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数控机床回参考点的故障分析与排除

发布时间:2020-05-11浏览次数:载入中...来源:http://www.sjznzb.cn/
1 前言

  现代数控机床回参考点时根据测量反馈文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。

数控机床

  1)轴向预定点方向快速运动,压下零点开关后减速向前继续运动,直到数控系统接收到第一个零点脉冲,轴停止运动,数控系统自动设定坐标值。在这种方式下,停机时轴恰好压在零点开关上。如果采用自动回参考点,轴的运动方向与上述的预定方向相反,离开零点后,轴再反向运行,当又压向零点开关后, PLC产生减速信号,使数控系统准备接收第一个零点脉冲,以确定参考点,如果手动运行,脱离零点开关,然后再回参考点。
  2)轴快速按预定方向运动,压向零点开关后,反向减速运动,当又脱离零点开关后,数控系统接收到第一个零点脉冲,确定参考点。在这种方式下,停机时轴恰好压在零点开关上,当自动回参考点时,轴的运动方向与上述的预定方向相反,离开零点开关后, PLC产生减速信号,使数控系统接收到第一个零点脉冲时确认参考点。如果手动回参考点,应先将轴手动运行,脱离零点开关,然后再回参考点。
  采用何种方式或如何运行,系统都是通过PLC的程序编制和数控系统的机床参数设定来决定的,轴的运动速度也是在机床参数中设定的,数控系统回参考点的过程是PLC系统与数控系统配合完成的,由数控系统给出回参考点的命令,然后轴按预定的方向运动,压向零点开关(或离开零点开关)后, PLC向数控系统发出减速信号,数控系统按预定的方向减速运动,由测量系统接收零点脉冲,接收到第一个脉冲后,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。
  数控机床开机后回不了参考点的故障一般有以下几种情况:一是由于零点开关出现问题, PLC没有产生减速信号;二是编码器或者光栅尺的零点脉冲出现问题;三是数控系统的测量板出现问题,没有接收到零点脉冲。下面以几个实例介绍维修的过程。
2 维修实例
  例1、某台配备SINUMER IK3TT的数控铣床,在开机回参考点时,两工位X、Z轴正常,但三工位回参考点时,出现报警222“CONTROLLOOP NOT READY”,且Z 轴一动就产生报警。
  分析:根据故障现象先进行有针对性的检查,在检查到伺服控制系统时,发现有报警信息,该机床采用的是SINUMER IK 6SC610系统,控制板第四轴,即三工位Z 轴的控制板上[ Imax ] t和G0板上的ΣFAULT灯亮。此时查故障手册,手册解释该故障为以下几种可能。
  1)滑台运动主力过大或滚珠丝杠有问题。但手动移动检查未发现问题。
  2)伺服电动机损坏。通过测量其绕组也未发现问题。
  3)伺服功率板带载能力不够或损坏,控制板出现问题产生错误报警。
  检查伺服功率板,对换相同型号的X、Z轴功率板后故障消除。但第二天机床又发生故障,当三工位回参考点时, X轴运动时还是出现222报警。根据前面的经验,检查三工位X 轴[ Imax ] t和G0板上的ΣFAULT灯亮。似乎很容易得出结论为误判原Z轴(现已更换到X轴)的伺服功率板彻底损坏。再进一步检查发现, 此次故障, 除222报警,还伴有报警103“CONTOURMON ITIOR2ING”。
  原来,该机床为了安全,当Z 轴运动时, X 轴必须在干涉区外,这时X轴应压在非干涉开关上, X轴非干涉灯亮。如开机时灯不亮,即X 轴在干涉区内,这时回参考点,首先是X 轴正向运动,直到压住非干涉开关停止运动。之后, Z轴回到参考点处, X 轴再回到参考点处,这时,回参考点动作才算完成。而现在三工位回参考点时,因X轴的非干涉灯不亮,因此X轴正向运动,但非干涉灯一直不亮,最后数控系统产生222和103报警,轴运动停止。
  根据新的故障现象进行有针对性的检查发现,非干涉开关和正向限位开关的撞块都已移位,导致X 轴正向运动时,两个开关都压不上,最后X 轴撞到机械锁定装置,不能再运动,产生103报警。而此时伺服电动机也因过载使伺服系统产生报警,从而引起数控系统同时产生222报警。
  所以,第二次故障与第一次故障有不同点,在判断时一定要认真仔细,透过现象看本质,才不会产生误判。找到真正的故障原因后,重新调整两个撞块的位置,前述所有的故障消失,机床恢复正常使用。
  例2、台湾产ME810S加工中心开机手动回参考点, X轴向回参考点的相反方向移动。
  该机配用STEMENS840D数控系统,各自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轴手动回参考点的动作过程为:回参考点轴先以快速进给速度向参考点方向移动,当原点减速开关被减速挡铁压下时, PLC输入点I3212信号由1变为0,CNC接收到该跳变信号后输出指令,使X轴制动后并以接近参考点速度向相反方向移动,当减速挡铁释放减速开关时, I3212信号由0跳变为1, X轴制动到0后改变方向,以接近参考点速度向参考点方向移动,当减速挡铁再次压下参考点的减速开关时, I3212信号由1变为0,此时起,CNC接收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,回参考点过程结束。
  这种回参考点的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I3212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,在减速开关被释放,即I3212为1后,X轴改变运动方向向回参考点方向移动,进行上述的回参考点过程。
  根据故障现象,怀疑回参考点减速开关被压下后,虽然X轴已经移离参考点,但开关不能复位。用PLC诊断检查确认判断正确。
  寻问操作者,机床开机时各轴都在行程中间位置,排除了因在参考点位置停机减速,挡铁持续压着减速开关,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就已经失效了。
  仔细观察加工过程,发现每一加工循环过程结束后,加工中心都停止在各轴的参考点位置上。这大大增加了减速开关失效的可能,增加了故障几率。这可能是本次故障的真正原因。
  建议数控机床编程员在编制零件加工程序时,在程序结束(如M30)前,加入回各轴中间点的G代码指令,以减少该类故障的发生。
  例3、日本FV650加工中心回参考点出现超程报警。该加工中心配用FANUC16M控制系统,使用绝对脉冲编码器作为检测反馈元件,回参考点采用无参考点减速开关控制模式。
  因CNC及绝对脉冲编码器的后备电池失效,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时停止,完成回参考点过程。
  移动各轴,即使其机械位置在行程中间位置, CRT也显示各轴位置坐标超过软件限制,出现过行程报警。使用绝对脉冲编码器的系统,采用后备电池维持编码器的位置数据,当电池失效后此时开机各轴所在的机械位置即被认作参考点位置。
    使用绝对脉冲编码器的加工中心,重新建立正确参考点的步骤如下:
  1)在OFFSET菜单下,设置PWE =1。
  2) 将CNC 参数NO11815X、Y、Z 各轴设置为00000000。
  3)将X、Y、Z各轴手动移至机械原点附近。
  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参考点位置上,特别是与ATC、APC等有关系的轴的参考点位置是否准确。如位置不准确,重复3至4步直至准确。
  6)修改No11815为00110000。
  7)将PWE设置为0。
  8)关断CNC电源,几分钟后开机,将各轴移离参考点位置后,手动回参考点正常。
  值得一提的是,丢失参数后重装参数前,将各轴移至机械原点位置。装参数后,只要按正常的回参考点操作程序,开机后手动回各轴参考点即可。
  例4、台湾YMC85A加工中心Z 轴回参考点出现超行程报警。
  该加工中心Z轴运动时有明显的冲击声,回参考点是CRT显示Z轴超行程报警。
  观察CRT上Z 轴机械位置信息显示01511,系软件超程。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DGN1615变化正常,说明减速开关无问题。
  将CNC参数No1702设定为99999999,手动回参考点正常。No1702重新设定回500。但加工零件程序运行时,G代码回参考点,又出现超程报警。
  检查伺服电动机至工作台的机械传动各环节,发现Z轴滚珠丝杠预紧防松螺母松动。拆下防松螺母,下面的间隔环磨损严重,测量磨损量01511mm。这就是故障的原因。
  由于间隔环的磨损,在解除软件限位后,可以手动回参考点。但在软件限位恢复设定后, Z轴所承载的主轴箱的重量使在Z轴使能状态下与伺服电动机同轴安装的编码器不动但主轴箱的机械位置却下滑了一段距离,即01511mm。在其后任何形式的回参考点时,机械位置坐标显示的0值已经不是实际的参考点位置。虽然磨损是一个逐渐的过程,但因该机所使用的零件加工程序没有曲面加工,该磨损误差被刀具补尝所消除,因而从被加工零件的加工质量上反映不出来机床已发生了故障。
      3 结语
  要想对现代数控机床回参考点的故障进行排除,要求技术人员不但要掌握其相关部分工作原理和设备的机械结构,还要了解其操作方法、动作顺序并对故障现象作充分调查,最后分析可能造成故障的诸因素,并进行实际检查维修。
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