蔡 丹，王 鵬，郭 烽

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機 (集團)有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1.引言

近年來，數(shù)控設(shè)備得到廣泛應用，但是絕大多數(shù)的數(shù)控機床在使用一段時間后，就會產(chǎn)生許多問題。例如工作臺漂移、坐標軸跑數(shù)、機床本體變形等。不同測量系統(tǒng)的數(shù)控機床要想保證正常工作，在開機時各伺服軸都必須先找到機床參考點，即數(shù)控機床回零，從而消除漂移、變形等各種因素造成的一些誤差。但是對于絕對測量系統(tǒng)機床并不需要每次開機時都回參考點，而是隔一段時間回一次參考點。

數(shù)控機床的參考點是機床每個伺服軸上的一個用于確保機床能夠正確檢測和計數(shù)的一個固定的起點。根據(jù)測量系統(tǒng)的不同，數(shù)控機床的主要回零方式分為兩種：一種是絕對值式返回參考點，另一種是增量式返回參考點。兩者的區(qū)別在于：前者使用的是絕對測量系統(tǒng)，它的檢測元件為絕對式(例如絕對脈沖編碼器)，零點信號記憶在絕對值編碼器中，只要數(shù)控機床的后備電池有效，機床無論在任何位置停止運行或停電，再次通電啟動時絕對值編碼器都會自動將機床當前所處位置的坐標值送到數(shù)控系統(tǒng)NCU中，然后在此基礎(chǔ)上累加，達到檢測的作用；后者使用的是增量式測量系統(tǒng)，它的檢測元件為增量式(例如脈沖編碼器、光柵尺)，它相當于一個計數(shù)器，機床每次停電后，增量式脈沖編碼器中所記載的機床當前伺服軸的位置坐標值就會丟失，所以機床在每次開機后都必須先進行回零操作，找到計數(shù)的起點輸入到數(shù)控系統(tǒng)NCU中，以確定機床坐標系的原點，保證機床正常工作。

2.數(shù)控機床返回參考點的工作原理

數(shù)控機床返回參考點主要是由機床的數(shù)控系統(tǒng)NCU與機床的PLC系統(tǒng)相互配合控制伺服軸完成的。例如1臺配有西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的機床回零，首先NCU接收來自操作面板MCP的指令JOG、REF，然后控制機床各伺服軸向指令設(shè)定的方向(正或負)運動，尋找零點開關(guān)(或機械撞塊)，假設(shè)此時PLC的反饋信號為0，當機械撞塊壓上零點開關(guān)(或脫離零點開關(guān))時，PLC的反饋信號為1，機床的PLC系統(tǒng)向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出減速信號，數(shù)控系統(tǒng)控制各伺服軸開始減速運動，同時控制各軸的位置檢測元件編碼器開始接收零點脈沖信號，當收到第一個脈沖后，機床回零完成，檢測元件向系統(tǒng)發(fā)出信號，編碼器開始計數(shù)。

3.數(shù)控機床返回參考點的工作過程

(1)過程1：機床伺服軸加速至規(guī)定速度(參考點接近速度)v1，以v1速度運行壓向零點開關(guān)，伺服軸制動停止，隨后NCU控制伺服軸以v2速度繼續(xù)運行直到零點開關(guān)脫離撞塊，數(shù)控系統(tǒng)接收到第一個零脈沖時，便以v3速度尋找到機床零點。此過程如圖1所示。

圖1 過程1示意圖

(2)過程2：機床伺服軸以v1速度運行壓向零點開關(guān)，伺服軸制動停止，隨后NCU控制伺服軸反向以v2速度繼續(xù)運行，當零點開關(guān)與撞塊脫離，數(shù)控系統(tǒng)接收到第一個零脈沖，便以v3速度尋找到機床零點。此過程如圖2所示。

(3)過程3：機床伺服軸以v1速度運行壓向零點開關(guān)，伺服軸制動停止，隨后NCU控制伺服軸反向以v2速度繼續(xù)運行，當零點開關(guān)與撞塊脫離時，伺服軸又制動停止，然后又反向運行到撞塊與零點開關(guān)脫離，數(shù)控系統(tǒng)接收到第一個脈沖，便以v3速度尋找到機床零點。此過程如圖3所示。

以上工作過程伺服軸均位于參考點撞塊之前，過程1多應用于FANUC數(shù)控系統(tǒng)，過程2、3多應用于西門子數(shù)控系統(tǒng)。

4.數(shù)控機床返回參考點的典型案例分析與解決方案

(1)瑞士機床STC1000Y軸絕對值編碼器故障分析

瑞士機床STC1000配用德國西門子數(shù)控系統(tǒng)，采用全閉環(huán)控制方式，機床每次下電或NCK重新啟動時，Y軸由于壓力不穩(wěn)，主軸下沉，造成Y軸上的光柵尺下沉，絕對值編碼器讀數(shù)變化，Y軸坐標值與Y軸實際位置出現(xiàn)偏差，導致機床報警，無法進行正常加工。

機床出現(xiàn)的報警為：Y軸絕對值編碼器初始化時編碼器硬件錯誤。

解決分析：首先檢查電器控制板，其次校驗編碼器反饋線，兩者都沒有問題，機床仍是該項報警，懷疑絕對值編碼器檢測的位置丟失，人為地將絕對值編碼器找正位置，檢測讀數(shù)，上二次電，觀察報警是否取消，如無上述報警，說明絕對值編碼器找正位置，機床正常的工作，維修人員可以通過調(diào)Y軸的機床參數(shù)使主軸找到具體的位置，進行加工。具體數(shù)據(jù)見表1。

本機床定義主軸中心距工作臺面150.000 0為Y軸零點，通過上述數(shù)據(jù)可以觀察到Y(jié)軸實際到達150.000 0時，絕對值編碼器檢測到的機床Y軸的坐標值為144.573 2，Y軸實際位置值與檢測位置值存在誤差，值為150.000-144.573 2=5.428 6這就要求我們將機床系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)參數(shù)調(diào)整，將Y軸位置坐標值調(diào)整為150.000 0，通過機床數(shù)據(jù)中的參數(shù)補數(shù)來調(diào)整絕對值編碼器的數(shù)值為150.000 0，具體調(diào)整方法如下。

表1

①MD34210數(shù)值設(shè)為0，NCK復位(此項說明回參考點的模式)。

②MD34100數(shù)值為廠家設(shè)定的“150.000 0”(Y軸無論實際到哪，哪里就是“150.000 0”，此項數(shù)值可改可不改，改為什么數(shù)值說明這個數(shù)值就為Y軸設(shè)定的零點)。

③選擇機床操作面板上的用戶協(xié)議鍵，將Y軸回零選擇取消。

④MD34210[1]的數(shù)值設(shè)為“1”。⑤機床轉(zhuǎn)換到JOG---REF方式，倍率開關(guān)打到“0”。⑥在機床操作面板上按“+”或“-”鍵，數(shù)值就會自動補償?shù)?4090中。

(7)選擇機床操作面板上的用戶協(xié)議鍵，將Y軸回零選擇選中。

這樣Y軸位置坐標與實際Y軸位置坐標值相一致，Y軸調(diào)整完畢，主軸可以正常加工。

(2)國產(chǎn)數(shù)控臥式車床增量式脈沖編碼器故障分析

配有FANUC 0MD控制系統(tǒng)，采用全閉環(huán)控制方式，采用海德漢光柵尺，增量型編碼器，采用固定零點回零。機床Z軸在每次回零時機械零點都會產(chǎn)生誤差。

解決分析：首先在機床Z軸機械零點處壓上百分表，機床多次重復回零觀察機械零點處確實有誤差，從FANUC系統(tǒng)診斷302(擋塊脫離的位置到產(chǎn)生第一個柵格信號位置的距離)中記錄的數(shù)據(jù)看是有變化的，正常情況下記錄的數(shù)據(jù)是不會變的。檢查與Z軸回零有關(guān)的各硬件部位，沒有發(fā)現(xiàn)問題，將機床Z軸改為半閉環(huán)控制，Z軸多次回零均未出現(xiàn)誤差，懷疑Z軸光柵尺或讀數(shù)頭有問題，拆下光柵尺和讀數(shù)頭檢驗，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)頭有問題，重新更換，機床Z軸正常回零。

(3)國產(chǎn)數(shù)控臥式車床(配FANUC0i控制系統(tǒng)，半閉環(huán)控制，固定零點回零)Z軸返回參考點出現(xiàn)軟限位超程報警

解決分析：首先按機床操作面板上的RESET鍵，將報警復位掉，然后移動Z軸，讓Z軸重新手動回參考點，觀察機床是否出現(xiàn)上述報警，反復重復幾遍上述操作，觀察機床每次在還沒有到達參考點時就出現(xiàn)該報警。于是調(diào)取機床PMC中減速開關(guān)的信號，觀察它的變化是正常的，說明減速開關(guān)沒有問題，將機床系統(tǒng)中Z軸軟限位參數(shù)NO.704中的值設(shè)為最大，Z軸手動回參考點正常。再次更改機床系統(tǒng)中Z軸軟限位參數(shù)中的值為原值7 000，Z軸返回參考點時又出現(xiàn)此項報警，這說明機床撞塊沒有問題，有可能是減速開關(guān)的位置松動了。具體檢查發(fā)現(xiàn)，減速開關(guān)的位置的確松動了，重新調(diào)整固定減速開關(guān)的位置，問題解決。

5.結(jié)語

數(shù)控機床的參考點在數(shù)控系統(tǒng)中起著重要的作用，是確保機床工作的一個重要環(huán)節(jié)，其故障可以總結(jié)為：零點開關(guān)故障、編碼器故障、系統(tǒng)控制板故障、零點開關(guān)與硬(軟)限位位置近等，只有全面地了解數(shù)控機床的參考點，才能很好的解決機床返回參考點時出現(xiàn)的各種問題，確保機床持續(xù)高效地工作。

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