【编者按】随着数控机床的广泛应用以及其所显示出的高效率高效益,使得它已成为机械制造行业技术进步与技术革新的主力军。但是, 由于数控设备是技术密集型和知识密集型机电一体化产品, 因此故障种类多且维修难度大。其中, 对于数控机床是否回参考点及其故障的诊断, 将会直接影响机床的正常工作及零件的加工质量。因此, 有必要对数控机床有关回参考点的问题进行研究与总结, 从而实现快速有效的排除此故障。
回参考点作为数控机床的主要功能之一, 又名原点或零点, 是机床的机械原点和电气原点相重合的点, 是原点复归后机械上固定的点。参考点作为工件坐标系的原始参照系, 机床参考点确定后, 各工件坐标系随之建立。所谓机械原点, 是基本机械坐标的基准点, 机械零部件一旦装夹完毕, 机械原点随即确立。所谓电气原点, 是由机床所使用的检测反馈元件所发出的栅点形式零标志信号确立的参考点。为了使电气原点和机械原点重合, 必须将电气原点到机械原点的距离用一个设置原点偏移量的参数进行设置, 这个重合点就是机床原点, 它是由机械进行粗定位和电气进行精定位来完成的。在使用数控加工中心的过程中,机床手动或者说自动回参考点的操作是经常进行的动作。不管机床检测反馈元件是配用增量式脉冲编码器还是绝对式脉冲编码器, 在某些情况下, 如进行ATC 或APC过程中, 机床某一轴或部分轴都要先回参考原点。(参阅数控机床加工的几个关键技术解读 )
回参考点的方式因数控系统类型和机床厂家而异。按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一般有两种。一种为栅格法, 另一种为磁开关法。采用栅格法返回参考点时, 可通过移动栅格来调整参考点位置。位置检测装置随伺服电机旋转产生栅格信号, 当减速撞块压下减速开关, 伺服电机减速并以一恒速继续运行, 当减速开关释放,数控系统检测到的第一个栅点或零标志位信号即为原点, 伺服电机停转。该方法的特点是机床如果接近原点的速度小于某一固定值, 则数控机床总是停止于同一点,即机床原点的保持性好。当采用磁性开关方式时, 可通过移动接近开关来调整其参考点位置。当磁感应原点开关或接近开关检测到原点信号后, 伺服电机立即停止, 该停止点被作原点。该方法的特点是软件及硬件简单, 但原点位置随着伺服电机速度的变化而成比例地漂移即原点不确定。现在几乎大多数的机床都采用栅格法。
当前大多数经济型数控机床普遍采用的是半闭环系统, 也就是采用光电编码器检测转的角度来决定进给轴的距离, 而这种光电编码器, 多半是采用增量式光电编码器。这种编码器只能测出增量值, 也就是每次启动要回到基准点, 然后从这里算起, 来记录增量值,而绝对编码器就不用每次启动必须回基准点,它在什么位置, 就可以通过它的脉冲编码器读出来。
采用增量式检测装置的数控机床开机后手动回零点的动作过程一般有以下四种方式:
方式一, 回参考点前, 先用手动方式快速移到参考点附近, 然后启动回参考点操作, 轴便以一定速度慢速向参考点移动。碰到参考点开关后, 系统开始寻找位置检测装置上的零标志。当到达零标志时, 发出与零标志脉冲相对应的栅格信号, 轴即在此信号作用下速度制动到零,然后再前移参考点偏移量而停止,所停位置即为参考点。
方式二, 回参考点时, 轴快速向参考点移动, 碰到参考点开关后, 在减速信号的控制下, 减速恒速并继续移动, 脱开挡块后, 再找零标志。当轴到达测量系统零标志发出栅格信号时, 轴即制动到速度为零, 然后再向前移动参考点偏移量而停止于参考点。
方式三, 回参考点时, 轴快速向参考点移动, 碰到参考点开关后速度制动到零, 然后反向慢速移动, 到达测量系统零标志产生栅格信号时, 轴即制动到速度为零, 再向前移参考点偏移量而停止于参考点。
方式四, 回参考点时, 轴先向参考点快速移动, 碰到参考点开关后制动到速度为零, 再反向微动直至脱离参考点开关, 然后又沿原方向微动撞上参考点开关, 并且以慢速前移, 到达测量系统零标志产生栅格信号时, 轴即制动到速度为零, 再前移参考点偏移量而停止于参考点。
回参考点操作产生故障时, 出现找不到参考点或找不准参考点即不执行回参考点操作的问题。当数控机床回参考点出现故障时, 先要弄清机床回参考点的方式, 再对照故障现象来分析, 可由简单到复杂, 由外到内的检查。先检查原点减速撞块是否松动, 减速开关固定是否牢固, 开关触点是否损坏, 是否有互锁点不到位可用系统∗1) 接口珊状态指示直接观察开关信号的有无2 其次检测机械相对位置的漂移量, 检查有关回零的参数设置是否合适, 最后检测编码器零标志脉冲信号及编码器连接线。
下面根据几例有关回参考点的故障实例来具体分析回参考点的诊断方法:
实例一, 台湾V85A立式加工中心5 轴回参考点操作后, 所停位置比参考点位置超前约一个丝杠螺距, 且换刀时出现撞刀无报警。根据现象分析, 回参考点的动作过程是正常的, 但换刀时主轴撞刀干涉说明主轴换刀点不对, 机床换刀点由机床的第二参考点设定,而第二参考点是由机床第一参考点原点确定的。判断参考原点的位置有误, 检测发现Z轴回零挡块松动下移, 调整并固定挡块后故障排除。原因分析, 由于挡块下移距参考点太近, 使得轴碰上该挡块时, 刚错过脉冲编码器上的零标志, 只能等待脉冲编码器再转过近一周后, 测量系统才能找到零标志, 故参考点位置相差约一个丝杠螺距, 换刀点随之改变造成撞刀。
实例二, 台湾V-16 数控车床5 轴不执行回参考点。检查开关、按钮及挡块都完好,参数设置都正确。调出CNC系统PLC梯形逻辑图分析发现回零操作只有在X20.1常开点闭合时才执行, 查电路图X20.1为尾座带动销回退位检测开关。检查发现检测开关松动触动点不动作, 调整恢复后故障消除。原因分析, 该车床尾座本体移动依靠刀塔下方的凹槽与尾座上带动销伸出配合后以5 轴伺服电机带动, 当带动销回退位检测开关失灵后机床一直检测带动销伸出带尾座本身, 出于对机床的保护在这种状态下互锁不执行Z轴回零操作。
实例三, 一台CK7832数控车床Z轴加工尺寸不稳定。使用百分表在Z轴上检查, 发现Z轴反向时误差偏移2mm左右, 始终朝一方向移动时正常。经检查发现Z 轴外置编码器与丝杠联接器弹片松动, 调整、紧固后故障排除(像这种故障现象也有可能是伺服电机与丝杠联轴器松动或丝杠支撑端锁母松动引起)
实例四, 一台日本wt-250车削中心, 配FANUC18I系统, 使用绝对编码器。长时间停机后开机X轴参考点丢失, 需重新设定参考点, 查手册X轴的参考点位置在刀塔装刀主端面距主轴中心线427.3mm的位置。将刀塔移动427.3mm位置, 重新设置参考点记忆参数NO.1815.4调整参考点偏移参数NO.1850恢复正常, 当使用绝对码器的数控机床的记忆电池失效或需要重新调整设置参考点时, 有的机床厂家(如日本西铁城)设置专门的恢复参考点操作界面, 按步骤操作就能恢复。有的机床无此功能需要重新设定调整参考点。当遇到此情况时首先要弄清两基准面, 再测量调整设定有关系统参数。有的机床刀塔刀位也用绝对编码器定位, 也可通过设置相关系统参数调整刀塔刀位偏差。
综上所述, 只要弄清回参考点的原理、方式及检测方式再结合具体故障现象, 仔细分析, 沿用上述思路, 将能较快地诊断及排除回参考点故障, 保障设备的正常工作。
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