考点的原理（１）将方式开关拨到“回参考点”挡，选择返回参考点的轴，按下该轴正向点动按钮，该轴以快速移动速度移向参考点；（２）当与工作台一起运动的减速挡块压下减速开关触点时，减速信号由通（ＯＮ）转为断（ＯＦＦ）状态，工作台进给会减速，按参数设定的慢速进给速度继续移动。减速可削弱运动部件的移动惯量，使零点停留位置准确；上一页下一页返回１０.２回参考点的原理（３）栅格法是采用脉冲编码器上每转出现一次的栅格信号（又称一转信号ＰＣＺ）来确定参考点，当减速挡块释放减速开关，触点状态由断转为通后，数控系统将等待编码器上的第一个栅格信号的出现。该信号一出现，工作台运动就立即停止，同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床该轴回参考点成功。有的数控机床在减速信号由通（ＯＮ）转为断（ＯＦＦ）后，减速向前继续运动。当又脱开开关后，轴的运动方向则向相反的进给方向运动，直到数控系统接受到第一个零点脉冲，轴停止运动。上一页下一页返回１０.２回参考点的原理开环系统没有位移检测反馈装置脉冲编码器或光栅尺，所以不会产生栅格信号，通常利用磁感应开关回参考点定位。下面以某数控车床为例简要叙述磁开关法返回参考点的原理和过程。在图１０-２中，快速进给速度参数、慢速进给速度参数、加减速时间常数、偏移量等参数分别由数控系统的相应参数设定。返回参考点的操作步骤为：前两步同栅格法返回参考点的操作步骤，第三步为减速挡块释放减速开关，触点状态由断转为通后，数控系统将等待感应开关信号的出现该信号一出现，工作台运动就立即停止，同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床回该轴参考点成功。上一页返回１０.３ＶＭＣ６５０数控铣床的回参考点电路ＶＭＣ６５０数控铣床的回参考点电路比较简单，具体电路如图１０-３所示。Ｘ回零的信号由３３０（＋２４Ｖ）经ＳＱ１（４０７）连接到Ａ１０转接口，作为Ｘ回零信号的输入，对应ＰＭＣ梯形图的地址为Ｘ９.０；Ｙ回零的信号由３３０（＋２４Ｖ）经ＳＱ２（４０８）连接到Ｂ１０转接口，作为Ｙ回零信号的输入，对应ＰＭＣ梯形图的地址为Ｘ９.１；Ｚ回零的信号由３３０（＋２４Ｖ）经ＳＱ３（４０９）连接到Ａ１１转接口，作为Ｚ回零信号的输入，对应ＰＭＣ梯形图的地址为Ｘ９.２。返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析当数控机床回参考点出现故障时，首先应由简单到复杂，进行全面检查。先检查原点减速挡块是否松动、减速开关固定是否牢固、开关是否损坏，若无问题，应进一步用千分表或激光测量仪检查机械相对位置的漂移量、检查减速开关位置与原点之间的位置关系，然后检查伺服电动机每转的运动量、指令倍率比（ＣＭＲ）及检测倍乘比（ＤＭＲ），再检查回原点快速进给速度的参数设置及接近原点的减速速度的参数设置。下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析数控机床回参考点不稳定，不但会直接影响零件加工精度，对于加工中心机床，还会影响到自动换刀。根据经验，数控机床回参考点出现的故障大多出现在机床侧，以硬件故障居多，但随着机床元器件的老化，软故障也时有发生，介绍几种常见的数控机床回参考点故障及其对策。上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析机床能够执行返回参考点操作，回参考点绿灯亮，但返回参考点时出现停止位置漂移，且没有报警产生，该故障一般有两种情况：（１）机床开机后首次手动回参考点时，偏离参考点一个或几个栅格距离以后每次进行回参考点操作所偏离的距离是一定的。一般造成这种故障的原因是减速挡块位置不正确；减速挡块的长度太短或参考点用的接近开关的位置不当该故障一般在机床首次安装调试后或大修后发生，可通过调整减速挡块的位置或接近开关的位置来解决，或者通过调整回参考点快速进给速度、快速进给时间常数来解决；上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析（２）偏离参考点任意位置，即偏离一个随机值或出现微小偏移，且每次进行回参考点操作所偏离的距离不等。这种故障可考虑下列因素并实施相应对策：外界干扰，如电缆屏蔽层接地不良，脉冲编码器的信号线与强电电缆靠得太近；脉冲编码器或光栅尺用的电源电压太低（低于４.７５Ｖ）或有故障；速度控制单元控制板不良；进给轴与伺服电动机之间的联轴器松动；电缆连接器接触不良或电缆损坏。可想而知，数控机床发生这类故障对用户来说是最可怕的，因为对于进行批量加工生产的数控机床，若机床每天所进行的回参考点操作所定位的位置不稳定，机床加工时的工件坐标系会随每次进行回参考点操作参考点的漂移而产生漂移，机床所加工的批量零部件尺寸精度会出现不一致现象，而且极易造成批量废品。上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析下面以这两种不同的回零方式，分别讨论不能正常返回零点的影响因素及解决方法。１）不能正常返回参考点（增量方式）其故障表现形式为：情况１：手动回零时不减速，并伴随超程报警；情况２：手动回零有减速动作，但减速后轴运动不停止直至９０＃报警———伺服轴找不到零点；上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析情况３：手动回零方式下根本没有轴移动。那么要以分析整个返回参考点的工作过程和工作原理入手，其原理及过程如下：（１）回参考点方式有效（ＺＲＮ）（ＭＤ１／ＭＤ４）———对应ＰＭＣ地址Ｇ４３-７＝１;Ｇ４３-０＝１／Ｇ４３-２＝１；上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析（２）轴选择（＋／－Ｊｘ）有效———对应ＰＭＣ地址Ｇ１００～Ｇ１０２＝１；（３）减速开关读入信号（ＤＥＣｘ）———对应ＰＭＣ地址Ｘ９-０～Ｘ９３或Ｇ１９６-０～３＝１，０，１；（４）电气栅格被读入，找到参考点。这里需要详细说明的是“电气栅格”。ＦＡＮＵＣ数控系统除了与一般数控系统一样，在返回参考点时需要寻找真正的物理栅格———编码器的一转信号，或光栅尺的栅格信号。并且还要在物理栅格的基础上再加上一定的偏移量———栅格偏移量（１８５０＃参数中设定的量），形成最终的参考点。也即“ＧＲＩＤ”信号，“ＧＲＩＤ信号可以理解为是在所找到的物理栅格基础上再加上“栅格偏移量”后生成的点。上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析ＦＡＮＵＣ公司使用电气栅格“ＧＲＩＤ”的目的，就是可以通过１８５０＃参数的调整，在一定量的范围内（小于参考计数器容量设置范围）灵活的微调参考点的精确位置，这一点与西门子数控系统返回参考点方式有所不同。而这一“栅格偏移量”参数恰恰是我们维修工程师维修、调整时应该用到的参数。故障原因分析：对于情况１：手动回零时不减速，并伴随超程报警。减速开关进油或进水，信号失效，Ｉ／Ｏ单元之前就没有信号。减速开关正常，但ＰＭＣ诊断画面没有反应，虽然信号已经输入到系统接口板，但由于Ｉ／Ｏ接口板或输入模块已经损坏。上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析由于减速开关在工作台下面，工作条件比较恶劣（油、水、铁屑侵蚀），严重时引起２４Ｖ短路，损伤接口板，从而导致上述两种情况时有发生。对于情况２：手动回零有减速动作，但减速后轴运动不停止直至９０＃报警———伺服轴找不到零点，ＦＡＮＵＣ数控系统寻找参考点一般是在减速开关抬起后寻找第一个一转信号或物理栅格，此时如果一转信号或物理栅格信号缺失，则就会出现９０＃报警———找不到参考点。上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析下述几种情况均容易引起栅格信号缺失：（１）编码器或光栅尺被污染，如进水进油。（２）反馈信号线或光栅适配器受外部信号干扰。（３）反馈电缆信号衰减。（４）编码器或光栅尺接口电路故障、器件老化。（５）伺服放大器接口电路故障。２）绝对零点丢失（绝对坐标方式）由于绝对位置信息是依靠伺服放大器中的电池保护数据，所以当下面几种情况发生时，零点会丢失，并出现３００＃报警。（１）更换了编码器或伺服电动机。（２）更换了伺服放大器。上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析（３）反馈电缆脱离伺服放大器或伺服电动机。故障原因分析：绝对零点丢失的原因，也即３００＃报警的原因：（１）绝对位置编码器后备电池掉电。（２）更换了编码器或伺服电动机。（３）更换了伺服放大器。（４）反馈电缆脱离伺服放大器或伺服电动机。上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析解决方案：确认绝对位置编码器后备电池良好，参照下面的方法，进行绝对零点重新设置，即可恢复参考点。注意：绝对位置编码器通常采用无挡块、无标志的机床结构，重新恢复参考点很难精确地回到原来的那个点上。所以新的参考点建立后，一定要对机械坐标零点、工件零点、第二参考点进行校准（通过参数修正）。上一页下一页返回１０.４数控机床回参考点故障诊断与分析Ｚ轴原点丢失，机床出现“＃３００Ｚ轴原点复归要求”报警无法解除；此时查看参数Ｎｏ.１８１５中Ｚ轴＃４为０，将Ｚ轴移动到理论原点处，切断电源后重新开机，查看参数Ｎｏ.１８１５中Ｚ轴＃４为１，此时原点已设定好了，如果发现回零后不在理论原点，可重复以下动作，将Ｚ轴移动到理论原点，将参数Ｎｏ１８１５中Ｚ轴＃４改为０，机床出现“＃３００Ｚ轴原点复归要求”、“请切断电源”，切断电源后再开机，可以看到当前Ｚ轴位置已被设定为零点，而查看参数Ｎｏ１８１５中Ｚ轴＃已自动更改为１了。此时Ｚ轴原点已设定完毕。经归纳总结，得出回参考点常见故障及如何排除的一些方法，详见表１０-１。上一页返回１０.５回参考点故障案例ＶＭＣ６５０数控铣床在加工零件过程中，Ｘ轴回参考点时常漂移，距离不等，且没有被及时发现，最后导致批量零件报废事件。经反复查找，故障原因在于Ｘ轴编码器信号电缆因长期磨损、失去屏蔽作用而导致Ｘ轴回参考点不稳定。下一页返回１０.５回参考点故障案例例１０-１机床在返回参考点时发出超程报警（ＯＶＥＲＴＲＯＶＥＲＬ＋Ｘ或＋或＋Ｚ），回参考点绿灯不亮，数控系统出现“ＮＯＴＲＥＡＤＹ”状态，机床回参考点失败。该故障由于存在报警，机床不会执行任何程序，不会出现加工件批量废品现象。这种故障一般有以下四种情况：上一页下一页返回１０.５回参考点故障案例（１）机床回参考点时无减速动作，一直运动到触及限位开关超程而停机这种情况是因为返回参考点减速开关失效，开关接触压下后不能复位，或减速挡块松动而移位，机床回参考点时零点脉冲不起作用，致使减速信号没有输入到数控系统。解除机床的坐标超程应使用“超程解除”功能按钮，并将机床移回行程范围以内，然后应检查回参考点减速开关是否松动及相应的行程开关减速信号线是否有短路或断路现象。数控铣床，在回参考点过程中，发生超程报警。上一页下一页返回１０.５回参考点故障案例分析与处理：经检查，发现该机床在回参考点时，当压下减速开关后，坐标轴无减速动作，由此判断故障原因应在减速检测信号上。通过系统的输入状态显示，发现该信号在回参考点减速挡块压合与松开情况下，状态均无变化。对照原理图检查线路，确认该轴的回参考点减速开关由于切削液的侵入而损坏。更换开关后，机床恢复正常。上一页下一页返回１０.５回参考点故障案例（２）回归参考点过程有减速，但直到触及极限开关报警而停机，没有找到参考点，回归参考点操作失败。产生该故障可能是减速后参考点的零标志位信号不出现。这有４种可能：①可能是编码器（或光栅尺）在回归参考点操作中没有发出已经回归参考点的零标志位信号；②可能是回归参考点零标记位置失效；③可能是回归参考点的零标志位信号在传输或处理过程中丢失；④可能是测量系统硬件故障，对回归参考点的零标志位信号不识别。这可使用信号跟踪法，用示波器检查编码器回归参考点的零标志位信号，判断故障。上一页下一页返回１０.５回参考点故障案例（３）回归参考点过程有减速，且有回归参考点的零标志位信号出现，也有制动到零的过程，但参考点的位置不准确，即返回参考点操作失败。该故障可能有３种可能：①可能是回归参考点的零标志位信号已被错过，只能等待脉冲编码器再转１周后，测量系统才能找到该信号而停机，使工作台停在距参考点１个选定间距的位置（相当编码器一转的机床的位移量）。②可能是减速挡块离参考点位置太近，坐标轴未移动到指定距离，就接触到极限开关而停机。③可能是由于信号干扰、挡块松动、回归参考点零标志位信号电压过低等因素致使工作台停止的位置不准确，且无规律性。上一页下一页返回１０.５回参考点故障案例（４）机床在返回基准点时，发出“未返回参考点”报警，机床不执行返回参考点动作，其原因可能是因改变了设定参数所致。出现这种情况应考虑检控机床的如下参数：①指令倍率比（ＣＭＲ）是否设为零；②检测倍乘比（ＤＭＲ）是否设为零；③回参考点快速进给速度是否设为零；④接近原点的减速速度是否设为零等；⑤机床操作面板快速倍率开关及进给倍率开关是否设置了０挡。上一页下一页返回１０.５回参考点故障案例综上所述，数控机床回参考点故障归结起来不外乎两种情况：一是机床回参考点时有报警发生，回参考