数控系统回参考点的故障诊断与维修

1河南职业技术学院毕业设计（论文）题目数控系统回参考点的故障诊断与维修系（分院）机械电子工程系学生姓名学号专业名称数控设备应用与维护指导教师2009年11月15日2机械电子工程系（分院）毕业设计（论文）任务书姓名专业数控设备应用与维护班级毕业设计（论文）题目数控系统回参考点的故障诊断与维修毕业设计（论文）选题的目的与意义随着数控技术的迅速发展，数控系统的性能和品质有了极大的提高，数控机床的性能也有了保证。但是，数控机床是高度复杂的机电一体化设备，机床回参考点是数控机床加工前所进行的必要操作，因此在使用过程中需要及时、正确地对其故障判断和排除。毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）①杨辉：《数控机床故障诊断与维修技能实训》，北京理工大学出版社2008年版。②张魁林：《数控机床故障诊断》，机械工业出版社2002年版。毕业设计（论文）工作进度计划1.收集相关资料,确定题目.2.对题目的可行性进行分析,最终定题.3.写论文,并完善其内容,进行分析与改进.4.修改论文,定稿接受任务日期年月日要求完成日期年月日学生签名：年月日指导教师签名：年月日系（分院）主任（院长）签名：年月日3毕业设计（论文）指导教师评阅意见表姓名学号性别男专业数控设备应用与维护班级毕业设计（论文）题目数控系统回参考点的故障诊断与维修评阅意见成绩指导教师签字年月日4毕业设计（论文）答辩意见表姓名学号性别男专业数控设备应用与维护班级毕业设计（论文）题目数控系统回参考点的故障诊断与维修答辩时间地点答辩小组成员姓名职称学历从事专业组长成员秘书5答辩小组意见答辩成绩：答辩小组组长签名：年月日6数控系统回参考点的故障诊断与维修摘要：数控机床的参考点又称机床原点或机床零点，是机床机械原点和电器原点相重合的点。数控机床回参考点的准确性，不但影响机床的称定性，更影响加工精度及加工尺寸的德定性；是工件坐标系的原始参照系，参考点确定后，工件坐标系随之建立，因此，数控机床回参考点是数控技术的重要内容。关键词：参考点回零数控机床精度诊断维修随着数控技术的迅速发展，数控系统的性能和品质有了极大的提高，数控机床的性能也有了保证。但是，数控机床是高度复杂的机电一体化设备，机床回参考点是数控机床加工前所进行的必要操作，因此在使用过程中需要及时、正确地对其故障判断和排除。一、回参考点的原理按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种，即栅点法和磁开关法。在栅点法中，检测器随着电动机一转信号同时产生一个栅点或一个零位脉冲；在机械本体上安装一个减速挡块及一个减速开关，当减速挡块压下减速开关时，伺服电动机减速到接近原点速度运行。当减速挡块离开减速开关时，即释放开关后，数控系统检测到的第一个栅点或零位信号即为原点。在磁开关法中，在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关或者接近开关，当磁感应开关或接近开关检测到原点信号后，伺服电动机立即停止运行，该停止点被认作原点。栅点法的特点是如果接近原点速度小于某一特定值，则伺服电动机总是停止于同一点，也就是说，在进行回原点操作后，机床原点的保持性好。磁开关法的特点是软件及硬件简单，但原点位置随着伺服电动机速度的变化而成比例的漂移，即原点不确定，目前，大多数机床采用栅点法。栅点法中，按照检测元件的不同分为以绝对脉冲编程器方式归零和以增量脉冲编程器方式归零。在使用绝对脉冲编码器作为测量测量反馈元器件的系统中，机床调试时第一次开机后，通过参数设置配合机床回零操作调整到合适的参考点后，只要绝对编码器的后备电池有效，此后每次开机，不必进行回参考点操作。在使用增量脉冲编码器的系统中，回参考点用两种方式，一种开机后在参考点回零模式下直接回零；另一种是在储存器模式下，第一次开机手动回参考点，以后均可用G代码方式回零。7二、返回参考点的方式（一）手动回原点时，回原点轴先以参数设置的快速移动速度向原点方向移动；当减速挡块压下原点减速开关时，回原点轴减速到系统参数设置的较慢参考点定位速度，继续向前移动；当减速开关被释放后，数控系统开始检测编码器的栅点或零脉冲；当系统检测到第一个栅点或零脉冲后，电动机马上停止转动，当前位置即为机床零点。（二）回原点轴先以参数设置的快速移动的速度向原点方向移动，当减速挡块压下减速开关时，回零轴减速到系统参数设置较慢的参考点定位减速，轴向相反方向移动；当减速开关被释放后，数控系统开始检测编码器的栅点或零脉冲；当系统检测到第一个栅点或零脉冲后，电动机马上开始停止转动，当前位置即为机床零点。（三）回原点轴先以参数设置的快速移动的速度向原点方向移动，当减速挡块压下减速开关时，回零轴减速到系统参数设置较慢的参考点定位减速，轴向相反方向移动；当减速开关被释放后，回零轴再次反向；当减速开关被压下后，数控系统开始检测编码器的栅点或零脉冲；当系统检测到第一个栅点或零脉冲后，电动机马上开始停止转动，当前位置即为机床零点。（四）回原点接到回零信号后，就在当前位置以一个较慢的速度向固定的方向移动，同时数控系统开始检测编码器的栅点或零脉冲；当系统检测到第一个栅点或零脉冲后，电动机马上开始停止转动，当前位置即为机床零点。使用增量式检测反馈元件的机床，开机第一次各伺服轴手动回原点大多采用挡块式复归，其后各次的原点复归可以用G代码指令，以快速进给速度复归至开机第一次回原点的位置。使用绝对式检测反馈元件的机床第一次回原点时，首先，数控系统与绝对式检测反馈元件进行数据通信以建立当前的位置，并计算当前的位置到机床原点的距离及当前位置到距离最近栅点的距离，系统将所得的数值计算后，赋给计数器，栅点即被确定。三、数控机床回参考点常见故障诊断与分析当数控机床回参考点出现故障时，首先应由简单到复杂，进行全面检查。先检查原点减速挡块是否松动、减速开关固定是否牢固、开关是否损坏，若无问题，应进一步用千分表或激光测干涉仪检查机械相对位置是否漂移、检查减速开关位置与原点之间的位置关系，然后检查伺服电机每转的运动量、指令倍率比（CMR）及检测倍乘比8（DMR），再检查回原点快速进给速度的参数设置及接近原点的减速速度的参数设置。数控机床回参考点不稳定，不但会直接影响零件加工精度，对于加工中心机床，还会影响到自动换刀。根据资料显示，数控机床回参考点出现的故障大多出现在机床侧，以硬件故障居多，但随着机床元件的老化，软故障也时而发生。下面为机床回参考点故障诊断流程图。下面简单介绍几种常见回参考点故障及排除方法（一）回原点后，原点漂移或参考点发生整螺距1、参考点发生单个螺距偏移故障原因有①减速开关与减速挡块安装不合理，使减速信号与零脉冲信号相隔距离过近②机械安装不到位。排除故障方法①调整减速开关或者挡块的位置，使机床轴开始减速的位置大概处在一个栅距或一个螺距的中间位置②调整机械部分。2、参考点发生多个螺距偏移故障原因有①参考点减速信号不良②减速挡块固定不良引起寻找零脉冲的初始点发生漂移③零脉冲不良引起。排除故障方法①检查减速信号，接触是否良好②重新固定减速挡块③对码盘进行清洗。数控机床返回参考点故障停机检查与诊断断有无报警有报警，机床回参考点失败无报警，机床停止时出现偏移有无超程偏移性质未执行返回参考点动作回参考点有减速未超程而停机回参考点有减速而超程回参考点无减速而超程偏移栅格位置偏移随机位移YNNY9（二）系统开机回不了参考点，回参考点不到位故障原因①系统参数设置错误②零脉冲不良，回零时找不到零脉冲，减速开关损坏或者短路③数控系统控制检测放大的线路板出错④导轨平行度、导轨与压板面平行度、导轨与丝杠的平行度超差，当采用全闭环控制时光栅尺沾了油污。排除故障方法：重新设置系统参数，清洗或者更换编码器，维修或更换减速开关，更换线路板，重新调整平行度清洗光栅尺。（三）找不到零点或回参考点时超程故障原因①回参考点位置调整不当引起的故障，减速挡块距离限位开关行程过短②零脉冲不良引起的故障，回零时找不到零脉冲，减速开关损坏或短路③数控系统控制检测放大的线路板出错④导轨平行度、导轨与压板面平行度、导轨与丝杠的平行度超差，当采用全闭环控制时光栅尺沾了油污。排除故障方法：调整减速挡块的位置，清洗或者更换编码器，维修或更换减速开关，更换线路板，重新调整平行度清洗光栅尺。（四）回参考点的位置随机性变化故障原因①干扰②编码器的供电电压过低③电动机与丝杠的联轴节松动④扭矩过低或伺服调节不良，跟踪误差过大⑤零脉冲不良，滚珠丝杠间隙增大。排除方法：消除干扰，改善供电电源，紧固联轴节，调节伺服参数改变其运动特性，对编码器进行清洗或者更换，修滚珠丝杠螺母调节垫片重调间隙。（五）返回参考点过程中出现“NOTREADY”（为准备好）状态上无报警这多数为返回参考点用的减速开关失灵，触头压下后不能复位造成的。因此排除也比较简单，只需检查减速开关复位弹簧是否损坏或直接更换减速开关即可。四、实例分析（一）机床不能正常返回参考点且有报警主要是回参考点减速开关产生的信号或零标志位脉冲失效（包括信号未产生或在未传输处理中丢失）。如果用脉冲编码器作位置检测装置，则表现为脉冲编码器的每转的基准信号（零标志位信号）没有输入到主印刷电路板，其原因常常是因为脉冲编码器断线或脉冲编码器的连接电缆，抽头断线。另外，返回参考点时，机床开始移动点距参考点太近也会产生此类报警故障。排除方法可采用先外后内和信号跟踪法。所谓的外，是指安装在机床上的挡10块和参考点开关，可以用CNC系统PLC接口的I/O状态指示直接观察信号的有无；所谓的内，是指脉冲编码器中的零标志位或光栅尺上的零标志位，可采用示波器检测零标志位脉冲信号。（二）X轴不执行自动返回参考点配备FANUC数控系统的铣床，此故障发生后，检查监视器上无报警提示，其他各部分也无报警提示，但采用手动方式时X轴能够移动。将X轴用手动方式移至参考点后，机床又能进行正常加工，加工完成后原有故障又重复出现。根据上述情况判断：CNC系统、伺服系统无故障。考虑到故障发生在X轴回参考点的过程中，怀疑该故障与X轴参考点的参数发生变化有关，然而，在TE方式下，将地址为F的与X轴参考点有关的参数调出来检查，却发现这些参数正常。从数控机床的工作原理可知，轴参考点除了与参数有关外，还与轴的原点位置、参考点位置有关。因此，仔细检查后发现，机床上X轴参考点的限位开关因油污然失灵，即始终处于接通状态。故当加工程序完成后，系统便认为已回到参考点，因而，X轴便没有返回参考点的动作。找到了故障原因后，马上采取措施，将开关清洗、回复后，故障排除。五、从回参考点故障的诊断与维修得出故障时应重点检查的项目（一）检查减速挡块和减速开关的状态，如减速开关有无松动现象，减速开关是否牢固、有无损坏，应进一步用百分表或激光测量仪检查机械相对位置的漂移量；减速挡块的长度是否合适；移动部件回原点的起始位置、减速开关位置与原点位置的相对关系是否适当。（二）检查回原点的模式是否是开机的第一次回原点，是否采用绝对式的位置的检测装置。（三）检查伺服电机每转的运动量指令倍乘比及倍乘比的设置；检查回原点快速进给速度的参数设置、接近原点速度的参数设置、快速进给时间常数的参数设置以及参考计数器的设置是否合适等。结束语数控机床回参考点是数控技术的重要内容，是数控机床加11工前所进行的必要操作。及时正确的对回参考点进行故障判断和排除，才能保证加工的精度，减少工件的废品率，因此数控系统回参考点的故障诊断和排除是至关重要的内容，作为一名数控机床维修人员来说，是必须掌握的内容。参考文献：③杨辉：《数控机床故障诊断与维修技能实训》，北京理工大学出版社2008年版。④张魁林：《数控机床故障诊断》，机械工业出版社2002年版。