禚玉寶

（山東濱州渤?；钊煞萦邢薰?，山東濱州 256600）

FANUC數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)常見(jiàn)故障的診斷與分析

禚玉寶

（山東濱州渤?；钊煞萦邢薰?，山東濱州 256600）

在數(shù)控機(jī)床的維修中，有關(guān)數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)方面的故障率非常高。對(duì)于機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)的回參考點(diǎn)故障，搞清楚回參考點(diǎn)的作用與原理是非常重要的。為了便于數(shù)控維修人員能夠迅速準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)，以配置FANUC 0i系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床為例，把有關(guān)機(jī)床回參考點(diǎn)的原理、動(dòng)作過(guò)程以及故障現(xiàn)象進(jìn)行了分析，以使大家能夠從根本上了解和排除數(shù)控機(jī)床在返回參考點(diǎn)方面出現(xiàn)的各種故障。

數(shù)控機(jī)床；參考點(diǎn)；柵格；編碼器

0 數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)的意義

數(shù)控機(jī)床要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工，就必須要實(shí)現(xiàn)機(jī)床停機(jī)在固定點(diǎn)以及機(jī)床在固定點(diǎn)交換刀具，所以就必須要知道坐標(biāo)位移計(jì)算的依據(jù)，也就是說(shuō)必須要在數(shù)控機(jī)床上建立機(jī)床坐標(biāo)系來(lái)確定機(jī)床原點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)可以通過(guò)返回?cái)?shù)控機(jī)床參考點(diǎn)來(lái)確定機(jī)床原點(diǎn)。為了了解這一過(guò)程的工作原理，首先要清楚機(jī)床參考點(diǎn)、機(jī)床原點(diǎn)、電氣參考點(diǎn)三者的關(guān)系。以車(chē)床為例，三者之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 機(jī)床參考點(diǎn)、機(jī)床原點(diǎn)和電氣參考點(diǎn)的關(guān)系

在這三者中，需要重點(diǎn)說(shuō)明的是電氣參考點(diǎn)。電氣參考點(diǎn)是由機(jī)床使用的檢測(cè)反饋元件發(fā)出的柵格信號(hào)或零標(biāo)志信號(hào)確立的參考點(diǎn)。電氣參考點(diǎn)一般與機(jī)床參考點(diǎn)是重合的。從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)就是返回電氣參考點(diǎn)。實(shí)際返回參考點(diǎn)是通過(guò)系統(tǒng)得到減速開(kāi)關(guān)信號(hào)后，再檢測(cè)伺服電機(jī)編碼器柵格信號(hào)，這時(shí)檢測(cè)到的第一個(gè)柵格就是參考點(diǎn)。若希望的機(jī)床參考點(diǎn)不在此點(diǎn)，可通過(guò)參數(shù)進(jìn)行偏移。在FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)中，偏移量在參數(shù)1850中設(shè)定。

1 數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)類(lèi)型

在維修與返回參考點(diǎn)有關(guān)的故障時(shí)，首先要清楚該數(shù)控機(jī)床屬于哪一種返回參考點(diǎn)方式。

配備伺服電機(jī)的數(shù)控機(jī)床一般都是采用柵格方式回參考點(diǎn)。柵格方式根據(jù)檢測(cè)反饋元件測(cè)量方法的不同可分為絕對(duì)式編碼器柵格方式和增量式編碼器柵格方式。采用絕對(duì)式編碼器進(jìn)行位置檢測(cè)的機(jī)床，機(jī)床調(diào)試第一次開(kāi)機(jī)時(shí)，通過(guò)參數(shù)設(shè)置使機(jī)床返回參考點(diǎn)，操作調(diào)整到合適的參考點(diǎn)后，只要絕對(duì)式編碼器的后備電池有效，再開(kāi)機(jī)時(shí)，不必進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。采用增量式編碼器進(jìn)行位置檢測(cè)的機(jī)床，因?yàn)樵隽渴骄幋a器位置檢測(cè)裝置在斷電時(shí)會(huì)失去對(duì)機(jī)床坐標(biāo)值的記憶，所以每次機(jī)床通電時(shí)都要進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。

2 返回參考點(diǎn)過(guò)程

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的不同，返回參考點(diǎn)過(guò)程的操作和相關(guān)參數(shù)也略有不同。以FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)為例，根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)資料進(jìn)行相應(yīng)操作和設(shè)置相關(guān)參數(shù)，來(lái)介紹數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)的過(guò)程。

FANUC數(shù)控系統(tǒng)返回參考點(diǎn)的控制方式有以下幾類(lèi)，一是增量式編碼器返回參考點(diǎn)；二是絕對(duì)式編碼器返回參考點(diǎn)；三是附帶絕對(duì)地址參照標(biāo)記的直線尺返回參考點(diǎn)；四是撞塊式返回參考點(diǎn)等。

以增量式編碼器返回參考點(diǎn)來(lái)說(shuō)明返回參考點(diǎn)的過(guò)程。以增量式編碼器作為檢測(cè)反饋元件的機(jī)床，其返回參考點(diǎn)方式又分為有擋塊返回參考點(diǎn)方式和無(wú)擋塊返回參考點(diǎn)方式。

（1）與返回參考點(diǎn)有關(guān)的參數(shù)

與返回參考點(diǎn)有關(guān)的參數(shù)如表1所示。

表1 與返回參考點(diǎn)有關(guān)的參數(shù)

在表1中，參數(shù)1005#1=0，為有擋塊返回參考點(diǎn)方式，參數(shù)1005#1=1，為無(wú)擋塊返回參考點(diǎn)方式。參數(shù)1006#5=0，為正方向返回參考點(diǎn)，參數(shù)1006#5=1，為反方向返回參考點(diǎn)。參數(shù)3003# 5=0，表示減速信號(hào)為0有效，即減速開(kāi)關(guān)為動(dòng)斷（接常閉點(diǎn)）的。

（2）返回參考點(diǎn)的動(dòng)作

有擋塊返回參考點(diǎn)方式時(shí)，選擇JOG進(jìn)給方式，將信號(hào)ZRN（G43.7）置為1，然后選擇返回參考點(diǎn)方向，機(jī)床可移動(dòng)部件就會(huì)以快速移動(dòng)速度移動(dòng)。當(dāng)碰上減速開(kāi)關(guān)，返回參考點(diǎn)硬件減速信號(hào)（*DECn）為0時(shí)，移動(dòng)速度減速，然后以一定的低速持續(xù)移動(dòng)。此后離開(kāi)減速開(kāi)關(guān)，返回參考點(diǎn)硬件減速信號(hào)再次變?yōu)?，可移動(dòng)部件停止在第一個(gè)電氣柵格位置上，返回參考點(diǎn)結(jié)束信號(hào)（ZPn）變?yōu)?，至此，一軸返回參考點(diǎn)動(dòng)作完成。一旦返回參考點(diǎn)結(jié)束信號(hào)（ZPn）變?yōu)?的坐標(biāo)軸，在信號(hào)ZRN變?yōu)?之前，JOG進(jìn)給無(wú)效。以上動(dòng)作時(shí)序圖（以+J1軸為例）如圖2所示。

圖2 有擋塊正向返回參考點(diǎn)時(shí)序圖

表2 絕對(duì)式編碼器部分報(bào)警故障

該時(shí)序圖的應(yīng)用有幾個(gè)條件：參數(shù)1006#5= 0，設(shè)置為正方向返回參考點(diǎn)（當(dāng)然也可以把參數(shù)設(shè)置成反方向返回參考點(diǎn)，各軸返回參考點(diǎn)的方向也可分別設(shè)定）；減速信號(hào)有效參數(shù)3003#5= 0，設(shè)置為0有效；減速信號(hào)接動(dòng)斷開(kāi)關(guān)（即常閉點(diǎn)）。

無(wú)擋塊返回參考點(diǎn)方式時(shí)，需將參數(shù)1005#1設(shè)為1，也就是不需要減速開(kāi)關(guān)也能返回參考點(diǎn)。無(wú)擋塊返回參考點(diǎn)方式使用方便，進(jìn)給軸方向選擇正、反都可以，但每次開(kāi)機(jī)返回參考點(diǎn)位置都不一樣，若加工中以參考點(diǎn)的位置為計(jì)算依據(jù)，每次返回參考點(diǎn)后都必須重新操作和計(jì)算。

3 返回參考點(diǎn)常見(jiàn)故障

在實(shí)際工作當(dāng)中，要維修與返回參考點(diǎn)有關(guān)的故障，就必須了解與返回參考點(diǎn)有關(guān)的知識(shí)，在維修前要知道機(jī)床屬于哪一種返回參考點(diǎn)方式，常見(jiàn)的參數(shù)有哪些。一般維修時(shí)不需要修改參數(shù)，但如果是絕對(duì)式編碼器返回參考點(diǎn)故障就需要修改參數(shù)，這就需要理解參數(shù)的含義，這對(duì)深入理解返回參考點(diǎn)過(guò)程和故障診斷以及維修是非常有幫助的，因?yàn)榉祷貐⒖键c(diǎn)方式不同，常見(jiàn)的故障也不盡相同。

（1）操作故障

配置增量式或絕對(duì)式編碼器的數(shù)控機(jī)床在返回參考點(diǎn)過(guò)程中，若不符合返回參考點(diǎn)參數(shù)設(shè)置，F(xiàn)ANUC數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，相應(yīng)報(bào)警在FANUC系統(tǒng)的維修手冊(cè)中都有報(bào)警內(nèi)容和報(bào)警原因的詳盡說(shuō)明，出現(xiàn)操作故障報(bào)警可以根據(jù)故障報(bào)警號(hào)查找報(bào)警原因來(lái)消除報(bào)警，并更正自己操作上或編程上的不當(dāng)之處對(duì)機(jī)床進(jìn)行繼續(xù)操作。所不同的是，配置絕對(duì)式編碼器的伺服電機(jī)在返回參考點(diǎn)過(guò)程中，若絕對(duì)式編碼器配備電池電壓低或電壓為0時(shí)，必須更換電池并重新設(shè)定參考點(diǎn)，這種情況必須根據(jù)相應(yīng)報(bào)警進(jìn)行對(duì)應(yīng)處理，相應(yīng)報(bào)警如表2所示[2]。

（2）外圍電氣開(kāi)關(guān)信號(hào)故障

在機(jī)床返回參考點(diǎn)方式中，增量式編碼器主要涉及到系統(tǒng)外的開(kāi)關(guān)有操作方式開(kāi)關(guān)、減速開(kāi)關(guān)等，絕對(duì)式編碼器主要涉及系統(tǒng)外的部件有操作方式開(kāi)關(guān)、絕對(duì)式編碼器電池等，在維修中均可以利用PMC信息診斷頁(yè)面分析開(kāi)關(guān)是否有故障。對(duì)于增量式編碼器，還要檢查減速開(kāi)關(guān)中相關(guān)的擋塊是否松動(dòng)以及位置是否正確合理等。當(dāng)減速開(kāi)關(guān)或擋塊松動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生參考點(diǎn)發(fā)生多個(gè)螺距偏差的故障。安裝位置不合理時(shí)會(huì)引起參考點(diǎn)單螺距偏移故障。這是因?yàn)槲恢貌缓侠頃r(shí)會(huì)使減速信號(hào)與編碼器的零位脈沖信號(hào)距離過(guò)近，使編碼器產(chǎn)生了誤判，致使參考點(diǎn)出現(xiàn)單個(gè)螺距偏移。這時(shí)要調(diào)整減速開(kāi)關(guān)或減速擋塊的位置，使機(jī)床軸開(kāi)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。對(duì)于絕對(duì)式編碼器，需要用萬(wàn)用表10 V直流電壓檔檢查電池是否電壓正常。

（3）編碼器故障

在機(jī)床返回參考點(diǎn)方式中，重要部件就是增量式或絕對(duì)式編碼器。在FANUC 0i系統(tǒng)伺服電機(jī)尾部的編碼器是串行脈沖編碼器，它不能使用傳統(tǒng)的儀器檢測(cè)，應(yīng)盡可能使用系統(tǒng)提供的故障診斷信息和部件互換法進(jìn)行故障診斷。在編碼器返回參考點(diǎn)過(guò)程中，常見(jiàn)故障就是編碼器零位信號(hào)丟失或器件故障，要注意避免振動(dòng)和減少油污等。

（4）其他故障

編碼器是低電壓弱電信號(hào)器件，難免會(huì)受到周?chē)蓴_，增量式編碼器受到干擾就會(huì)出現(xiàn)多次返回參考點(diǎn)重復(fù)位置精度差的故障。絕對(duì)式編碼器同樣會(huì)受到干擾出現(xiàn)零點(diǎn)信號(hào)丟失的情況。所以反饋電纜必須要采取屏蔽以及抗干擾措施，反饋電纜也不能與動(dòng)力電纜捆扎在一起。產(chǎn)生這一故障除了干擾的原因外與機(jī)床軸向的連接及間隙關(guān)系很大，也需要一并排除。

4 結(jié)束語(yǔ)

由上所述，數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)故障不論是出現(xiàn)哪種情況，都需要仔細(xì)分析，重點(diǎn)應(yīng)對(duì)。有報(bào)警發(fā)生的故障，根據(jù)報(bào)警內(nèi)容的提示進(jìn)行診斷和排除。沒(méi)有報(bào)警的故障，容易造成零件的成批報(bào)廢，更需要引起足夠的警惕和重視。必須要熟知回參考點(diǎn)的控制原理以及常用的檢測(cè)方法，根據(jù)故障現(xiàn)象的分析，匯總成因，確定合理的診斷與檢測(cè)步驟，以便能夠使故障得到迅速排除。

［1］FANUC.FANUC Series 0i-MODEL C/0i Mate-MODEL C.維修說(shuō)明書(shū)［Z］.2007.

［2］FANUC.FANUC Series 0i-MODEL D/0i Mate-MODEL D.維修說(shuō)明書(shū)［Z］.2011.

Fault Diagnosis and Analysis of Returns Reference Point on FANUC CNC Machine

ZHUO Yu-bao
（Shandong Binzhou Bohai Piston Co.，Ltd，Binzhou256600，China）

In the CNC machine tool repair， the fault of NC machine tool reference point return rate is o very high.For the machine often return reference point fault，clear back to the function and principle of the reference point is very important.In order to facilitate the NC repair personnel can quickly and accurately determine the fault point，the CNC machine to configure FANUC 0i system asan example， the machine back to the reference point of principle， course ofaction and failure isanalyzed， so that to understand fundamentally and remove the faults of CNC machine tools in the return reference point.

CNC machine；reference point；grid；encoder

TG659

A

1009－9492(2014)08－0048－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.014

禚玉寶，男，1974年生，山東濱州人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師。研究領(lǐng)域：數(shù)控機(jī)床及全自動(dòng)生產(chǎn)線的維護(hù)與維修。

(編輯：向 飛)

2014－02－25