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數控機床返回參考點故障維修

2018-12-13 來源：陝西省機械研究院陝西工業（yè）職業技術學（xué）院作者：趙強利祝戰科

摘要:介紹了數控加工中心（xīn）（增量式（shì）編碼器反饋裝置）實際（jì）生產使（shǐ）用中，返回參（cān）考點的幾個故障現象並進行了故障原因分析，給出了診斷（duàn）過程以及解決問（wèn）題的辦法。通過對典型故障（zhàng）的（de）詳細描述，便於維修人員理解，並為解決該類故障（zhàng）提供參考。

關鍵詞：數控（kòng）機床返回參考（kǎo）點（diǎn）故障診斷

返回（huí）參考（kǎo）點（回零）故障（zhàng）是數控機床常見的故障之一，直接影響機床使用。一般有以下幾種形式：

（1）手（shǒu）動回零時不減速，並伴隨超程報警；

（2）手動回零有減（jiǎn）速動作，但減速後軸運動不停止直至 90# 報警——伺服軸找（zhǎo）不到零點；

（3）手動（dòng）回零方式下根本沒有軸移動。

下麵就工作（zuò）中的幾個故障（zhàng）的現象及分析、排除的過程對回零故障（zhàng）加以說（shuō）明。

1 、自動回（huí）零正常（cháng），手動返回參考點出現 90#報警

1.1 故障現象

數控龍門鏜銑床 FANUC16i M 係統，半閉環控製，每天開機手動返（fǎn）回參考點時 X 軸偶爾會出現90#報警，找不到參考點，返回（huí）參考點時工（gōng）作台有減速動作，但是一旦手動回參考點（diǎn）成功，重複用 G28 方式回零沒有任何問題（tí）。

1.2 分析判定

大多數機（jī）床製造商設置在手動返回參考點時，尋找並讀取 PCZ 信號（物理柵格信（xìn）號）建立參考點，而在 G28 方式下使用計（jì）數（shù）器清零的方式返回參考（kǎo）點，不尋找物理（lǐ）柵格信號。

伺服軸在通（tōng）常的運動時，位（wèi）置環和速度環主要PCA/*PCA,PCB/*PCB 以及格雷碼信號，而僅在尋找參考點的時候才采集 PCZ 信號（hào），另（lìng）外由於 PCZ 是窄脈衝，所（suǒ）以在同樣的汙染條（tiáo）件（jiàn）下（xià），有時候PCA/*PCA，PCB/*PCB 可以正常工作，但是 PCZ信號已經達不到門檻電壓，或波形嚴重失真。造成脈衝編碼器或（huò）光柵（shān）尺其它信號可以（yǐ）正常工作（zuò），唯獨“柵格”信號不好的原因，如圖（tú） 1 所示。

圖（tú） 1 編碼器反饋信號（hào）波形圖

1.3 維（wéi）修過程

從故障描述來看重點應該檢查一轉（zhuǎn）信號。首先采用最簡便（biàn）易行的方法，檢查反饋電纜，用萬（wàn）用表電阻擋測量（liàng）電纜兩端通斷，結（jié）果沒有問題。

接下來更換脈衝編碼器，將 X 軸編碼器與另一個可以回參（cān）考點的軸（Y 軸）編碼器互換，結果沒有任何變化，即：X 軸（zhóu）仍然不能夠每次找（zhǎo）到零點，而 Y 軸回零正常，說明脈衝編碼器良好。之（zhī）後更換伺服放大（dà）器，仍（réng）然沒有效果。說明相關的硬件均（jun1）已更換，仍然沒有找到故障點。

仔（zǎi）細分析大型機床的結構，發現（xiàn） X 軸反（fǎn）饋電纜（lǎn）拖鏈距離伺服放大器有 50 餘米，初步判斷可能（néng）是由於（yú）信號衰減造成的一轉信號不好，最（zuì）後將 5V 及0V 線腳與電纜中多餘的備用線並聯加粗，降低線間電阻，提高信號（hào）幅值，最終排除了故障（zhàng）。

注（zhù）意 FANUC α 係列驅動的反饋裝置采用的（de）是高速串行傳送，用傳統的（de）示波器無法觀測波形，所以更（gèng）多的是采用（yòng）替代法（fǎ）或者借助係統界麵診斷（duàn）排查（chá）故障（zhàng）。

2 、找不到零點，出現 90#報警故障

2.1 故障現（xiàn）象

辛辛那提 T30 加（jiā）工中心，采用 FANUC 11M 係統，全閉環，Z 軸手動返回參（cān）考點時找不（bú）到零點（diǎn）。

2.2 故障分析

當選擇（zé）了回參考點方式後，按下某個軸的方向按鈕（niǔ），如果機床能夠快（kuài）速向參考點方向移動時，則說明方式選擇信號通過 PMC 接口通知了 CNC。此後如（rú）果沒（méi）有減速現象出現，並且（qiě）還伴隨超（chāo）程報警，則說（shuō）明（míng）減速開關信號（hào）*DECn 沒有通知（zhī）到 CNC，這時（shí）請關（guān）注下麵兩個環節：一是減速（sù）開關進油或進水，信號失效，I/O 單元之前就沒有信號；二是減速（sù）開關 OK，但 PMC 診斷（duàn）畫麵沒有反應，雖然信號已經輸入到係統接口（kǒu）板，但（dàn）由於 I/O 接口板或輸入模塊已經損壞。

FANUC 數控係統尋找參考點一般是在減速開關抬起後尋（xún）找第一個一轉信號或物理柵格，此時（shí）如（rú）果一轉信號或物理柵格信號缺失，則就會出（chū）現 90#報警——找不到參考點。可能的原因有：

（1）編碼器或（huò）光（guāng）柵尺被汙染，如進水進油（yóu）。

（2）反（fǎn）饋信號線或光柵適配器受外部信號幹擾。

（3）反饋電纜信號衰減。

（4）編碼器或光柵（shān）尺接口電路故障、器（qì）件老化。

（5）伺服放大器接口電（diàn）路故障（zhàng）。

這些情況都是維修中常遇到的現象，分析這一故障的關鍵點是“一（yī）轉信號”或“柵格信號”。數控係（xì）統一旦找到這（zhè）一信號，返回參考點即告完（wán）成。

2.3 維修過程

由於該機（jī）床是全閉環控製，所以物理柵格位置是在光柵上麵，工作（zuò）重（chóng）點應該放在光柵上。將光柵用無水酒精擦幹淨後（hòu）可以找到零點（diǎn），但是，信號時有（yǒu）時無，成功比率占到 70%左右，仍舊不能滿足正常生產要求，初步判斷原參考點柵格有（yǒu）損傷，由於光柵尺的柵格是由一定間距的多個柵格（gé）組成的，具體讀取哪一個柵格作（zuò）為（wéi）零點，取決於減速檔塊的位置和減速開關信號的（de）觸發。往（wǎng）往某一個柵格損（sǔn）壞了，其他柵格卻完好（hǎo）無損（sǔn），所以將減（jiǎn）速檔塊前移一（yī）個（gè）（或（huò）n 個）柵格位置，手動回零成功。

注意這時候的參考點已經和機床出廠時的（de）完（wán）全不同，換刀用的第（dì）二參考點和工件零點已（yǐ）經改變了，所以維修人員一（yī）定要將這些點重新調整（zhěng）.

3 、回零不穩定故障

3.1 故障現象

某森精機數控車床 FANUC 21T 係統，增量回零（líng）方式，Z 返（fǎn）回參考點可以（yǐ）完成，不報警，但偶爾會差一個（gè）絲杠螺距。

3.2 故障分析

這種現象是數控機床（chuáng）非常典型的故（gù）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時，處於一種“臨界狀態”，導（dǎo）致了離散誤差。

由於觸電開關信號通、斷的精確度比較差，所以信號觸發的時間不很準確，當信號來早時，就找到柵格①。當信號來遲時，就找到信號②，如（rú）圖 2所示。或者時而找到（dào）柵格（gé）②，時而找到柵格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）調整檔塊位置。

（2）通過參數 1850#柵格偏移量，調整柵格位置處於合理位置。調整檔（dàng）塊的具體調（diào）整方法：

(1)手（shǒu）動返回參考點。

(2)選擇診斷畫麵，讀取診斷號 0302 的值。（0302 的含義——從檔塊脫（tuō）離的位置到讀取到第一個柵格信號時的距離（lí））

(3)紀錄參數 1821 的值，1821#參數中設定的是參（cān）考計數器容量。

(4)微調減速檔塊，使診斷號 0302 中的值等於1821 設定值的一半。（1/2 柵格）

(5)之後，一麵多次重複進行手動回參考點，一（yī）麵確認診斷號 0302 上顯（xiǎn）示的值每次為 1/2 柵格左右（yòu），而且（qiě）變化幅度不大。

4、數控車床回零不準確故障

4.1 故障現象

某數控車床，FANUC 0i-TB 數控（kòng）係統，半閉環，增量編碼（mǎ）器。X 軸每次回零點位置不準確，但是（shì）不發生報（bào）警，誤差沒有（yǒu）規律，有時 3mm 左右，有時 7mm 左右。操作者每天開機回零點後通過刀補校正工件零點（diǎn），在不關機的情況下加工尺寸準確。但是一旦關電，重新回零（líng）後，工件坐標尺寸不準確，實際上是零點不（bú）準確。

4.2 故障分析

這種故障很少發生，一般是由於柵格位置不穩（wěn）定所造成。增量編碼器返回零點實際上是在找到物理柵格後，再（zài）移動一個 “偏移量”後形成的柵格停止作為零點，這個經過偏移後的柵格（gé）實際上是電氣（qì）柵格，那麽電氣柵格是由一組溢出（chū）脈衝發出的，每相隔一定（dìng）容量值產生一個溢出脈衝。這個容量值是（shì）通過參數 1821“參考計（jì）數器容（róng）量”決定的。當參考計數器容量設置錯誤，電氣柵格的“溢出”是（shì）不規（guī）律的（de），從而造成每次回零不準。

4.3 維修過程

查看參數 1821—參考計數器容量（liàng）設置值為3600，核算設置是否正確，測量 X 軸絲杠螺距為10 mm，並（bìng）且確認電機與絲杠的傳動鏈是直連（lián）的，對於（yú） 10 mm 直連絲（sī）杠，參（cān）考計數器容量應設置10000，表明原參數（shù）設（shè）置錯誤。修改參考（kǎo）計數器容量值後，X 軸（zhóu）回零正常。

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