數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的故障分析和排除

張穎

摘 要：數(shù)控機(jī)床參考點(diǎn)又名原點(diǎn)或零點(diǎn)，是機(jī)床的機(jī)械原點(diǎn)和電氣原點(diǎn)相重合的點(diǎn)，是原點(diǎn)復(fù)歸后機(jī)械上固定的點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)確立后，各工件坐標(biāo)系隨之確立，即參考點(diǎn)為工件坐標(biāo)系的原始參照系。文章通過對數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的確立，并結(jié)合回參考點(diǎn)的故障維修實(shí)例，從而歸納總結(jié)出回參考的故障排除方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；參考點(diǎn)；測量反饋元件

1 參考點(diǎn)的確立

數(shù)控系統(tǒng)按檢測反饋元件測量方式的不同分為絕對脈沖編碼器方式和增量脈沖編碼器方式兩種。數(shù)控系統(tǒng)反饋元件采用絕對脈沖編碼器，坐標(biāo)值實(shí)際位置是靠位置檢測裝置的電池來維持，因此系統(tǒng)斷電后，絕對脈沖編碼器會記住當(dāng)前位置。在數(shù)控機(jī)床正常使用過程中，只要保證絕對脈沖編碼器的后備電池有效，機(jī)床開機(jī)就不需要再進(jìn)行回參考點(diǎn)操作。而采用增量脈沖編碼器的數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)斷電后，工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值就會消失，因此機(jī)床每次開機(jī)后都必須先進(jìn)行回參考點(diǎn)操作，通過參考點(diǎn)來確定機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)，從而建立正確的機(jī)床坐標(biāo)系。除此之外，機(jī)床在按下急停開關(guān)及機(jī)床出現(xiàn)故障并修復(fù)后都需要進(jìn)行一次手動回參考點(diǎn)的操作。

數(shù)控機(jī)床各軸回參考點(diǎn)的運(yùn)動中，各軸的運(yùn)動速度是在機(jī)床參數(shù)中設(shè)定的，并且數(shù)控系統(tǒng)是通過PLC的程序編制和數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定決定的，因此，數(shù)控機(jī)床各軸回參考點(diǎn)是通過PLC和數(shù)控系統(tǒng)配合完成的。

2 數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的故障維修實(shí)例

下面介紹幾個第一重型機(jī)械集團(tuán)公司的數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的故障維修實(shí)例：

例1軍工分廠一臺型號為TK6516數(shù)控銑鏜床，數(shù)控系統(tǒng)為SIEMENS840D，Y軸出現(xiàn)回參考點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性差的故障，從而影響加工精度的故障。

維修人員首先檢查該機(jī)床Y軸測量編碼器的+5V電壓是正常的，并且該軸在手動方式下能正常工作，回參考點(diǎn)的動作過程也正常，再檢查參考點(diǎn)減速速度參數(shù)MD34040、位置環(huán)增益參數(shù)MD32200設(shè)置也都正確。

分析可能是由于編碼器“零脈沖”受到干擾而引起的此故障，再經(jīng)過仔細(xì)檢查該故障軸后，發(fā)現(xiàn)該軸編碼器的連接電纜的屏蔽線脫落，重新連接脫落的屏蔽線后，該故障軸回參考點(diǎn)位置準(zhǔn)確，機(jī)床加工精度恢復(fù)。

例2天津重型裝備工程研究有限公司實(shí)驗(yàn)基地的一臺型號為TH6516數(shù)控銑鏜床，數(shù)控系統(tǒng)為SIEMENS840D，Y軸在回參考點(diǎn)的過程中，找不到參考點(diǎn)，出現(xiàn)20005報警，Y軸逼近參考點(diǎn)失敗。

首先檢查并確定了系統(tǒng)與回參考點(diǎn)有關(guān)的全部參數(shù)設(shè)定無誤，然后向下、向上來回開動Y軸，發(fā)現(xiàn)Y軸向上運(yùn)動時，數(shù)顯顯示的運(yùn)動的距離數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，與實(shí)際Y軸運(yùn)動距離不相符。由此，可以初步判斷故障是由于系統(tǒng)光柵尺不良引起的。

該機(jī)床使用的是海德漢光柵尺，維修人員拆下光柵尺，進(jìn)行檢查后，發(fā)現(xiàn)該光柵尺由于經(jīng)過較長時間的使用，它的內(nèi)部已被油污和細(xì)小的鐵屑嚴(yán)重污染。用無水酒精和脫脂棉擦拭讀數(shù)頭和光柵尺內(nèi)部，把油污和鐵屑擦拭掉后，重新安裝、固定好光柵尺，再安裝、調(diào)整好讀數(shù)頭的位置。機(jī)床重新送電，Y軸重新回參考點(diǎn)，找到參考點(diǎn)，此故障排除，機(jī)床恢復(fù)正常工作。

例3天津重型裝備工程研究有限公司實(shí)驗(yàn)基地的一臺型號為TH6516數(shù)控銑鏜床，數(shù)控系統(tǒng)為SIEMENS840D，Z軸在回參考點(diǎn)的過程中，發(fā)生超程報警。

維修人員檢查該機(jī)床的故障軸回參考點(diǎn)減速擋塊后，發(fā)現(xiàn)減速擋塊放開位置發(fā)生移動，處在該軸行程極限開關(guān)之后，根據(jù)此現(xiàn)象判斷該軸超程保護(hù)信號在參考點(diǎn)減速擋塊還沒有脫開時就已經(jīng)發(fā)出了，從而導(dǎo)致了Z軸在回參考點(diǎn)的過程中，發(fā)生超程報警。

分析此故障的原因是由于該軸頻繁的進(jìn)行回參考點(diǎn)動作，加上該軸減速擋塊固定不牢固，使它沒有固定在卡軌內(nèi)，與行程極限開關(guān)經(jīng)過長期頻繁接觸后，使該減速擋塊位置產(chǎn)生了移動，重新把該減速擋塊固定在卡軌內(nèi)，該故障軸回參考點(diǎn)恢復(fù)正常。

例4天津重型裝備工程研究有限公司實(shí)驗(yàn)基地的一臺型號為TH6516數(shù)控銑鏜床，數(shù)控系統(tǒng)為SIEMENS840D，Y軸在回參考點(diǎn)時，出現(xiàn)超程報警。

維修人員經(jīng)過初步檢查，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床Y軸回參考點(diǎn)的減速擋塊壓上后，沒有減速過程，經(jīng)過分析，導(dǎo)致此故障的原因可能是減速信號。接下來再通過調(diào)出數(shù)控系統(tǒng)的診斷顯示觀察，在該軸回參考點(diǎn)減速擋塊壓上或松開后，減速信號的狀態(tài)都沒有產(chǎn)生變化。

維修人員查閱了此數(shù)控機(jī)床的電器原理圖后，最后判斷該軸的回參考點(diǎn)減速開關(guān)損壞，導(dǎo)致此故障原因是由于切削液進(jìn)入該減速開關(guān)。更換此減速開關(guān)后，該軸回參考點(diǎn)正常，此故障排除。

例5大型裝備制造廠的波蘭WHC160數(shù)控鏜床，SIEMENS810

M數(shù)控系統(tǒng)，在回參考點(diǎn)時發(fā)現(xiàn)：機(jī)床在參考點(diǎn)位置停止后，“未到位”燈不熄滅，機(jī)床無法進(jìn)行下一步操作；機(jī)床關(guān)機(jī)后，可手動操作回參考點(diǎn)，但回參考點(diǎn)后上述現(xiàn)象又出現(xiàn)。

該數(shù)控機(jī)床的各軸在參考點(diǎn)位置能夠停止，這說明各軸的參考點(diǎn)減速擋塊安裝位置正確、固定可靠、減速信號無誤。維修人員通過數(shù)控機(jī)床的診斷功能，在軸診斷頁面下檢查系統(tǒng)各坐標(biāo)軸的“位置跟隨誤差”，發(fā)現(xiàn)Z軸的跟隨誤差超過了定位精度的允許范圍。

在系統(tǒng)軟功能鍵中找到參數(shù)NC-MD2722，由于SIEMENS810系統(tǒng)可以進(jìn)行自動漂移補(bǔ)償，可按操作面板上的程序編輯“修改”鍵，系統(tǒng)就會對Z軸進(jìn)行自動漂移補(bǔ)償，使“位置跟隨誤差”的值接近“0”，維修人員進(jìn)行了以上操作后，該軸回參考點(diǎn)正常，此故障排除。

3 回參考點(diǎn)的故障排除方法

根據(jù)以上幾個在工作中遇到的數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)故障的維修實(shí)例，從而總結(jié)得出了回參考點(diǎn)的故障一般有以下幾種情況：編碼器或光柵尺損壞；減速擋塊松動；參考點(diǎn)限位出現(xiàn)故障；參考點(diǎn)限位與硬（軟）限位位置距離太近；系統(tǒng)測量板出現(xiàn)故障；系統(tǒng)參數(shù)丟失等等。具體有以下幾種故障排除方法：

（1）當(dāng)機(jī)床軸回參考點(diǎn)時出現(xiàn)報警，顯示報警號和報警信息時，報警信息說明此故障可能為：屏蔽線不良、信號線斷路、系統(tǒng)光柵尺不良、編碼器的“零脈沖”不良、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不正確等。如果是由于硬件故障引起的報警，則需要對硬件進(jìn)行維修或更換；如果是由于參數(shù)設(shè)置不正確引起的故障報警，則需要按備份參數(shù)的數(shù)據(jù)重新設(shè)置數(shù)。

（2）當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)超程報警時，有兩種原因會引起此報警：一種原因是參考點(diǎn)減速擋塊松動或位置發(fā)生了變化引起的故障，另一種原因是機(jī)床軸回參考點(diǎn)前，坐標(biāo)軸的位置離參考點(diǎn)距離過小造成的。排除第一種故障的方法是固定或重新調(diào)整擋塊，排除第二種故障的方法需要在解除超程報警后，將坐標(biāo)軸移動到與參考點(diǎn)方向相反并與參考點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)的行程范圍內(nèi)，進(jìn)行重新回參考點(diǎn)的操作過程。

（3）當(dāng)減速擋塊脫開時，編碼器恰巧在附近，出現(xiàn)整螺距偏移，這時，需要重新調(diào)整減速擋塊位置，并且應(yīng)該盡量使減速擋塊脫開位置與編碼器“零脈沖”位置相差半個螺距。對于SIEMENS840D系統(tǒng)來說，如果機(jī)床軸回參考點(diǎn)欠量，參考點(diǎn)指示燈不亮，那么應(yīng)該通過機(jī)床的診斷功能，在診斷頁面下檢查對應(yīng)的“位置跟隨誤差”，若跟隨誤差超出了定位精度的允許范圍，應(yīng)調(diào)整伺服驅(qū)動器的“偏移”電位器，使“位移跟隨誤差”的值接近“0”，從而排除故障；對于SIEMENS810系統(tǒng)來說，可按維修實(shí)例5的故障處理過程操作。

4 結(jié)束語

數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)時出現(xiàn)的各種故障是數(shù)控機(jī)床非常常見的故障現(xiàn)象，維修人員在遇到此類故障時，要對故障現(xiàn)象作相應(yīng)的分析，按故障排除規(guī)律、方法分步驟地進(jìn)行排查，就一定能分析并找到故障的原因所在，從而應(yīng)用正確的方法排除此類故障。

參考文獻(xiàn)

[1]西門子840D簡明調(diào)試手冊[M].2006.

[2]龔仲華.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修500例[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.