俞彬 白洪金 豐崇友

1.嘉興學(xué)院機電工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001；2.嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036

FANUC數(shù)控機床機械原點的設(shè)置及回零常見故障分析

俞彬1白洪金2豐崇友2

1.嘉興學(xué)院機電工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001；2.嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036

當(dāng)前大多數(shù)數(shù)控機床均采用通過減速檔塊的方式回零，但該方式在日常使用中故障率卻很高，有時甚至出現(xiàn)機械原點的丟失。本文以FANUC系統(tǒng)的臺中精機VCENTER-70加工中心為例淺析了數(shù)控機床機械原點的設(shè)置方法，并對該類數(shù)控機床常見回零故障的各種形式進行了分析與總結(jié)。

FANUC；機械原點；設(shè)置；回零故障

FANUC; mechanical origin; set up; zeroing fault

機械原點是機床生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)機床時在機床上設(shè)置的一個物理位置，可以使控制系統(tǒng)和機床能夠同步，從而建立起一個用于測量機床運動坐標的起始位置點，通常也是程序坐標的參考點。大多數(shù)數(shù)控機床在開機后都需要回零即回機械原點的操作。本文以FANUC系統(tǒng)的臺中精機VCENTER-70加工中心為例淺析了數(shù)控機床機械原點的設(shè)置方法，并對此類數(shù)控機床常見回零故障的各種形式進行了分析與總結(jié)。

1 機械原點設(shè)置

1.1 機械原點丟失的原因

臺中精機生產(chǎn)的VCENTER-70加工中心采用增量編碼器作為機床位置的檢測裝置。系統(tǒng)斷電后，工件坐標系的坐標值就會失去記憶，盡管靠電池能夠維持坐標值的記憶，但只是記憶機床斷電前的坐標值而不是機床的實際位置，所以機床首次開機后要進行返回參考點操作[1]。而當(dāng)系統(tǒng)斷電遇到電池沒電或特殊情況失電時，就會造成機械原點的丟失，從而使機床回參考點失敗而無法正常工作。此時機床會產(chǎn)生“#306 n軸電池電壓0”的報警信息，并且還會產(chǎn)生機械坐標丟失報警“#300 第n軸原點復(fù)位要求”（n代指X、Y、Z）。

1.2 機械原點的設(shè)置

在通常情況下，設(shè)置數(shù)控機床機械原點的方法主要有以下兩種：1）手動使X、Y、Z三軸超程即利用三軸的極限位置選擇機械原點。2）利用各坐標軸的伺服檢測反饋系統(tǒng)提供相應(yīng)基準脈沖來選擇機床參考點即機械原點[2]。由于第一種方法是機床廠家通常建議的也是較為簡便和實用的方法，因此本文在此詳細介紹第1種做法。以X軸為例，設(shè)置步驟如下：

(1) 將機床操作面板上的方式選擇開關(guān)設(shè)定為MDI方式。

(2) 按下機床MDI面板上的功能鍵【OFS/SET】數(shù)次，進入設(shè)定畫面。

(3) 將寫參數(shù)中的0改為1，由此，系統(tǒng)進入了參數(shù)可寫狀態(tài)。此時機床出現(xiàn)“SW0100 參數(shù)寫入開關(guān)處于打開”的報警信息。忽略這條報警信息，設(shè)置完參數(shù)后改回為0即可。

(4) 按下功能鍵【SYSTEM】，進入系統(tǒng)參數(shù)鍵面。通過參數(shù)搜索找到參數(shù)1815（如表1所示）通常情況下，X軸的#4 APZ或#5 APC會顯示為0，若不為0就將其設(shè)定為0。

(5) 找到參數(shù)1320，此參數(shù)為存儲各軸正向行程的坐標值。將其X軸的正向行程設(shè)定為最大值999999。目的是讓X軸的正向軟限位位置值大于其正向硬限位的位置值。

(6) 將方式選擇開關(guān)打到手輪方式，然后搖動手輪使工作臺碰及X軸的正向限位檔塊，此時機床會出現(xiàn)“#500 +X過行程”報警。

(7) 按下MDI面板上的【POS】功能鍵，進入機床坐標顯示鍵面。打開相對坐標顯示鍵面，按下X + [起源]使X軸的相對坐標值變?yōu)?。

(8) 按下機床操作面板上的【超程釋放】并搖動手輪至X-6.5的位置。

(9) 再次找到參數(shù)1815，將X軸的#4 APZ或#5 APC都設(shè)定為1。

最后重啟數(shù)控系統(tǒng)，完成X軸的機械原點設(shè)置。

表1 系統(tǒng)1815參數(shù)表

利用基準脈沖設(shè)定機床零點。

在通常情況下，閉環(huán)系統(tǒng)直線的光柵尺每隔50mm就會產(chǎn)生一個基準脈沖，但也會有一些特殊的直線光柵尺，它會每隔20mm就產(chǎn)生一個基準脈沖。對于閉環(huán)系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)編碼器來說，產(chǎn)生的基準脈沖距離要比直線光柵尺小很多，比如只有6mm。由于這個基準脈沖在機床上經(jīng)常會被選定為數(shù)控系統(tǒng)計數(shù)的基準，因此通過修改機床里的參數(shù)就可以將這個基準點的值設(shè)定為0，從而使這個點成為機床的參考點也就是機床的機械原點。

1.3 設(shè)置機械原點時的注意事項

（1）設(shè)置前要檢查各坐標軸上要否安裝有機床回零的微動開關(guān)，且各微動開關(guān)的位置是否適合。

（2）在第一個基準脈沖驗出之前，必順保證該坐標軸到了需要降速的距離上了。而這個降速距離就是所選速度的滯后誤差值。

（3）由于使用的是編碼器，故兩個基準脈沖之間的距離會很小，所以在回機床零點時，速度要低一些，從而使滯后誤差不會高于這個值的50%。

“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽已經(jīng)成為深化高校雙創(chuàng)教育的平臺與載體。各級別的雙創(chuàng)大賽旨在推動高校的供給策改革，激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的廣大生力軍；并且可以推動賽事成果轉(zhuǎn)化，促進“互聯(lián)網(wǎng)+”新產(chǎn)業(yè)環(huán)境的形成，服務(wù)經(jīng)濟服務(wù)社會；以雙創(chuàng)帶動就業(yè)，推動高校畢業(yè)生更高更好的創(chuàng)業(yè)就業(yè)。

（4）由于各坐標軸回機床機械原點時的速度是由機床的相應(yīng)參數(shù)決定的，因此在設(shè)置這些參數(shù)時要注意，確保機床回零速度合適。

（5）倘若機床在回零點時壓住了微動開關(guān)，那么就必須通過手輪或是手動的方式操作數(shù)控機床坐標軸，強制其退出微動開關(guān)并退到離微動開關(guān)較遠的位置，然后再次執(zhí)行各坐標軸回參考點的操作。

2 機床回零常見故障分析及處理

2.1 機床開機后不能回零故障分析及處理

（1）可能系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置有誤。解決方法是仔細檢查各個相關(guān)參數(shù)，必要時重設(shè)參數(shù)。

（2）零脈沖不良導(dǎo)致的故障。零脈沖不良就會使回零時找不到零脈沖，引起的原因可能是系統(tǒng)軸板故障或是編碼器及接線出現(xiàn)故障。解決方法是對編碼器進行更換或清洗，檢查線路及系統(tǒng)軸板是否有問題。

（3）有可能減速開關(guān)短路或是已經(jīng)損壞。這種故障會導(dǎo)致減速信號不能產(chǎn)生。解決方法是檢查減速開關(guān)的線路，對減速開關(guān)進行維修，必要時更換減速開關(guān)。

（4）可能檢測元件已被污染。在全閉環(huán)控制的系統(tǒng)中，若光柵尺沾有油污，就不能采集到信號。解決方法是清洗光柵尺。

2.2 機床回零時找不到零點位置故障分析及處理

（1）減速開關(guān)有可能已經(jīng)損壞或受污，也可能是線路短路或斷路。解決方法就是及時對減速開關(guān)進行清理維修，必要時更換減速開關(guān)。檢查線路連接情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決。

（2）可能是減速檔塊所處位置不準確。解決方法是調(diào)整減速檔塊到限位開關(guān)的距離，避免兩者行程過小引發(fā)此故障。

2.3 機床回零后的位置與零點位置發(fā)生螺距偏移故障分析及處理

引起這一故障可能的原因是產(chǎn)生柵格信號的時刻與減速信號從斷開到接通的時刻太接近了，再加上存在的傳動誤差，就使得機床回零過程中工作臺碰到減速開關(guān)時，剛好錯過了柵格信號，所以只能等到脈沖編碼器再轉(zhuǎn)過一周以后才能找到下一個柵格信號。故而出現(xiàn)了此類故障。具體分析如下：

在減速開關(guān)的信號從斷開恢復(fù)到接通狀態(tài)時，隨即便出現(xiàn)了柵格信號，也就是說柵格信號處在了臨界點上（如圖1a所示）。這樣一來，機械部分的熱變形，減速開關(guān)出現(xiàn)“通”、“斷”信號的重復(fù)精度誤差都會導(dǎo)致零點發(fā)生位置偏離的故障（如圖1b所示）。解決方法是可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整減速檔塊所處的位置，從而使零點位置與工作臺停止的位置重合（如圖1c所示）。也可以采用修改柵格偏移量的方法，使產(chǎn)生柵格信號的時刻離減速信號從斷開到接通時刻的距離是柵格信號產(chǎn)生周期的一半，就可消除此故障（如圖1d所示）。

圖1 故障分析及解決方法示意圖

2.4 機床回零位置隨機性變化故障分析及處理

（1）脈沖編碼器的供電電壓太低。解決方法是調(diào)整從主板上輸出的電壓值，同時查看編碼器線路板上的電源電壓是否已到了合適的范圍。

（2）伺服調(diào)節(jié)不良，從而引起跟蹤誤差偏大。解決方法是修改伺服參數(shù)。

（3）滾珠絲杠間隙偏大或絲杠與電動機的聯(lián)軸器出現(xiàn)了松動。解決的方法是對滾珠絲杠螺母副的間隙進行調(diào)整及優(yōu)化，對聯(lián)軸器進行緊固或更換。

（4）零脈沖受到干擾。解決的方法是檢查脈沖編碼器的電纜布置是否合理，反饋電纜屏蔽是否連接無誤。

3 結(jié)語

掌握數(shù)控機床原點的設(shè)置方法和常見回零故障處理方式對于解決生產(chǎn)實踐中的機床回零故障具有很好的指導(dǎo)作用。但值得說明的是故障現(xiàn)象與故障原因并非是一一對應(yīng)的，有可能是由幾種原因引起的。因此在維修時要根據(jù)機床的實際情況，結(jié)合實踐經(jīng)驗和維修手冊逐一檢查排除假象，找到故障起因并予以排除。

[1] 劉江. 數(shù)控機床故障診斷與維修[M]. 北京:高等教育出版社,2007.

[2] 嚴峻. 數(shù)控機床安裝調(diào)試與維修保養(yǎng)技術(shù)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2010.

FANUC CNC Machine Tools Machinery Setting of the Origin and Return Zero Fault Analysis

Yu Bin1, Bai Hong-jin2, Feng Chong-you2
(1.Mechanical and Electrical Engineering College, Jiaxing University, Jiaxing 314001,China；
2. Jiaxing Vocational Technical College, Jiaxing 314036, China)

Most of the CNC machine tools are currently zeroing through the deceleration block way, but the fault rate is daily very high by the way in use, sometimes the mechanical origin loss phenomenon usually occurred. The paper analysis the numerical control machine tool mechanical zero point setting method through FANUC system of the Taichung Seiki VCENTER-70machining center，analyze and summarize common zeroing fault forms on the CNC machine tool.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.086

俞彬（1988—），男，浙江永康人，技術(shù)員，從事數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)與實驗室管理工作。