加工中心回参考点故障几例分析

优胜编程龚老师

加工中心回参考点故障几例分析：



加工中心回参考点，根据测量反馈元件的不同，分为绝对脉冲编码器和增量脉冲编码器两种方式。绝对脉冲编码器作为反馈元件的系统，在机床安装调试后的正常使用过程中，只要后备电池有效，每次开机都不必再手动回参考点。而增量脉冲编码器的系统中，每次开机后有手动回参考点或程序中使用G代码指令回参考点两种方式。通常在自动交换刀具（ATC）或工作台（APC）时，某一轴或几轴要求回到参考点位置，故回参考点的动作频率较高，对使用增量脉冲编码器的机床来说，较易发生回参考点故障。
    使用增量脉冲编码器的机床，常用的开机手动回参考点的步骤一般是相似的。这里以配用FANUC OM数控系统的机床X轴回参考点为例说明。在参考点回零模式，按下需要回参考点的轴如X轴，工作台以参数No.518设定的速度快速移动；减速挡铁压下回参考点减速开关时，PMC接收到一个高电平到低电平的跳变信号，工作台以参数No.534设定的速度慢慢向参考点移动；减速挡铁释放减速开关时，PMC接收到一个由低电平到高电平的跳变信号，此后，当编码器发出一个零位脉冲10后，工作台再移动参数No.508设定的一段距离，工作台停止，参考点确立。
只有开机手动回参考点后，由参数No.700和No.704设定的X轴行程极限才有效。当因某种原因X轴超出参数No.700和No.704设定的范围时，CRT显示X轴过行程报警。

    一、台湾产VMC85A加工中心开机手动回参考点时X轴出现过行程报警故障

    询问操作者开机回参考点的情形。开机前，工作台X轴位于参考点位置，使用JOG模式将工作台移离参考点一段距离后，再手动回参考点，工作台以较高速度一直运行至出现急停报警，其间没有减速挡铁碰到减速开关后的减速过程。在JOG模式，按下超程释放开关，按一X键使得X轴向超程相反的方向移动，移离参考点300mm后，按RESET键，报警消除。在参考点回零模式重新进行X轴回参考点，又出现急停报警。
    报警时观察，工作台X轴停止在参考点附近，检查X轴机械坐标显示为288.322mm，即返回参考点的过程未完成。将工作台移至中间位置，按RESET键，X轴向正方向移动少许即出现超程报警，检查CRT显示器X轴机械坐标为0.502mm，超过了参数No.700设定的0.500mm的范围，因此出现了过行程报警。该报警为软限位报警。
    根据上述分析，故障原因可能是回参考点减速开关异常。通过CRT诊断画面检查减速开关的PMC输入点，显示为0，正常时应为1。
    拆下X轴护板，检查X轴减速开关，发现开关被压下后不能弹出。显然，此故障是由操作者的不良关机习惯造成。

    二、台湾产ME810S加工中心开机手动回参考点，X轴向回参考点的相反方向移动故障

    该机配用SIEMENS 840D数控系统，各轴采用半闭环控制方式，使用增量脉冲编码器作为检测反馈元件。
    机床开机X轴手动回参考点的动作过程为，X轴先以快速进给速度向参考点方向移动，当原点减速开关被减速挡铁压下时，PLC输入点I32.2信号由1变为0，此CNC接收到该跳变信号后输出指令，一使X轴制动后并慢速向相反方向移动；当减速挡铁释放减速开关时，I32.2信号由0跳变为1，X轴制动到0后改变方向，以慢速向参考点方向移动；当减速档铁再次压下参考点减速开关时，132.2信号由1变为0。此后，CNC接收到增量脉冲编码器发出的零位标志脉冲10时，X轴再继续运行参数设定的距离后停止，参考点确立，回参考点过程结束。
    这种方式可以避免已在参考点位置而进行回参考点操作对加工中心造成的危害。当加工中心X轴已在参考点位置而进行回参考点操作时，I32.2初始信号是0，CNC检测到这种状态后，发出向回参考点方向相反方向的运动指令，在减速开关被释放，即I32.2为1后，X轴改变运动方向向回参考点方向移动，进行上述回参考点过程。
    根据故障现象，怀疑回参考点减速开关被压下后，虽然X轴已经移离参考点，但开关不能复位。用PLC诊断检查确认判断正确。
    询问操作者，机床开机时各轴都在行程中间位置，排除了因在参考点位置停机，减速挡铁持续压着减速开关导致开关弹簧疲劳失效的故障原因。也说明该减速开关在关机前就已失效。
数控机床编程员在编制零件加工程序时，应在程序结束（如M30）前，加入回各轴中间点的G代码指令，以减少该类故障的发生。



    四、台湾VMC85A加工中心Z轴回参考点出现超行程报警故障

    该加工中心Z轴运动时有明显的冲击声，回参考点时CRT显示Z轴超行程报警。
    观察CRT上Z轴机械位置信息显示0.511，系软件超程。经试验确认，该报警出现时，手动回参考点的过程还未完成。
    在手动回参考点时观察减速开关输入PMC信号DGN 16.5变化正常，说明减速开关无问题。
    将CNC参数No.702设定为99999999，手动回参考点正常。No.702重新设定回500。但加工零件程序运行时，G代码回参考点时又出现超程报警。
    检查伺服电机至工作台的机械传动各环节，发现Z轴滚珠丝杠预紧防松螺母松动。拆下防松螺母，下面的间隔环磨损严重，测得磨损量为0.511mm。这就是故障原因。

    五、台湾VMC85A加工中心开机X轴回参考点时速度明显变慢，接近参考点时出现AL411 X轴位置偏差过大报替故障

    检查X轴减速开关信号DGN16.5为0，正常应为1。怀疑参考点减速开关不良。更换开关后回参考点速度仍较慢，CRT显示F12 000r/min，接近参考点时出现AL411，故障依旧。
    手动试验减速开关，观察DGN 16.5变化情况，按压／释放减速开关时PMC输入信号无变化。检查发现，该减速开关连接电缆内部断路。使用备用线更换故障线后试机，回参考点速度正常，减速挡铁压下减速开关后接近参考点时的速度也正常，但仍出现AL411报警。
    出现AL411报警的可能原因如下。
    1．轴位置偏差设定错误。检查参数No.504正确。
    2．CNC控制伺服放大器加减速时，伺服电机电流小，电机旋转滞后。位置控制电路的误差量增加。检查快速进给时间常数参数无变化。
    3．电源输入三相电压低于额定电压15％。检查输入电源电压正常。
    4．伺服电机动力电路或检测回路电缆连接不良。检查无问题。
    5．主电路板位置控制环节或伺服放大器的电路板故障。
    经多次试验，发现该报警的出现有一定规律：只有在参考点附近才出现AL411报警，其他位置完全正常。怀疑机械故障引起该报警。
    拆除X轴工作台参考点侧的导轨护板，发现滚珠丝杠弹簧护罩变形，X轴回参考点时受到卡阻，引起伺服电机阻力剧增，出现AL411 X轴位置偏差过大报警。
    处理好护罩后，试机一切正常。
    加工中心发生故障时，在分析故障原因和排除故障后，要不断总结故障修理情况，设法改进制造质量缺陷，对不影响性能的零部件要国产化，以缩短维修停机时间，降低维修费用。