數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)常見故障分析與診斷方法

韓京海 郭 燕

(①南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系,江蘇南京 211188;②南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇南京 210048)

目前數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的方式有兩種:使用脈沖編碼器或光柵尺的柵格法和使用磁感應(yīng)開關(guān)的磁開關(guān)法。磁開關(guān)法由于存在定位漂移現(xiàn)象,因此較少使用。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用柵格法回參考點(diǎn)。

柵格法根據(jù)檢測元件計(jì)量方法的不同又可分為絕對柵格法和增量柵格法。采用絕對柵格法回參考點(diǎn)的數(shù)控機(jī)床在電池保護(hù)存儲(chǔ)器支持下,只需在機(jī)床第一次開機(jī)調(diào)試時(shí)進(jìn)行回零點(diǎn)操作調(diào)整,此后每次開機(jī)均記錄有零點(diǎn)位置信息,因而不必再進(jìn)行回零操作。采用增量式位置檢測裝置的機(jī)床,由于增量式位置檢測裝置在斷電狀態(tài)時(shí)會(huì)失去對機(jī)床坐標(biāo)值的記憶,每次機(jī)床通電時(shí)都要進(jìn)行回零操作。由于目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用增量式位置檢測裝置,如果數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)出現(xiàn)故障將無法進(jìn)行程序加工,回參考點(diǎn)的位置不準(zhǔn)確將影響到加工精度,甚至出現(xiàn)撞車事故。因此分析和排除回參考點(diǎn)故障問題是非常必要的。

1 返回參考點(diǎn)的控制原理

下面以FANUC 0i系統(tǒng)為例說明增量柵格法返回參考點(diǎn)的原理及其常見故障的處理。

數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)的控制原理圖如圖1所示。在回零工作方式下,按下各軸點(diǎn)動(dòng)按鈕(+J),機(jī)床以快移速度(V1)向機(jī)床零點(diǎn)方向移動(dòng),當(dāng)減速擋塊壓下減速開關(guān)時(shí),減速信號(hào)(DEC)由1到0,系統(tǒng)開始減速,以低速(V2)向零點(diǎn)方向移動(dòng)。當(dāng)減速開關(guān)離開擋塊時(shí),即減速信號(hào)(DEC)由0再到1,系統(tǒng)開始找柵格信號(hào),找到柵格信號(hào)則機(jī)床停止,以此位置作為機(jī)床零點(diǎn)。

1轉(zhuǎn)信號(hào)是編碼器產(chǎn)生的信號(hào)。編碼器除產(chǎn)生反饋位移和速度的脈沖信號(hào)外,還每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)即1轉(zhuǎn)信號(hào)。需要注意的是,柵格信號(hào)(GRID)并不是編碼器直接發(fā)出的信號(hào),而是數(shù)控系統(tǒng)在1轉(zhuǎn)信號(hào)和軟件共同作用下產(chǎn)生的信號(hào)。通過調(diào)整柵格偏移量,在一定范圍內(nèi)靈活調(diào)整機(jī)床零點(diǎn)位置。機(jī)床使用中,只要不改變脈沖編碼器與絲杠間的相對位置或不移動(dòng)參考點(diǎn)撞塊調(diào)定的位置,柵格信號(hào)就會(huì)以很高的重復(fù)精度出現(xiàn)。

2 數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)故障分析與處理

當(dāng)數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí),首先應(yīng)由簡單到復(fù)雜,進(jìn)行全面檢查。先檢查原點(diǎn)減速擋塊是否松動(dòng)、減速開關(guān)固定是否牢固、開關(guān)是否損壞,若無問題,應(yīng)進(jìn)一步用千分尺或激光測量儀檢查機(jī)械相對位置的飄移量、檢查減速開關(guān)位置與原點(diǎn)之間的位置關(guān)系,然后檢查伺服電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)量、指令倍率比(CMR)及檢測倍乘比(DMR),再檢查回原點(diǎn)快速進(jìn)給速度的參數(shù)設(shè)置及接近原點(diǎn)的減速速度的參數(shù)設(shè)置。數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)不穩(wěn)定,不但會(huì)直接影響工件加工精度,對于加工中心,還會(huì)影響到自動(dòng)換刀。本文介紹幾種常見的數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)故障及其排除方法。

(1)坐標(biāo)軸在執(zhí)行回零過程中,沒有減速,直到超程報(bào)警或壓下位置極限開關(guān)造成急停。該故障原因可能是該軸的減速開關(guān)失效,從而導(dǎo)致柵格信號(hào)不起作用。這時(shí)需根據(jù)先機(jī)械后電氣的維修原則,首先檢查減速撞塊是否松動(dòng),然后檢查減速開關(guān)至系統(tǒng)的連接電路是否斷路等。

例如,某配套FANUC 11M的加工中心,在回參考點(diǎn)過程中,發(fā)生超程報(bào)警。

分析與處理:經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn)該機(jī)床在回參考點(diǎn)時(shí),當(dāng)壓下減速開關(guān)后,坐標(biāo)軸無減速動(dòng)作,由此判斷故障原因應(yīng)在減速檢測信號(hào)上。通過系統(tǒng)的輸入狀態(tài)顯示,發(fā)現(xiàn)該信號(hào)在回參考點(diǎn)減速擋塊的壓合與松開情況下,狀態(tài)均無變化。對照原理圖檢查線路,確認(rèn)該軸的回參考點(diǎn)減速開關(guān)由于切削液的侵入而損壞。更換開關(guān)后,機(jī)床恢復(fù)正常。

(2)工作臺(tái)回零過程中觀察到有減速,但一直以減速速度移動(dòng)直到超程報(bào)警或觸及限位開關(guān)而停機(jī),回參考點(diǎn)操作失敗。產(chǎn)生該故障的原因可能是測量系統(tǒng)在減速開關(guān)恢復(fù)接通到機(jī)床碰到限位開關(guān)期間,沒有捕捉到柵格信號(hào)。這可能有4種原因:①可能是編碼器(或光柵尺)在回歸參考點(diǎn)操作中沒有發(fā)出已經(jīng)回歸參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào);②可能是回歸參考點(diǎn)零標(biāo)記位置失效;③可能是回歸參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào)在傳輸或處理過程中丟失;④可能是測量系統(tǒng)硬件故障,對回歸參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào)不識(shí)別。這可使用信號(hào)跟蹤法,用示波器檢查編碼器回歸參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào),判斷故障。

(3)機(jī)床在返回參考點(diǎn)過程中有減速,也有制動(dòng)到零的過程,但停止位置常常與零點(diǎn)正確位置前移或后移一個(gè)絲杠螺距(即相當(dāng)于編碼器1轉(zhuǎn)的機(jī)床位移量的偏差),即返回參考點(diǎn)操作失敗。該故障可能有3種可能:①可能是回歸參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào)已被錯(cuò)過,只能等待脈沖編碼器再轉(zhuǎn)l周后,測量系統(tǒng)才能找到該信號(hào)而停機(jī),使工作臺(tái)停在距參考點(diǎn)1個(gè)選定間距的位置(相當(dāng)于編碼器1轉(zhuǎn)的機(jī)床的位移量)。②可能是減速擋塊離參考點(diǎn)位置太近,坐標(biāo)軸未移動(dòng)到指定距離,就接觸到極限開關(guān)而停機(jī)。③可能是由于信號(hào)干擾、擋塊松動(dòng)、回歸參考點(diǎn)零標(biāo)志位信號(hào)電壓過低等因素致使工作臺(tái)停止的位置不準(zhǔn)確,且無規(guī)律性。

如圖2a所示,當(dāng)減速開關(guān)信號(hào)從斷(OFF)恢復(fù)到通(ON)時(shí),柵格信號(hào)隨即就出現(xiàn)(既所謂信號(hào)處在了臨界點(diǎn)上),這樣,減速開關(guān)“通”、“斷”信號(hào)出現(xiàn)的重復(fù)精度,或機(jī)械部分熱變形等,都會(huì)使零點(diǎn)出現(xiàn)位置偏離的故障(圖2b)。在這種情況下,可適當(dāng)調(diào)整減速擋塊的位置(圖2c)或修改柵格偏移量(圖2d所示),使柵格信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)刻離減速信號(hào)從斷到通時(shí)相距約半個(gè)柵格信號(hào)產(chǎn)生的周期,即可消除故障。

具體調(diào)整方法如下:①手動(dòng)返回機(jī)床零點(diǎn)。②選擇診斷畫面,讀取診斷號(hào)302的值(302的值為擋塊脫離位置到讀取到第一個(gè)柵格信號(hào)時(shí)的距離)。③記錄系統(tǒng)參數(shù)1821的值,即參考計(jì)數(shù)器容量(柵格間距)。④微調(diào)減速擋塊位置或修改柵格偏移量(系統(tǒng)參數(shù)1850設(shè)定值),使診斷號(hào)302的值等于參數(shù)1821設(shè)定值的一半(1/2柵格間距)。④重復(fù)進(jìn)行手動(dòng)回零,確認(rèn)診斷號(hào)302顯示的值每次為1/2柵格間距左右。

(4)機(jī)床在返回基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí),發(fā)出“未返回參考點(diǎn)”報(bào)警,機(jī)床不執(zhí)行返回參考點(diǎn)動(dòng)作,其原因可能是因改變了設(shè)定參數(shù)所致。出現(xiàn)這種情況應(yīng)考慮檢查數(shù)控機(jī)床的如下參數(shù):①指令倍率比(CMR)是否設(shè)為零;②檢測倍乘比(DMR)是否設(shè)為零;③回參考點(diǎn)快速進(jìn)給速度是否設(shè)為零;④接近原點(diǎn)的減速速度是否設(shè)為零等;④機(jī)床操作面板快速倍率開關(guān)及進(jìn)給倍率開關(guān)是否設(shè)置了0%檔。

3 結(jié)語

機(jī)床回參考點(diǎn)一般可分為找不到參考點(diǎn)和找不準(zhǔn)參考點(diǎn)兩類。前一類故障主要是回參考點(diǎn)減速開關(guān)的信號(hào)或零標(biāo)志脈沖信號(hào)失效(包括信號(hào)未產(chǎn)生或在傳輸中丟失)所致。后一類故障往往是參考點(diǎn)開關(guān)擋塊位置設(shè)置不當(dāng)引起的,只要重新調(diào)整即可。排除故障時(shí),應(yīng)事先識(shí)別機(jī)床的回零方式,從故障現(xiàn)象著手,可采用由簡到難,由外到內(nèi),再由機(jī)械部分到電氣部分,采用信號(hào)跟蹤法查找故障部位。這里的“外”指安裝在機(jī)床外部的擋塊和參考點(diǎn)開關(guān),“內(nèi)”指脈沖編碼器零標(biāo)志位或光柵尺上的零標(biāo)志位。

[1]孫漢卿.數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2]劉永久.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.