數控機床參考點無規律漂移的快速處理

劉勝勇

（中國重汽集團濟南橋箱有限公司 濟南）

1.存在的問題

使用YV-500E立式數控車床（FANUC 0iTD系統）精車削熱前盤形被動錐齒輪的端面等部位時，機床每次返回第1參考點M的位置處于隨機變化的無規律漂移狀態（圖1），導致同一加工程序中工件外圓車削與內孔車削的編程基準在刀塔回M點換刀前后不一致，造成被車削工件的尺寸大小不一，無法保證加工精度和滿足工藝要求，有時還會發生干涉碰撞，使得機床、刀具或工件損壞。為此，分析機床參考點無規律漂移（參考點位置不準確）的原因，給出針對性的解決方法，改善盤形被動錐齒輪的車削質量。

圖1 YV-500E立式車床第1參考點無規律漂移示意

2.參考點返回操作的機理分析

YV-500E立式數控車床第1參考點返回的CNC參數設定見表1，其中數據位欄中ZRNx的“x”表示位軸型參數，所對應X、Z軸的參數需分別設定，其他同理；“-”表示參數輸入型數據。

（1）先將YV-500E立式數控車床的運行模式開關置于REF模式，使手動回參考點的選擇信號G43.7/ZRN在1狀態，且G43（0，1，2）=（1，0，1）。再在 MCP 上選擇待回參考點的伺服軸方向鍵[+X]，使手動軸方向選擇信號G100.0/+J1在1狀態。

（2）被選定的伺服軸X帶動工作臺向第1參考點M的方向快速進給移動，快速移動速度為CNC參數#1420的設定值與快速進給倍率F100%擋的乘積（前提：X軸參數 #1424=0），即 10 000 mm/min。

表1 YV-500E立式車床參考點M返回相關的CNC參數

（3）當接近第1參考點M時，工作臺上的減速擋塊壓下X軸的減速開關LS1，使X9.0/*DEC1（前提：參數#3006.0/GDC=0）由1變為0，此時X軸的快速移動速度減為0 mm/min。隨后以300 mm/min的FL速度（參數#1425給定）低速向參考點M移動。

（4）隨著工作臺向參考點M方向移動，被壓下的LS1脫開，X9.0/*DEC1由0再次變為1，數控系統開始尋找GRID信號。當數控系統接收到脈沖編碼器的PCZ信號后，內部參考計數器產生取代PCZ的GRID信號，并使機床以FL速度低速移動1個柵格偏移量（參數#1850給定并且#1850的值不超過#1821設定值的一半）后準確停止。該停止點就是機床參考點。柵格偏移量#1850與機床參考點的關系見圖2。

（5）當確定坐標位置在參數#1826設定的到位寬度范圍內時，即機械位置和指令位置的偏離（位置偏差量的絕對值）比參數#1826設定值還要小時，系統認為機械位置已達到指令位置，此時X軸第1參考點的返回結束信號F94.0/ZP1=1，參考點建立信號F120.0/ZRF1=1，并由CNC傳輸至PMC。

3.參考點無規律漂移原因分析及處理

（1）根據操作者反映的加工現狀，先在FANUC 0iTD系統的參數設定畫面（圖3）中查看參數#1850關于X軸柵格偏移量的設定值，以確定第1參考點相對于編碼器1轉信號（PCZ）的位置。由#1850（X）＝0可知，X軸柵格定在PCZ的位置A上，并使第1參考點M與A點重合（圖2a）。

（2）根據上述分析，按下MCP上紅色緊急停止按鈕或使數控系統斷電重啟后，執行手動回參考點的操作，并記錄診斷畫面（按面板[SYSTEM]功能鍵→[DGN]軟鍵即可顯示）中診斷號302（自減速擋塊脫離的位置至第1個柵格之間的距離）的數值。此可排除減速擋塊或減速開關松動，滾珠絲杠副存在軸向竄動誤差或反向間隙的可能。動作過程反復執行6次后，診斷號302的數值（前提：參數#1850＝0）分別為 19 640 μm、19 520 μm、2530 μm、19 680 μm、1600 μm和17 330 μm，表明參考點的位置漂移嚴重。同時，每次手動回參考點結束后，在MDI方式下輸入并執行自動回第1參考點的循環程序（圖4），觀察診斷號302的數值不變化。由此

表2 設定#1850后X軸反復回參考點時診斷號302的數值

圖2 YV-500E立式車床上柵格偏移量與參考點M的關系

圖3 參數設定畫面

（3）鑒于柵格偏移量#1850可用來靈活快捷地微調參考點的精確位置，遵循先簡單、后復雜的維修原則，設定參數#1850=1000，#1850=5000。使得第1參考點M在超過PCZ的位置A1 mm和5 mm（圖2b、圖2c）后出現。然后分別執行第2步的操作，得到診斷號302的數值（表2）。

（4）分析表2可知，#1850=5000時機床第1參考點的位置趨于穩定，且試車削的盤形被動錐齒輪與零件圖樣要求一致（注：加工前所有刀具重新對刀）。在此狀態下使用YV-500E立式數控車床繼續加工工件近1周時間后，機床又出現參考點無規律漂移且影響工件車削質量的問題。由此可排除柵格偏移量造成參考點無規律漂移的可能性。

（5）根據FANUC 0i系統增量編碼器有擋塊柵格法返回參考點原理，反復執行手動回參考點的操作（先Z軸后X軸，避免發生干涉碰撞），同時借助STATUS狀態子畫面（圖5），查看X軸減速開關在回參考點過程中“1→0→1”的變化狀態，如此可避免在不確定故障點的情況下盲目拆卸狹窄空間內的X軸防護板。觀察STATUS狀態子畫面發現，在Z軸手動回參考點即將結束時，X軸減速開關LS1的信號X9.0/*DEC1偶爾有1次“1→0→1”的突變；在JOG方式下手動Z軸由遠端接近參考點時，信號X9.0/*DEC1由1變為0并保持不變。由于Z軸返回或接近參考點時X軸仍處于遠離參考點的位置，故推斷X軸減速開關斷線的可能性極大。

圖4 自動回參考點的循環程序

（6）分析機床減速開關的I/O接口圖（圖6）后，拆卸X軸防護板及LS1的接線，自機床電控柜內I/O板插頭CB105的A10端子引一根臨時電纜至LS1上，重新反復執行手動回參考點操作，診斷畫面中診斷號 302的數值（#1850=5000）始終維持在9760不變化。至此，找到參考點無規律漂移的根本原因，隨后將臨時電纜更換為正式電纜即可。

圖5 FANUC 0 iD系統的STATUS狀態子畫面

圖6 YV-500E立式車床減速開關的I/O接口圖

1 劉勝勇.數控機床FANUC系統模塊化維修[M].北京：機械工業出版社，2013