数控机床的回零及其故障诊断与分析.doc

1、数控机床回参考点的必要性
    数控机床在接通电源后要做回零的操作，这是因为在机床断电后，就失去了对各坐标位置的记忆，所以在接通电源后，必须让各坐标轴回到机床一固定点上，这一固定点就是机床坐标系的原点或零点，也称机床参考点。使机床回到这一固定点的操作称为回参考点或回零操作。
    数控机床回参考点的好处如下：
    （1）系统通过返回参考点来确定机床的原点位置，以正确建立机床坐标系。
    （2）螺距误差补偿及反向间隙补偿有效，软极限行程保护有效。
    图1所示为一卧式加工中心机床参考点相对工作台中位置的示意图。图2为SSCK-20数控车床返回参考点后刀架卡盘中心相对机床原点的示意图。

    回参考点是数控机床的重要功能之一，能否正确地返回参考点，将会影响到零件的加工质量。同时，由于数控机床是多刀作业，每一把刀具的刀位点安装位置不可能 调整到同一坐标点上，因此就需要用刀具补偿来校正，如加工中心刀具的长度补偿和数控车床车刀刀尖的位置补偿，这种刀具偏置的补偿量也是通过刀位点的实际位 置与由参考点确立的基本坐标系比较后补偿得到的。
    2、回参考点的方式
    回参考点的方式因数控系统的类型和机床生产厂家而异，目前，采用脉冲编码器或光栅尺作为位置检测的数控机床多采用栅格法来确定机床的参考点。脉冲编码器或 光栅尺均会产生零位标志信号，脉冲编码器的零标志信号又称一转信号，每产生一个零标志信号相对于坐标轴移动一个距离，将该距离按一定等分数分割得到的数据 即为栅格间距，其大小由参数确定。当伺服电机(带脉冲编码器)与滚珠丝杠采用l：l直连时，一般设定栅格间距为丝杠螺距，光栅尺的栅格间距为光栅尺上两个 零标志之间的距离。采用这种增量式检测装置的数控机床一般采用档铁与回零减速开关相配合实现。随着智能型的检测元件的涌现，德国海德汉 （HEIDENHAIN）公司推出了带距离编码参考点标志的线性测量系统。省去了回零减速开关，不必返回一个固定的机床参考点（第一参考点）且正负方向均 可实现手动回零操作。
    带减速挡块的栅格信号返回参考点控制，目前最常见的两种方式是FANUC系统和Siemens系统的方式。   
    FANUC系统在返回参考点状态下, 按下各轴点动桉钮, 机床以快移速度向机床参考点方向移动, 当减速挡块碰到减速开关时, 开始减速, 以低速向参考点方向移动。减速开关离开减速挡块时，系统开始找栅格信号，系统接收到一转信号后，以低速移动一个栅格偏移量，准确停在机床的参考点上。
    Siemens系统在返回参考点状态下, 按下各轴点动桉钮, 机床以快移速度向机床参考点方向移动, 当减速挡块碰到减速开关时, 坐标轴减速至静止。 利用撞块信号的下降沿同步，按照搜索第1个零脉冲的速度，向相反方向退离参考点行程开关。利用第1个零脉冲实现同步并使坐标轴移动一个可设定的距离后停 止。该位置就是坐标轴的参考点。  
    带距离编码参考点标志的线性测量系统是采用包括一个标准线性的栅格标志和一个与此相平行运行的另一个带距离编码参考点标志通道，每组两个参考点标志的距离 是相同的，但两组之间两个相邻参考点标志的距离是可变的，每一段的距离加上一个固定的值，因此坐标轴可以根据距离来确定其所处的绝对位置。

    3、数控机床返回参考点的调整
    1）采用档铁与回零减速开关相配合的调整   
    数控机床各轴传动机械拆装后、进给伺服电动机更换后、位置检测装置修复后都将导致机床参考点位置不准，需对机床的返回参考点进行调整。
    通常机床参考点设计在机床刀架X轴正方向上，Z轴正方向上。如果机床的刀架在机床回零操纵中要求设定固定的位置，若通过调整回零开关撞块的方法还不能满足回零的要求，则必须通过调整机床的相应参数来达到回零控制的要求。
    机床相应参数调整步骤如下（以FANUC 0i 为例）：
    （1）预置参数1006第5位（ZMIx）确定两轴回零的方向。 
    （2）预置参数1850项，X轴栅格调整的预置值。如X轴丝杠螺距为6mm，那么预置值为6000。
    （3）预置参数1850项，Z轴栅格调整量的预置值。如Z轴丝杠螺距为6mm，那么预置值也为6000。

    （4）用手动方法使机床刀架回到机床参考点。
    （5）机床回到零后，X、Z位置显示与规定值进行比较。
    当显示的坐标值大于规定值半个螺距时，先调整撞块使之接近规定值，重新将刀架移动到原起点，再进行第4步操作，反复调整撞块使显示值大于或小于规定值，但二值的绝对值之差要小于半个螺距。
    将参数1850项预置值分别减去X、Z轴显示值与规定值的差值，再以所得结果重新分别设置参数1850项(单位0.001mm)。
    规定零点坐标：X=260．000    Z=500．000
    回零后坐标显示：X=262．000  Z=501．000
    1850项X参数设定为6000—(262．000—260．000)×1000 =4000
    1850项Z参数设定为6000—(501．000—500．000) ×1000=5000
   （6）重新进行第4、5项操作，使机床刀架回零坐标值符合规定值。
   （7）在系统参数1240中分别输入X:260000 (直径编程坐标值) 和Z:500000。
   （8）机床断电重新送电，进行回零操作，转塔刀架就按规定的距离精确地回到零点，并在显示屏上显示出机床零点的坐标值。  
    2）带距离编码光栅尺调整 
    Siemens840D系统相关参数设定:  
    34000参数设为零(不用返回参考点减速开关信号)。 
    34060参数设为返回参考点最大移动距离=两倍直线光栅尺标准参考点标志栅格间距。 
    34090参数设为返回参考点偏移值。 
    34200 参数设为3（选择距离编码光栅尺）。
    34300参数设为直线光栅尺标准参考点标志栅格间距。 
    34310参数设为光栅尺信号节距。
    例如：海德汉（HEIDENHAIN）LB382C   
    34300=40mm;  34060=80mm;  34310=0.04mm;  
    FANUC 0i-c系统相关参数设定:  
    1802第1位设为零, 使用3参考点检测回零点。 
    1815第1位第2位均设为1，选择了带距离编码参考点标志的直线光栅尺。 
    1821设为直线光栅尺标准参考点标志栅格间距。(相邻两mark1之间的距离)。
    1882设为相邻两mark2之间的距离。 
    1883假想的光栅尺原点与参考点之间的距离。
    LB382C：1821=40mm  1822=40+0.04=40.04mm
    4、数控机床返回参考点的常见故障分析及示例
    （1）常见现象及可能的原因
    a.找不到参考点(通常会导致机床超程报警)
    机床回零过程无减速动作或一直以减速回零，多数原因为减速开关及接线故障。
    机床回零动作正常，但系统得不到一转信号。原因可能是电动机编码器及接线或系统轴板故障(工厂中多数采用交换法来判别故障具体部位)。
    减速开关偏移。
    b. 找不准参考点(即返回参考点有偏差)
    减速挡块偏移、栅格偏移量参数设定不当、参考计数器容量参数设定不当、位置环增益设定过大、编码器或轴板不良。
    （2）常见故障实例分析
    [例1]  某一数控车床(系统为FANUC-TD)回零时，X轴回零动作正常(先正方向快速运动，碰到减速开关后，能以慢速运动)，但机床出现系统因X轴硬件超程而急停报警。此时Z轴回零控制正常。
    根据故障现象和返回参考点控制原理，可以判定减速信号正常，位置检测装置的零标志脉冲信号不正常。产生该故障的原因可能是来自x轴进给电动机的编码器故障 (包括连接的电缆线)或系统轴板故障。因为此时Z轴回零动作正常，所以可以通过采取交换方法来判断故障部位。交换后，发现故障转移到Z轴上(X轴回零操作 正常而Z轴回零出现报警)，则判定故障在系统轴板，最后更换轴板，机床恢复正常工作。
    [例2] 某一数控车床进行钻孔时(利用机床建立的坐标系)，发现孔中心偏差了一个进给丝杠的螺距误差。
    根据故障现象，返回参考点的动作过程正常，判定减速挡块偏离导致机床回参考点不准，使得该轴碰上该挡块时，脉冲编码器上的零位标志刚错过，只能等待脉冲编码器再转过近一周后，系统才能找到零标志。故障排除方法是调整减速挡块且机床重新进行参考点的设定。
    通过该故障分析，凡是机床返回参考点出现近似一个进给丝杠螺距误差时，多数故障原因在减速挡块偏离，如果有很小的偏差就应按返回参考点不准的原因进行检查。
    [例3] 参考计数器容量参数设定不当。
    SV-45立式加工中心断电再开机返回参考点时，X轴参考点漂移。漂移量为4mm ,8mm或12mm。每次回零位置不确定。
    处理：1、对调X轴、Y轴的伺服板。
          2、对调原点撞块，对调撞块开关。
          3、对调X轴和Z轴的编码器。采用上述三种办法问题仍未解决。
    问题分析：原机床X轴采用全闭环的光栅尺，由于光栅尺的故障，取消X轴的光栅尺，将闭环改为半闭环（编码器）时，才出现的。估计是参数设定不对，经反复分析，调整，发现1821#设定错误。错误设定为12000。
    1821#：各轴的参考计数器容量
    参考计数器容量=栅格间隔/检测单位
                  =脉冲编码器转一圈的移动量/检测单位
    当与丝杠直联时，脉冲编码器转一圈的移动量=丝杠螺距=16mm
    参考计数器容量=16/0.001=16000
    将1821#的12000改为16000问题得以解决。