俞彬 白洪金 豐崇友

1.嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001；2.嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036

FANUC數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置及回零常見(jiàn)故障分析

俞彬1白洪金2豐崇友2

1.嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001；2.嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036

當(dāng)前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用通過(guò)減速檔塊的方式回零，但該方式在日常使用中故障率卻很高，有時(shí)甚至出現(xiàn)機(jī)械原點(diǎn)的丟失。本文以FANUC系統(tǒng)的臺(tái)中精機(jī)VCENTER-70加工中心為例淺析了數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置方法，并對(duì)該類數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)回零故障的各種形式進(jìn)行了分析與總結(jié)。

FANUC；機(jī)械原點(diǎn)；設(shè)置；回零故障

FANUC; mechanical origin; set up; zeroing fault

機(jī)械原點(diǎn)是機(jī)床生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)機(jī)床時(shí)在機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)物理位置，可以使控制系統(tǒng)和機(jī)床能夠同步，從而建立起一個(gè)用于測(cè)量機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的起始位置點(diǎn)，通常也是程序坐標(biāo)的參考點(diǎn)。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床在開(kāi)機(jī)后都需要回零即回機(jī)械原點(diǎn)的操作。本文以FANUC系統(tǒng)的臺(tái)中精機(jī)VCENTER-70加工中心為例淺析了數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置方法，并對(duì)此類數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)回零故障的各種形式進(jìn)行了分析與總結(jié)。

1 機(jī)械原點(diǎn)設(shè)置

1.1 機(jī)械原點(diǎn)丟失的原因

臺(tái)中精機(jī)生產(chǎn)的VCENTER-70加工中心采用增量編碼器作為機(jī)床位置的檢測(cè)裝置。系統(tǒng)斷電后，工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值就會(huì)失去記憶，盡管靠電池能夠維持坐標(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)床首次開(kāi)機(jī)后要進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作[1]。而當(dāng)系統(tǒng)斷電遇到電池沒(méi)電或特殊情況失電時(shí)，就會(huì)造成機(jī)械原點(diǎn)的丟失，從而使機(jī)床回參考點(diǎn)失敗而無(wú)法正常工作。此時(shí)機(jī)床會(huì)產(chǎn)生“#306 n軸電池電壓0”的報(bào)警信息，并且還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械坐標(biāo)丟失報(bào)警“#300 第n軸原點(diǎn)復(fù)位要求”（n代指X、Y、Z）。

1.2 機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置

在通常情況下，設(shè)置數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的方法主要有以下兩種：1）手動(dòng)使X、Y、Z三軸超程即利用三軸的極限位置選擇機(jī)械原點(diǎn)。2）利用各坐標(biāo)軸的伺服檢測(cè)反饋系統(tǒng)提供相應(yīng)基準(zhǔn)脈沖來(lái)選擇機(jī)床參考點(diǎn)即機(jī)械原點(diǎn)[2]。由于第一種方法是機(jī)床廠家通常建議的也是較為簡(jiǎn)便和實(shí)用的方法，因此本文在此詳細(xì)介紹第1種做法。以X軸為例，設(shè)置步驟如下：

(1) 將機(jī)床操作面板上的方式選擇開(kāi)關(guān)設(shè)定為MDI方式。

(2) 按下機(jī)床MDI面板上的功能鍵【OFS/SET】數(shù)次，進(jìn)入設(shè)定畫(huà)面。

(3) 將寫(xiě)參數(shù)中的0改為1，由此，系統(tǒng)進(jìn)入了參數(shù)可寫(xiě)狀態(tài)。此時(shí)機(jī)床出現(xiàn)“SW0100 參數(shù)寫(xiě)入開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)”的報(bào)警信息。忽略這條報(bào)警信息，設(shè)置完參數(shù)后改回為0即可。

(4) 按下功能鍵【SYSTEM】，進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)鍵面。通過(guò)參數(shù)搜索找到參數(shù)1815（如表1所示）通常情況下，X軸的#4 APZ或#5 APC會(huì)顯示為0，若不為0就將其設(shè)定為0。

(5) 找到參數(shù)1320，此參數(shù)為存儲(chǔ)各軸正向行程的坐標(biāo)值。將其X軸的正向行程設(shè)定為最大值999999。目的是讓X軸的正向軟限位位置值大于其正向硬限位的位置值。

(6) 將方式選擇開(kāi)關(guān)打到手輪方式，然后搖動(dòng)手輪使工作臺(tái)碰及X軸的正向限位檔塊，此時(shí)機(jī)床會(huì)出現(xiàn)“#500 +X過(guò)行程”報(bào)警。

(7) 按下MDI面板上的【POS】功能鍵，進(jìn)入機(jī)床坐標(biāo)顯示鍵面。打開(kāi)相對(duì)坐標(biāo)顯示鍵面，按下X + [起源]使X軸的相對(duì)坐標(biāo)值變?yōu)?。

(8) 按下機(jī)床操作面板上的【超程釋放】并搖動(dòng)手輪至X-6.5的位置。

(9) 再次找到參數(shù)1815，將X軸的#4 APZ或#5 APC都設(shè)定為1。

最后重啟數(shù)控系統(tǒng)，完成X軸的機(jī)械原點(diǎn)設(shè)置。

表1 系統(tǒng)1815參數(shù)表

利用基準(zhǔn)脈沖設(shè)定機(jī)床零點(diǎn)。

在通常情況下，閉環(huán)系統(tǒng)直線的光柵尺每隔50mm就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)脈沖，但也會(huì)有一些特殊的直線光柵尺，它會(huì)每隔20mm就產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)脈沖。對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生的基準(zhǔn)脈沖距離要比直線光柵尺小很多，比如只有6mm。由于這個(gè)基準(zhǔn)脈沖在機(jī)床上經(jīng)常會(huì)被選定為數(shù)控系統(tǒng)計(jì)數(shù)的基準(zhǔn)，因此通過(guò)修改機(jī)床里的參數(shù)就可以將這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的值設(shè)定為0，從而使這個(gè)點(diǎn)成為機(jī)床的參考點(diǎn)也就是機(jī)床的機(jī)械原點(diǎn)。

1.3 設(shè)置機(jī)械原點(diǎn)時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）設(shè)置前要檢查各坐標(biāo)軸上要否安裝有機(jī)床回零的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，且各微動(dòng)開(kāi)關(guān)的位置是否適合。

（2）在第一個(gè)基準(zhǔn)脈沖驗(yàn)出之前，必順保證該坐標(biāo)軸到了需要降速的距離上了。而這個(gè)降速距離就是所選速度的滯后誤差值。

（3）由于使用的是編碼器，故兩個(gè)基準(zhǔn)脈沖之間的距離會(huì)很小，所以在回機(jī)床零點(diǎn)時(shí)，速度要低一些，從而使滯后誤差不會(huì)高于這個(gè)值的50%。

“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽已經(jīng)成為深化高校雙創(chuàng)教育的平臺(tái)與載體。各級(jí)別的雙創(chuàng)大賽旨在推動(dòng)高校的供給策改革，激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的廣大生力軍；并且可以推動(dòng)賽事成果轉(zhuǎn)化，促進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”新產(chǎn)業(yè)環(huán)境的形成，服務(wù)經(jīng)濟(jì)服務(wù)社會(huì)；以雙創(chuàng)帶動(dòng)就業(yè)，推動(dòng)高校畢業(yè)生更高更好的創(chuàng)業(yè)就業(yè)。

（4）由于各坐標(biāo)軸回機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)時(shí)的速度是由機(jī)床的相應(yīng)參數(shù)決定的，因此在設(shè)置這些參數(shù)時(shí)要注意，確保機(jī)床回零速度合適。

（5）倘若機(jī)床在回零點(diǎn)時(shí)壓住了微動(dòng)開(kāi)關(guān)，那么就必須通過(guò)手輪或是手動(dòng)的方式操作數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸，強(qiáng)制其退出微動(dòng)開(kāi)關(guān)并退到離微動(dòng)開(kāi)關(guān)較遠(yuǎn)的位置，然后再次執(zhí)行各坐標(biāo)軸回參考點(diǎn)的操作。

2 機(jī)床回零常見(jiàn)故障分析及處理

2.1 機(jī)床開(kāi)機(jī)后不能回零故障分析及處理

（1）可能系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置有誤。解決方法是仔細(xì)檢查各個(gè)相關(guān)參數(shù)，必要時(shí)重設(shè)參數(shù)。

（2）零脈沖不良導(dǎo)致的故障。零脈沖不良就會(huì)使回零時(shí)找不到零脈沖，引起的原因可能是系統(tǒng)軸板故障或是編碼器及接線出現(xiàn)故障。解決方法是對(duì)編碼器進(jìn)行更換或清洗，檢查線路及系統(tǒng)軸板是否有問(wèn)題。

（3）有可能減速開(kāi)關(guān)短路或是已經(jīng)損壞。這種故障會(huì)導(dǎo)致減速信號(hào)不能產(chǎn)生。解決方法是檢查減速開(kāi)關(guān)的線路，對(duì)減速開(kāi)關(guān)進(jìn)行維修，必要時(shí)更換減速開(kāi)關(guān)。

（4）可能檢測(cè)元件已被污染。在全閉環(huán)控制的系統(tǒng)中，若光柵尺沾有油污，就不能采集到信號(hào)。解決方法是清洗光柵尺。

2.2 機(jī)床回零時(shí)找不到零點(diǎn)位置故障分析及處理

（1）減速開(kāi)關(guān)有可能已經(jīng)損壞或受污，也可能是線路短路或斷路。解決方法就是及時(shí)對(duì)減速開(kāi)關(guān)進(jìn)行清理維修，必要時(shí)更換減速開(kāi)關(guān)。檢查線路連接情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決。

（2）可能是減速檔塊所處位置不準(zhǔn)確。解決方法是調(diào)整減速檔塊到限位開(kāi)關(guān)的距離，避免兩者行程過(guò)小引發(fā)此故障。

2.3 機(jī)床回零后的位置與零點(diǎn)位置發(fā)生螺距偏移故障分析及處理

引起這一故障可能的原因是產(chǎn)生柵格信號(hào)的時(shí)刻與減速信號(hào)從斷開(kāi)到接通的時(shí)刻太接近了，再加上存在的傳動(dòng)誤差，就使得機(jī)床回零過(guò)程中工作臺(tái)碰到減速開(kāi)關(guān)時(shí)，剛好錯(cuò)過(guò)了柵格信號(hào)，所以只能等到脈沖編碼器再轉(zhuǎn)過(guò)一周以后才能找到下一個(gè)柵格信號(hào)。故而出現(xiàn)了此類故障。具體分析如下：

在減速開(kāi)關(guān)的信號(hào)從斷開(kāi)恢復(fù)到接通狀態(tài)時(shí)，隨即便出現(xiàn)了柵格信號(hào)，也就是說(shuō)柵格信號(hào)處在了臨界點(diǎn)上（如圖1a所示）。這樣一來(lái)，機(jī)械部分的熱變形，減速開(kāi)關(guān)出現(xiàn)“通”、“斷”信號(hào)的重復(fù)精度誤差都會(huì)導(dǎo)致零點(diǎn)發(fā)生位置偏離的故障（如圖1b所示）。解決方法是可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整減速檔塊所處的位置，從而使零點(diǎn)位置與工作臺(tái)停止的位置重合（如圖1c所示）。也可以采用修改柵格偏移量的方法，使產(chǎn)生柵格信號(hào)的時(shí)刻離減速信號(hào)從斷開(kāi)到接通時(shí)刻的距離是柵格信號(hào)產(chǎn)生周期的一半，就可消除此故障（如圖1d所示）。

圖1 故障分析及解決方法示意圖

2.4 機(jī)床回零位置隨機(jī)性變化故障分析及處理

（1）脈沖編碼器的供電電壓太低。解決方法是調(diào)整從主板上輸出的電壓值，同時(shí)查看編碼器線路板上的電源電壓是否已到了合適的范圍。

（2）伺服調(diào)節(jié)不良，從而引起跟蹤誤差偏大。解決方法是修改伺服參數(shù)。

（3）滾珠絲杠間隙偏大或絲杠與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸器出現(xiàn)了松動(dòng)。解決的方法是對(duì)滾珠絲杠螺母副的間隙進(jìn)行調(diào)整及優(yōu)化，對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行緊固或更換。

（4）零脈沖受到干擾。解決的方法是檢查脈沖編碼器的電纜布置是否合理，反饋電纜屏蔽是否連接無(wú)誤。

3 結(jié)語(yǔ)

掌握數(shù)控機(jī)床原點(diǎn)的設(shè)置方法和常見(jiàn)回零故障處理方式對(duì)于解決生產(chǎn)實(shí)踐中的機(jī)床回零故障具有很好的指導(dǎo)作用。但值得說(shuō)明的是故障現(xiàn)象與故障原因并非是一一對(duì)應(yīng)的，有可能是由幾種原因引起的。因此在維修時(shí)要根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和維修手冊(cè)逐一檢查排除假象，找到故障起因并予以排除。

[1] 劉江. 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M]. 北京:高等教育出版社,2007.

[2] 嚴(yán)峻. 數(shù)控機(jī)床安裝調(diào)試與維修保養(yǎng)技術(shù)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

FANUC CNC Machine Tools Machinery Setting of the Origin and Return Zero Fault Analysis

Yu Bin1, Bai Hong-jin2, Feng Chong-you2
(1.Mechanical and Electrical Engineering College, Jiaxing University, Jiaxing 314001,China；
2. Jiaxing Vocational Technical College, Jiaxing 314036, China)

Most of the CNC machine tools are currently zeroing through the deceleration block way, but the fault rate is daily very high by the way in use, sometimes the mechanical origin loss phenomenon usually occurred. The paper analysis the numerical control machine tool mechanical zero point setting method through FANUC system of the Taichung Seiki VCENTER-70machining center，analyze and summarize common zeroing fault forms on the CNC machine tool.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.086

俞彬（1988—），男，浙江永康人，技術(shù)員，從事數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室管理工作。