FANUC數(shù)控機床返回參考點常見故障的診斷與分析

禚玉寶

（山東濱州渤海活塞股份有限公司，山東濱州 256600）

FANUC數(shù)控機床返回參考點常見故障的診斷與分析

禚玉寶

（山東濱州渤海活塞股份有限公司，山東濱州 256600）

在數(shù)控機床的維修中，有關(guān)數(shù)控機床回參考點方面的故障率非常高。對于機床經(jīng)常出現(xiàn)的回參考點故障，搞清楚回參考點的作用與原理是非常重要的。為了便于數(shù)控維修人員能夠迅速準(zhǔn)確地判斷故障點，以配置FANUC 0i系統(tǒng)的數(shù)控機床為例，把有關(guān)機床回參考點的原理、動作過程以及故障現(xiàn)象進行了分析，以使大家能夠從根本上了解和排除數(shù)控機床在返回參考點方面出現(xiàn)的各種故障。

數(shù)控機床；參考點；柵格；編碼器

0 數(shù)控機床返回參考點的意義

數(shù)控機床要實現(xiàn)自動加工，就必須要實現(xiàn)機床停機在固定點以及機床在固定點交換刀具，所以就必須要知道坐標(biāo)位移計算的依據(jù)，也就是說必須要在數(shù)控機床上建立機床坐標(biāo)系來確定機床原點。數(shù)控系統(tǒng)可以通過返回數(shù)控機床參考點來確定機床原點。為了了解這一過程的工作原理，首先要清楚機床參考點、機床原點、電氣參考點三者的關(guān)系。以車床為例，三者之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 機床參考點、機床原點和電氣參考點的關(guān)系

在這三者中，需要重點說明的是電氣參考點。電氣參考點是由機床使用的檢測反饋元件發(fā)出的柵格信號或零標(biāo)志信號確立的參考點。電氣參考點一般與機床參考點是重合的。從嚴(yán)格意義上來說數(shù)控機床返回參考點就是返回電氣參考點。實際返回參考點是通過系統(tǒng)得到減速開關(guān)信號后，再檢測伺服電機編碼器柵格信號，這時檢測到的第一個柵格就是參考點。若希望的機床參考點不在此點，可通過參數(shù)進行偏移。在FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)中，偏移量在參數(shù)1850中設(shè)定。

1 數(shù)控機床返回參考點類型

在維修與返回參考點有關(guān)的故障時，首先要清楚該數(shù)控機床屬于哪一種返回參考點方式。

配備伺服電機的數(shù)控機床一般都是采用柵格方式回參考點。柵格方式根據(jù)檢測反饋元件測量方法的不同可分為絕對式編碼器柵格方式和增量式編碼器柵格方式。采用絕對式編碼器進行位置檢測的機床，機床調(diào)試第一次開機時，通過參數(shù)設(shè)置使機床返回參考點，操作調(diào)整到合適的參考點后，只要絕對式編碼器的后備電池有效，再開機時，不必進行返回參考點操作。采用增量式編碼器進行位置檢測的機床，因為增量式編碼器位置檢測裝置在斷電時會失去對機床坐標(biāo)值的記憶，所以每次機床通電時都要進行返回參考點操作。

2 返回參考點過程

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的不同，返回參考點過程的操作和相關(guān)參數(shù)也略有不同。以FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)為例，根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)資料進行相應(yīng)操作和設(shè)置相關(guān)參數(shù)，來介紹數(shù)控機床返回參考點的過程。

FANUC數(shù)控系統(tǒng)返回參考點的控制方式有以下幾類，一是增量式編碼器返回參考點；二是絕對式編碼器返回參考點；三是附帶絕對地址參照標(biāo)記的直線尺返回參考點；四是撞塊式返回參考點等。

以增量式編碼器返回參考點來說明返回參考點的過程。以增量式編碼器作為檢測反饋元件的機床，其返回參考點方式又分為有擋塊返回參考點方式和無擋塊返回參考點方式。

（1）與返回參考點有關(guān)的參數(shù)

與返回參考點有關(guān)的參數(shù)如表1所示。

表1 與返回參考點有關(guān)的參數(shù)

在表1中，參數(shù)1005#1=0，為有擋塊返回參考點方式，參數(shù)1005#1=1，為無擋塊返回參考點方式。參數(shù)1006#5=0，為正方向返回參考點，參數(shù)1006#5=1，為反方向返回參考點。參數(shù)3003# 5=0，表示減速信號為0有效，即減速開關(guān)為動斷（接常閉點）的。

（2）返回參考點的動作

有擋塊返回參考點方式時，選擇JOG進給方式，將信號ZRN（G43.7）置為1，然后選擇返回參考點方向，機床可移動部件就會以快速移動速度移動。當(dāng)碰上減速開關(guān)，返回參考點硬件減速信號（*DECn）為0時，移動速度減速，然后以一定的低速持續(xù)移動。此后離開減速開關(guān)，返回參考點硬件減速信號再次變?yōu)?，可移動部件停止在第一個電氣柵格位置上，返回參考點結(jié)束信號（ZPn）變?yōu)?，至此，一軸返回參考點動作完成。一旦返回參考點結(jié)束信號（ZPn）變?yōu)?的坐標(biāo)軸，在信號ZRN變?yōu)?之前，JOG進給無效。以上動作時序圖（以+J1軸為例）如圖2所示。

圖2 有擋塊正向返回參考點時序圖

表2 絕對式編碼器部分報警故障

該時序圖的應(yīng)用有幾個條件：參數(shù)1006#5= 0，設(shè)置為正方向返回參考點（當(dāng)然也可以把參數(shù)設(shè)置成反方向返回參考點，各軸返回參考點的方向也可分別設(shè)定）；減速信號有效參數(shù)3003#5= 0，設(shè)置為0有效；減速信號接動斷開關(guān)（即常閉點）。

無擋塊返回參考點方式時，需將參數(shù)1005#1設(shè)為1，也就是不需要減速開關(guān)也能返回參考點。無擋塊返回參考點方式使用方便，進給軸方向選擇正、反都可以，但每次開機返回參考點位置都不一樣，若加工中以參考點的位置為計算依據(jù)，每次返回參考點后都必須重新操作和計算。

3 返回參考點常見故障

在實際工作當(dāng)中，要維修與返回參考點有關(guān)的故障，就必須了解與返回參考點有關(guān)的知識，在維修前要知道機床屬于哪一種返回參考點方式，常見的參數(shù)有哪些。一般維修時不需要修改參數(shù)，但如果是絕對式編碼器返回參考點故障就需要修改參數(shù)，這就需要理解參數(shù)的含義，這對深入理解返回參考點過程和故障診斷以及維修是非常有幫助的，因為返回參考點方式不同，常見的故障也不盡相同。

（1）操作故障

配置增量式或絕對式編碼器的數(shù)控機床在返回參考點過程中，若不符合返回參考點參數(shù)設(shè)置，F(xiàn)ANUC數(shù)控系統(tǒng)就會報警，相應(yīng)報警在FANUC系統(tǒng)的維修手冊中都有報警內(nèi)容和報警原因的詳盡說明，出現(xiàn)操作故障報警可以根據(jù)故障報警號查找報警原因來消除報警，并更正自己操作上或編程上的不當(dāng)之處對機床進行繼續(xù)操作。所不同的是，配置絕對式編碼器的伺服電機在返回參考點過程中，若絕對式編碼器配備電池電壓低或電壓為0時，必須更換電池并重新設(shè)定參考點，這種情況必須根據(jù)相應(yīng)報警進行對應(yīng)處理，相應(yīng)報警如表2所示[2]。

（2）外圍電氣開關(guān)信號故障

在機床返回參考點方式中，增量式編碼器主要涉及到系統(tǒng)外的開關(guān)有操作方式開關(guān)、減速開關(guān)等，絕對式編碼器主要涉及系統(tǒng)外的部件有操作方式開關(guān)、絕對式編碼器電池等，在維修中均可以利用PMC信息診斷頁面分析開關(guān)是否有故障。對于增量式編碼器，還要檢查減速開關(guān)中相關(guān)的擋塊是否松動以及位置是否正確合理等。當(dāng)減速開關(guān)或擋塊松動的時候會產(chǎn)生參考點發(fā)生多個螺距偏差的故障。安裝位置不合理時會引起參考點單螺距偏移故障。這是因為位置不合理時會使減速信號與編碼器的零位脈沖信號距離過近，使編碼器產(chǎn)生了誤判，致使參考點出現(xiàn)單個螺距偏移。這時要調(diào)整減速開關(guān)或減速擋塊的位置，使機床軸開始減速的位置大概處在一個柵距或一個螺距的中間位置。對于絕對式編碼器，需要用萬用表10 V直流電壓檔檢查電池是否電壓正常。

（3）編碼器故障

在機床返回參考點方式中，重要部件就是增量式或絕對式編碼器。在FANUC 0i系統(tǒng)伺服電機尾部的編碼器是串行脈沖編碼器，它不能使用傳統(tǒng)的儀器檢測，應(yīng)盡可能使用系統(tǒng)提供的故障診斷信息和部件互換法進行故障診斷。在編碼器返回參考點過程中，常見故障就是編碼器零位信號丟失或器件故障，要注意避免振動和減少油污等。

（4）其他故障

編碼器是低電壓弱電信號器件，難免會受到周圍干擾，增量式編碼器受到干擾就會出現(xiàn)多次返回參考點重復(fù)位置精度差的故障。絕對式編碼器同樣會受到干擾出現(xiàn)零點信號丟失的情況。所以反饋電纜必須要采取屏蔽以及抗干擾措施，反饋電纜也不能與動力電纜捆扎在一起。產(chǎn)生這一故障除了干擾的原因外與機床軸向的連接及間隙關(guān)系很大，也需要一并排除。

4 結(jié)束語

由上所述，數(shù)控機床回參考點故障不論是出現(xiàn)哪種情況，都需要仔細分析，重點應(yīng)對。有報警發(fā)生的故障，根據(jù)報警內(nèi)容的提示進行診斷和排除。沒有報警的故障，容易造成零件的成批報廢，更需要引起足夠的警惕和重視。必須要熟知回參考點的控制原理以及常用的檢測方法，根據(jù)故障現(xiàn)象的分析，匯總成因，確定合理的診斷與檢測步驟，以便能夠使故障得到迅速排除。

［1］FANUC.FANUC Series 0i-MODEL C/0i Mate-MODEL C.維修說明書［Z］.2007.

［2］FANUC.FANUC Series 0i-MODEL D/0i Mate-MODEL D.維修說明書［Z］.2011.

Fault Diagnosis and Analysis of Returns Reference Point on FANUC CNC Machine

ZHUO Yu-bao
（Shandong Binzhou Bohai Piston Co.，Ltd，Binzhou256600，China）

In the CNC machine tool repair， the fault of NC machine tool reference point return rate is o very high.For the machine often return reference point fault，clear back to the function and principle of the reference point is very important.In order to facilitate the NC repair personnel can quickly and accurately determine the fault point，the CNC machine to configure FANUC 0i system asan example， the machine back to the reference point of principle， course ofaction and failure isanalyzed， so that to understand fundamentally and remove the faults of CNC machine tools in the return reference point.

CNC machine；reference point；grid；encoder

TG659

A

1009－9492(2014)08－0048－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.014

禚玉寶，男，1974年生，山東濱州人，大學(xué)本科，高級工程師。研究領(lǐng)域：數(shù)控機床及全自動生產(chǎn)線的維護與維修。

(編輯：向 飛)

2014－02－25