关键词：数控机床 故障分析 排除
中文分类号：TG659 文献标识码：B
Shi Yongcheng
Abstract Introduces the know-how about CNC machine return reference. Analysis the fault definftion of machine return reference,and discuss methods for example in details.
Key words:CNC machine Fault analysis Processing
１ 概述
数控机床回参考点时根据检测元件的不同分绝对脉冲编码器方式和增量脉冲编码器方式两种，使用绝对脉冲编码器作为反馈元件的系统，在机床安装调试后，正常使用过程中，只要绝对脉冲编码器的后备电池有效，此后的每次开机，都不必再进行回参考点操作。而使用增量脉冲编码器的系统中，机床每次开机后都必须首先进行回参考点操作，以确定机床的坐标原点，寻找参考点主要与零点开关、编码器或光栅尺的零点脉冲有关，一般有两种方式。
１）轴向预定点方向快速运动，挡块压下零点开关后减速向前继续运动，直到挡块脱离零点开关后，数控系统开始寻找零点，当接收到第一个零点脉冲时，便以确定参考点位置。配ＦＡＮＵＣ系统和北京ＫＮＤ系统的机床目前一般采用此种回零方式。
２）轴快速按预定方向运动，挡块压向零点开关后，反向减速运动，当又脱离零点开关时，轴再改变方向，向参考点方向移动，当挡块再次压下零点开关时，数控系统开始寻找零点，当接收到第一个零点脉冲，便以确定参考点位置。配ＳＩＥＭＥＮＳ、美国ＡＢ系统及华中系统的机床一般采用这种回零方式。
采用何种方式或如何运动，系统都是通过ＰＬＣ的程序编制和数控系统的机床参数设定决定的，轴的运动速度也是在机床参数中设定的，数控机床回参考点的过程是ＰＬＣ系统与数控系统配合完成的，由数控系统给出回零命令，然后轴按预定方向运动，压向零点开关（或脱离零点开关）后，ＰＬＣ向数控系统发出减速信号，数控系统按预定方向减速运动，由测量系统接收零点脉冲，收到第一个脉冲后，设计坐标值。所有的轴都找到参考点后，回参考点的过程结束。
数控机床回不了参考点的故障常见一般有以下几种情况：一是零点开关出现问题；二是编码器出现问题；三是系统测量板出现问题；四是零点开关与硬（软）限位置太近；五是系统参数丢失等等。下面以本人在工作中遇到的几个实例介绍维修的过程。
２ 维修实例
例１）ＸＨ７１４加工中心开机回参考点，Ｘ轴向回参考的相反方向移动。
该机配SIEMENS８１０Ｄ数控系统，采用半闭环控制方式，使用增量脉冲编码器作为检测反馈元件。
分析：机床开机Ｘ轴回参考点的动作过程为：回参考点轴先以快速移动，当零点开关被挡块压下时，ＰＬＣ输入点Ｉ32.2信号由１变为０，ＣＮＣ接收到该跳变信号后输出减速指令，使Ｘ轴制动后并以低速向反方向移动，当挡块释放零点开关时，Ｉ32.2信号由０跳变为１，Ｘ轴制动后改变方向，以回参考点速度向参考点移动，当零点开关再次被挡块压下时，Ｉ32.2信号由１变为０，此时起，ＣＮＣ接受到的增量脉冲编码器发出的零位标志脉冲Ｉ０时，Ｘ轴再继续运行到参数设定的距离后停止，参考点确立，回参考点的过程结束。
这种回参考点方式可以避免在参考点位置回参考点这种不正常操作对加工中心造成的危害。当加工中心Ｘ轴本已在参考点位置，而进行回参考点操作时，这时Ｉ32.2初始信号是零，ＣＮＣ检测到这种状态后，发出向回参考点方向相反的方向运动指令，在零点开关被释放，即Ｉ32.2为１后，Ｘ轴制动后改变方向，以回参考点速度向参考点移动，进行上述回参考点的过程。
根据故障现象，怀疑零点开关被压下后，虽然Ｘ轴已经离开参考点，但开关不能复位。用ＰＬＣ诊断检查确认判断正确。
询问操作人员，机床开机时各轴都在中间位置，排除了因在参考点位置停机减速，挡块持续压着零点开关，导致开关弹簧疲劳失效的故障原因。也说明该减速开关在关机前已经失效了。
仔细观察加工过程，发现每一加工循环结束后，加工中心都停止在参考点位置上。这大大增加了零点开关失效的可能性，增加了故障几率。这可能是本次故障的真正原因。
由于采用ＣＡＭ软件编程生成的ＮＣ代码，在程序的结束（Ｍ３０）前，大多为Ｇ２８回参考点格式，故建议数控编程人员在编制零件加工程序时，在程序结束（Ｍ３０）前，加入回各轴中间点的Ｇ代码指令，并去掉Ｇ２８指令，以减少该类故障的发生。
例２）ＸＨ７１３／４加工中心回参考点出现超程报警。
该加工中心配用ＦＡＮＵＣ－ＯＭＤ控制系统，采用半闭环控制方式，使用增量脉冲编码器作为检测反馈元件，回参考点采用挡块压零点开关，减速前行，脱离零点开关，开始寻找零点的方式。
因ＣＮＣ的后备电池失效，造成参数丢失。用计算机将备份参数重新装入后，再回参考点时出现各轴在行程范围中间位置处发生软限位超程报警，此时用手动方式移动各轴，既使其机械位置在行程范围中间，ＣＲＴ也显示各轴位置坐标软限位超程报警。
这是因为后备电池失效后，重装电池开机时ＣＮＣ把此时的机械位置认作回参考点位置。
解决的办法是应先将各个轴正向软限位值设成最大值，再作三轴回参考点，建立正确的机床零点，仍后再将三轴软限位改为原值。具体步骤如下：
１）在ＯＦＦＳＥＴ菜单下，设置ＰＷＥ＝１。
２）将ＣＮＣ参数ＮＯ．７００、７０２、７０４（Ｘ、Ｙ、Ｚ）三轴分别设为最大值。
３）将ＸＹＺ手动移开机械原点一定距离。
４）在参考点回零模式，各轴手动回参考点。
５）仔细观察各轴是否在回参考点位置上，特别是与ＡＴＣ有关的Ｚ轴。若位置不准确，重复３至４步直至准确。
６）将第二步中改过的参数重新再改回来。
７）将ＰＷＥ重新设置为零。
这样，回参考点出现超程报警的问题就解决了。
例３）Ｖ５６０加工中心在使用过程中Ｚ轴回参考点出现软限位超程报警。
该加工中心配用ＦＡＮＵＣ－ＯＩＭＡ控制系统，，采用半闭环控制方式，回参考点采用挡块压零点开关，减速前行，脱离零点开关，开始寻找零点的方式。
观察ＣＲＴ上Ｚ轴显示６．０１，系软限位超程．经试验确认，该报警出现时，手动回参考点的过程还未完成．
在手动回参考点时观察减速开关输入ＰＭＣ信号ＤＧＮＸ９．３变化正常，说明减速开关无问题。将ＣＮＣ参数ＮＯ．７０４（Ｚ轴软限位）设为最大值９９９９９９９９，手动回参考点正常。ＮＯ．７０４重新设定为６０００，回参考点又了出现超程报警。
分析：由于减速开关无问题，而回参考点的过程还未完成，且出现的是软限位超程。说明挡块没有松劲，有可能是减速开关的位置松劲了。
检查发现，减速开关的位置的确松劲了，经重新调整减速开关的位置，并拧紧固定锣钉，问题解决。
但需要说明的是，减速开关的位置一旦松劲，机床出厂时原先设置的丝杠螺距补偿参数就不准确了。需用激光测量仪重新测量机床丝杠螺距补偿参数后再作设置。
例４）某台配备北京ＫＮＤ－１００Ｍ的数控铣床，在开机回参考点时，两ＸＺ轴正常，但Ｙ轴回参考点时，出现２２２“Ｙ向伺服准备未绪报警”。
分析：根据故障现象进行针对性的检查，在检查到伺服驱动模块时，发现有２３号伺服报警。此时查故障手册，有如下解释：
１）滚珠丝杠运动阻力过大或滚珠丝杠本身有问题。但手动移动检查未发现问题。
２）伺服电动机损坏。通过测量其绕阻伺服也未发现问题
３）伺服驱动模块带载能力不够或损坏，控制扳出现问题产生错误报警。
检查伺服驱动模块，对换相同型号的ＸＹ轴伺服驱动模块后故障消除。由此可见，此次故障为Ｙ轴伺服驱动模块性能不稳定或接触不稳。但几天后又发生故障，当Ｘ轴回参考点时又出现２１２Ｘ向伺服准备未绪报警。根据前面的经验，检查到伺服驱动模块时，又发现有２３号（伺服准备未绪）伺服报警。似乎很容易得出结论为误判原Ｙ轴（现已更换到Ｘ轴）的伺服驱动模块已彻底损坏。但为了进一步确认，又一次对换相同型号的ＸＹ轴伺服驱动模块后故障依然存在，说明此次故障与伺服驱动模块无关。
原来，经检查发现，Ｘ轴正向限位开关的挡块已向减速开关的挡块方向移动，导致Ｘ轴回参考点时，回参考点动作还未完成就已挡到了硬限位开关。从而引起ＣＮＣ产生以上报警。
经重新调整硬限位开关的位置，并拧紧固定锣钉，机床回参考点恢复正常。
３ 总结
数控机床回不了参考点的故障是数控机床中比较常见的故障之一。而这种故障一般又是由挡块的松动、减速开关的失灵、参数的丢失、软限位设置不准等因素引起的。当然，编码器或光栅尺的损坏以及编码器或光栅尺的零点脉冲出现问题等等也多会引起回不了参考点的故障，只不过编码器和光栅尺相对来说可靠性较高，出现故障的概率比较低而已。只要我们掌握数控机床回参考点的相关工作原理和设备的机械结构，了解其操作方法、动作顺序并对故障现象作充分调查和分析，就一定能找到故障的原因所在，检查修理，排除故障，最终使机床恢复正常。
参考文献：
１．邬宽明．ＣＡＮ总线原理和应用系统设计［Ｍ］．北京航空航天大学出版社，１９９６
２．曾浩，袁楚明等．面向ＣＩＭ环境ＤＮＣ系统的研究［Ｊ］．华中理工大学学报，１９９６，（４）
作者简介：施勇成，（１９６５生），男，江苏南通人，南通纺织职业技术学院机电系，高级工程师，主要从事数控技术、ＣＡＤ／ＣＡＭ应用方面的教学及数控机床实训教学．
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