2022年数控机床回参考点的故障分析与排除 .pdf

【关键词 】数控机床【摘要 】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、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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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 DGNX 9.3 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。只要名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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。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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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 DGNX 9.3 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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。名师资料总结 - 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