FANUC數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置及回零常見故障分析

俞彬 白洪金 豐崇友

1.嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001；2.嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036

FANUC數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置及回零常見故障分析

俞彬1白洪金2豐崇友2

1.嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001；2.嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036

當(dāng)前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用通過減速檔塊的方式回零，但該方式在日常使用中故障率卻很高，有時(shí)甚至出現(xiàn)機(jī)械原點(diǎn)的丟失。本文以FANUC系統(tǒng)的臺中精機(jī)VCENTER-70加工中心為例淺析了數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置方法，并對該類數(shù)控機(jī)床常見回零故障的各種形式進(jìn)行了分析與總結(jié)。

FANUC；機(jī)械原點(diǎn)；設(shè)置；回零故障

FANUC; mechanical origin; set up; zeroing fault

機(jī)械原點(diǎn)是機(jī)床生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)機(jī)床時(shí)在機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)物理位置，可以使控制系統(tǒng)和機(jī)床能夠同步，從而建立起一個(gè)用于測量機(jī)床運(yùn)動坐標(biāo)的起始位置點(diǎn)，通常也是程序坐標(biāo)的參考點(diǎn)。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床在開機(jī)后都需要回零即回機(jī)械原點(diǎn)的操作。本文以FANUC系統(tǒng)的臺中精機(jī)VCENTER-70加工中心為例淺析了數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置方法，并對此類數(shù)控機(jī)床常見回零故障的各種形式進(jìn)行了分析與總結(jié)。

1 機(jī)械原點(diǎn)設(shè)置

1.1 機(jī)械原點(diǎn)丟失的原因

臺中精機(jī)生產(chǎn)的VCENTER-70加工中心采用增量編碼器作為機(jī)床位置的檢測裝置。系統(tǒng)斷電后，工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值就會失去記憶，盡管靠電池能夠維持坐標(biāo)值的記憶，但只是記憶機(jī)床斷電前的坐標(biāo)值而不是機(jī)床的實(shí)際位置，所以機(jī)床首次開機(jī)后要進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作[1]。而當(dāng)系統(tǒng)斷電遇到電池沒電或特殊情況失電時(shí)，就會造成機(jī)械原點(diǎn)的丟失，從而使機(jī)床回參考點(diǎn)失敗而無法正常工作。此時(shí)機(jī)床會產(chǎn)生“#306 n軸電池電壓0”的報(bào)警信息，并且還會產(chǎn)生機(jī)械坐標(biāo)丟失報(bào)警“#300 第n軸原點(diǎn)復(fù)位要求”（n代指X、Y、Z）。

1.2 機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置

在通常情況下，設(shè)置數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的方法主要有以下兩種：1）手動使X、Y、Z三軸超程即利用三軸的極限位置選擇機(jī)械原點(diǎn)。2）利用各坐標(biāo)軸的伺服檢測反饋系統(tǒng)提供相應(yīng)基準(zhǔn)脈沖來選擇機(jī)床參考點(diǎn)即機(jī)械原點(diǎn)[2]。由于第一種方法是機(jī)床廠家通常建議的也是較為簡便和實(shí)用的方法，因此本文在此詳細(xì)介紹第1種做法。以X軸為例，設(shè)置步驟如下：

(1) 將機(jī)床操作面板上的方式選擇開關(guān)設(shè)定為MDI方式。

(2) 按下機(jī)床MDI面板上的功能鍵【OFS/SET】數(shù)次，進(jìn)入設(shè)定畫面。

(3) 將寫參數(shù)中的0改為1，由此，系統(tǒng)進(jìn)入了參數(shù)可寫狀態(tài)。此時(shí)機(jī)床出現(xiàn)“SW0100 參數(shù)寫入開關(guān)處于打開”的報(bào)警信息。忽略這條報(bào)警信息，設(shè)置完參數(shù)后改回為0即可。

(4) 按下功能鍵【SYSTEM】，進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)鍵面。通過參數(shù)搜索找到參數(shù)1815（如表1所示）通常情況下，X軸的#4 APZ或#5 APC會顯示為0，若不為0就將其設(shè)定為0。

(5) 找到參數(shù)1320，此參數(shù)為存儲各軸正向行程的坐標(biāo)值。將其X軸的正向行程設(shè)定為最大值999999。目的是讓X軸的正向軟限位位置值大于其正向硬限位的位置值。

(6) 將方式選擇開關(guān)打到手輪方式，然后搖動手輪使工作臺碰及X軸的正向限位檔塊，此時(shí)機(jī)床會出現(xiàn)“#500 +X過行程”報(bào)警。

(7) 按下MDI面板上的【POS】功能鍵，進(jìn)入機(jī)床坐標(biāo)顯示鍵面。打開相對坐標(biāo)顯示鍵面，按下X + [起源]使X軸的相對坐標(biāo)值變?yōu)?。

(8) 按下機(jī)床操作面板上的【超程釋放】并搖動手輪至X-6.5的位置。

(9) 再次找到參數(shù)1815，將X軸的#4 APZ或#5 APC都設(shè)定為1。

最后重啟數(shù)控系統(tǒng)，完成X軸的機(jī)械原點(diǎn)設(shè)置。

表1 系統(tǒng)1815參數(shù)表

利用基準(zhǔn)脈沖設(shè)定機(jī)床零點(diǎn)。

在通常情況下，閉環(huán)系統(tǒng)直線的光柵尺每隔50mm就會產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)脈沖，但也會有一些特殊的直線光柵尺，它會每隔20mm就產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)脈沖。對于閉環(huán)系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)編碼器來說，產(chǎn)生的基準(zhǔn)脈沖距離要比直線光柵尺小很多，比如只有6mm。由于這個(gè)基準(zhǔn)脈沖在機(jī)床上經(jīng)常會被選定為數(shù)控系統(tǒng)計(jì)數(shù)的基準(zhǔn)，因此通過修改機(jī)床里的參數(shù)就可以將這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的值設(shè)定為0，從而使這個(gè)點(diǎn)成為機(jī)床的參考點(diǎn)也就是機(jī)床的機(jī)械原點(diǎn)。

1.3 設(shè)置機(jī)械原點(diǎn)時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）設(shè)置前要檢查各坐標(biāo)軸上要否安裝有機(jī)床回零的微動開關(guān)，且各微動開關(guān)的位置是否適合。

（2）在第一個(gè)基準(zhǔn)脈沖驗(yàn)出之前，必順保證該坐標(biāo)軸到了需要降速的距離上了。而這個(gè)降速距離就是所選速度的滯后誤差值。

（3）由于使用的是編碼器，故兩個(gè)基準(zhǔn)脈沖之間的距離會很小，所以在回機(jī)床零點(diǎn)時(shí)，速度要低一些，從而使滯后誤差不會高于這個(gè)值的50%。

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（4）由于各坐標(biāo)軸回機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)時(shí)的速度是由機(jī)床的相應(yīng)參數(shù)決定的，因此在設(shè)置這些參數(shù)時(shí)要注意，確保機(jī)床回零速度合適。

（5）倘若機(jī)床在回零點(diǎn)時(shí)壓住了微動開關(guān)，那么就必須通過手輪或是手動的方式操作數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸，強(qiáng)制其退出微動開關(guān)并退到離微動開關(guān)較遠(yuǎn)的位置，然后再次執(zhí)行各坐標(biāo)軸回參考點(diǎn)的操作。

2 機(jī)床回零常見故障分析及處理

2.1 機(jī)床開機(jī)后不能回零故障分析及處理

（1）可能系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置有誤。解決方法是仔細(xì)檢查各個(gè)相關(guān)參數(shù)，必要時(shí)重設(shè)參數(shù)。

（2）零脈沖不良導(dǎo)致的故障。零脈沖不良就會使回零時(shí)找不到零脈沖，引起的原因可能是系統(tǒng)軸板故障或是編碼器及接線出現(xiàn)故障。解決方法是對編碼器進(jìn)行更換或清洗，檢查線路及系統(tǒng)軸板是否有問題。

（3）有可能減速開關(guān)短路或是已經(jīng)損壞。這種故障會導(dǎo)致減速信號不能產(chǎn)生。解決方法是檢查減速開關(guān)的線路，對減速開關(guān)進(jìn)行維修，必要時(shí)更換減速開關(guān)。

（4）可能檢測元件已被污染。在全閉環(huán)控制的系統(tǒng)中，若光柵尺沾有油污，就不能采集到信號。解決方法是清洗光柵尺。

2.2 機(jī)床回零時(shí)找不到零點(diǎn)位置故障分析及處理

（1）減速開關(guān)有可能已經(jīng)損壞或受污，也可能是線路短路或斷路。解決方法就是及時(shí)對減速開關(guān)進(jìn)行清理維修，必要時(shí)更換減速開關(guān)。檢查線路連接情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決。

（2）可能是減速檔塊所處位置不準(zhǔn)確。解決方法是調(diào)整減速檔塊到限位開關(guān)的距離，避免兩者行程過小引發(fā)此故障。

2.3 機(jī)床回零后的位置與零點(diǎn)位置發(fā)生螺距偏移故障分析及處理

引起這一故障可能的原因是產(chǎn)生柵格信號的時(shí)刻與減速信號從斷開到接通的時(shí)刻太接近了，再加上存在的傳動誤差，就使得機(jī)床回零過程中工作臺碰到減速開關(guān)時(shí)，剛好錯(cuò)過了柵格信號，所以只能等到脈沖編碼器再轉(zhuǎn)過一周以后才能找到下一個(gè)柵格信號。故而出現(xiàn)了此類故障。具體分析如下：

在減速開關(guān)的信號從斷開恢復(fù)到接通狀態(tài)時(shí)，隨即便出現(xiàn)了柵格信號，也就是說柵格信號處在了臨界點(diǎn)上（如圖1a所示）。這樣一來，機(jī)械部分的熱變形，減速開關(guān)出現(xiàn)“通”、“斷”信號的重復(fù)精度誤差都會導(dǎo)致零點(diǎn)發(fā)生位置偏離的故障（如圖1b所示）。解決方法是可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整減速檔塊所處的位置，從而使零點(diǎn)位置與工作臺停止的位置重合（如圖1c所示）。也可以采用修改柵格偏移量的方法，使產(chǎn)生柵格信號的時(shí)刻離減速信號從斷開到接通時(shí)刻的距離是柵格信號產(chǎn)生周期的一半，就可消除此故障（如圖1d所示）。

圖1 故障分析及解決方法示意圖

2.4 機(jī)床回零位置隨機(jī)性變化故障分析及處理

（1）脈沖編碼器的供電電壓太低。解決方法是調(diào)整從主板上輸出的電壓值，同時(shí)查看編碼器線路板上的電源電壓是否已到了合適的范圍。

（2）伺服調(diào)節(jié)不良，從而引起跟蹤誤差偏大。解決方法是修改伺服參數(shù)。

（3）滾珠絲杠間隙偏大或絲杠與電動機(jī)的聯(lián)軸器出現(xiàn)了松動。解決的方法是對滾珠絲杠螺母副的間隙進(jìn)行調(diào)整及優(yōu)化，對聯(lián)軸器進(jìn)行緊固或更換。

（4）零脈沖受到干擾。解決的方法是檢查脈沖編碼器的電纜布置是否合理，反饋電纜屏蔽是否連接無誤。

3 結(jié)語

掌握數(shù)控機(jī)床原點(diǎn)的設(shè)置方法和常見回零故障處理方式對于解決生產(chǎn)實(shí)踐中的機(jī)床回零故障具有很好的指導(dǎo)作用。但值得說明的是故障現(xiàn)象與故障原因并非是一一對應(yīng)的，有可能是由幾種原因引起的。因此在維修時(shí)要根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和維修手冊逐一檢查排除假象，找到故障起因并予以排除。

[1] 劉江. 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M]. 北京:高等教育出版社,2007.

[2] 嚴(yán)峻. 數(shù)控機(jī)床安裝調(diào)試與維修保養(yǎng)技術(shù)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

FANUC CNC Machine Tools Machinery Setting of the Origin and Return Zero Fault Analysis

Yu Bin1, Bai Hong-jin2, Feng Chong-you2
(1.Mechanical and Electrical Engineering College, Jiaxing University, Jiaxing 314001,China；
2. Jiaxing Vocational Technical College, Jiaxing 314036, China)

Most of the CNC machine tools are currently zeroing through the deceleration block way, but the fault rate is daily very high by the way in use, sometimes the mechanical origin loss phenomenon usually occurred. The paper analysis the numerical control machine tool mechanical zero point setting method through FANUC system of the Taichung Seiki VCENTER-70machining center，analyze and summarize common zeroing fault forms on the CNC machine tool.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.086

俞彬（1988—），男，浙江永康人，技術(shù)員，從事數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室管理工作。