機(jī)床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的原因及處理

林超青

昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002

1 序言

我公司一臺FZ32五坐標(biāo)高速加工中心在A軸回零過程中，經(jīng)常發(fā)生回零不準(zhǔn)確或回零后零點(diǎn)位置不準(zhǔn)確等問題，需要多次回零或修正系統(tǒng)參數(shù)校正零點(diǎn)。給設(shè)備操作和使用帶來很大的困擾和風(fēng)險(xiǎn)，稍不注意就會造成零件報(bào)廢，但是數(shù)控系統(tǒng)沒有任何報(bào)警和提示，機(jī)床照常運(yùn)行。

2 故障原因分析及處理

FZ32五坐標(biāo)高速加工中心在A軸回零過程中經(jīng)常發(fā)生回零不準(zhǔn)確或回零后零點(diǎn)位置不準(zhǔn)確。主要原因是機(jī)床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，回零時(shí)零點(diǎn)信號出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致回零后零點(diǎn)位置不準(zhǔn)確。引起機(jī)床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的可能原因涉及軟件和硬件兩方面。軟件方面的原因主要有數(shù)控系統(tǒng)軟件不穩(wěn)定或遭到損壞，有關(guān)機(jī)床回零的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理，PLC程序編寫有漏洞等。硬件方面的原因主要有光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷，接地或屏蔽不良，電纜及接頭有缺陷，以及伺服驅(qū)動的軸控制板有問題等。具體的原因要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行排查和處理。

2.1 機(jī)床A軸回零不準(zhǔn)確由軟件問題導(dǎo)致的可能性

如果數(shù)控系統(tǒng)軟件內(nèi)部文件丟失，病毒破壞文件數(shù)據(jù)，PLC程序編制有漏洞，就會使機(jī)床運(yùn)行不穩(wěn)定；如果位置測量與反饋有關(guān)參數(shù)設(shè)置不合理，回零誤差大，就可能導(dǎo)致零點(diǎn)位置不準(zhǔn)確。

（1）數(shù)控系統(tǒng)軟件內(nèi)部文件數(shù)據(jù)遭病毒破壞而丟失 該機(jī)床在運(yùn)行過程中，數(shù)控系統(tǒng)多次發(fā)生中病毒事故，導(dǎo)致Windows系統(tǒng)文件丟失，無法進(jìn)入Windows系統(tǒng)。經(jīng)過系統(tǒng)修復(fù)并完善丟失的文件后，Windows才恢復(fù)正常工作。對于機(jī)床回零不準(zhǔn)確的問題是否由數(shù)控系統(tǒng)軟件受損引起的可能性無法排除。

為確認(rèn)和修復(fù)數(shù)控系統(tǒng)軟件的完好性，可以使用數(shù)控系統(tǒng)西門子840D的備份和還原功能，對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)。主要步驟是對數(shù)控系統(tǒng)和PLC進(jìn)行清除復(fù)位，然后利用備份壓縮文件進(jìn)行解壓還原，在數(shù)控系統(tǒng)單元中重新安裝數(shù)控系統(tǒng)和PLC文件。對該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)還原恢復(fù)后，重新起動機(jī)床進(jìn)行回零測試，發(fā)現(xiàn)回零位置不準(zhǔn)確的現(xiàn)象依然存在。檢查數(shù)控系統(tǒng)與位置測量、反饋及回零有關(guān)的參數(shù)，與設(shè)備出廠的設(shè)置一致，因此參數(shù)設(shè)置變化的可能性可以排除。

為徹底驗(yàn)證回零不準(zhǔn)確的現(xiàn)象是否由數(shù)控系統(tǒng)軟件造成，可以利用該設(shè)備的出廠離線備份文件進(jìn)行系統(tǒng)覆蓋和還原。該機(jī)床交付驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行了操作系統(tǒng)Windows和數(shù)控系統(tǒng)的硬盤備份，并制作了備份硬盤。對該機(jī)床更換備份硬盤后，重新起動機(jī)床進(jìn)行回零測試，結(jié)果回零位置不準(zhǔn)確的問題沒有消除。因此系統(tǒng)軟件受損或參數(shù)設(shè)置不合理的可能性可以排除。

（2） PLC程序編制有漏洞 編制的PLC程序有漏洞，機(jī)床回零時(shí)動作不準(zhǔn)確，也有可能導(dǎo)致回零錯誤，出現(xiàn)回零位置誤差。利用西門子S7-300軟件對該機(jī)床的PLC程序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床的PLC程序并沒有對機(jī)床A軸的回零動作進(jìn)行編程，A軸的回零動作是由數(shù)控系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的。因此，該機(jī)床A軸回位置度不準(zhǔn)確的問題是由PLC程序造成的可能性可以排除。

2.2 機(jī)床A軸回零不準(zhǔn)確由硬件問題導(dǎo)致的可能性

光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷，接地或屏蔽不良，電纜及接頭有缺陷，以及伺服驅(qū)動的軸控制板有問題等，都有可能導(dǎo)致機(jī)床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，回零時(shí)零點(diǎn)信號出現(xiàn)偏差，回零后零點(diǎn)位置不準(zhǔn)確。具體的原因要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行排查和處理。

（1）光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷 如果光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷，會導(dǎo)致回零信號出現(xiàn)誤差，回零位置不準(zhǔn)確。檢查機(jī)床A軸的編碼器（見圖1）和電纜，其外觀干凈無破損，線纜也沒有折損。因此，編碼器（圓光柵）和電纜機(jī)械受損的可能性可以排除。

用海德漢光柵尺測試儀PWT18對編碼器（圓光柵）進(jìn)行信號測試（見圖2），測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)該編碼器的信號波形完好無畸變，幅值正常，在1V左右。回零時(shí)零點(diǎn)信號標(biāo)志穩(wěn)定正常，并且信號幅值也符合要求。因此，光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷導(dǎo)致回零位置誤差的可能性可以排除。

圖1 海德漢編碼器

圖2 海德漢編碼器信號測試

圖3 配電柜地線和零線

（2）接地或屏蔽不良 如果屏蔽層、接地線安裝不正確，或使用過程中屏蔽層、接地線接觸不良，那么屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)有時(shí)會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。如果系統(tǒng)接地與其他接地（見圖3、圖4）處理混亂，所產(chǎn)生的接地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，從而影響邏輯電路和模擬電路的正常工作。

檢查設(shè)備的地線與電網(wǎng)配電柜地線之間的連接：連接良好，兩者之間的電阻為0。因此，設(shè)備的地線與電網(wǎng)配電柜地線之間的連接沒有問題。

檢查編碼器（圓光柵）的接地與電網(wǎng)配電柜地線之間的連接：連接良好，兩者之間的電阻為0。因此，編碼器（圓光柵）的接地與電網(wǎng)配電柜地線之間的連接沒有問題。

檢查編碼器（圓光柵）的屏蔽層與電網(wǎng)配電柜地線之間的連接：連接良好，兩者之間的電阻為0。因此，編碼器（圓光柵）的屏蔽層與電網(wǎng)配電柜地線之間的連接沒有問題。

經(jīng)過檢查，接地或屏蔽不良導(dǎo)致回零位置誤差的可能性可以排除。

（3）伺服驅(qū)動的軸控制板有問題 對于西門子611D伺服驅(qū)動，光柵尺或編碼器（圓光柵）的電纜及信號都是接到驅(qū)動模塊的軸控制板上，由軸控制板進(jìn)行相應(yīng)的處理后把數(shù)據(jù)送到數(shù)控系統(tǒng)。如果西門子611D伺服驅(qū)動的軸控制板有缺陷，也會造成位置測量與反饋出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致回零位置不準(zhǔn)確。

為檢查軸控制板的可靠性，對該伺服驅(qū)動更換一個同型號的軸控制板進(jìn)行測試。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，更換新的軸控制板后，回零位置不準(zhǔn)確的問題依舊存在。因此，軸控制板存在問題而導(dǎo)致回零位置誤差的可能性可以排除。

（4）電纜及接頭有缺陷 如果編碼器（圓光柵）電纜存在拉伸或折損現(xiàn)象，電纜接頭焊接或壓接不良會導(dǎo)致編碼器（圓光柵）讀數(shù)頭與軸控制板接頭之間的電阻增大，編碼器（圓光柵）的輸出信號將衰減。若軸控制板接收到的信號強(qiáng)度處于臨界狀態(tài)，那么軸控制板和數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)就有可能造成誤差。如果軸控制板與數(shù)控系統(tǒng)對位置測量和反饋數(shù)據(jù)處理得不精確，就會導(dǎo)致坐標(biāo)軸無法準(zhǔn)確回零。

檢查編碼器（圓光柵）電纜，從編碼器（圓光柵）接頭開始一直到軸控制板，電纜沒有破損或折損現(xiàn)象。檢查編碼器（圓光柵）電纜接頭：編碼器（圓光柵）電纜是由兩段線連接而成，編碼器（圓光柵）自帶一段電纜（稱為電纜1）和接頭，另一段電纜（稱為電纜2）是與編碼器（圓光柵）自帶電纜連接，另一頭接到軸控制板。結(jié)果發(fā)現(xiàn)電纜2與編碼器（圓光柵）相連插頭的一個針腳虛接。對該針腳進(jìn)行處理后，對機(jī)床進(jìn)行測試，結(jié)果故障消除，機(jī)床每次回零動作都準(zhǔn)確，零點(diǎn)角度都符合參數(shù)設(shè)置要求。

因此可以確定，該機(jī)床回零位置不準(zhǔn)確是由于插頭的針腳虛接造成的，插頭針腳虛接會造成電阻增大，信號衰減，最終致使回零位置出現(xiàn)差錯。

圖4 機(jī)床接地

3 結(jié)束語

對于數(shù)控機(jī)床位置測量和反饋的軟故障，回零或機(jī)床運(yùn)行時(shí)坐標(biāo)軸無規(guī)律地出現(xiàn)差錯，這類故障一般都是由位置測量和反饋系統(tǒng)受到信號干擾或電纜、屏蔽層、接地線等接觸不良引起的。分別對造成故障的各種可能性進(jìn)行排查，才能最終找到產(chǎn)生故障的原因，并排除故障，才會取得比較好的效果。