加工中心回參考點(diǎn)及其故障診斷

所謂加工中心參考點(diǎn)又名原點(diǎn)或零點(diǎn)，是機(jī)床的機(jī)械原點(diǎn)和電氣原點(diǎn)相重合的點(diǎn)，是原點(diǎn)復(fù)歸后機(jī)械上固定的點(diǎn)。每臺(tái)機(jī)床可以有一個(gè)參考原點(diǎn)，也可以據(jù)需要設(shè)置多個(gè)參考原點(diǎn)，用于自動(dòng)刀具交換（ATC）或自動(dòng)拖盤交換（APC）等。參考點(diǎn)作為工件坐標(biāo)系的原始參照系，機(jī)床參考點(diǎn)確定后，各工件坐標(biāo)系隨之建立。所謂機(jī)械原點(diǎn)，是基本機(jī)械坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)，機(jī)械零部件一旦裝配完畢，機(jī)械原點(diǎn)隨即確立。所謂電氣原點(diǎn)，是由機(jī)床所使用的檢測(cè)反饋元件所發(fā)出的柵點(diǎn)信號(hào)或零標(biāo)志信號(hào)確立的參考點(diǎn)。為了使電氣原點(diǎn)與機(jī)械原點(diǎn)重合，必須將電氣原點(diǎn)到機(jī)械原點(diǎn)的距離用一個(gè)設(shè)置原點(diǎn)偏移量的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。這個(gè)重合的點(diǎn)就是機(jī)床原點(diǎn)。在加工中心使用過程中，機(jī)床手動(dòng)或者自動(dòng)回參考點(diǎn)操作是經(jīng)常進(jìn)行的動(dòng)作。不管機(jī)床檢測(cè)反饋元件是配用增量式脈沖編碼器還是絕對(duì)式脈沖編碼器，在某些情況下，如進(jìn)行ATC或APC過程中，機(jī)床某一軸或全部軸都要先回參考原點(diǎn)。

　　按機(jī)床檢測(cè)元件檢測(cè)原點(diǎn)信號(hào)方式的不同，返回機(jī)床參考點(diǎn)的方法有兩種。一種為柵點(diǎn)法，另一種為磁開關(guān)法。在柵點(diǎn)法中，檢測(cè)器隨著電機(jī)一轉(zhuǎn)信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)柵點(diǎn)或一個(gè)零位脈沖，在機(jī)械本體上安裝一個(gè)減速撞塊及一個(gè)減速開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到的第一個(gè)柵點(diǎn)或零位信號(hào)即為原點(diǎn)。在磁開關(guān)法中，在機(jī)械本體上安裝磁鐵及磁感應(yīng)原點(diǎn)開關(guān)，當(dāng)磁感應(yīng)原點(diǎn)開關(guān)檢測(cè)到原點(diǎn)信號(hào)后，伺服電機(jī)立即停止，該停止點(diǎn)被認(rèn)作原點(diǎn)。柵點(diǎn)方法的特點(diǎn)是如果接近原點(diǎn)速度小于某一固定值，則伺服電機(jī)總是停止于同一點(diǎn)，也就是說，在進(jìn)行回原點(diǎn)操作后，機(jī)床原點(diǎn)的保持性好。磁開關(guān)法的特點(diǎn)是軟件及硬件簡(jiǎn)單，但原點(diǎn)位置隨著伺服電機(jī)速度的變化而成比例地漂移，即原點(diǎn)不確定。目前，幾乎所有的機(jī)床都采用柵點(diǎn)法。
　　使用柵點(diǎn)法回機(jī)床原點(diǎn)的幾種情形如下：
　　1． 使用增量檢測(cè)反饋元件的機(jī)床開機(jī)后的第一次回機(jī)床原點(diǎn)；
　　2． 使用絕對(duì)式檢測(cè)反饋元件的機(jī)床安裝后調(diào)試時(shí)第一次機(jī)床開機(jī)回原點(diǎn)；
　　3． 柵點(diǎn)偏移量參數(shù)設(shè)置調(diào)整后機(jī)床第一次手動(dòng)回原點(diǎn)。

　　按照檢測(cè)元件測(cè)量方式的不同分為以絕對(duì)脈沖編碼器方式歸零和以增量脈沖編碼器方式歸零。在使用絕對(duì)脈沖編碼器作為測(cè)量反饋元件的系統(tǒng)中，機(jī)床調(diào)試前第一次開機(jī)后，通過參數(shù)設(shè)置配合機(jī)床回零操作調(diào)整到合適的參考點(diǎn)后，只要絕對(duì)脈沖編碼器的后備電池有效，此后的每次開機(jī)，不必進(jìn)行回參考點(diǎn)操作。在使用增量脈沖編碼器的系統(tǒng)中，回參考點(diǎn)有兩種模式，一種為開機(jī)后在參考點(diǎn)回零模式各軸手動(dòng)回原點(diǎn)，每一次開機(jī)后都要進(jìn)行手動(dòng)回原點(diǎn)操作；另一種為使用過程中，在存儲(chǔ)器模式下的用G代碼指令回原點(diǎn)。
　　使用增量式脈沖編碼器作為測(cè)量反饋元件的機(jī)床開機(jī)手動(dòng)回原點(diǎn)的動(dòng)作過程一般有以下三種：
　　１．手動(dòng)回原點(diǎn)時(shí)，回原點(diǎn)軸先以參數(shù)設(shè)置的快速進(jìn)給速度向原點(diǎn)方向移動(dòng)，當(dāng)原點(diǎn)減速撞塊壓下原點(diǎn)減速開關(guān)時(shí)，伺服電機(jī)減速至由參數(shù)設(shè)置的原點(diǎn)接近速度繼續(xù)向前移動(dòng)，當(dāng)減速撞塊釋放原點(diǎn)減速開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到編碼器發(fā)出的第一個(gè)柵點(diǎn)或零標(biāo)志信號(hào)時(shí)，歸零軸停止，此停止點(diǎn)即為機(jī)床參考點(diǎn)。
　　２．回原點(diǎn)軸先以快速進(jìn)給速度向原點(diǎn)方向移動(dòng)，當(dāng)原點(diǎn)減速開關(guān)被減速撞塊壓下時(shí)，回原點(diǎn)軸制動(dòng)到速度為零，在以接近原點(diǎn)速度向相反方向移動(dòng)，當(dāng)減速撞塊釋放原點(diǎn)接近開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到檢測(cè)反饋元件發(fā)出的第一個(gè)柵點(diǎn)或零標(biāo)志信號(hào)時(shí)，回零軸停止，該點(diǎn)即機(jī)床原點(diǎn)。
　　３．回原點(diǎn)時(shí)，回原點(diǎn)軸先以快速進(jìn)給速度向原點(diǎn)方向移動(dòng)，當(dāng)原點(diǎn)減速撞塊壓下原點(diǎn)減速開關(guān)時(shí)，回歸原點(diǎn)軸制動(dòng)到速度為零，再向相反方向微動(dòng)，當(dāng)減速撞塊釋放原點(diǎn)減速開關(guān)時(shí)，歸零軸又反向沿原快速進(jìn)給方向移動(dòng)，當(dāng)減速撞塊再次壓下原點(diǎn)減速開關(guān)時(shí)，歸零軸以接近原點(diǎn)速度前移，減速撞塊釋放減速開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到第一個(gè)柵點(diǎn)或零標(biāo)志信號(hào)時(shí)，歸零軸停止，機(jī)床原點(diǎn)隨之確立。
　　使用增量式檢測(cè)反饋元件的機(jī)床開機(jī)第一次各伺服軸手動(dòng)回原點(diǎn)大多采用撞塊式復(fù)歸，其后各次的原點(diǎn)復(fù)歸可以用G代碼指令以快速進(jìn)給速度高速復(fù)歸至第一次原點(diǎn)復(fù)歸時(shí)記憶的參考點(diǎn)位置。

　　進(jìn)一步從數(shù)控系統(tǒng)控制過程來分析機(jī)床原點(diǎn)的復(fù)歸，機(jī)床在回機(jī)床原點(diǎn)模式下，伺服電機(jī)以大于某一固定速度的進(jìn)給速度向原點(diǎn)方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到電機(jī)一轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的參考計(jì)數(shù)器被清零。如果通過參數(shù)設(shè)置了柵點(diǎn)偏移量，則參考計(jì)數(shù)器內(nèi)也自動(dòng)被設(shè)定為和柵點(diǎn)偏移量相等的值。此后，參考計(jì)數(shù)器就成為一個(gè)環(huán)行計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)器對(duì)移動(dòng)指令脈沖計(jì)數(shù)到參考計(jì)數(shù)器設(shè)定的值時(shí)被復(fù)位，隨著一轉(zhuǎn)信號(hào)的出現(xiàn)產(chǎn)生一個(gè)柵點(diǎn)。當(dāng)減速撞塊壓下原點(diǎn)減速開關(guān)時(shí)，電機(jī)減速到接近原點(diǎn)速度運(yùn)行，撞塊釋放原點(diǎn)減速開關(guān)后，電機(jī)在下一個(gè)柵點(diǎn)停止，產(chǎn)生一個(gè)回原點(diǎn)完成標(biāo)志信號(hào)，參考位置被復(fù)位。電源開啟后第二次返回原點(diǎn)，由于參考計(jì)數(shù)器已設(shè)置，柵點(diǎn)已建立，因此可以直接返回原點(diǎn)位置。使用絕對(duì)檢測(cè)反饋元件的機(jī)床第一次回原點(diǎn)時(shí)，首先數(shù)控系統(tǒng)與絕對(duì)式檢測(cè)反饋元件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信以建立當(dāng)前的位置，并計(jì)算當(dāng)前位置到機(jī)床原點(diǎn)的距離及當(dāng)前位置到最近柵點(diǎn)的距離，將計(jì)算值賦給計(jì)數(shù)器，柵點(diǎn)被確立。
　　當(dāng)加工中心回參考點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，首先由簡(jiǎn)單到復(fù)雜進(jìn)行檢查。先檢查原點(diǎn)減速憧塊是否松動(dòng)，減速開關(guān)固定是否牢固，開關(guān)是否損壞，若無問題，應(yīng)進(jìn)一步用百分表或激光測(cè)量?jī)x檢查機(jī)械相對(duì)位置的漂移量，檢查減速撞塊的長度，檢查回原點(diǎn)起始位置、減速開關(guān)位置與原點(diǎn)位置的關(guān)系，檢查回原點(diǎn)模式，是否是在開機(jī)后的第一次回原點(diǎn)，是否采用絕對(duì)脈沖編碼器，伺眼電機(jī)每轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)量、指令倍比及檢測(cè)倍乘比，檢查回原點(diǎn)快速迸給速度的參數(shù)設(shè)置、接近原點(diǎn)速度的參數(shù)設(shè)置及快速進(jìn)給時(shí)間常數(shù)的參數(shù)設(shè)置是否合適，檢查系統(tǒng)是全閉環(huán)還是半閉環(huán)，檢查參考計(jì)數(shù)器設(shè)置是否適當(dāng)?shù)取?

　　回原點(diǎn)故障現(xiàn)象及診斷調(diào)整步驟如下：
　　1．機(jī)床回原點(diǎn)后原點(diǎn)漂移檢查是否采用絕對(duì)脈沖編碼器，如果采用，診斷及調(diào)整步驟見使用絕對(duì)脈沖編碼器的機(jī)床回原點(diǎn)時(shí)的原點(diǎn)漂移；若是采用增量脈沖編碼器的機(jī)床，應(yīng)確定系統(tǒng)是全閉環(huán)還是半閉環(huán)，若為全閉環(huán)系統(tǒng)，診斷調(diào)整步驟見全閉環(huán)系統(tǒng)中的原點(diǎn)偏移；若為半閉環(huán)系統(tǒng)，用百分表或激光測(cè)量?jī)x檢查機(jī)械相對(duì)位置是否漂移。若不漂移，只是位置顯示有偏差，檢查是否為工件坐標(biāo)系偏置無效。在機(jī)床回原點(diǎn)后，機(jī)床CRT位置顯示為一非零值，該值取決于某些諸如工件坐標(biāo)系偏置一類的參數(shù)設(shè)置。若機(jī)械相對(duì)位置偏移，確定偏移量。若偏移量為一柵格，診斷方法見原點(diǎn)漂移一柵點(diǎn)的處理步驟。若漂移量為數(shù)個(gè)脈沖，見原點(diǎn)漂移數(shù)個(gè)脈沖的診斷步驟。否則檢查脈沖數(shù)量和參考計(jì)數(shù)器的值是否匹配。如不匹配，修正參考計(jì)數(shù)器的值使之匹配；如果匹配，則脈沖編碼器壞，需要更換。
　　２．使用絕對(duì)脈沖編碼器的機(jī)床回原點(diǎn)時(shí)的原點(diǎn)漂移
首先檢查并重新設(shè)置與機(jī)床回原點(diǎn)有關(guān)的檢測(cè)絕對(duì)位置的有關(guān)參數(shù)，重新再試一次回原點(diǎn)操作，若原點(diǎn)仍漂移，檢查機(jī)械相對(duì)是否有變化。如無漂移，只是位置顯示有偏差，則檢查工件坐標(biāo)偏置是否有效；若機(jī)械位置偏移，則絕對(duì)脈沖編碼器故障。
　　3．全閉環(huán)系統(tǒng)中的原點(diǎn)漂移
先檢查半閉環(huán)系統(tǒng)回原點(diǎn)的漂移情況，如果正常，應(yīng)檢查電機(jī)一轉(zhuǎn)標(biāo)志信號(hào)是否由半閉環(huán)系統(tǒng)提供，檢查有關(guān)參數(shù)設(shè)置及信號(hào)電纜聯(lián)接。如參數(shù)設(shè)置正常，則光柵尺等線性測(cè)量元件不良或其接口電路故障。如參數(shù)設(shè)置不正確，則修正設(shè)置重試。
　　4．原點(diǎn)漂移一個(gè)柵點(diǎn)
先減小由參數(shù)設(shè)置的接近原點(diǎn)速度，重試回原點(diǎn)操作，若原點(diǎn)不漂移，則為減速撞塊太短或安裝不良。可通過改變減速撞塊或減速開關(guān)的位置來解決，也可通過設(shè)置柵點(diǎn)偏移改變電氣原點(diǎn)解決。當(dāng)一個(gè)減速信號(hào)由硬件輸出后，到數(shù)字伺服軟件識(shí)別這個(gè)信號(hào)需要一定時(shí)間，因此當(dāng)減速撞塊離原點(diǎn)太近時(shí)軟件有時(shí)捕捉不到原點(diǎn)信號(hào)，導(dǎo)致原點(diǎn)漂移。
　 如果減小接近原點(diǎn)速度參數(shù)設(shè)置后，重試原點(diǎn)復(fù)歸，若原點(diǎn)仍漂移，可減小‘快速進(jìn)給速度或快速進(jìn)給時(shí)間常數(shù)的參數(shù)設(shè)置，重回原點(diǎn)。若時(shí)間常數(shù)設(shè)置太大或減速撞塊太短，在減速撞塊范圍內(nèi)，進(jìn)給速度不能到達(dá)接近原點(diǎn)速度，當(dāng)接近開關(guān)被釋放時(shí)，即使柵點(diǎn)信號(hào)出現(xiàn)，軟件在未檢測(cè)進(jìn)給速度到達(dá)接近速度時(shí)，回原點(diǎn)操作不會(huì)停止，因而原點(diǎn)發(fā)生漂移。
　　若減小快進(jìn)時(shí)間常數(shù)或快速進(jìn)給速度的設(shè)置，重新回原點(diǎn)，原點(diǎn)仍有偏移，應(yīng)檢查參考計(jì)數(shù)器設(shè)置的值是否有效，修正參數(shù)設(shè)置。
　　5．原點(diǎn)漂移數(shù)個(gè)脈沖
　　若只是在開機(jī)后第一次回原點(diǎn)時(shí)原點(diǎn)漂移，則為零標(biāo)志信號(hào)受干擾失效。為防止噪聲干擾，應(yīng)確保電纜屏蔽線接地良好，安裝必要的火花抑制器，不要使檢測(cè)反饋元件的通信電纜線與強(qiáng)電線纜*得大近。若并非僅在開機(jī)首次回原點(diǎn)時(shí)原點(diǎn)變化，應(yīng)修正參考計(jì)數(shù)器的設(shè)定值。
　　如果通過上述步驟檢查仍不能排除故障，應(yīng)檢查編碼器電源電壓是否太低，編碼器是否損壞，伺服電機(jī)與工作臺(tái)的聯(lián)軸器是否松動(dòng)，系統(tǒng)主電路板是否正常，有關(guān)伺服軸電路板是否正常及伺服放大器板是否正常等。

　　原點(diǎn)故障例：
　　1．臺(tái)灣DM4400M加工中心發(fā)生Z軸方向加工尺寸不穩(wěn)定，尺寸超差且無規(guī)律的故障，也就是說，Z軸原點(diǎn)出現(xiàn)無規(guī)律的漂移，CRT及伺服放大器無任何報(bào)警顯示。該加工中心采用三菱M3系統(tǒng)，半閉環(huán)控制方式，交流伺服電機(jī)與滾珠絲杠通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接。根據(jù)故障現(xiàn)象結(jié)合該機(jī)采用的控制方式、聯(lián)接方式進(jìn)行分析，故障原因可能是聯(lián)軸器聯(lián)接螺釘松動(dòng)，導(dǎo)致聯(lián)軸器與滾珠絲杠或伺服電機(jī)軸間滑動(dòng)。對(duì)Z軸聯(lián)軸器聯(lián)接進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器六只緊定螺釘都出現(xiàn)松動(dòng)。緊定螺釘后，故障排除。
　　2．臺(tái)灣DM4400M加工中心使用中出現(xiàn)換刀位置有的班次不對(duì)，有的班次正常的故障。換刀位置發(fā)生變化時(shí)，被加工工件的Z向加工尺寸也相應(yīng)變化，且與換刀位置的變化相對(duì)應(yīng)。無任何報(bào)警顯示。該加工中心采用三菱M3數(shù)控系統(tǒng)。開機(jī)回參考點(diǎn)采用下列方式：安裝于伺服電機(jī)端部的位置編碼器每轉(zhuǎn)360°有一定數(shù)量的等距離的柵點(diǎn)，兩個(gè)柵點(diǎn)間的距離叫柵點(diǎn)間隔。開機(jī)手動(dòng)回參考點(diǎn)時(shí)，軸先以參數(shù)設(shè)定的回參點(diǎn)速度向參考點(diǎn)快速移動(dòng)，當(dāng)接近參考點(diǎn)減速撞塊壓下回參考點(diǎn)減速行程開關(guān)時(shí)，軸以參數(shù)設(shè)立的較低的接近速度移動(dòng)，當(dāng)接近參考點(diǎn)撞塊離開回參考點(diǎn)減速行段開關(guān)時(shí)，編碼器檢測(cè)到的第一個(gè)柵點(diǎn)的位置為參考點(diǎn)復(fù)歸的位置。由于機(jī)械有其固有的機(jī)械原點(diǎn)，故要求電氣原點(diǎn)要和機(jī)械原點(diǎn)一致。機(jī)械原點(diǎn)和電氣原點(diǎn)問的偏移叫參考點(diǎn)偏移，在G28sft參數(shù)中設(shè)定。當(dāng)參考點(diǎn)減速開關(guān)離開接近參考點(diǎn)減速撞塊時(shí)的位置，不在柵點(diǎn)間隔中心附近時(shí)，參考點(diǎn)有時(shí)會(huì)發(fā)生偏移，可以通過參數(shù)grmask柵點(diǎn)屏蔽的設(shè)定防止參考點(diǎn)位置偏移。機(jī)床換刀點(diǎn)由機(jī)床的第二參考原點(diǎn)設(shè)定，而第二參考原點(diǎn)是由機(jī)床第一參考原點(diǎn)確定的。由于機(jī)床所出現(xiàn)的故障有的班次有，有的班次沒有，因此懷疑該機(jī)床開機(jī)手動(dòng)回參考點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)問題。經(jīng)查，Z軸回參考點(diǎn)減速行程開關(guān)固定板與立柱固定不牢，嚴(yán)重松動(dòng)，導(dǎo)致原點(diǎn)漂移。