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1、1,常州轻工职业技术学院,FANUC-0i系统数控机床回参考点 的故障诊断与分析,毕业设计论文,03数维631 汪苗苗,2,摘 要,在FANUC0i数控系统中，对于维修经常出现的回参考点故障来说，弄清楚回参考点的作用及机械与电气原理是非常重要的。根据我们的维修实践来看。有关数控机床回参考点方面的故障率还相当高，为了便于数控维修人员能够迅速准确地判断故障点，在这里把有关机床回参考点过程中各种形式的故障进行分析、如机床不能归参考点、归参考点失败、归参考点不准确等，找出了这些故障的产生原因并给出了其排除方法及总结。 【关键词】 参考点，故障诊断，分析，排除,3,1.1 数控机床的发展 数控系统的发展
2、方向： 1）高速化和高精度化 使伺服电动机的位置环、速度环的控制实现数字化，以达到对电动机的高速、高精度控制 采用现代控制理论，减少滞后量提高跟随精度。 采用高分辨率的位置编码器。现代高分辨率位置编码器绝对位置的测量可达163840脉冲/转。,第1章 绪论,4, 实现多种补偿功能，提高数控机床的加 工精度和动态特性。 2) 智能化、开放式、网络化 1.2数控机床故障诊断技术的发展方向 1)通信诊断 2)自修复系统 3)人工智能（AI）专家故障诊断系统（如图1-1） 4)人工神经元网络诊断,第1章 绪论,5,第1章 绪论,图1-1 故障诊断专家系统,6,2.1 什么是参考点 所谓加工中心参考点又
3、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。所谓机械原点，是基本机械坐标系的基准点，机械零部件一旦装配完毕，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信号或零标志信号确立的参考点。为了使电气原点与机械原点重合，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。这个重合的点就是机床原点。,第2章 数控机床的参考点,7,第2章 数控机床的参考点,2.2 回参考点的目的 数控机床在接通电源后要做回参考点的操作，这是因为在机床断电后，就失去了对各坐标位置的记忆，即数控系统并不知道以哪一点作为基准对机床工作台的位置进行跟踪
4、、显示等。所以在接通电源后，必须让各坐标轴轴回到机床一固定点上，这一固定点就是机床坐标系的原点或零点，也称机床参考点往往是由机床厂家在设计机床时就确定了，但这仅仅是机械意义上的。使机床回到这一固定的操作称回参考点或回零操作。在数控机床上，各坐标轴的正方向是定义好的，因此只要机床原点一旦确定，机床坐标系也就确定了。,8,2.3回参考点的原理 按机床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有两种。 1、栅格法 数控机床按照控制理论可分为闭环、半闭环和开环系统。闭环数控系统装有检测最终直线位移的反馈装置；半闭环数控系统的位置测量装置安装在伺服电动机转动轴上或丝杆的端部，即反馈信号取自角位
5、移；开环数控系统不带位置检测反馈装置、闭环、半闭环数控系统通常利用位移检测反馈装置(脉冲编码器或光栅尺)进行回参考点定位，即栅格法回参考点。,第2章 数控机床的参考点,9,第2章 数控机床的参考点,图2-3中采用FUNUC-0i系统数控铣床为例，下面简要给出增量栅格法返回参考点的原理和过程：（采用方式三回参考点） 在图2-3中，快速进给速度参数、慢速进给速度参数、加减速时间常数、栅格偏移量等参数分别由数控系统的相应参数设定。机床返回参考点的操作步骤为： (1)将方式开关拔到“回参考点”档，选择返回参考点的轴，按下该轴点动按钮，该轴以快速移动速度（v1）移向参考点。 (2)当与工作台一起运动的减
6、速撞块压下减速开关触点时，减速信号由通(0N)转为断(OFF)状态 ，工作台进给会减速按参数设定的慢速进给速度（v2）,10,第2章 数控机床的参考点,继续移动。减速可削弱运动部件的移动惯量，使零点停留位置准确。 (3)栅格法是采用脉冲编码器上每转出现一次的栅格信号(又称一转信号PCZ)来确定参考点，当减速撞块释放减速开关，触点状态由断转为通后，数控系统将等待编码器上的第一个栅格信号的出现。该信号一出现，工作台运动就立即停止， 同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床回该轴参考点成功。有的数控机床在减速信号由通(ON)转为断(OFF)后，减速向前继续运动，当又脱开开关后，轴的运
7、动方向与机床会向相反的进给方向运动， 直到数控系统接受到第一个零点脉冲，轴停止运动。同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床回该轴参考点成功。,11,第2章 数控机床的参考点,图2-3 增量栅格法返回参考点原理,12,2、磁开关法 磁开关法是在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关或者接近开关，当磁感应原点开关或接近开关检测到原点信号后，进给电机立即停止，该停止点被认作为原点。磁开关法常用于开环系统，由于开环系统没有位移检测反馈装置脉冲编码器或光栅尺，所以不会产生栅格信号，通常利用磁感应开关回零定位。,第2章 数控机床的参考点,13,2.4 回参考点的方式 采用增量式检测装置的数控
8、机床一般有以下四种回参考点的方式： 1.方 式 一 回参考点前，先用手动方式以速度v1快速将轴移到参考点附近，然后启动回参考点操作，轴便以速度v2慢速向参考点移动。碰到参考点开关后，数控系统即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，轴速度即在此信号作用下制动到零，然后再前移参考点偏移量而停止，所停位置即为参考点。偏移量的大小通过测量由参数设定。如(图2-2),第2章 数控机床的参考点,14,第2章 数控机床的参考点,图2- 2,15,第2章 数控机床的参考点,2.方 式 二 回参考点时,轴先以速度v1向参考点快速移动,碰到参考点开关后,在减速信号的控制
9、下,减速到速度v2并继续前移，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,速度即制动到零，然后再以v2速度前移参考点偏移量而停止于参考点。如(图2-3),16,第2章 数控机床的参考点,图2-3,17,第2章 数控机床的参考点,3.方 式 三 回参考点时，轴先以速度v1快速向参考点移动，碰到参考点开关后速度制动到零，然后反向以速度v2慢速移动，到达测量系统零标志产生栅格信号时，速度制动到零，再前移参考点偏移量而停止于参考点。如(图2-4),18,第2章 数控机床的参考点,图2-4,19,第2章 数控机床的参考点,4. 方 式 四 回参考点时,轴先以速度v1向参考点快速移动,碰
10、到参考点开关后制动到零,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，并且以速度v2慢速前移，到达测量系统零标志产生栅格信号时,速度制动到零，再前移参考点偏移量。如(图2-5),20,第2章 数控机床的参考点,图2-5,21,第3章 回零点的故障案例与分析,案例一： 某台经济型数控车床，FANUC 0i数控系统，X轴经常出现原点漂移，且每次漂移量为10mm左右。 诊断： 由于每次漂移量基本固定，可能与X轴回参考点有关。经检查相关的参数的没有发现问题。检查安装在机床上的减速撞块及检测开关，发现撞块距离检测开关太近。重新调整减速撞块位置，将其控制在该轴丝杠螺距(该轴的螺距为10m
11、m)的一半，约为6mmlmm，故障排除。,22,第3章 回零点的故障案例与分析,案例二： 某配套FANUC-0i系统的数控机床，回参考点动作正常，但参考点位置随机性大，每次定位都有不同的值。 诊断： 由于机床回参考点动作正常，进一步检查发现，参考点位置虽然每次都在变化，但却总是处在减速撞块放开后的位置上。因此，可以初步判定故障的原因是由于脉冲编码器“零脉冲”不良或丝杠与电动机间的连接不良引起的故障。该机床伺服系统为半闭环结构，维修时采用隔离法， 脱开电动机与丝杆间的联轴器，手动压下减速开关，进行,23,第3章 回零点的故障案例与分析,回参考点试验。经多次试验发现，每次回参考点完成后，电动机总是
12、停在某一固定的角度上，说明脉冲编码器“零脉冲”无故障。故障的原因可能在电动机与丝杠的连接处。经仔细检查，发现拉杆与联轴器间的弹性胀套配合间隙过大，产生松动。经修整胀套，重新安装后机床恢复正常。,24,第4章 小 结,根据前面三章的分析，对于增量式测量系统数控机床，开机后回零的故障现象及原因较多，而故障现象与故障原因并无一一对应关系，往往是一种故障现象有几种原因综合引起，或一种原因引起几种故障。因此，诊断故障应该从弄清具体数控系统的回零方式及其控制原理入手，结合机床结构，凭借实践经验和维修手册，根据故障的表现形式进行故障定位，力求将故障定在尽可能小的的范围内，在按照可能性的大小进行逐一检查，排除
13、假象，找出真正故障所在，进而排除故障。,25,案例三： 某配套FANUC 0i 的数控机床，在回参考点后无法继续操作。 诊断： 在操作中发现机床在参考点位置停止后，机床操作面板参考点指示灯不亮，无法进行进一步操作。但关机后，又可手动操作，返回参考点后上述现象又出现。这说明机床回参考点动作属正常，考虑到机床已在参考点附近停止运动，因此，初步判断其原因可能是参考点定位精度未达到规定的要求。通过机床的诊断功能，对系统的“位置跟随误差”随DGN800802进行了检查，发现机床的Y轴踪误差超过了定位精度的允许数值范围。调整伺服驱动器的“偏移”电位器，使“位置跟随误差”DGN800802的值接近0后，机床恢复正常。,第3章 回零点的故障案例与分析,26,论文结束！ 谢谢各位老师！,