數控機床返回參考點故障維修
2018-12-13 來源：陜西省機械研究院 陜西工業職業技術學院 作者： 趙強利 祝戰科
摘 要:介紹了數控加工中心（增量式編碼器反饋裝置）實際生產使用中，返回參考點的幾個故障現象并進行了故障原因分析，給出了診斷過程以及解決問題的辦法。通過對典型故障的詳細描述，便于維修人員理解，并為解決該類故障提供參考。
關鍵詞：數控機床 返回參考點 故障 診斷
返回參考點（回零）故障是數控機床常見的故障之一，直接影響機床使用。一般有以下幾種形式：
（1）手動回零時不減速，并伴隨超程報警；
（2）手動回零有減速動作，但減速后軸運動不停止直至 90# 報警——伺服軸找不到零點；
（3）手動回零方式下根本沒有軸移動。
下面就工作中的幾個故障的現象及分析、排除的過程對回零故障加以說明。
1 、自動回零正常，手動返回參考點出現 90#報警
1.1 故障現象
數控龍門鏜銑床 FANUC16i M 系統，半閉環控制，每天開機手動返回參考點時 X 軸偶爾會出現90#報警，找不到參考點，返回參考點時工作臺有減速動作，但是一旦手動回參考點成功，重復用 G28 方式回零沒有任何問題。
1.2 分析判定
大多數機床制造商設置在手動返回參考點時，尋找并讀取 PCZ 信號（物理柵格信號）建立參考點，而在 G28 方式下使用計數器清零的方式返回參考點，不尋找物理柵格信號。
伺服軸在通常的運動時，位置環和速度環主要PCA/*PCA,PCB/*PCB 以及格雷碼信號，而僅在尋找參考點的時候才采集 PCZ 信號，另外由于 PCZ 是窄脈沖，所以在同樣的污染條件下，有時候PCA/*PCA，PCB/*PCB 可以正常工作，但是 PCZ信號已經達不到門檻電壓，或波形嚴重失真。造成脈沖編碼器或光柵尺其它信號可以正常工作，唯獨“柵格”信號不好的原因，如圖 1 所示。
圖 1 編碼器反饋信號波形圖
1.3 維修過程
從故障描述來看重點應該檢查一轉信號。首先采用最簡便易行的方法，檢查反饋電纜，用萬用表電阻擋測量電纜兩端通斷，結果沒有問題。
接下來更換脈沖編碼器，將 X 軸編碼器與另一個可以回參考點的軸（Y 軸）編碼器互換，結果沒有任何變化，即：X 軸仍然不能夠每次找到零點，而 Y 軸回零正常，說明脈沖編碼器良好。之后更換伺服放大器，仍然沒有效果。說明相關的硬件均已更換，仍然沒有找到故障點。
仔細分析大型機床的結構，發現 X 軸反饋電纜拖鏈距離伺服放大器有 50 余米，初步判斷可能是由于信號衰減造成的一轉信號不好，最后將 5V 及0V 線腳與電纜中多余的備用線并聯加粗，降低線間電阻，提高信號幅值，最終排除了故障。
注意 FANUC α 系列驅動的反饋裝置采用的是高速串行傳送，用傳統的示波器無法觀測波形，所以更多的是采用替代法或者借助系統界面診斷排查故障。
2 、 找不到零點，出現 90#報警故障
2.1 故障現象
辛辛那提 T30 加工中心，采用 FANUC 11M 系統，全閉環，Z 軸手動返回參考點時找不到零點。
2.2 故障分析
當選擇了回參考點方式后，按下某個軸的方向按鈕，如果機床能夠快速向參考點方向移動時，則說明方式選擇信號通過 PMC 接口通知了 CNC。此后如果沒有減速現象出現，并且還伴隨超程報警，則說明減速開關信號*DECn 沒有通知到 CNC，這時請關注下面兩個環節：一是減速開關進油或進水，信號失效，I/O 單元之前就沒有信號；二是減速開關 OK，但 PMC 診斷畫面沒有反應，雖然信號已經輸入到系統接口板，但由于 I/O 接口板或輸入模塊已經損壞。
FANUC 數控系統尋找參考點一般是在減速開關抬起后尋找第一個一轉信號或物理柵格，此時如果一轉信號或物理柵格信號缺失，則就會出現 90#報警——找不到參考點。可能的原因有：
（1）編碼器或光柵尺被污染，如進水進油。
（2）反饋信號線或光柵適配器受外部信號干擾。
（3）反饋電纜信號衰減。
（4）編碼器或光柵尺接口電路故障、器件老化。
（5）伺服放大器接口電路故障。
這些情況都是維修中常遇到的現象，分析這一故障的關鍵點是“一轉信號”或“柵格信號”。數控系統一旦找到這一信號，返回參考點即告完成。
2.3 維修過程
由于該機床是全閉環控制，所以物理柵格位置是在光柵上面，工作重點應該放在光柵上。將光柵用無水酒精擦干凈后可以找到零點，但是，信號時有時無，成功比率占到 70%左右，仍舊不能滿足正常生產要求，初步判斷原參考點柵格有損傷，由于光柵尺的柵格是由一定間距的多個柵格組成的，具體讀取哪一個柵格作為零點，取決于減速檔塊的位置和減速開關信號的觸發。往往某一個柵格損壞了，其他柵格卻完好無損，所以將減速檔塊前移一個（或n 個）柵格位置，手動回零成功。
注意這時候的參考點已經和機床出廠時的完全不同，換刀用的第二參考點和工件零點已經改變了，所以維修人員一定要將這些點重新調整.
3 、回零不穩定故障
3.1 故障現象
某森精機數控車床 FANUC 21T 系統，增量回零方式，Z 返回參考點可以完成，不報警，但偶爾會差一個絲杠螺距。
3.2 故障分析
這種現象是數控機床非常典型的故障之一。其原因是減速檔塊位置距離柵格位置太近或太靠近參考點時，處于一種“臨界狀態”，導致了離散誤差。
由于觸電開關信號通、斷的精確度比較差，所以信號觸發的時間不很準確，當信號來早時，就找到柵格①。當信號來遲時，就找到信號②，如圖 2所示。或者時而找到柵格②，時而找到柵格③，如圖 3 所示。
圖 2 離散誤差 1
圖 3 離散誤差 2
3.3 解決方案
（1）調整檔塊位置。
（2）通過參數 1850#柵格偏移量，調整柵格位置處于合理位置。調整檔塊的具體調整方法：
(1)手動返回參考點。
(2)選擇診斷畫面，讀取診斷號 0302 的值。（0302 的含義——從檔塊脫離的位置到讀取到第一個柵格信號時的距離）
(3)紀錄參數 1821 的值，1821#參數中設定的是參考計數器容量。
(4)微調減速檔塊，使診斷號 0302 中的值等于1821 設定值的一半。（1/2 柵格）
(5)之后，一面多次重復進行手動回參考點，一面確認診斷號 0302 上顯示的值每次為 1/2 柵格左右，而且變化幅度不大。
4、數控車床回零不準確故障
4.1 故障現象
某數控車床，FANUC 0i-TB 數控系統，半閉環，增量編碼器。X 軸每次回零點位置不準確，但是不 發生報警，誤差沒有規律，有時 3mm 左右，有時 7mm 左右。操作者每天開機回零點后通過刀補校正工件零點，在不關機的情況下加工尺寸準確。但是一旦關電，重新回零后，工件坐標尺寸不準確，實際上是零點不準確。
4.2 故障分析
這種故障很少發生，一般是由于柵格位置不穩定所造成。增量編碼器返回零點實際上是在找到物 理柵格后，再移動一個 “偏移量”后形成的柵格停止作為零點，這個經過偏移后的柵格實際上是電氣柵格，那么電氣柵格是由一組溢出脈沖發出的，每相隔一定容量值產生一個溢出脈沖。這個容量值是通過參數 1821“參考計數器容量”決定的。當參考計數器容量設置錯誤，電氣柵格的“溢出”是不規律的，從而造成每次回零不準。
4.3 維修過程
查看參數 1821—參考計數器容量設置值為3600，核算設置是否正確，測量 X 軸絲杠螺距為10 mm，并且確認電機與絲杠的傳動鏈是直連的，對于 10 mm 直連絲杠，參考計數器容量應設置10000，表明原參數設置錯誤。修改參考計數器容量值后，X 軸回零正常。
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