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(jī)床返回參考點(diǎn)是建立機(jī)床坐標(biāo)系的前提，配置相對(duì)編碼器的數(shù)控機(jī)床開機(jī)后的第一動(dòng)作一般都是進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。若回參考點(diǎn)出現(xiàn)故障將無法進(jìn)行程序加工，回參考點(diǎn)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(diǎn)故障就顯得尤為重要。

1 數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)原理

1.1 機(jī)床為什么要返回參考點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床位置檢測裝置如果采用絕對(duì)編碼器時(shí)，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(shí)際位置的記憶，所以機(jī)床開機(jī)時(shí)，不需要進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。而目前，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用相對(duì)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(jī)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(jī)床斷電前的坐標(biāo)值而不是機(jī)床的實(shí)際位置，所以機(jī)床首次啟動(dòng)系統(tǒng)后，要進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作，使系統(tǒng)的位置計(jì)數(shù)與脈沖編碼器的零位脈沖同步，從而通過參考點(diǎn)來確定機(jī)床的原點(diǎn)位置，以建立機(jī)床坐標(biāo)系。另一方面可以消除絲杠間隙的累計(jì)誤差及絲杠螺距誤差補(bǔ)償對(duì)加工的影響。

1.2 機(jī)床返回參考點(diǎn)的幾種方式

1.2.1 回參考點(diǎn)的零脈沖方式

回參考點(diǎn)時(shí)，軸先以快移速度V1向參考點(diǎn)方向移動(dòng)，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(gè)零脈沖。當(dāng)軸接收到第一個(gè)零脈沖時(shí)，軸即制動(dòng)到速度為零，然后再以V2速度前移參考點(diǎn)偏移量而停止于參考點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 回參考點(diǎn)的零脈沖方式

1.2.2 回參考點(diǎn)的“+-”方式

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

1.2.3 回參考點(diǎn)的“+-+”方式

回參考點(diǎn)時(shí)，軸先以快移速度V1向參考點(diǎn)方向移動(dòng)，碰到減速開關(guān)后制動(dòng)到速度為零，再反向微動(dòng)直至釋放減速開關(guān)，然后又沿原方向微動(dòng)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(gè)零脈沖，當(dāng)軸接收到第一個(gè)零脈沖時(shí)，軸即制動(dòng)到速度為零，再前移參考點(diǎn)偏移量而停止于參考點(diǎn)，如圖3所示。

圖2 回參考點(diǎn)的“＋—”方式

圖3 回參考點(diǎn)的“+-+”方式

2 回參考點(diǎn)常見故障診斷與維修

2.1 機(jī)床回不了參考點(diǎn)

1）減速信號(hào)故障 減速開關(guān)損壞、短路、減速開關(guān)電源斷線等都會(huì)造成不能產(chǎn)生減速信號(hào)，故障現(xiàn)象為返回參考點(diǎn)時(shí)以快速移動(dòng)速度向參考點(diǎn)方向移動(dòng)直至超程。此時(shí)要檢查減速開關(guān)是否是否損壞，減速信號(hào)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(huì)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(diǎn)。此時(shí)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(shí)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(dòng)速度向參考點(diǎn)方向移動(dòng)，碰到減速開關(guān)后減速，以低速移動(dòng)直至超程報(bào)警。此時(shí)，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(cuò)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(diǎn)減速擋塊壓上到脫離的區(qū)間里，至少能檢測到一個(gè)脈沖編碼器的零位脈沖輸入，即在參考點(diǎn)減速行程內(nèi)，必須保證伺服電機(jī)或編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)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(cuò)。

6）機(jī)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(shí)要重新調(diào)整機(jī)床。

2.2 多次返回參考點(diǎn)重復(fù)位置精度很差

1）零脈沖信號(hào)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(jī)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(jìn)一步檢查電源。

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

4）電動(dòng)機(jī)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(duì)編碼器進(jìn)行清洗或更換。

6）傳動(dòng)鏈間隙增大 包括滾珠絲杠螺母副間隙、傳動(dòng)齒輪間隙、絲杠支撐間隙等。數(shù)控機(jī)床上的這些機(jī)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(jī)構(gòu)，使之間隙消除。

2.3 回參考點(diǎn)發(fā)生整螺距偏移

1）參考點(diǎn)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(hào)與零位脈沖信號(hào)距離過近，這時(shí)會(huì)發(fā)生單個(gè)螺距偏移。這時(shí)要調(diào)整減速開關(guān)或減速擋塊的位置，使機(jī)床軸開始減速的位置大概處在一個(gè)柵距或一個(gè)螺距的中間位置。

2）參考點(diǎn)發(fā)生多個(gè)螺距偏差 出現(xiàn)這種故障現(xiàn)象的原因有：減速信號(hào)不良；減速擋塊松動(dòng)引起尋找零位脈沖的初始點(diǎn)發(fā)生漂移；零位脈沖不良。診斷時(shí)檢查減速信號(hào)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(shí)例

1）一臺(tái)加工中心在返回參考點(diǎn)時(shí)，Z軸返回不成功，超程報(bào)警。

診斷與排障過程：首先觀察各軸返回參考點(diǎn)的狀態(tài)，在返回參考點(diǎn)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(shí)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(bào)警。直接將限位開關(guān)壓下，觀察機(jī)床PLC信號(hào)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)Z軸的減速信號(hào)沒有變化，可以初步判斷可能是機(jī)床的減速開關(guān)故障或者是減速信號(hào)線斷線。用萬用表逐步測量，最終發(fā)現(xiàn)減速開關(guān)信號(hào)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(diǎn)動(dòng)作正常，但參考點(diǎn)位置隨機(jī)變化，每次停留的空間位置都不同。

診斷與排障過程：由于機(jī)床回參考點(diǎn)動(dòng)作無誤，說明機(jī)床回參考點(diǎn)功能正常。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，參考點(diǎn)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(jī)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(jī)與絲杠間的聯(lián)軸器，通過手動(dòng)壓參考點(diǎn)減速開關(guān)，進(jìn)行回參考點(diǎn)試驗(yàn)多次后發(fā)現(xiàn)，每次回參考點(diǎn)完成后，電機(jī)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(jī)與絲杠的連接上。仔細(xì)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(dòng)，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(shí)，某天加工的零件產(chǎn)生批量報(bào)廢。

診斷與排障過程：經(jīng)過對(duì)工件測量，發(fā)現(xiàn)零件的全部尺寸相對(duì)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(diǎn)出現(xiàn)整螺距偏移引起的故障。大部分系統(tǒng)參考點(diǎn)設(shè)定于減速擋塊釋放后的第一個(gè)零脈沖的位置，減速擋塊釋放時(shí)，編碼器恰巧在零脈沖附近，由于減速開關(guān)動(dòng)作的隨機(jī)性誤差，可能使第一個(gè)零脈沖錯(cuò)失，接收的零脈沖信號(hào)就是第二個(gè)了，此時(shí)參考點(diǎn)位置就發(fā)生一個(gè)絲杠螺距的誤差。重新調(diào)整了參考點(diǎn)減速擋塊位置，使減速擋塊釋放點(diǎn)與零脈沖位置相差半個(gè)螺距左右，機(jī)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(jī)床回參考點(diǎn)故障歸納起來不外乎三種情況：一是機(jī)床回參考點(diǎn)失??；二是機(jī)床回參考點(diǎn)出現(xiàn)停止位置的隨機(jī)漂移；三是機(jī)床回參考點(diǎn)的位置發(fā)生整螺距的偏移。第一種情況會(huì)有報(bào)警發(fā)生，危害性不大，而第二、三種情況因?yàn)闆]有報(bào)警容易造成零件的成批報(bào)廢，應(yīng)引起足夠警惕。維修人員應(yīng)熟知回參考點(diǎn)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。

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

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