第一篇：FANUC數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置及回零常見故障分析

FANUC數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置及回零常見故障分析

當(dāng)前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用通過減速檔塊的方式回零，但誼方式在日常使用中故障率卻艱高，有時(shí)甚至出現(xiàn)機(jī)械原點(diǎn)的丟失。本文以FANUC系統(tǒng)的臺中精機(jī)VCENTER-70加工中心為例淺析了數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置方法，并對該類數(shù)控機(jī)床常見回零故障的各種形式式進(jìn)行了分析與總結(jié)。

機(jī)械原點(diǎn)是機(jī)床生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)機(jī)床時(shí)任機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)物理位置，可以使控制系統(tǒng)和機(jī)床能夠同步，從而建立起一個(gè)用于測量機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的起始位置點(diǎn)，通常也是程序坐標(biāo)的參考點(diǎn)。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床在開機(jī)后都需要回零即回機(jī)械原點(diǎn)的操作。本文以FANUC系統(tǒng)的臺中精機(jī)VCENTER-70加工中心為例淺析了數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置方法，并對此類數(shù)控機(jī)床常見回零故障的各種形武進(jìn)行了分析與總結(jié)。1 機(jī)械原點(diǎn)設(shè)置

1.1 機(jī)械原點(diǎn)丟失的原因

臺中精機(jī)生產(chǎn)的VCENTER-70加工中心采用增量編碼器作為機(jī)床位置的檢測裝置。系統(tǒng)斷電后，工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值就會(huì)失去記憶，盡管靠電池能夠維持坐標(biāo)值的記憶，但只是記憶機(jī)床斷電前的坐標(biāo)值而不是機(jī)床的實(shí)際位置，所以機(jī)床首次開機(jī)后要進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。而當(dāng)系統(tǒng)斷電遇到電池沒電或特殊情況失電時(shí)，就會(huì)造成機(jī)械原點(diǎn)的丟失．從而使機(jī)床回參考點(diǎn)失敗而無法正常工作。此時(shí)機(jī)床會(huì)產(chǎn)生。#306 n軸電池電壓0#的報(bào)警信息，并且還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械坐標(biāo)丟失報(bào)警。#300第n軸原點(diǎn)復(fù)位要求”(n代指X、Y、Z)。

1.2 機(jī)械原點(diǎn)的設(shè)置

在通常情況下，設(shè)置數(shù)控機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)的方法主要有以下兩種：1)手動(dòng)使X、Y、Z三軸超程印利用三軸的極限位置選擇機(jī)械原點(diǎn)。2)利用各坐標(biāo)軸的伺服檢溯反饋系統(tǒng)提供相應(yīng)基準(zhǔn)脈沖來選擇機(jī)床參考點(diǎn)即機(jī)械原點(diǎn)。由于第一種方法是機(jī)床廠家通常建議的也是較為簡便和實(shí)用的方法．因此本文在此詳細(xì)介紹第1種做法。以X軸為例，設(shè)置步驟如下：

(1)將機(jī)床操作面板上的方式選擇開關(guān)設(shè)定為MDI方式。

(2)按下機(jī)床MDI面板上的功能鍵[OFS/SET]數(shù)次，進(jìn)入設(shè)定畫面。

(3)將寫參數(shù)中的0改為1，由此，系統(tǒng)進(jìn)入了參數(shù)可寫狀態(tài)。此時(shí)機(jī)床出現(xiàn)。SWO 100參數(shù)寫入開關(guān)處于打開”的報(bào)警信息。忽略這條報(bào)警信息，設(shè)置完參數(shù)后改回為0即可。

(4)按下功能鍵lsYSTEM】，進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)鍵面。通過參數(shù)搜索找到參數(shù)1815(如表l所示)通常情況下，X軸的#4APZ或#5 APC會(huì)顯示為0，若不為0就將其設(shè)定為0。

(5)找到參數(shù)1320，此參數(shù)為存儲各軸正向行程的坐標(biāo)值。將其X軸的正向行程設(shè)定為最大值999999。目的是讓X軸的正向軟限位位置值大于其正向硬限位的位置值。

(6)將方式選擇開關(guān)打到手輪方式，然后搖動(dòng)手輪使工作臺碰及X軸的正向限位檔塊，此時(shí)機(jī)床會(huì)出現(xiàn)“#500+X過行程”報(bào)警。

(7)按下MDI面板上的[POS]功能鍵．進(jìn)入機(jī)床坐標(biāo)顯示鍵面。打開相對坐標(biāo)顯示鍵面，按下X+[起源]使X軸的相對坐標(biāo)值變?yōu)?。

(8)按下機(jī)床操作面板上的【超程釋放】并搖動(dòng)手輪至X-6．5的位置。

(9)再次找到參數(shù)1815，將X軸的#4APZ或#5 APC都設(shè)定為1。

最后重啟數(shù)控系統(tǒng)，完成X軸的機(jī)械原點(diǎn)設(shè)置。

Y軸和Z軸的機(jī)械原點(diǎn)設(shè)置方法與X軸相同，三軸的機(jī)械原點(diǎn)都設(shè)定好后重新打開寫參數(shù)設(shè)定鍵面，將其設(shè)定為0。此時(shí)機(jī)床的報(bào)警信息全部消失，完成了加工中心的機(jī)械原點(diǎn)設(shè)置。

利用基準(zhǔn)脈沖設(shè)定機(jī)床零點(diǎn)。

在通常情況下，閉環(huán)系統(tǒng)直線的光柵尺每隔50mm就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)脈沖，但也會(huì)有一些特殊的直線光柵尺，它會(huì)每隔20mm就產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)脈沖。對于閉環(huán)系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)編碼器來說，產(chǎn)生的基準(zhǔn)脈沖距離要比直線光柵尺小很多，比如只有6mm。由于這個(gè)基準(zhǔn)脈沖在機(jī)床上經(jīng)常會(huì)被選定為致控系統(tǒng)計(jì)數(shù)的基準(zhǔn)．因此通過修改機(jī)床里的參數(shù)就可以將這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的值設(shè)定為0，從而使這個(gè)點(diǎn)成為機(jī)床的參考點(diǎn)也就是機(jī)床的機(jī)械原點(diǎn)。

1.3 設(shè)置機(jī)械原點(diǎn)時(shí)的注意事項(xiàng)

(1)設(shè)置前要檢查各坐標(biāo)軸上要否安裝有機(jī)床回零的微動(dòng)開關(guān)，且各微動(dòng)開關(guān)的位置是否適合。

(2)在第一個(gè)基準(zhǔn)脈沖驗(yàn)出之前，必順保證該坐標(biāo)軸到了需要降速的距離上了。而這個(gè)降速距離就是所選速度的滯后誤差值。

(3)由于使用的是編碼器．故兩個(gè)基準(zhǔn)脈沖之間的距離會(huì)很小，所以在回機(jī)床零點(diǎn)時(shí)，速度要低一些，從而使滯后誤差不會(huì)高于這個(gè)值的500。

(4)由于各坐標(biāo)軸回機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)時(shí)的速度是由機(jī)床的相應(yīng)參效決定的．因此在設(shè)置這些參數(shù)時(shí)要注意．確保機(jī)床回零速度合適。

(5)倘若機(jī)床在回零點(diǎn)時(shí)壓住了微動(dòng)開關(guān)，那么就必須通過手輪或是手動(dòng)的方式操作數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸，強(qiáng)制其退出微動(dòng)開關(guān)并退到離微動(dòng)開關(guān)較遠(yuǎn)的位置，然后再次執(zhí)行各坐標(biāo)軸回參考點(diǎn)的操作。2 機(jī)床回零常見故障分析及處理

2.1 機(jī)床開機(jī)后不能回零故障分析及處理

(1)可能系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置有誤。解決方法是仔細(xì)檢查各個(gè)相關(guān)參數(shù)，必要時(shí)重設(shè)參數(shù)。

(2)零脈沖不良導(dǎo)致的故障。零脈沖不良就會(huì)使回零時(shí)找不到零脈沖，引起的原因可能是系統(tǒng)軸板故障或是編碼器及接線出現(xiàn)故障。解決方法是對編碼器進(jìn)行更換或清洗，檢查線路及系統(tǒng)軸板是否有問題。

(3)有可能減速開關(guān)短路或是已經(jīng)損壞。這種故障會(huì)導(dǎo)致減速信號不能產(chǎn)生。解決方法是檢查減速開關(guān)的線路，對減速開關(guān)進(jìn)行維修，必要時(shí)更換減速開關(guān)。

(4)可能檢測元件已被污染。在全閉環(huán)控制的系統(tǒng)中，若光柵尺沾有油污，就不能采集到信號。解決方法是清洗光柵尺。

2.2 機(jī)床回零時(shí)找不到零點(diǎn)位置故障分析及處理

(1)減速開關(guān)有可能已經(jīng)損壞或受污，也可能是線路短路或斷路。解決方法就是及時(shí)對減速開關(guān)進(jìn)行清理維修，必要時(shí)更換減速開關(guān)。檢查線路連接情況．及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決。

(2)可能是減速檔塊所處位置不準(zhǔn)確。解決方法是調(diào)整減速檔塊到限位開關(guān)的距離，避免兩者行程過小引發(fā)此故障。

2.3 機(jī)床回零后的位置與零點(diǎn)位置發(fā)生螺距偏移故障分析及處理

引起這一故障可能的原因是產(chǎn)生柵格信號的時(shí)刻與減速信號從斷開到接通的時(shí)刻太接近了，再加上存在的傳動(dòng)誤差，就使得機(jī)床回零過程中工作臺碰到減速開關(guān)時(shí)，剛好錯(cuò)過了柵格信號，所以只能等到脈沖編碼器再轉(zhuǎn)過一周以后才能找到下一個(gè)柵格信號。故而出現(xiàn)了此類故障。具體分析如下：

在減速開關(guān)的信號從斷開恢復(fù)到接通狀態(tài)時(shí)，隨即便出現(xiàn)了柵格信號，也就是晚柵格信號處在門臨界點(diǎn)上(如圖1a所永)。這樣一來，機(jī)械部分的熱變形，減速開關(guān)出現(xiàn)“通”、“斷”信號的重復(fù)精度誤差都會(huì)導(dǎo)致零點(diǎn)發(fā)生位置偏離的故障(如圖1b所示)。解決方法足可適當(dāng)?shù)拈熣麥p速檔塊所處的位置，從而使零點(diǎn)位置與工作臺停止的位置重合(如圖1c所示)。也可以采用修改柵格偏移量的方法，使產(chǎn)生柵格信號的時(shí)劃離減速信號從斷開到接通時(shí)刻的距離是柵格信號產(chǎn)生周期的一半，就可消除此故障(如圖1d所示)。

圖1故障分析及鱗決方法示意囤

2.4 機(jī)床幽零位置隨機(jī)性變化故障分析及處理

(1)脈沖編碼器的供電電壓太低。解決方法是調(diào)整從主板上輸出的電壓值，同時(shí)查看編碼器線路板上的電源電壓是否已到了合適的范圍。

(2)伺服調(diào)節(jié)不良．從而引起跟蹤誤差偏大。解決方法足修改伺服參數(shù)。

(3)滾珠絲杠間隙偏大或絲杠與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸器出現(xiàn)了松動(dòng)。解決的方法是對演珠絲杠螺母剮的間隙進(jìn)行調(diào)整及優(yōu)化，對聯(lián)軸器進(jìn)行緊周或更換。

(4)零詠沖受到干擾。解決的方法是檢查脈沖編碼器的電纜布置是否合理，反饋電纜萍蔽是否連接無誤。3 結(jié)語

掌握數(shù)擰機(jī)床原點(diǎn)的設(shè)置方法和常見回零故障處理方式對于解決生產(chǎn)實(shí)踐中的機(jī)床回零故障具有很好的指導(dǎo)作用。但值得說明的是故障觀象與故障原因并非是一一對應(yīng)的，有可能是幾種原困引起的。因此在維修時(shí)要根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和維修手冊逐一檢查排除假象，找到故障起因并予以排除。

第二篇：數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)常見故障及典型案例分析

數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)常見故障及典型案例分析

摘 要：數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)在工作時(shí)常出現(xiàn)由于伺服進(jìn)給系統(tǒng)原因造成的機(jī)床故障，此類故障出現(xiàn)的常見形式有超程、過載、工件尺寸無規(guī)律偏差等。針對這些典型故障現(xiàn)象，采用一定的機(jī)床維修技術(shù)，減少此類故障的發(fā)生率。

關(guān)鍵詞：伺服進(jìn)給系統(tǒng)；精度；伺服電動(dòng)機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)常見故障形式

1.1 超程

當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)決定的硬限位時(shí)，就會(huì)發(fā)生超程報(bào)警，一般會(huì)在CRT上顯示報(bào)警內(nèi)容，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說明書，即可排除故障，解除超程。

1.2 爬行

一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益過低及外加負(fù)載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，由于連接松動(dòng)或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)或伺服的轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

1.3 竄動(dòng)

在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象，其可能原因有：

1、接線端子接觸不良，如緊固的螺釘松動(dòng)；

2、位置控制信號受到干擾；

3、測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等。如果竄動(dòng)發(fā)生在正、反向運(yùn)動(dòng)的瞬間，則一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙或者伺服系統(tǒng)增益過大引起。

1.4 過載

當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過大、參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤、頻繁正、反向運(yùn)動(dòng)以及進(jìn)給傳動(dòng)鏈潤滑狀態(tài)不良時(shí)，均會(huì)引起過載的故障。此故障一般機(jī)床可以自行診斷出來，并在 CRT顯示屏上顯示過載、過熱或過電流報(bào)警。同時(shí)，在進(jìn)給伺服模塊上用指示燈或者數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)單元過載、過電流等報(bào)警信息。

1.5 伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)

當(dāng)速度、位置控制信號未輸出、或者使能信號（即伺服允許信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓）未接通以及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元故障都會(huì)造成此故障。此時(shí)應(yīng)測量數(shù)控裝置的指令輸出端子的信號是否正常，通過CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機(jī)床 PLC梯形圖（或流程圖），以確定進(jìn)給軸的啟動(dòng)條件，觀察如潤滑、冷卻等是否滿足。如是進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元故障則用交換法，可判斷出相應(yīng)單元是否有故障。伺服進(jìn)給系統(tǒng)常見故障典型案例分析

（1）一臺配套FANUC 7M系統(tǒng)的加工中心，進(jìn)給加工過程中，發(fā)現(xiàn)Y軸有振動(dòng)現(xiàn)象。

為了判定故障原因，將機(jī)床操作方式置于手動(dòng)方式，用手搖脈沖發(fā)生器控制Y軸進(jìn)給，發(fā)現(xiàn)Y軸仍有振動(dòng)現(xiàn)象。在此方式下，通過較長時(shí)間的移動(dòng)后，Y軸速度單元上OVC報(bào)警燈亮。證明Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)生了過電流報(bào)警，根據(jù)以上現(xiàn)象，分析可能的原因如下：

①電動(dòng)機(jī)負(fù)載過重；②機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良；③位置環(huán)增益過高；④伺服電動(dòng)機(jī)不良，等等。

維修時(shí)通過互換法，確認(rèn)故障原因出在直流伺服電動(dòng)機(jī)上。卸下Y軸電動(dòng)機(jī)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)2個(gè)電刷中有1個(gè)的彈簧己經(jīng)燒斷，造成了電樞電流不平衡，使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軸承亦有損壞，故而引起-軸的振動(dòng)與過電流。更換電動(dòng)機(jī)軸承與電刷后，機(jī)床恢復(fù)正常。

（2）一臺配套FANUC 6ME系統(tǒng)的加工中心。軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)速度不穩(wěn).由運(yùn)動(dòng)到停止的過程中，在停止位置出現(xiàn)較大幅度的振蕩，有時(shí)不能完成定位，必須關(guān)機(jī)后，才能重新工作。

分析與處理過程：仔細(xì)觀察機(jī)床的振動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)，X軸振蕩頻率較低，且無異常聲。從振蕩現(xiàn)象上看，故障現(xiàn)象與閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有關(guān)，如：系統(tǒng)增益設(shè)定過高、積分時(shí)間常數(shù)設(shè)定過大等。

檢查系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、伺服驅(qū)動(dòng)器的增益、積分時(shí)間電位器調(diào)節(jié)等均在合適的范圍，且與故障前的調(diào)整完全一致，因此可以初步判斷，軸的振蕩與參數(shù)的設(shè)定與調(diào)節(jié)無關(guān)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證，維修時(shí)在記錄了原調(diào)整值的前提下，將以上參數(shù)進(jìn)行了重新調(diào)節(jié)與試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)故障依然存在，證明了判斷的正確性。

在以上基礎(chǔ)上，將參數(shù)與調(diào)整值重新回到原設(shè)定后，對伺服電動(dòng)機(jī)與測量系統(tǒng)進(jìn)行了檢查。首先清理了測速發(fā)電機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)的換向器表面，并用數(shù)字表檢查測速發(fā)電機(jī)繞組情況。檢查發(fā)現(xiàn)，該伺服電動(dòng)機(jī)的測速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)軸之間的連接存在松動(dòng)，粘接部分已經(jīng)脫開；經(jīng)重新連接后，開機(jī)試驗(yàn)，故障現(xiàn)象消失，機(jī)床恢復(fù)正常工作。

（3）一臺數(shù)控銑床，采用FUNAC 6M系列三軸一體型伺服驅(qū)動(dòng)器，開機(jī)后，X軸工作正常，但是手動(dòng)移動(dòng)Z軸，發(fā)現(xiàn)在較小范圍內(nèi)，Z軸可以運(yùn)動(dòng)，但繼續(xù)移動(dòng)Z軸，系統(tǒng)出現(xiàn)伺服報(bào)警。

分析和處理過程：根據(jù)故障現(xiàn)象，檢查機(jī)床實(shí)際工作情況，發(fā)現(xiàn)開機(jī)后Z軸可以少量運(yùn)動(dòng)，不久溫度迅速上升，表面發(fā)燙。

分析引起以上故障的原因，可能是機(jī)床電氣控制系統(tǒng)故障或機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良。為確定故障部位，考慮到本機(jī)床采用半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，維修時(shí)首先松開伺服與絲杠的連接，并再次開機(jī)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象不變，故確認(rèn)報(bào)警是由于電氣控制系統(tǒng)不良引起。由于機(jī)床Z軸伺服帶有制動(dòng)器，開機(jī)測量制動(dòng)器的輸入電壓正常，在系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器關(guān)機(jī)的情況下，對制動(dòng)器單獨(dú)加入電源進(jìn)行試驗(yàn)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)Z軸，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器松開，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平穩(wěn)、輕松，證明制動(dòng)器工作良好。

為了進(jìn)一步縮小故障部位，確認(rèn)Z軸伺服的工作情況，維修時(shí)利用不同規(guī)格的 X軸在機(jī)床側(cè)進(jìn)行互換實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)換上的同樣出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，且工作時(shí)故障現(xiàn)象不變，從而排除了伺服本身原因。

為了確認(rèn)驅(qū)動(dòng)器的工作情況，維修時(shí)在驅(qū)動(dòng)器側(cè)，對Z軸的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行互換實(shí)驗(yàn)，即將X軸驅(qū)動(dòng)器與Z軸伺服鏈接，Z軸驅(qū)動(dòng)器與X軸連接。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移到X軸，Z軸工作恢復(fù)正常

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，樂意確認(rèn)以下幾點(diǎn)：

①機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)正常，制動(dòng)器工作良好；

②數(shù)控系統(tǒng)工作正常，因?yàn)楫?dāng)Z軸驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)X軸時(shí)，機(jī)床無報(bào)警；③Z軸伺服工作正常，因?yàn)閷⑺跈C(jī)床側(cè)與X軸互換后，工作正常；

④Z軸驅(qū)動(dòng)器工作正常，因?yàn)橥ㄟ^X軸驅(qū)動(dòng)器在電柜側(cè)互換，控制Z軸后，同樣

發(fā)生故障。

綜合以上判斷，可以確認(rèn)故障是由于Z軸伺服的電纜連接引起的。

仔細(xì)檢查伺服的電纜連接，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床在出廠時(shí)電樞線連接錯(cuò)誤，即驅(qū)動(dòng)器的L/M/N端子未與插頭的 A/B/C連接端一一對應(yīng)，相序存在錯(cuò)誤，重新連接后，故障消失，Z軸可以正常工作。

（4）一臺配套FUNAC 6ME系統(tǒng)的加工中心，X軸在靜止時(shí)機(jī)床工作正常，無報(bào)警；但在X軸運(yùn)動(dòng)過程中，出現(xiàn)振動(dòng)，伴有噪聲。

分析與處理過程：由于機(jī)床在X軸靜止時(shí)機(jī)床工作正常，無報(bào)警，初步判定數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器無故障。考慮到X軸運(yùn)動(dòng)時(shí)定位正確，因此，進(jìn)一步判定系統(tǒng)X位置環(huán)工作正常。檢查X軸的振動(dòng)情況，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)的頻率與運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，運(yùn)動(dòng)速度快振動(dòng)頻率較高，運(yùn)動(dòng)速度慢則振動(dòng)頻率低，初步認(rèn)為故障與速度反饋環(huán)節(jié)有關(guān)。分析引起以上故障可能的原因有：

①測速發(fā)電機(jī)不良；②測速發(fā)電機(jī)連接不良；③直流伺服電動(dòng)機(jī)不良。

維修時(shí)首先檢查X軸伺服電動(dòng)機(jī)的測速發(fā)電機(jī)連接，未發(fā)現(xiàn)不良。檢查X軸伺服電動(dòng)機(jī)與內(nèi)裝式測速發(fā)電機(jī)，發(fā)現(xiàn)換向器表面積有較多的碳粉，用壓縮空氣進(jìn)行清理后，故障未消除。進(jìn)一步利用數(shù)字萬用表，測量測速發(fā)電機(jī)換向片之間的電阻值，經(jīng)比較后發(fā)現(xiàn)，有一對極片間的電阻值比其他各對極片間的電阻值大了很多，說明測速發(fā)電機(jī)繞組內(nèi)部存在斷路現(xiàn)象。更換新的測速發(fā)電機(jī)后，機(jī)床恢復(fù)正常。

第三篇：數(shù)控車床工作臺回零故障分析及處理

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摘要

在FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)中，對于維修經(jīng)常出現(xiàn)的回參考點(diǎn)故障來說，弄清楚回參考點(diǎn)的作用及機(jī)械與電氣原理是非常重要的。根據(jù)我們的維修實(shí)踐來看。有關(guān)數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)方面的故障率還相當(dāng)高，為了便于數(shù)控維修人員能夠迅速準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)，在這里把有關(guān)機(jī)床回參考點(diǎn)過程中各種形式的故障進(jìn)行分析、如機(jī)床不能歸參考點(diǎn)、歸參考點(diǎn)失敗、歸參考點(diǎn)不準(zhǔn)確等，找出了這些故障的產(chǎn)生原因并給出了其排除方法及總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】 參考點(diǎn)，故障診斷，分析，排除

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Ⅰ

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目錄

摘要

第1章

緒論 ??????????????????????1

1.1、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展????????????????????1 1.2、數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)的發(fā)展

?????????????3 第2章

數(shù)控機(jī)床的參考點(diǎn)

?????????????????5

2.1、什么是參考點(diǎn)

????????????????????5 裝 2.2、回參考點(diǎn)的目的 ???????????????????6 2.3、回參考點(diǎn)的原理

???????????????????6

訂 2.4、回參考點(diǎn)的方式 ???????????????????10 第3章

回零點(diǎn)的故障案例與分析??????????????13

3.1、故障類型與分析 ???????????????????13 線 第4章

小結(jié) ??????????????????????18 參考文獻(xiàn)

????????????????????????19

第1章 緒論

1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展

數(shù)字控制(Numerical Control)技術(shù),簡稱數(shù)控(CNC)技術(shù),是指用數(shù)字指令來控制機(jī)器的動(dòng)作。采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)成為數(shù)控系統(tǒng)。采用存貯程序的專用計(jì)算機(jī)來實(shí)

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現(xiàn)部分或全部基本數(shù)控功能的數(shù)控系統(tǒng)，稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)。裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床.數(shù)控技術(shù)是為了解決復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。1948年，美國PARSONS公司在研制加工直升飛機(jī)葉片輪廓用檢查樣板的機(jī)床時(shí)，首先提出了數(shù)控機(jī)床的設(shè)想，在麻省理工學(xué)院的協(xié)助下，于1952年試制成功了世界上第一臺數(shù)控機(jī)床樣機(jī)。后又經(jīng)過三年時(shí)間的改進(jìn)和自動(dòng)程序編制的研究，數(shù)控機(jī)床進(jìn)入了實(shí)用階段，市場上出現(xiàn)了商品化數(shù)控機(jī)床。1958年，美國KEANEY AND TRECKER公司在世界上首先研制成功了帶有自動(dòng)換刀裝置的加工中心。

我國于1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，到了60年代末和70年代初，簡易的數(shù)控線切割機(jī)床已在廣泛使用。80年代初，我國引進(jìn)了國外先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，是我國的數(shù)控機(jī)床在質(zhì)量和性能上都有了很大提高。從90年代起，我國已向高檔數(shù)控機(jī)床方向發(fā)展。目前，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來越廣泛，其加工柔性好，精度高，生產(chǎn)效率高，具有很多的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，數(shù)控系統(tǒng)正向以下幾個(gè)方向發(fā)展。

1.1.1 高速化和高精度化

為實(shí)現(xiàn)高速化和高精度化，今后數(shù)控技術(shù)的發(fā)展如下：

① 使伺服電動(dòng)機(jī)的位置環(huán)、速度環(huán)的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，以達(dá)到對電動(dòng)機(jī)的高速、高精度控制

② 采用現(xiàn)代控制理論，減少滯后量提高跟隨精度。

③ 采用高分辨率的位置編碼器。現(xiàn)代高分辨率位置編碼器絕對位置的測量可達(dá)163840脈沖/轉(zhuǎn)。

④ 實(shí)現(xiàn)多種補(bǔ)償功能，提高數(shù)控機(jī)床的加工精度和動(dòng)態(tài)特性。

1.1.2智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化

21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成，為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等。簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、共 19 頁

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方便系統(tǒng)的診斷及維修等。

為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、歐共體的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中國的ONC(Open Numerical Control System)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC)日本大隈（Okuma）機(jī)床公司展出“IT plaza”（信息技術(shù)廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（開放制造環(huán)境，簡稱OME）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。

1.2數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)的發(fā)展

數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)、電、光、氣一體化高新技術(shù)的結(jié)晶。電氣復(fù)雜，管路交叉林立。數(shù)控系統(tǒng)五花八門，故障現(xiàn)象也各不相同，特別是大、重型數(shù)控機(jī)床，價(jià)格昂貴，以數(shù)百萬美金計(jì)。安裝調(diào)試時(shí)間長（幾個(gè)月到一年以上）。大型數(shù)控機(jī)床內(nèi)有成千上萬只元器件，其中任一元件有故障，都會(huì)造成機(jī)車工作不正常。大、重型數(shù)控機(jī)床體積龐大，在無恒溫條件下使用，環(huán)境的影響也很容易引發(fā)故障。因此數(shù)控機(jī)床的維修就成了許多企業(yè)的老大難題。要迅速找出數(shù)控機(jī)床的故障、隱患，并及時(shí)排除，就要迅速發(fā)展數(shù)控診斷技術(shù)。

1.2.1 通信診斷

通信診斷也稱原距離診斷或海外診斷。用戶只需把CNC系統(tǒng)中專用“通信接口”連接到普通電話線上，維修中心的專用通信診斷計(jì)算機(jī)的“數(shù)據(jù)電話”也連接到電話線路上。由通信計(jì)算機(jī)向各用戶CNC系統(tǒng)發(fā)送診斷程序，并將測試數(shù)據(jù)送回診斷計(jì)算機(jī)進(jìn)行

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分析并得出結(jié)論，最后又將診斷結(jié)論和處理方法通知用戶。FUNUC公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)就具有這種診斷功能。通信診斷不僅用于故障發(fā)生之后對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行診斷，而且還可以用作用戶的定期預(yù)防性診斷，只需按約定的時(shí)間對機(jī)床作一系列試運(yùn)行檢查，將檢查數(shù)據(jù)通過電話線送入維修中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，維修人員不必親臨現(xiàn)場，就可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障隱患。

1.2.2 自修復(fù)系統(tǒng)

自修復(fù)系統(tǒng)就是在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置備用模塊,在數(shù)控系統(tǒng)的軟件中裝有自修復(fù)程序.當(dāng)軟件在運(yùn)行時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)某一個(gè)模塊有故障時(shí),系統(tǒng)一方面將故障信息顯示在CRT,同時(shí)自動(dòng)尋找是否有備用模塊, 若有備用模塊,系統(tǒng)能自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)而接通備用模塊,從而使系統(tǒng)較快地進(jìn)入正常工作狀態(tài)。Cincinnati-Milacron公司生產(chǎn)的950CNC系統(tǒng)就采用了這種自修復(fù)技術(shù)。

1.2.3 人工智能（AI）專家故障診斷系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一個(gè)或一組能在某些特定領(lǐng)域內(nèi)，應(yīng)用大量的專家知識和推理方法求解復(fù)雜問題的一種人工智能計(jì)算機(jī)程序。

圖1-1 故障診斷專家系統(tǒng)

通常，專家系統(tǒng)由知識庫、推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫以及解釋程序、知識獲取程序等5個(gè)部分組成，見圖1-1。

其核心部分為知識庫和推理機(jī)。其中知識庫中存放著求解問題所需的知識，推理機(jī)負(fù)責(zé)使用知識庫中的知識去解決實(shí)際問題。知識庫的建造需要知識工程師和領(lǐng)域?qū)＜蚁嗷ズ献靼杨I(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗(yàn)整理出來，并用系統(tǒng)的知識方法存放在知識庫中。當(dāng)解決問題時(shí)，用戶為系統(tǒng)提供一些已知的數(shù)據(jù)，就可從系統(tǒng)處獲得專家水平的結(jié)論。從數(shù)控機(jī)床故障診斷的內(nèi)容看，故障診斷專家系統(tǒng)用于故障檢測、故障分析和解決處理三個(gè)

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方面。在FANUC 0i系統(tǒng)中，已將專家故障診斷系統(tǒng)用于故障診斷。在使用時(shí)，操作者以簡單的會(huì)話問答方式，通過數(shù)控系統(tǒng)上的MDI/CRT操作，就能如同專家親臨現(xiàn)場一樣，診斷出系統(tǒng)的故障。

1.2.4 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)診斷

人工神元網(wǎng)絡(luò)，簡稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是人們在對人腦思維研究的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)方法將其簡化、抽象并模擬，能反映人腦基本功能特性的一種并行分布處理連接網(wǎng)絡(luò)模型。由于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)具有聯(lián)想、容錯(cuò)、記憶、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和處理復(fù)雜多模式故障的優(yōu)點(diǎn)，是數(shù)控機(jī)床故障診斷新的發(fā)展途徑。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)結(jié)合起來，發(fā)揮兩者各自的優(yōu)點(diǎn)，更有助于數(shù)控機(jī)床的故障診斷。

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第2章 數(shù)控機(jī)床的參考點(diǎn)

2.1 什么是參考點(diǎn)

所謂參考點(diǎn)又稱原點(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)床所使用的檢測反饋元件所發(fā)出的柵點(diǎn)信號或零標(biāo)志信號確立的參考點(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)。

裝 訂 線圖2-1為一臥式數(shù)控銑床參考點(diǎn)相對工作臺中心位置的示意圖

圖2-1 臥式加工中心參考點(diǎn) 2.2 回參考點(diǎn)的目的

數(shù)控機(jī)床在接通電源后要做回參考點(diǎn)的操作，這是因?yàn)樵跈C(jī)床斷電后，就失去了對

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各坐標(biāo)位置的記憶，即數(shù)控系統(tǒng)并不知道以哪一點(diǎn)作為基準(zhǔn)對機(jī)床工作臺的位置進(jìn)行跟蹤、顯示等。所以在接通電源后，必須讓各坐標(biāo)軸回到機(jī)床一固定點(diǎn)上，這一固定點(diǎn)就是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)或零點(diǎn)，也稱機(jī)床參考點(diǎn)往往是由機(jī)床廠家在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)就確定的，但這僅僅是機(jī)械意義上的。使機(jī)床回到這一固定的操作稱回參考點(diǎn)或回零操作。在數(shù)控機(jī)床上，各坐標(biāo)軸的正方向是定義好的，因此只要機(jī)床原點(diǎn)一旦確定，機(jī)床坐標(biāo)系也就確定了。

回參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床的重要功能之一，能否正確地返回參考點(diǎn)，將會(huì)影響到零件的加工質(zhì)量。同時(shí)，由于數(shù)控機(jī)床是多刀作業(yè)，每一把刀具的刀位點(diǎn)安裝位置不可能調(diào)整到同一坐標(biāo)點(diǎn)上，因此就需要用刀具補(bǔ)償來校正，如加工中心刀具的長度補(bǔ)償和數(shù)控車裝 床車刀刀尖的位置補(bǔ)償，這種刀具偏置的補(bǔ)償量也是通過刀位點(diǎn)的實(shí)際位置與參考點(diǎn)確立的基本坐標(biāo)系比較后補(bǔ)償?shù)鹊降摹?/p>

如：在CK0630型數(shù)控車床上，機(jī)床原點(diǎn)位于卡盤端面后20mm處，為讓數(shù)控系統(tǒng)識別該點(diǎn)，需回參 考點(diǎn)操作。在CK0630型數(shù)控車床 的操作面板上有一個(gè)回參考點(diǎn)按 鈕“ZERO”，當(dāng)按下這個(gè)按鈕時(shí) 將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)回參考點(diǎn)窗口菜單，顯示操作步驟。這個(gè)步驟，依此 訂 線 按下“X”按鈕，“Z”按鈕，則 圖2-2 機(jī)床參考點(diǎn)的建立

機(jī)床工作臺將沿著X 軸和Z軸的正方向快速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)工作臺到達(dá)參考點(diǎn)的接近開關(guān) 時(shí)，工作臺減速停止?；貐⒖键c(diǎn)的工作完成后，顯示器即顯示機(jī)床參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(X400，Z400)，此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)系已經(jīng)建立(如圖2-2所示)。操作返回機(jī)床參考點(diǎn)一次，恢復(fù)記憶，以便進(jìn)行自動(dòng)加工。對使用日本FANUC-0i系統(tǒng)的機(jī)床，除通電之初外，在機(jī)床工作過程中如出現(xiàn)斷電、緊急停止或壓下了機(jī)床行程限位開關(guān)時(shí)。也必須返回參考點(diǎn)。機(jī)床返回參考點(diǎn)的方向、速度、參考點(diǎn)的坐標(biāo)等均可由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定。

2.3回參考點(diǎn)的原理

按機(jī)床檢測元件檢測原點(diǎn)信號方式的不同，返回機(jī)床參考點(diǎn)的方法有兩種。一種為柵格法，另一種為磁開關(guān)法。數(shù)控機(jī)床多采用柵格法產(chǎn)生檢測元件的回參考點(diǎn)信號。2.3.1、柵格法

數(shù)控機(jī)床按照控制理論可分為閉環(huán)、半閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)裝有檢測最終直線位移的反饋裝置；半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置測量裝置安裝在伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上或

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絲桿的端部，即反饋信號取自角位移；開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)不帶位置檢測反饋裝置。閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)通常利用位移檢測反饋裝置（脈沖編碼器或光柵尺）進(jìn)行回參考點(diǎn)定位，即柵格法回參考點(diǎn)；開環(huán)系統(tǒng)則需另外加裝檢測元件，通常利用磁感應(yīng)開關(guān)回參考點(diǎn)定位，即磁開關(guān)法回參考點(diǎn)。無論采用哪種回參考點(diǎn)操作，為保證準(zhǔn)確定位，在到達(dá)零點(diǎn)之前，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)必須自動(dòng)減速，因此在多數(shù)數(shù)控機(jī)床上安裝減速撞塊及相應(yīng)的檢測元件。

柵格法中，按照檢測元件測量方式的不同可以分為以絕對脈沖編碼器方式回參考點(diǎn)和以增量脈沖編碼器方式回參考點(diǎn)。在使用絕對脈沖編碼器作為測量反饋元件的系統(tǒng)中，調(diào)試機(jī)床時(shí)第一次開機(jī)，通過參數(shù)設(shè)置配合機(jī)床回參考點(diǎn)操作調(diào)整到合適的參考點(diǎn)，只要絕對脈沖編碼器的后備電池有效，此后每次開機(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)回零模式下各軸手動(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。另一種為采用存儲器模式，第一次開機(jī)手動(dòng)回原點(diǎn)，以后均可用G代碼指令回原點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[4] 圖2-3中采用FUNUC-0i系統(tǒng)數(shù)控銑床為例，下面簡要給出增量柵格法返回參考點(diǎn)的原理和過程：（采用方式三回參考點(diǎn)）

在圖2-3中，快速進(jìn)給速度參數(shù)、慢速進(jìn)給速度參數(shù)、加減速時(shí)間常數(shù)、柵格偏移量等參數(shù)分別由數(shù)控系統(tǒng)的相應(yīng)參數(shù)設(shè)定。機(jī)床返回參考點(diǎn)的操作步驟為：

(1)將方式開關(guān)拔到“回參考點(diǎn)”檔，選擇返回參考點(diǎn)的軸，圖2-3 增量柵格法返回參考點(diǎn)原理 按下該軸點(diǎn)動(dòng)按鈕，該軸以快速移動(dòng)速度（v1）移向參考點(diǎn)。

(2)當(dāng)與工作臺一起運(yùn)動(dòng)的減速撞塊壓下減速開關(guān)觸點(diǎn)時(shí)，減速信號由通(0N)轉(zhuǎn)為斷(OFF)狀態(tài)，工作臺進(jìn)給會(huì)減速，按參數(shù)設(shè)定的慢速進(jìn)給速度（v2）繼續(xù)移動(dòng)。減速可削弱運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)慣量，使零點(diǎn)停留位置準(zhǔn)確。

(3)柵格法是采用脈沖編碼器上每轉(zhuǎn)出現(xiàn)一次的柵格信號(又稱一轉(zhuǎn)信號PCZ)來確定參考點(diǎn)，當(dāng)減速撞塊釋放減速開關(guān)，觸點(diǎn)狀態(tài)由斷轉(zhuǎn)為通后，數(shù)控系統(tǒng)將等待編碼器上的第一個(gè)柵格信號的出現(xiàn)。該信號一出現(xiàn)，工作臺運(yùn)動(dòng)就立即停止，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出參考點(diǎn)返回完成信號，參考點(diǎn)燈亮，表明機(jī)床回該軸參考點(diǎn)成功。有的數(shù)控機(jī)床在減速信號由通(ON)轉(zhuǎn)為斷(OFF)后，減速向前繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)又脫開

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開關(guān)后，軸的運(yùn)動(dòng)方向與機(jī)床會(huì)向相反的進(jìn)給方向運(yùn)動(dòng)，直到數(shù)控系統(tǒng)接受到第一個(gè)零點(diǎn)脈沖，軸停止運(yùn)動(dòng)。同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出參考點(diǎn)返回完成信號，參考點(diǎn)燈亮，表明機(jī)床回該軸參考點(diǎn)成功。

根據(jù)數(shù)控機(jī)床柵格法回參考點(diǎn)動(dòng)作過程引起回參考點(diǎn)故障原因有：編碼器故障和位置環(huán)故障：

2.3.1.1 編碼器故障

在數(shù)控機(jī)床中，光電脈沖編碼器作為速度和位置檢測的元件，故障發(fā)生率較高。首先對光電脈沖編碼器作一下簡介。光電脈沖編碼器可分為增量式和絕對式所謂增量式即編碼器轉(zhuǎn)過角度就發(fā)出脈沖，查不出軸處于什么位置，只能記錄得電后的脈沖數(shù)。機(jī)床失電后，不能記憶軸的位置。絕對式則能夠記憶軸轉(zhuǎn)過的角度和空間位置。這依賴于一組或一個(gè)備用電池的支持，使機(jī)床失電后仍能保持記憶。當(dāng)然編碼器依據(jù)安裝位置不同又可分為內(nèi)裝式和外裝式，內(nèi)裝式和伺服電動(dòng)機(jī)同軸安裝，外裝式則安裝在傳動(dòng)鏈末端。編碼器輸出信號通常有兩組相位差90°的方波信號用于辨向，一個(gè)零標(biāo)志位（又稱一 轉(zhuǎn)信號）+5v電源和接地端。絕對式還有備用電池連接端。編碼器故障分類如下：

①編碼器本身故障是指編碼器本身元器件出現(xiàn)故障，導(dǎo)致其不能產(chǎn)生和輸出正確的波形。這種情況下需更換編碼器或維修其內(nèi)部器件。

②編碼器連接電纜故障這種故障出現(xiàn)的幾率最高，維修中經(jīng)常遇到，應(yīng)是優(yōu)先考慮的因素。通常為編碼器電纜斷路、短路或接觸不良，這時(shí)需更換電纜或接頭。還應(yīng)特別注意是否是由于電纜固定不緊，造成松動(dòng)引起開焊或斷路，這時(shí)需卡緊電纜。③編碼器 +5v 電源下降是指+5v 電源過低，通常不能低于4.75v，造成過低的原因是供電電源故障或電源傳送電纜阻值偏大而引起損耗，這時(shí)需檢修電源或更換電纜。④絕對式編碼器電池電壓下降這種故障通常有含義明確的報(bào)警，這時(shí)需更換電池，如果參考點(diǎn)位置記憶丟失，還須執(zhí)行重回參考點(diǎn)操作。

⑤編碼器電纜屏蔽線未接或脫落這會(huì)引入干擾信號，使波形不穩(wěn)定，影響通信的準(zhǔn)確性，必須保證屏蔽線可靠的焊接及接地。

⑥編碼器安裝松動(dòng)這種故障會(huì)影響位置控制精度，造成停止和移動(dòng)中位置偏差量超差，甚至剛一開機(jī)即產(chǎn)生伺服系統(tǒng)過載報(bào)警，請?zhí)貏e注意。

⑦光柵污染這會(huì)使信號輸出幅度下降，必須用脫脂棉沾無水酒精輕輕擦除油污。下面以FANUC-0i數(shù)控系統(tǒng)兩例故障予以說明：

1）實(shí)例一 故障現(xiàn)象：加工中心主軸定向時(shí)一直低速旋轉(zhuǎn)。故障分析和處理：這很

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顯然是機(jī)床接收不到零標(biāo)志信號，即一轉(zhuǎn)信號。打開機(jī)床側(cè)蓋，拆下脈沖編碼器，發(fā)現(xiàn)脈沖編碼器底部有一層粉末。完全拆開編碼器后發(fā)現(xiàn)圓光柵上的條紋已全部被磨光，當(dāng)然發(fā)不出信號。更換新編碼器后，一切正常。此時(shí)需修改主軸準(zhǔn)停時(shí)停止位置偏移量參數(shù)，使定向位置與更換前相同。

2）實(shí)例二故障現(xiàn)象：開機(jī)后出現(xiàn)APC（絕對脈沖編碼器）電壓低故障。故障分析和處理：該機(jī)床已閑置5年，采用FANUC 0i系統(tǒng)，電池應(yīng)該失效。更換4節(jié)1號堿性干電池后，機(jī)床又顯示請求回參考點(diǎn)故障。此時(shí)在手動(dòng)狀態(tài)將機(jī)床移動(dòng)到參考點(diǎn)附近，再將參數(shù) 1815 ＃5（APCx）#4（APZx）全部置 0，關(guān)斷一次電源后重新啟動(dòng)，坐標(biāo)值全部顯示為0。再將參數(shù) 1815# 5（APCx）#4（APZx）全部置 1，關(guān)斷一次電源，再重啟，一切正常。這樣便給機(jī)床重新建立了參考點(diǎn)。綜上所述，脈沖編碼器故障總體而言可分為編碼器本身故障和外圍輸入、輸出故障，明確這兩點(diǎn)許多問題就清晰了。2.3.1.2 位置環(huán)故障：

裝 位置環(huán)這是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出控制指令，并與位置檢測系統(tǒng)的反饋值相比較，進(jìn)一步完成控制任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它具有很高的工作頻度，并與外設(shè)相聯(lián)接，所以容易發(fā)生故障。常見的故障如下：

① 位置控制環(huán)報(bào)警：可能是測量回路開路；測量系統(tǒng)損壞，位控單元內(nèi)部損壞。② 不發(fā)指令就運(yùn)動(dòng)，可能是漂移過高，正反饋，位控單元故障；測量元件損壞。③ 測量元件故障，一般表現(xiàn)為無反饋值；機(jī)床回不了基準(zhǔn)點(diǎn)；高速時(shí)漏脈沖產(chǎn)生報(bào)警可能的原因是光柵或讀頭臟了或光柵壞了。2.3.2、磁開關(guān)法

磁開關(guān)法是在機(jī)械本體上安裝磁鐵及磁感應(yīng)原點(diǎn)開關(guān)或者接近開關(guān)，當(dāng)磁感應(yīng)原點(diǎn)開關(guān)或接近開關(guān)檢測到原點(diǎn)信號后，進(jìn)給電機(jī)立即停止，該停止點(diǎn)被認(rèn)作為原點(diǎn)。磁開關(guān)法常用于開環(huán)系統(tǒng)，由于開環(huán)系統(tǒng)沒有位移檢測反饋裝置脈沖編碼器或光柵尺，所以不會(huì)產(chǎn)生柵格信號，通常利用磁感應(yīng)開關(guān)回參考點(diǎn)定位。

下面以某數(shù)控車床為例簡要敘述：

返回參考點(diǎn)的原理和過程。在圖2-4中，快速進(jìn)給速度參數(shù)、慢速進(jìn)給速度參數(shù)、加減速時(shí)間常數(shù)、偏移量等參數(shù)分別由數(shù)控系統(tǒng)的相應(yīng)參數(shù)設(shè)定。返回參考點(diǎn)的操作步驟為：

(1)將方式開關(guān)拔到回參考點(diǎn)檔，選擇返回參考點(diǎn)的軸，按下該軸點(diǎn)動(dòng)按鈕，該軸以快速移動(dòng)速度移向參考點(diǎn)。

(2)當(dāng)與工作臺一起運(yùn)動(dòng)的減速撞塊壓下減速開關(guān)觸點(diǎn)時(shí)，減速信號由通(0N)轉(zhuǎn)為

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斷(OFF)狀態(tài)，工作臺進(jìn)給會(huì)減速，按參數(shù)設(shè)定的慢速進(jìn)給速度繼續(xù)移動(dòng)。減速可削弱運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)慣量，使零點(diǎn)停留位置準(zhǔn)確。

(3)當(dāng)減速撞塊釋放減速開關(guān)，觸點(diǎn)狀態(tài)由斷轉(zhuǎn)為通后，數(shù)控系統(tǒng)將等待感應(yīng)開關(guān)信號的出現(xiàn)。該信號一出現(xiàn)，工作臺運(yùn)動(dòng)就立即

停止，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出參考點(diǎn)返回完成信號，參考點(diǎn)燈亮，表明機(jī)床回該軸參考點(diǎn)成功。圖2-4 磁開關(guān)法回參考點(diǎn)原理

2.4回參考點(diǎn)的方式

裝 訂 回參考點(diǎn)的方式將因數(shù)控系統(tǒng)的類型和機(jī)床生產(chǎn)廠家而異。一臺FUNUC Oi系統(tǒng)數(shù)控銑床是采用增量柵格法來確定機(jī)床的參考點(diǎn)的。采用這種增量式檢測裝置的數(shù)控機(jī)床一般有以下四種回參考點(diǎn)的方式。參考文獻(xiàn)[8] 2.4.1.方 式 一

回參考點(diǎn)前，先用手動(dòng)方式以速度v1快速將軸移到參考點(diǎn)附近，然后啟動(dòng)回參考點(diǎn)操作，軸便以速度v2慢速向參考點(diǎn)移動(dòng)。碰到參考點(diǎn)開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)即開始尋找位置檢測裝置上的零標(biāo)志。當(dāng)?shù)竭_(dá)零標(biāo)志時(shí)，發(fā)出與零標(biāo)志脈沖相對應(yīng)的柵格信號，軸速度

圖2-5 回參考點(diǎn)方式一 線 即在此信號作用下制動(dòng)到零，然后再前移參考點(diǎn)偏移量而停止，所停位置即為參考點(diǎn)。偏移量的大小通過測量由參數(shù)設(shè)定。如(圖2-5)

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2.4.2.方 式 二

回參考點(diǎn)時(shí),軸先以速度v1向參考點(diǎn)快速移動(dòng),碰到參考點(diǎn)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，再找零標(biāo)志。當(dāng)軸到達(dá)測量系統(tǒng)零標(biāo)志發(fā)出柵格信號時(shí),速度即制動(dòng)到零，然后再以v2速度前移參考點(diǎn)偏移量而停止于參考點(diǎn)。如(圖2-6)

圖2-6 回參考點(diǎn)方式二

2.4.3.方 式 三

回參考點(diǎn)時(shí)，軸先以速度v1快速向參考點(diǎn)移動(dòng)，碰到參考點(diǎn)開關(guān)后速度制動(dòng)到零，然后反向以速度v2慢速移動(dòng)，到達(dá)測量系統(tǒng)零標(biāo)志產(chǎn)生柵格信號時(shí)，速度制動(dòng)到零，再

圖2-7 回參考點(diǎn)方式三

前移參考點(diǎn)偏移量而停止于參考點(diǎn)。如(圖2-7)2.4.4.方 式 四

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回參考點(diǎn)時(shí),軸先以速度v1向參考點(diǎn)快速移動(dòng),碰到參考點(diǎn)開關(guān)后制動(dòng)到零,再反向微動(dòng)直至脫離參考點(diǎn)開關(guān)，然后又沿原方向微動(dòng)撞上參考點(diǎn)開關(guān)，并且以速度v2慢速前移，到達(dá)測量系統(tǒng)零標(biāo)志產(chǎn)生柵格信號時(shí),速度制動(dòng)到零，再前移參考點(diǎn)偏移量。如(圖2-8)裝 訂 線

圖2-8 回參考點(diǎn)方式四

FUNUC-0i系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)的方式因數(shù)控類型和機(jī)床生產(chǎn)廠家不同而異，一臺FUNUC-0i系統(tǒng)數(shù)控銑床采用的是方式三回參考點(diǎn)：

曾出現(xiàn)這種故障現(xiàn)象：X軸先正方向快速運(yùn)動(dòng)，碰到參考點(diǎn)開關(guān)后，能以慢速反向運(yùn)動(dòng)，但找不到參考點(diǎn)，而且一直反向運(yùn)動(dòng)，直到碰到限位開關(guān)而緊急停止。根據(jù)故障現(xiàn)象和返回參考點(diǎn)的方式，可以判斷減速信號正常，位置測量裝置的零標(biāo)志脈沖信號不正常。通過CNC系統(tǒng)PLC接口指示觀察，確定參考點(diǎn)開關(guān)信號正常，用示波器檢測零標(biāo)志信號，如果有零標(biāo)志脈沖信號輸出，可診斷CNC系統(tǒng)測量組件有關(guān)零標(biāo)志脈沖信號通道有問題。進(jìn)一步確診可用互換法，即將有關(guān)電路板：如X軸和Y軸的電子脈沖整形插值倍頻電路板互換，如發(fā)現(xiàn)同樣故障轉(zhuǎn)移到Y(jié)軸，而X軸工作正常，則該電路板有問題。

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第3章 回參考點(diǎn)的故障案例與分析

3.1故障類型與分析

數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)的方式，因數(shù)控系統(tǒng)類型和機(jī)床生產(chǎn)廠家而不同，要排除回參考點(diǎn)的故障，先要搞清機(jī)床回參考點(diǎn)的動(dòng)作方式及工作原理，然后再對照故障現(xiàn)象來進(jìn)行分析。一般主要有三類情況：第一類是機(jī)床停止位置與參考點(diǎn)位置不一致；第二類是機(jī)床不能正常返回參考點(diǎn)，且有報(bào)警產(chǎn)生；第三類是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)沒有準(zhǔn)備好信號或超程報(bào)警。

裝 3.1.1 第一類情況

采用柵格法返回參考點(diǎn)時(shí)，可通過移動(dòng)?xùn)鸥?可由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定)來調(diào)整參考點(diǎn)位置。位置檢測裝置隨伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生柵格信號，當(dāng)減速撞塊壓下減速開關(guān)時(shí)，伺服電機(jī)減速繼續(xù)向參考點(diǎn)運(yùn)行。當(dāng)減速開關(guān)釋放，數(shù)控系統(tǒng)檢測到的第一個(gè)柵格或零標(biāo)志位信號即為原點(diǎn)(參考點(diǎn))時(shí)，伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)。該方法的特點(diǎn)是機(jī)床如果接近原點(diǎn)的速度小于某一同定值，則數(shù)控機(jī)床總是停止于同一點(diǎn)。采用磁性開關(guān)方式時(shí)，可通過移動(dòng)接近開關(guān)來調(diào)整其參考點(diǎn)位置。當(dāng)磁感應(yīng)原點(diǎn)開關(guān)或接近開關(guān)檢測到原點(diǎn)信號后，伺服電機(jī)立即停止，該停止點(diǎn)被認(rèn)作原點(diǎn)(參考點(diǎn))。該方法的特點(diǎn)是軟件及硬件簡單，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。3.1.1.1 停止位置偏離參考點(diǎn)一個(gè)固定值

這種情況多數(shù)是因?yàn)闇p速撞塊安裝位置不正確或減速撞塊太短。檢驗(yàn)的方法是：先減小數(shù)控系統(tǒng)中接近原點(diǎn)速度的參數(shù)，減小運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)慣量，若返回參考點(diǎn)正常，則可確定是此原因造成。通常需要重新調(diào)整撞塊位置或減速開關(guān)位置，或適當(dāng)增加撞塊長度。也可通過設(shè)置柵點(diǎn)偏移量的方法來解決，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)識別減速信號的變化需要一定時(shí)間，當(dāng)減速撞塊離原點(diǎn)太近時(shí)，捕捉不到第一個(gè)原點(diǎn)信號，系統(tǒng)只能確定兩個(gè)原點(diǎn)信號，所以機(jī)床停止位置偏離參考點(diǎn)剛好一個(gè)柵格問距。如使用上述辦法后仍有偏離，則應(yīng)檢查參考計(jì)數(shù)器設(shè)置的值是否正確有效，修正參數(shù)設(shè)置。案例一：

某臺經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，F(xiàn)ANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)采用方式三回參考點(diǎn)，X軸經(jīng)常出現(xiàn)原點(diǎn)漂移，且每次漂移量為10mm左右。訂 線 共 19 頁

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診斷：由于每次漂移量基本固定，可能與X軸回參考點(diǎn)有關(guān)。經(jīng)檢查相關(guān)的參數(shù)沒有發(fā)現(xiàn)問題。檢查安裝在機(jī)床上的減速撞塊及檢測開關(guān)，發(fā)現(xiàn)撞塊距離檢測開關(guān)太近。重新調(diào)整減速撞塊位置，將其控制在該軸絲杠螺距(該軸的螺距為10mm)的一半，約為6mm±lmm，故障排除。3.1.1.2 隨機(jī)偏差，沒有規(guī)律性

造成此故障的原因較多，可能的原因有：外界干擾；脈沖編碼器的電源電壓過低； 脈沖編碼器損壞；數(shù)控系統(tǒng)的主印刷線路板不良；伺服電機(jī)與工作臺聯(lián)軸器連接松動(dòng)等。案例二：

某配套FANUC-0i系統(tǒng)的數(shù)控銑床，回參考點(diǎn)動(dòng)作正常，但參考點(diǎn)位置隨機(jī)性大，每次定位都有不同的值。

診斷： 由于機(jī)床回參考點(diǎn)動(dòng)作正常，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，參考點(diǎn)位置雖然每次都在變化，但卻總是處在減速撞塊放開后的位置上。因此，可以初步判定故障的原因是由于脈沖編碼器“零脈沖”不良或絲杠與電動(dòng)機(jī)間的連接不良引起的故障。該機(jī)床伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，維修時(shí)采用隔離法，脫開電動(dòng)機(jī)與絲桿間的聯(lián)軸器，手動(dòng)壓下減速開關(guān)，進(jìn)行回參考點(diǎn)試驗(yàn)。經(jīng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每次回參考點(diǎn)完成后，電動(dòng)機(jī)總是停在某一固定的角度上，說明脈沖編碼器“零脈沖”無故障。故障的原因可能在電動(dòng)機(jī)與絲杠的連接處。經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)拉桿與聯(lián)軸器間的彈性脹套配合間隙過大，產(chǎn)生松動(dòng)。經(jīng)修整脹套，重新安裝后機(jī)床恢復(fù)正常。3.1.1.3 微小誤差

此類故障的原因多數(shù)為電纜或連接器接觸不良，或因主印刷電路板及速度控制單元工作性能不良，造成位置偏置量過大。案例三：

某配套FANUC-0i 的數(shù)控機(jī)床，在回參考點(diǎn)后無法繼續(xù)操作。

診斷：在操作中發(fā)現(xiàn)機(jī)床在參考點(diǎn)位置停止后，機(jī)床操作面板參考點(diǎn)指示燈不亮，無法進(jìn)行進(jìn)一步操作。但關(guān)機(jī)后，又可手動(dòng)操作，返回參考點(diǎn)后上述現(xiàn)象又出現(xiàn)。這說明機(jī)床回參考點(diǎn)動(dòng)作屬正常，考慮到機(jī)床已在參考點(diǎn)附近停止運(yùn)動(dòng)，因此，初步判斷其原因可能是參考點(diǎn)定位精度未達(dá)到規(guī)定的要求。通過機(jī)床的診斷功能，對系統(tǒng)的“位置跟隨誤差”隨DGN800~802進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)床的Y軸蹤誤差超過了定位精度的允許數(shù)值范圍。調(diào)整伺服驅(qū)動(dòng)器的“偏移”電位器，使“位置跟隨誤差”DGN800～802的值接近0后，機(jī)床恢復(fù)正常。裝 訂 線 共 19 頁

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3.1.2 第二類情況

故障原因主要是零標(biāo)志位脈沖信號失效(信號未產(chǎn)生或在傳輸處理中丟失)。如光柵或脈沖編碼器的基準(zhǔn)信號(零標(biāo)志位信號)沒有輸入到主印刷電路板；磁感應(yīng)原點(diǎn)開關(guān)或接近開關(guān)沒有檢測到原點(diǎn)信號。故障原因多為連接信號電纜斷線或檢測元件損壞。另外，在進(jìn)行返回參考點(diǎn)時(shí)，機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件開始移動(dòng)起始點(diǎn)距離參考點(diǎn)太近，也會(huì)產(chǎn)生此類故障，所以機(jī)床停機(jī)前，將機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件停在距離參考點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方。排除這類故障的方法：首先檢查安裝在機(jī)床上的撞塊和檢測開關(guān)是否松動(dòng)，再用CNC系統(tǒng)PLC接口的I/O狀態(tài)觀察檢洲的開關(guān)是臺輸入劍數(shù)控系統(tǒng)中，采用示波器檢測零標(biāo)志位脈沖信號。根據(jù)測得的信號，判斷故障部位。案例四：

某德國產(chǎn)配備FANUC-0i數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控磨床，在回參考點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)Z軸找不到參考點(diǎn)的故障。

診斷：觀察同參考點(diǎn)的過程，發(fā)現(xiàn)Z軸運(yùn)動(dòng)壓到減速開關(guān)后，能夠減速并反向運(yùn)動(dòng)，直到 下行程極限開關(guān)。這說明回參考點(diǎn)過程中減速開關(guān)沒有問題；同時(shí)根據(jù)CNC顯示Z軸的數(shù)值正常變化，判定為編碼器的零標(biāo)志位有問題，用示波器測試波形，沒有發(fā)現(xiàn)零標(biāo)志位脈沖，可斷定是編碼器的問題。將編碼器拆開，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有許多油。經(jīng)分析I六l編碼器密封不好，冷卻液形成的油霧進(jìn)入編碼器并沉淀，將編碼器刻度盤遮擋，使零標(biāo)志位出現(xiàn)故障。清除了編碼器中的油污并將其清洗干凈后重新密封，裝配好再使用，故障消除。裝 訂 線 3.1.3 第三類情況

這類故障的原因較簡單：（1）多數(shù)為返回參考點(diǎn)用的減速開關(guān)失靈，觸點(diǎn)壓下后不能復(fù)位造成的只需檢查減速開關(guān)復(fù)位彈簧是否損壞或直接更換減速開關(guān)即可；（2）因后備電池失效導(dǎo)致參考點(diǎn)丟失；（3）間隔環(huán)磨損。案例五：

某臺配備FANUC-0i數(shù)控系統(tǒng)的JCS-018立式加工中心，X軸不執(zhí)行自動(dòng)返回參考點(diǎn)動(dòng)作。

診斷：故障發(fā)生后，機(jī)床無報(bào)警提示，但采用手動(dòng)方式時(shí)X軸能夠移動(dòng)。將X軸采用手動(dòng)方式移至參考點(diǎn)后，機(jī)床又能進(jìn)行正常加工，加工完成后原有故障又重復(fù)出現(xiàn)．考慮到故障發(fā)生在X軸回參考點(diǎn)的過程中，懷疑該故障與X 軸參考點(diǎn)的參數(shù)發(fā)生變化有關(guān)。根據(jù)維修說明書，將與X軸參考點(diǎn)有關(guān)的參數(shù)調(diào)出檢查，結(jié)果參數(shù)均正常。經(jīng)

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仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，機(jī)床上X軸參考點(diǎn)的限位開關(guān)因油污染失靈，即始終處于接通狀態(tài)。故當(dāng)加工程序完成后，系統(tǒng)便認(rèn)為已回到了參考點(diǎn)，清洗該限位開關(guān)后，故障排除。案例六：

日本FV650加工中心回參考點(diǎn)出現(xiàn)超程報(bào)警。該加工中心配用FANUC-0i控制系統(tǒng)，使用絕對脈沖編碼器作為檢測反饋元件，回參考點(diǎn)采用無參考點(diǎn)減速開關(guān)控制模式。

因CNC及絕對脈沖編碼器的后備電池失效，造成參數(shù)丟失。用計(jì)算機(jī)將備份參數(shù)重新裝入后，再回參考點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)各軸在行程范圍中間位置時(shí)停止，完成回參考點(diǎn)過程。

移動(dòng)各軸，即使其機(jī)械位置在行程中間位置，CRT也顯示各軸位置坐標(biāo)超過軟件限制，出現(xiàn)過行程報(bào)警。

使用絕對脈沖編碼器的系統(tǒng)，采用后備電池維持編碼器的位置數(shù)據(jù)，當(dāng)電池失效后此時(shí)開機(jī)各軸所在的機(jī)械位置即被認(rèn)作參考點(diǎn)位置。使用絕對脈沖編碼器的加工中心，重新建立正確參考點(diǎn)的步驟如下：

1)在OFFSET菜單下，設(shè)置PWE=1。

裝 2)將CNC參數(shù)NO.1815X、Y、Z各軸設(shè)置為00000000。3)將 X、Y、Z各軸手動(dòng)移至機(jī)械原點(diǎn)附近。4)在回參考零模式，各軸手動(dòng)回參考點(diǎn)。

5)仔細(xì)觀察各軸是否在參考點(diǎn)位置上，特別是與ATC、APC等有關(guān)系的軸的參考點(diǎn)位置是否準(zhǔn)確。如位置不準(zhǔn)確，重復(fù)3至4步直至準(zhǔn)確。

6)修改NO.1815為00110000。7)將PWE設(shè)置為0。

8)關(guān)斷CNC電源，幾分鐘后開機(jī)，將各軸移離參考點(diǎn)位置后，手動(dòng)回參考正常。值得一提的是，丟失參數(shù)后重裝參數(shù)前，將各軸移至機(jī)械原點(diǎn)位置。裝參數(shù)后，只要按正常的回參考點(diǎn)操作程序，開機(jī)后手動(dòng)回各軸參考點(diǎn)即可。案例七：

日本FANUC-0i系統(tǒng)加工中心Z軸回參考點(diǎn)出現(xiàn)超行程報(bào)警。

該加工中心Z軸運(yùn)動(dòng)時(shí)有明顯的沖擊聲，回參考點(diǎn)是CRT顯示Z軸超行程報(bào)警。觀察CRT上Z軸機(jī)械位置信息顯示0.511，系軟件超程。經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)，該報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，手動(dòng)回參考點(diǎn)的過程還未完成。

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在手動(dòng)回參考點(diǎn)時(shí)觀察減速開關(guān)輸入PMC信號DGN16.5變化正常，說明減速開關(guān)無問題。

將CNC參數(shù)NO.702設(shè)定為99999999，手動(dòng)回參考正常。NO.702重新設(shè)定回500。但加工零件程序運(yùn)行時(shí)，G代碼回參考點(diǎn)，又出現(xiàn)超程報(bào)警。

檢查伺服電動(dòng)機(jī)至工作臺的機(jī)械傳動(dòng)各環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)Z軸滾珠絲杠預(yù)緊防松螺母松動(dòng)。拆下防松螺母，下面的間隔環(huán)磨損嚴(yán)重，測量磨損量0.511mm。這就是故障的原因。由于間隔環(huán)的磨損，在解除軟件限位后，可以手動(dòng)回參考點(diǎn)。但在軟件限位恢復(fù)設(shè)定后，Z軸所承載的主軸箱的重量使在Z軸使能狀態(tài)下與伺服電動(dòng)機(jī)同軸安裝的編碼器不動(dòng)但主軸箱的機(jī)械位置卻下滑了一段距離，即0.511mm。在其后任何形式的回參考點(diǎn)時(shí)，機(jī)械位置坐標(biāo)顯示的0值已經(jīng)不是實(shí)際的參考點(diǎn)位置。雖然磨損是一個(gè)逐漸的過程，但因該機(jī)所使用的零件加工程序沒有曲面加工，該磨損誤差被刀具補(bǔ)嘗所消除，因而從被加工零件的加工質(zhì)量上反映不出來機(jī)床已發(fā)生了故障。裝 訂 線 共 19 頁

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第4章 小結(jié)

根據(jù)以上的分析，對于增量式測量系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床，開機(jī)后回參考點(diǎn)的故障現(xiàn)象及原因較多，而故障現(xiàn)象與故障原因并無一一對應(yīng)關(guān)系，往往是一種故障現(xiàn)象有幾種原因綜合引起，或一種原因引起幾種故障。因此，診斷故障應(yīng)該從弄清具體數(shù)控系統(tǒng)的回參考點(diǎn)方式及其控制原理入手，結(jié)合機(jī)床結(jié)構(gòu)，憑借實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和維修手冊，根據(jù)故障的表現(xiàn)形式進(jìn)行故障定位，力求將故障定在盡可能小的的范圍內(nèi)，在按照可能性的大小進(jìn)行逐一檢查，排除假象，找出真正故障所在，進(jìn)而排除故障。

在現(xiàn)場維修結(jié)束后，應(yīng)認(rèn)真填寫維修記錄，列出有關(guān)必備的備件的清單，建立用戶檔案，對于故障時(shí)間，現(xiàn)象，分析診斷方法，采用排故方法，如果有遺留問題應(yīng)詳盡記錄，這樣不僅使每次故障都有據(jù)可查，而且也可以積累維修經(jīng)驗(yàn)

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第四篇：數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)對比分析

數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)對比分析

摘要：分析了金屬切削類數(shù)控機(jī)床主機(jī)部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對比分析了數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床在機(jī)械結(jié)構(gòu)和外觀等方面的差異，闡述了數(shù)控機(jī)床相對于普通機(jī)床的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和加工精度、節(jié)能環(huán)保等的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 前言

當(dāng)今世界，綜合實(shí)力較強(qiáng)的發(fā)達(dá)國家都對機(jī)床行業(yè)高度重視，因?yàn)闄C(jī)床是一切工業(yè)冷加工的基礎(chǔ)。無論是汽車工業(yè)，還是航天、軍工等產(chǎn)品的生產(chǎn)都離不開機(jī)床。隨著機(jī)床技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)床的種類不斷增多、加工精度也不斷提高，數(shù)控機(jī)床、加工中心等先進(jìn)設(shè)備不斷地改進(jìn)完善。數(shù)控機(jī)床集現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、光電技術(shù)于一體，具有高效率、高精度、高自動(dòng)化和高柔性等特點(diǎn)，隸屬于關(guān)系國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其先進(jìn)性和擁有量是衡量一個(gè)國家先進(jìn)制造業(yè)整體水平的重要標(biāo)志。因此，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家競相發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，尤其發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床已成為保證國防工業(yè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略物資，同時(shí)對提升一個(gè)國家的航空、航天、船舶、汽車、模具、電站設(shè)備等制造業(yè)的國際競爭力，將有著舉足輕重的重要影響。所以各國都競相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，特別是隨著微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在20世紀(jì)8O年代以后加速發(fā)展，有力地推動(dòng)了社會(huì)的工業(yè)進(jìn)步。

隨著數(shù)控機(jī)床的飛速發(fā)展，已經(jīng)形成了低、中、高三種格局的廣闊市場。目前，我國數(shù)控金切機(jī)床市場上高、中、低檔機(jī)床消費(fèi)比重，在消費(fèi)量上約為5：50：45，在消費(fèi)額上約為15：70：15。可以說，國內(nèi)對高中檔數(shù)控機(jī)床的需求無論在消費(fèi)量還是消費(fèi)金額方面都已超過了低檔機(jī)床。普通機(jī)床由于歷史原因和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展還依然服役于一些小規(guī)模的加工企業(yè)或者老加工企業(yè)，但已逐年被淘汰或者技術(shù)改造，通過增加數(shù)控伺服系統(tǒng)，從而提高效率和加工精度?？傊瑪?shù)控機(jī)床替代普通機(jī)床裝備已是大勢所趨。下文主要針對數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)做一些對比分析。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

數(shù)控在GB中的定義是“用數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法”?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是集高新技術(shù)于一體的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。數(shù)控加工設(shè)備主要分切削加工、壓力加工和特種加工(如數(shù)控電火花加工機(jī)床等)3類。切削加工類數(shù)控機(jī)床的加工過程能按預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)行。消除了人為的操作誤差和實(shí)現(xiàn)了手工操作難以達(dá)到的控制精度，加工精度還可以用軟件來校正和補(bǔ)償。因此，可以獲得比機(jī)床精度還要高的加工精度及重復(fù)定位精度；工件在一次裝夾后，能先后進(jìn)行粗、精加工，配置自動(dòng)換刀裝置后，還能縮短輔助加工時(shí)間、提高生產(chǎn)率；由于機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡受可編程的數(shù)字信號控制，因而可以加工單件和小批量且形式復(fù)雜的零件，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大為縮短。綜上所述，數(shù)控機(jī)床具有精度高、效率高、自動(dòng)化程度高和柔性好的特點(diǎn)。從數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢看，由于微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等新技術(shù)、新工藝在機(jī)床行業(yè)的滲透和應(yīng)用，它與普通機(jī)床相比不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu) 性能方面發(fā)生了“質(zhì)”和“形”的變化，且其外觀造型也形成了自身獨(dú)特的風(fēng)格和特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床雖然也有普通機(jī)床所具有的床身和立柱、導(dǎo)軌、工作臺、刀架等部件。但為了與控制系統(tǒng)的高精度、高速度控制相匹配，對機(jī)床主機(jī)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還提出了高精度、高剛度、低慣量、低摩擦、無問隙、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆Ｓ捎跈C(jī)械結(jié)構(gòu)形式是體現(xiàn)其性能的具體手段，是實(shí)現(xiàn)性能的核心因索(當(dāng)然結(jié)構(gòu)也受材料和工藝的影響)，因此，數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也有了重大變化。

3．1 基礎(chǔ)部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)件主要包括床身、立柱、工作臺等支承件，它們的基本功能是支承承載和保持各執(zhí)行器官的相對位置。數(shù)控機(jī)床集粗精加工于一體，既要能 夠承受粗加工時(shí)大吃刀、大走刀的最大切削力、叉要能夠保證精加工時(shí)的高精度。因此，對基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)設(shè)汁在強(qiáng)度、剛度、抗振性、熱變形和內(nèi)應(yīng)力等都提出了很高的要求?，F(xiàn)行生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床采用的主要措施有：鑄件采用全封閉截面，合理布置內(nèi)部隔板和肋條，含砂造型或填充混凝土等材料，導(dǎo)軌面加寬，車床采用傾斜的床身和導(dǎo)軌還利于排屑，床身、立柱采用鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，可以明顯提高其剛度，根據(jù)熱對稱原則布局還能增加散熱隔熱效果。

3．2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

主傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種刀具和工件所需的切削功率，且在盡可能大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證恒功率輸出，同時(shí)為使數(shù)控機(jī)床能獲得最佳的切削速度，主傳動(dòng)須在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變速?，F(xiàn)行數(shù)控機(jī)床采用高性能的直流或交流無級凋速主軸電機(jī)，較普通機(jī)床的機(jī)械分級變速傳動(dòng)鏈大為簡化。對加工精度有直接影響的主軸組件的精度、剛度、抗振性和熱變形性能要求，可以通過主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理的軸承組合及選用高精度專用軸承加以保證。為提高生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，主軸應(yīng)有刀具或工件的自動(dòng)夾緊、放松、切屑清理及主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。最近日本叉開發(fā)研制了新型的陶瓷主軸，重量輕，熱膨脹率低，用在加工中心上，具有高的剛性和精度。

3．3 進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過滾珠絲杠帶動(dòng)刀具或工件完成各坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為確定進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械裝置時(shí)．以“無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度”為原則，具體措施有：①采用低摩擦、輕拖動(dòng)、高效率的滾珠絲杠和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；②采用大扭矩、寬調(diào)速的伺

服電機(jī)直接與絲杠相聯(lián)接，縮短和簡化進(jìn)給傳動(dòng)鏈；③通過消隙裝置消除齒輪、絲杠、聯(lián)軸器的傳動(dòng)間隙；④ 對滾動(dòng)導(dǎo)軌和絲杠預(yù)加載荷，預(yù)拉伸。

3．4 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和自動(dòng)交換工作臺

數(shù)控鏜、數(shù)控銑和加工中心，采用內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有數(shù)控進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的回轉(zhuǎn)工作臺，實(shí)現(xiàn)圓周任意角度的分度和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。對多工序數(shù)控機(jī)床，配置自動(dòng)交換工作臺，進(jìn)一步縮短輔助加工時(shí)間。

3．5 刀架系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)刀架，更換主軸換刀和帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)及多刀架、多主軸布局對提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平發(fā)揮了重要作用。為使刀具在機(jī)床上迅速定位、夾緊，普遍采用標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)和機(jī)夾刀。

3．6 數(shù)控附件

機(jī)床附件的作用是配合機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。

數(shù)控機(jī)床專用的附件有：①對刀儀，② 自動(dòng)編程機(jī)，③自動(dòng)排屑器，④物料儲運(yùn)及上下料裝置，⑤ 自動(dòng)冷卻、潤滑及各種新型配套件如導(dǎo)軌防護(hù)罩等。數(shù)控機(jī)床的外觀造型特點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床的外觀大都采用線型簡潔的板塊組合式全封閉安全防護(hù)罩，配備有現(xiàn)代特征的集操作、顯示、控制于一體的操作面板，淘汰了普通機(jī)床各種操作手柄、手輪和線型復(fù)雜零散的多面型表面形態(tài)。安全防護(hù)罩可防止高壓、大流量冷卻液及鐵屑飛濺，減少粉塵人侵，隔聲降噪，有利于機(jī)床的精度保持和環(huán)境保護(hù)，真正體現(xiàn)了機(jī)、電、液一體化的特點(diǎn)。依人機(jī)工程學(xué)宜人性原則設(shè)計(jì)的桌面式或懸掛式數(shù)控操作面版，是機(jī)床與操作者聯(lián)系和信息交流的唯一界面，指示燈、按鈕、按鍵的數(shù)量與排列及CRT的設(shè)計(jì)，既適合人的操作特性，又利于人機(jī)間的協(xié)調(diào)與交流，通過視覺良好的鍵面色彩，標(biāo)準(zhǔn)化的象形符號意象抽取，能準(zhǔn)確反映和傳遞兩者間的信息。結(jié)論 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反映產(chǎn)品內(nèi)在功能的深層特性，外觀表達(dá)的是產(chǎn)品表層特性，對用戶而言，深層次的與產(chǎn)品使用密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)性能要通過表層的外觀形態(tài)來傳遞和表達(dá)。全封閉防護(hù)罩雖然掩蓋了機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)，卻至少傳達(dá)了數(shù)控機(jī)床這樣幾個(gè)方面的深層內(nèi)含：①先進(jìn)的數(shù)控?cái)?shù)顯裝置；②對機(jī)床的精度和剛度使用的可靠性、安全防護(hù)性及環(huán)保等有嚴(yán)格要求；③采用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的刀具系統(tǒng)及安裝位置合理的自動(dòng)換刀裝置；④ 采用整套商品化、標(biāo)準(zhǔn)化的新型配套件、自動(dòng)排屑、潤滑和冷卻裝置等。概括為高精度、高效率、高自動(dòng)化和機(jī)電液一體化。

參考文獻(xiàn)

[1] <實(shí)用數(shù)控加工技術(shù))編委會(huì)．實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)[M]．北京 兵器工業(yè)出版杜．1995．

[2] 高敏編著．機(jī)械產(chǎn)品藝術(shù)造型基礎(chǔ)[M]．北京：學(xué)術(shù)書刊出版杜．1989． [3] 畢鏡杰主編．機(jī)床數(shù)控技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版杜．1991 [4] 范之鵬 論數(shù)控機(jī)床的發(fā)展