摘要：數(shù)控機床返回參考點故障是數(shù)控機床常見故障之一，本文主要介紹了數(shù)控機床返參原理，系統(tǒng)性地編制了數(shù)控機床回參考點的故障分析與診斷流程圖以及故障實例。
　　
　　數(shù)控機床零件加工是建立在機床零點之上的。數(shù)控機床零點是機床坐標系的零點，它由機床廠家事先確定的。由于數(shù)控系統(tǒng)上電時通常并不知道機床零點的位置，同時在多數(shù)情況下，當已裝好刀具和零件時，機床的零點已不可能接近，需要附設(shè)一個參考點。機床參考點是數(shù)控機床上一個特殊位置的點，該點通常位于機床正向極限點附近，如圖1所示數(shù)控車床參考點位置。它與機床零點的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)定。因此機床找到參考點位置，也就確定了該坐標軸的零點位置，數(shù)控系統(tǒng)就建立起了機床坐標系，可以進行正常的加工工作。在數(shù)控機床工作中返回參考點故障發(fā)生率較高，因此了解數(shù)控機床“返參”方式及位置檢測裝置工作原理對解決數(shù)控機床“返參”故障至關(guān)重要。

　　
　　根據(jù)數(shù)控機床選擇的位置反饋元件的差異及控制方式的差異，數(shù)控機床的返回參考點方式也大不相同。
　　
　　一、數(shù)控機床開機后不需要返參
　　
　　使用式編碼器或式直線光柵尺作為位置反饋裝置的數(shù)控機床坐標軸在安裝調(diào)試時進行一次參考點位置設(shè)定（只要編碼器或光柵尺的后備電池有效）。數(shù)控機床再開機無需返回參考點，式編碼器或光柵尺就可立即得到坐標軸的當前位置值，并反饋到數(shù)控系統(tǒng)。這是由于它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，式編碼器的值編碼通常有兩種形式：格雷碼和系列碼。如圖2所示為格雷碼式編碼器結(jié)構(gòu)原理圖，編碼盤上具有多道編碼的光柵刻軌，位置值來自格雷碼編碼的排列，當機床開機時便可立即獲得位置信息。編碼盤外圈增量信號刻軌還能在細分后提供位置值，并同時生成增量信號。如圖3所示為系列碼式編碼器結(jié)構(gòu)原理圖，編碼器只需兩個刻軌就能生成位置值，刻線碼盤的信號僅需一個刻軌，系列碼的排列方式在每圈中都是*的。增量信號刻軌在外圈，增量信息刻軌用于細分成位置值，同時也用于生成高質(zhì)量增量信號。兩個刻軌產(chǎn)生的信息在編碼器內(nèi)的信號處理單元中形成高分辨率的位置值。系列碼式編碼器的性能優(yōu)于格雷碼式編碼器，其特點是掃描信號質(zhì)量高和抗污染性能力強。

　　
　　二、數(shù)控機床開機后需要返參
　　
　　數(shù)控機床一般采用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器或增量式光柵尺作為位置反饋元件，在機床斷電后就失去了對各坐標軸位置的記憶，因而機床開機后首先要執(zhí)行各坐標軸返回參考點操作。
　　
　　增量式位置檢測裝置的數(shù)控機床一般有三種返回參考點方式：
　　
　　1、回參考點時，軸先以速度V1向參考點快速移動，碰到參考點減速開關(guān)后，在減速信號的控制下，減速到速度V2并繼續(xù)前移，脫開擋塊后，再尋找測量系統(tǒng)零標志信號。當軸到達測量系統(tǒng)零標志發(fā)出柵格信號時，速度即制動到零，然后再以V2速度前移參考點偏移量停止于參考點。如圖4所示為返參時序圖，此種返參方式多用于FANUC數(shù)控系統(tǒng)的半閉環(huán)控制軸，例如FANUC0iTC數(shù)控系統(tǒng)需設(shè)定如下參數(shù)：
　　
　　2、回參考點時，軸先以速度V1快速向參考點移動，碰到參考點減速開關(guān)后速度制動到零，然后反向以速度V2慢速移動，到達測量系統(tǒng)零標志產(chǎn)生柵格信號時，速度制動到零，再前移參考點偏移量而停止于參考點。此種返參方式多用于Siemens數(shù)控系統(tǒng)的半閉環(huán)控制軸，例如Sinumerik840D數(shù)控系統(tǒng)需設(shè)定如下參數(shù)：
　　
　　3、回參考點時，軸先以速度V1快速向參考點移動，碰到參考點減速開關(guān)后速度制動到零，再反向微動直至脫離參考點開關(guān)，然后又沿原方向微動撞上參考點開關(guān)，并且以速度V2慢速前移，到達測量系統(tǒng)零標志產(chǎn)生柵格信號時，速度制動到零，再前移參考點偏移量而停止于參考點。
　　
　　使用增量式光柵尺作為位置檢測裝置的全閉環(huán)控制數(shù)控機床，由于普通光柵尺只有一個參考點零標志，這樣機床每次返參時都需找到這個零標志，有時可能需要移動較大的行程，時間較長。為了加快和簡化返回參考點操作，光柵尺生產(chǎn)廠家開發(fā)出一種帶距離編碼參考點的增量式光柵尺，兩個參考點間相差一定的距離，一般移過兩個相鄰參考點后（一般只有數(shù)十毫米）。如圖5所示，德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的LS型光柵尺，機床直線軸移動20mm，數(shù)控系統(tǒng)就可以找到參考點位置，顯示器上顯示當前機械所在位置的機床坐標值。
　　
　　三、回參考點的故障分析與診斷
　　
　　根據(jù)數(shù)控機床回參考點常見故障及本人工作經(jīng)驗總結(jié)，系統(tǒng)性地編制了數(shù)控機床回參考點的故障分析與診斷流程圖，如圖6所示。


　　
　　數(shù)控機床發(fā)生回參考點故障時應(yīng)重點檢查如下項目：
　　
　　1、檢查回參考點的模式是否是開機的*次回參考點，是否采用式的位置檢測裝置；
　　
　　2、檢查減速擋塊和減速開關(guān)的狀態(tài)；
　　
　　3、檢查參數(shù)設(shè)置是否合適，如檢查回參考點快速進給速度、接近參考點速度等參數(shù)的設(shè)置。
　　
　　四、故障排除實例
　　
　　[實例1]一臺日本FANUC0iTC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床，X和Z軸位置檢測裝置配置為式光電脈沖編碼器。
　　
　　故障現(xiàn)象：開機后報警300號，報警內(nèi)容：要求返回參考點。
　　
　　故障檢查與分析：由于該機床采用的是式位置檢測裝置，開機時不需要各軸返回參考點，出現(xiàn)300號報警的原因是編碼器后備電池電壓過低或人為修改了數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)1240、1850。系統(tǒng)參數(shù)1240、1850含義如下：


　　
　　經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)編碼器后備電池電壓過低。
　　
　　故障處理：更換編碼器后備電池后，重新設(shè)定機床參考點位置。步驟如下：
　　
　?。?）JOG方式下，移動X和Z軸到參考點位置；
　　
　　（2）機床關(guān)機重新啟動；
　　
　?。?）修改系統(tǒng)參數(shù)1815#4設(shè)為1，即當使用位置檢測裝置時，機械位置與位置檢測裝置的位置關(guān)系，1為一致，0為不一致；
　　
　?。?）機床關(guān)機重新啟動后故障排除。
　　
　　[實例2]一臺數(shù)控銑床X軸返回參考點時報警X軸正向硬件超程。
　　
　　故障現(xiàn)象：X軸返參時以回參考點速度向參考點接近，但找不到參考點，而是一直以這一速度向前移動，直到碰到正向行程限位開關(guān)后緊急停止。
　　
　　故障檢查與分析：從故障現(xiàn)象可得知，返參時有快速移動的V1速度，沒有尋找參考點零標志的慢速V2，參考點減速開關(guān)沒發(fā)出減速信號，檢查發(fā)現(xiàn)參考點減速開關(guān)失效，觸點銹蝕粘連。
　　
　　故障處理：更換新的參考點減速開關(guān)后故障排除。
　　
　　[實例3]一臺數(shù)控銑床Y軸返回參考點時報警Y軸負向硬件超程。
　　
　　故障現(xiàn)象：Y軸返參時以回參考點速度向參考點接近，碰到參考點開關(guān)后，能以慢速反向運動，但找不到參考點，而且一直反向運動，直到碰到負向行程限位開關(guān)后緊急停止。
　　
　　故障檢查與分析：從故障現(xiàn)象可得知，返參時有快速移動的V1速度，有尋找參考點零標志的慢速V2，但尋找不到檢測裝置零標志信號，檢查發(fā)現(xiàn)電機的脈沖編碼器損壞。
　　
　　故障處理：更換新的電機脈沖編碼器后故障排除。
　　
　　[實例4]一臺數(shù)控銑床Y軸回參考點動作過程正常，只是實際參考點位置不固定。
　　
　　故障現(xiàn)象：Y軸能進行返參操作，能找到參考點，但是每次返回參考點所停的位置不固定。
　　
　　故障檢查與分析：首先檢查減速開關(guān)安裝位置合適，且回參考點時快速移動的V1速度和尋找參考點零標志的V2速度參數(shù)設(shè)定值也較恰當，移動減速開關(guān)位置，修改速度參數(shù)值無效，更換編碼器和位置控制板后故障仍然存在。根據(jù)回參考點的基本原理分析，認為故障還是與位置檢測信號或者零標志脈沖有關(guān)，用示波器觀察編碼器輸出信號，發(fā)現(xiàn)信號幅值偏低，測量編碼器電源輸入端只有3V左右（正常5V，TTL信號），編碼器電源是由位置控制板提供的，測量位置控制板輸出5V正常，檢查中發(fā)現(xiàn)電纜插頭電阻較大，造成編碼器電源衰減。
　　
　　故障處理：對該電纜插頭修復后故障排除。
　　
　　五、結(jié)束語
　　
　　數(shù)控機床不能正確返回參考點是數(shù)控機床常見的故障之一，本文介紹了數(shù)控機床返參原理，根據(jù)數(shù)控機床回參考點常見故障，系統(tǒng)性地編制了回參考點的故障分析與診斷流程圖，并舉例說明，對數(shù)控機床故障維修初學者具有一定的參考價值。

　　（作者：天津科技大學 馬林旭）