數控機床回參考點故障診斷實例分析

閆存富，孔令云，臺運良

( 黃河科技學院，河南 鄭州 450063)

0 引言

機床參考點是由機床廠家為機床各個進給軸預先設置的一個位置，一般在機床各坐標軸的正極限位置。作為機床調整的基準點，開機后回參考點的操作是數控機床重要的功能環節之一，數控機床一旦發生回參考點故障，將嚴重影響到零件加工品質和數控機床的運行效率。研究數控機床在回參考點過程中發生的故障現象及其常見故障原因，掌握數控機床回參考點故障的排除方法，對提高數控機床的運行效率具有重要的意義。

通過分析幾起排除數控機床回參考點故障的案例，介紹了數控機床回參考點過程中的常見故障類型，總結出排除數控機床回參考點故障的一般步驟和方法，為同行提供理論參考。

1 數控機床回參考點故障維修實例

1) 某立式加工中心，對其進行回參考點操作時發現，y軸可以進行回參考點動作，但找不到參考點，直至碰到y軸限位開關時才停下來，系統顯示回參考點錯誤報警指示。

故障分析：該加工中心采用FANUC 0i系統，經檢查分析，該機床y軸能進行回參考點操作，初步判斷控制系統和伺服系統基本無問題；再進一步檢查與回參考點操作直接有關的其他元器件的情況，發現各元器件的安裝位置均正常且無松動現象，通過對I/O接口的狀態指示進行觀察，發現參考點脈沖輸入口沒有參考點脈沖信號送入；懷疑脈沖編碼器或信號傳輸線有問題，經仔細測量和檢查，判定測量元件脈沖編碼器不能發出參考點脈沖信號，已損壞，更換脈沖編碼器后，故障消失。

2) 某數控車床，發生z軸方向加工尺寸不穩定，尺寸超差而且呈現無規律性，但系統又無任何報警指示，導致加工工件報廢。

故障分析：經向現場操作人員詢問了解到，該機床回參考點過程正常，根據加工尺寸不穩定且無規律性的故障現象，機械傳動部分和伺服控制部分應該正常，可初步判斷該故障是隨機性故障，而不是系統性故障，故障的原因是由不確定性因素引起的；經檢查控制系統的控制脈沖及伺服系統的穩定性也確實正常。因此懷疑該不確定因素可能是因為機械部分某原件松動或某電子元件工作性能不穩定，根據故障診斷時的先機械后電氣原則，先對回參考點機械控制結構進行檢查，發現參考點開關軸部壓塊上的某緊固螺釘出現松動，導致在加工過程中壓塊位置產生無規律的移動，引起回參考點的無規律漂移，致使z軸位移尺寸超差，加工工件報廢，重新調整緊固壓塊位置后，故障消失。

3) 某大型數控車床有時回參考點不準確

原因分析： 該機床數控系統采用SINUMERIK810系統，z軸回參考點正常，當用x軸回參考點時，啟動刀架向x軸參考點移動，遇到減速開關后，x軸反向移動，找不到參考點。為證實x位置編碼器是否有零脈沖發送至數控系統，暫時修改810T系統MD4000參數值，將x軸設為s軸，再觀測主軸數據顯示畫面，在x軸轉動時其實際值是否從零逐漸變大。經觀測其值總為零，所以可確定是x位置編碼器有故障，換為2500Hz/r的編碼器，將機床參數MD3640從8000Hz/r改為10000Hz/r后，故障解決。

4) 某配套SIEMENS810T數控車床，z軸回參考點過程出現超程報警；

原因分析：經向現場操作人員了解，x軸回參考點動作正常，而z軸回參考點時當壓上零點開關后，有減速運行的動作，但運動在壓上限位開關之前不會停止，導致出現超程報警；由此判斷零點開關正常，機械部分不應該有問題，懷疑檢測元件有問題；用示波器檢查反饋元件旋轉變壓器，發現沒有零點脈沖出現，懷疑編碼器有問題，更換伺服電機的的內置編碼器，機床恢復正常。

5) 某機床在回零時，每次回零的實際位置都不一樣，漂移一個柵點或者是一個螺距的位置，并且是時好時壞，沒有規律性。

故障分析：經進一步了解，確定雖然每次回零的實際位置都不一樣，每次的漂移量只限于一個柵點或螺距的距離；懷疑是機械部分有可能是因為減速開關與減速擋塊的安裝不合理，機床軸開始減速時的位置距離光柵尺或脈沖編碼器的零點太近，由于機床的加減速或慣量不同，機床軸在運行時過沖的距離不同，從而使機床軸所找的零點位置發生了變化。電氣部分則可能是回參考點開關不良或設置的參數發生了變化。根據先機械后電氣的原則，進行檢查如下：a) 先改變減速開關與減速擋塊的相對位置，使機床軸開始減速的位置大概處征一個柵距或一個螺距的中間位置；b) 檢查減速擋塊的長度，如不符合要求，進行更換，c) 設置機床零點的偏移量，并適當減小機床的回零速度或機床的快移速度的加減速時間常數。

2 數控機床回參考點常見故障類型及常見原因分析

綜上所述，結合實際故障維修經驗，數控機床回參考點常見故障類型有以下三種情況：

1) 手動回參考點時，找不到參考點或出現超程報警，主要有以下幾方面原因：

a) 回參考點位置調整不當；b) 零脈沖不良，回零時找不到零脈沖；c) 減速開關損壞或短路；d) 數控系統控制檢測放大的線路板出錯；e) 導軌平行度、導軌與壓板面平行度和導軌與絲杠的平行度超差等機床幾何精度超差；f) 檢測元件出問題，如光柵尺上有油污染等；

2) 回參考點位置不準確，呈隨機性變化，主要有以下幾方面原因：

a) 干擾，可能是位置編碼器反饋信號線被屏蔽引起的；b) 位置編碼器本身出問題或供電電壓過低；c) 機械方面如滾珠絲杠間隙增大或聯軸器松動等問題；d) 伺服調節不良或零脈沖不良等；

3) 回參考點位置不準確，原點漂移或發生單個或多個螺距偏移，主要有以下幾方面原因：a) 機械安裝不到位如減速擋塊固定不當引起找零脈沖的初始點發生漂移；b) 減速擋塊太短，減速擋塊與減速開關安裝不合理導致減速信號與零脈沖信號相距太近；c) 參考點減速信號不良；d) 零脈沖不良等；

3 數控機床回參考點故障診斷的一般步驟

雖然數控機床回參考點故障現象和原因多種多樣，但在進行故障診斷時，只要采取正確的步驟和方法，遵循一定的原則，就能快速排出故障，使機床盡快恢復運行。

在機床回參考點發生故障時，可按照以下步驟進行排出故障：

1) 當數控機床發生故障時，不要急于動手，應首先確認故障現象，充分掌握故障信息。

如查看故障記錄，向現場操作人員了解故障發生時的具體情況，了解故障出現的全過程，掌握故障的信息；在確認通電無危險的情況下，再通電實際觀察，了解主要故障信息；

2) 根據掌握的故障信息結合回參考點原理方面的知識，并參考維修手冊和機床的維修記錄，初步判斷故障的大致原因及部位，確定故障排除的方案；

3) 根據故障排除方案，利用相關的儀器、儀表逐級檢測、定位故障部位，采用合理的故障排除方法，盡快排除故障，使機床盡快回復生產。

4) 整理資料，排除故障后，應做好資料的整理工作，一方面可積累經驗，提高自己的業務水平，另一方面可方便機床的后續維護和維修。

4 結語

數控機床回參考點操作是數控機床開機后的基本操作，其故障原因復雜多變。在數控機床回參考點故障排除過程中只要采用正確的步驟和合理的方法，遵循排除故障的一般原則，就能快速排除故障，提高機床運行效率。

[1] 龔仲華.數控機床故障診斷與維修500例[M] .北京:機械工業出版社，2004.

[2] 劉江.數控機床故障診斷與維修[M] .北京:高等教育出版社，2007.

[3] 宋松，李兵.FANUC 0i 數控系統連接調試與維修診斷[M] .北京:化學工業出版社，2010.

[4] 鄭小年，楊克沖.數控機床故障診斷與維修[M] .武漢:華中科技大學出版社，2007.