摘  要: 介紹了數(shù)控加工中心（增量式編碼器反饋裝置）實(shí)際生產(chǎn)使用中，返回參考點(diǎn)的幾個(gè)故障現(xiàn)象并進(jìn)行了故障原因分析，給出了診斷過程以及解決問題的辦法。通過對(duì)典型故障的詳細(xì)描述，便于維修人員理解，并為解決該類故障提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 返回參考點(diǎn) 故障 診斷

返回參考點(diǎn)（回零）故障是數(shù)控機(jī)床常見的故障之一，直接影響機(jī)床使用。一般有以下幾種形式：

（1）手動(dòng)回零時(shí)不減速，并伴隨超程報(bào)警；

（2）手動(dòng)回零有減速動(dòng)作，但減速后軸運(yùn)動(dòng)不停止直至 90#  報(bào)警——伺服軸找不到零點(diǎn)；

（3）手動(dòng)回零方式下根本沒有軸移動(dòng)。

下面就工作中的幾個(gè)故障的現(xiàn)象及分析、排除的過程對(duì)回零故障加以說明。

1  、自動(dòng)回零正常，手動(dòng)返回參考點(diǎn)出現(xiàn) 90#報(bào)警

1.1  故障現(xiàn)象

數(shù)控龍門鏜銑床 FANUC16i M  系統(tǒng)，半閉環(huán)控制，每天開機(jī)手動(dòng)返回參考點(diǎn)時(shí) X  軸偶爾會(huì)出現(xiàn)90#報(bào)警，找不到參考點(diǎn)，返回參考點(diǎn)時(shí)工作臺(tái)有減速動(dòng)作，但是一旦手動(dòng)回參考點(diǎn)**，重復(fù)用 G28 方式回零沒有任何問題。

1.2  分析判定

大多數(shù)機(jī)床制造商設(shè)置在手動(dòng)返回參考點(diǎn)時(shí)，尋找并讀取 PCZ  信號(hào)（物理柵格信號(hào)）建立參考點(diǎn)，而在 G28  方式下使用計(jì)數(shù)器清零的方式返回參考點(diǎn)，不尋找物理柵格信號(hào)。

伺服軸在通常的運(yùn)動(dòng)時(shí)，位置環(huán)和速度環(huán)主要PCA/*PCA,PCB/*PCB  以及格雷碼信號(hào)，而僅在尋找參考點(diǎn)的時(shí)候才采集 PCZ  信號(hào)，另外由于 PCZ 是窄脈沖，所以在同樣的污染條件下，有時(shí)候PCA/*PCA，PCB/*PCB  可以正常工作，但是 PCZ信號(hào)已經(jīng)達(dá)不到門檻電壓，或波形嚴(yán)重失真。造成脈沖編碼器或光柵尺其它信號(hào)可以正常工作，唯獨(dú)“柵格”信號(hào)不好的原因，如圖 1 所示。

圖 1   編碼器反饋信號(hào)波形圖

1.3  維修過程

從故障描述來看重點(diǎn)應(yīng)該檢查一轉(zhuǎn)信號(hào)。首先采用*簡便易行的方法，檢查反饋電纜，用萬用表電阻擋測(cè)量電纜兩端通斷，結(jié)果沒有問題。

接下來更換脈沖編碼器，將 X  軸編碼器與另一個(gè)可以回參考點(diǎn)的軸（Y  軸）編碼器互換，結(jié)果沒有任何變化，即：X  軸仍然不能夠每次找到零點(diǎn)，而 Y  軸回零正常，說明脈沖編碼器良好。之后更換伺服放大器，仍然沒有效果。說明相關(guān)的硬件均已更換，仍然沒有找到故障點(diǎn)。

仔細(xì)分析大型機(jī)床的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn) X  軸反饋電纜拖鏈距離伺服放大器有 50  余米，初步判斷可能是由于信號(hào)衰減造成的一轉(zhuǎn)信號(hào)不好，*后將 5V  及0V  線腳與電纜中多余的備用線并聯(lián)加粗，降低線間電阻，提高信號(hào)幅值，*終排除了故障。

注意 FANUC  α  系列驅(qū)動(dòng)的反饋裝置采用的是高速串行傳送，用傳統(tǒng)的示波器無法觀測(cè)波形，所以更多的是采用替代法或者借助系統(tǒng)界面診斷排查故障。

2 、 找不到零點(diǎn)，出現(xiàn) 90#報(bào)警故障

2.1  故障現(xiàn)象

辛辛那提 T30 加工中心，采用 FANUC 11M  系統(tǒng)，全閉環(huán)，Z  軸手動(dòng)返回參考點(diǎn)時(shí)找不到零點(diǎn)。

2.2  故障分析

當(dāng)選擇了回參考點(diǎn)方式后，按下某個(gè)軸的方向按鈕，如果機(jī)床能夠快速向參考點(diǎn)方向移動(dòng)時(shí)，則說明方式選擇信號(hào)通過 PMC  接口通知了 CNC。此后如果沒有減速現(xiàn)象出現(xiàn)，并且還伴隨超程報(bào)警，則說明減速開關(guān)信號(hào)*DECn  沒有通知到 CNC，這時(shí)請(qǐng)關(guān)注下面兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是減速開關(guān)進(jìn)油或進(jìn)水，信號(hào)失效，I/O  單元之前就沒有信號(hào)；二是減速開關(guān) OK，但 PMC  診斷畫面沒有反應(yīng)，雖然信號(hào)已經(jīng)輸入到系統(tǒng)接口板，但由于 I/O  接口板或輸入模塊已經(jīng)損壞。

FANUC  數(shù)控系統(tǒng)尋找參考點(diǎn)一般是在減速開關(guān)抬起后尋找**個(gè)一轉(zhuǎn)信號(hào)或物理柵格，此時(shí)如果一轉(zhuǎn)信號(hào)或物理柵格信號(hào)缺失，則就會(huì)出現(xiàn) 90#報(bào)警——找不到參考點(diǎn)。可能的原因有：

（1）編碼器或光柵尺被污染，如進(jìn)水進(jìn)油。

（2）反饋信號(hào)線或光柵適配器受外部信號(hào)干擾。

（3）反饋電纜信號(hào)衰減。

（4）編碼器或光柵尺接口電路故障、器件老化。

（5）伺服放大器接口電路故障。

這些情況都是維修中常遇到的現(xiàn)象，分析這一故障的關(guān)鍵點(diǎn)是“一轉(zhuǎn)信號(hào)”或“柵格信號(hào)”。數(shù)控系統(tǒng)一旦找到這一信號(hào)，返回參考點(diǎn)即告完成。

2.3   維修過程

由于該機(jī)床是全閉環(huán)控制，所以物理柵格位置是在光柵上面，工作重點(diǎn)應(yīng)該放在光柵上。將光柵用無水酒精擦干凈后可以找到零點(diǎn)，但是，信號(hào)時(shí)有時(shí)無，**比率占到 70%左右，仍舊不能滿足正常生產(chǎn)要求，初步判斷原參考點(diǎn)柵格有損傷，由于光柵尺的柵格是由一定間距的多個(gè)柵格組成的，具體讀取哪一個(gè)柵格作為零點(diǎn)，取決于減速檔塊的位置和減速開關(guān)信號(hào)的觸發(fā)。往往某一個(gè)柵格損壞了，其他柵格卻完好無損，所以將減速檔塊前移一個(gè)（或n  個(gè)）柵格位置，手動(dòng)回零**。

注意這時(shí)候的參考點(diǎn)已經(jīng)和機(jī)床出廠時(shí)的完全不同，換刀用的**參考點(diǎn)和工件零點(diǎn)已經(jīng)改變了，所以維修人員一定要將這些點(diǎn)重新調(diào)整.

3  、回零不穩(wěn)定故障

3.1  故障現(xiàn)象

某森精機(jī)數(shù)控車床 FANUC 21T  系統(tǒng)，增量回零方式，Z  返回參考點(diǎn)可以完成，不報(bào)警，但偶爾會(huì)差一個(gè)絲杠螺距。

3.2  故障分析

這種現(xiàn)象是數(shù)控機(jī)床非常典型的故障之一。其原因是減速檔塊位置距離柵格位置太近或太靠近參考點(diǎn)時(shí)，處于一種“臨界狀態(tài)”，導(dǎo)致了離散誤差。

由于觸電開關(guān)信號(hào)通、斷的精度比較差，所以信號(hào)觸發(fā)的時(shí)間不很準(zhǔn)確，當(dāng)信號(hào)來早時(shí)，就找到柵格①。當(dāng)信號(hào)來遲時(shí)，就找到信號(hào)②，如圖 2所示?；蛘邥r(shí)而找到柵格②，時(shí)而找到柵格③，如圖  3 所示。

圖 2   離散誤差 1

圖 3    離散誤差 2

3.3 解決方案

（1）調(diào)整檔塊位置。

（2）通過參數(shù) 1850#柵格偏移量，調(diào)整柵格位置處于合理位置。調(diào)整檔塊的具體調(diào)整方法：

(1)手動(dòng)返回參考點(diǎn)。

(2)選擇診斷畫面，讀取診斷號(hào) 0302  的值。（0302  的含義——從檔塊脫離的位置到讀取到**個(gè)柵格信號(hào)時(shí)的距離）

(3)紀(jì)錄參數(shù) 1821  的值，1821#參數(shù)中設(shè)定的是參考計(jì)數(shù)器容量。

(4)微調(diào)減速檔塊，使診斷號(hào) 0302  中的值等于1821  設(shè)定值的一半。（1/2 柵格）

(5)之后，一面多次重復(fù)進(jìn)行手動(dòng)回參考點(diǎn)，一面確認(rèn)診斷號(hào) 0302  上顯示的值每次為 1/2  柵格左右，而且變化幅度不大。

4、數(shù)控車床回零不準(zhǔn)確故障

4.1  故障現(xiàn)象

某數(shù)控車床，F(xiàn)ANUC 0i-TB  數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)，增量編碼器。X  軸每次回零點(diǎn)位置不準(zhǔn)確，但是不 發(fā)生報(bào)警，誤差沒有規(guī)律，有時(shí) 3mm  左右，有時(shí) 7mm 左右。操作者每天開機(jī)回零點(diǎn)后通過刀補(bǔ)校正工件零點(diǎn)，在不關(guān)機(jī)的情況下加工尺寸準(zhǔn)確。但是一旦關(guān)電，重新回零后，工件坐標(biāo)尺寸不準(zhǔn)確，實(shí)際上是零點(diǎn)不準(zhǔn)確。

4.2  故障分析

這種故障很少發(fā)生，一般是由于柵格位置不穩(wěn)定所造成。增量編碼器返回零點(diǎn)實(shí)際上是在找到物 理柵格后，再移動(dòng)一個(gè) “偏移量”后形成的柵格停止作為零點(diǎn)，這個(gè)經(jīng)過偏移后的柵格實(shí)際上是電氣柵格，那么電氣柵格是由一組溢出脈沖發(fā)出的，每相隔一定容量值產(chǎn)生一個(gè)溢出脈沖。這個(gè)容量值是通過參數(shù) 1821“參考計(jì)數(shù)器容量”決定的。當(dāng)參考計(jì)數(shù)器容量設(shè)置錯(cuò)誤，電氣柵格的“溢出”是不規(guī)律的，從而造成每次回零不準(zhǔn)。

4.3   維修過程

查看參數(shù) 1821—參考計(jì)數(shù)器容量設(shè)置值為3600，核算設(shè)置是否正確，測(cè)量 X  軸絲杠螺距為10  mm，并且確認(rèn)電機(jī)與絲杠的傳動(dòng)鏈?zhǔn)侵边B的，對(duì)于 10  mm  直連絲杠，參考計(jì)數(shù)器容量應(yīng)設(shè)置10000，表明原參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤。修改參考計(jì)數(shù)器容量值后，X  軸回零正常。

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