数控机床回参考点故障诊断实例分析

闫存富，孔令云，台运良

( 黄河科技学院，河南 郑州 450063)

0 引言

机床参考点是由机床厂家为机床各个进给轴预先设置的一个位置，一般在机床各坐标轴的正极限位置。作为机床调整的基准点，开机后回参考点的操作是数控机床重要的功能环节之一，数控机床一旦发生回参考点故障，将严重影响到零件加工品质和数控机床的运行效率。研究数控机床在回参考点过程中发生的故障现象及其常见故障原因，掌握数控机床回参考点故障的排除方法，对提高数控机床的运行效率具有重要的意义。

通过分析几起排除数控机床回参考点故障的案例，介绍了数控机床回参考点过程中的常见故障类型，总结出排除数控机床回参考点故障的一般步骤和方法，为同行提供理论参考。

1 数控机床回参考点故障维修实例

1) 某立式加工中心，对其进行回参考点操作时发现，y轴可以进行回参考点动作，但找不到参考点，直至碰到y轴限位开关时才停下来，系统显示回参考点错误报警指示。

故障分析：该加工中心采用FANUC 0i系统，经检查分析，该机床y轴能进行回参考点操作，初步判断控制系统和伺服系统基本无问题；再进一步检查与回参考点操作直接有关的其他元器件的情况，发现各元器件的安装位置均正常且无松动现象，通过对I/O接口的状态指示进行观察，发现参考点脉冲输入口没有参考点脉冲信号送入；怀疑脉冲编码器或信号传输线有问题，经仔细测量和检查，判定测量元件脉冲编码器不能发出参考点脉冲信号，已损坏，更换脉冲编码器后，故障消失。

2) 某数控车床，发生z轴方向加工尺寸不稳定，尺寸超差而且呈现无规律性，但系统又无任何报警指示，导致加工工件报废。

故障分析：经向现场操作人员询问了解到，该机床回参考点过程正常，根据加工尺寸不稳定且无规律性的故障现象，机械传动部分和伺服控制部分应该正常，可初步判断该故障是随机性故障，而不是系统性故障，故障的原因是由不确定性因素引起的；经检查控制系统的控制脉冲及伺服系统的稳定性也确实正常。因此怀疑该不确定因素可能是因为机械部分某原件松动或某电子元件工作性能不稳定，根据故障诊断时的先机械后电气原则，先对回参考点机械控制结构进行检查，发现参考点开关轴部压块上的某紧固螺钉出现松动，导致在加工过程中压块位置产生无规律的移动，引起回参考点的无规律漂移，致使z轴位移尺寸超差，加工工件报废，重新调整紧固压块位置后，故障消失。

3) 某大型数控车床有时回参考点不准确

原因分析： 该机床数控系统采用SINUMERIK810系统，z轴回参考点正常，当用x轴回参考点时，启动刀架向x轴参考点移动，遇到减速开关后，x轴反向移动，找不到参考点。为证实x位置编码器是否有零脉冲发送至数控系统，暂时修改810T系统MD4000参数值，将x轴设为s轴，再观测主轴数据显示画面，在x轴转动时其实际值是否从零逐渐变大。经观测其值总为零，所以可确定是x位置编码器有故障，换为2500Hz/r的编码器，将机床参数MD3640从8000Hz/r改为10000Hz/r后，故障解决。

4) 某配套SIEMENS810T数控车床，z轴回参考点过程出现超程报警；

原因分析：经向现场操作人员了解，x轴回参考点动作正常，而z轴回参考点时当压上零点开关后，有减速运行的动作，但运动在压上限位开关之前不会停止，导致出现超程报警；由此判断零点开关正常，机械部分不应该有问题，怀疑检测元件有问题；用示波器检查反馈元件旋转变压器，发现没有零点脉冲出现，怀疑编码器有问题，更换伺服电机的的内置编码器，机床恢复正常。

5) 某机床在回零时，每次回零的实际位置都不一样，漂移一个栅点或者是一个螺距的位置，并且是时好时坏，没有规律性。

故障分析：经进一步了解，确定虽然每次回零的实际位置都不一样，每次的漂移量只限于一个栅点或螺距的距离；怀疑是机械部分有可能是因为减速开关与减速挡块的安装不合理，机床轴开始减速时的位置距离光栅尺或脉冲编码器的零点太近，由于机床的加减速或惯量不同，机床轴在运行时过冲的距离不同，从而使机床轴所找的零点位置发生了变化。电气部分则可能是回参考点开关不良或设置的参数发生了变化。根据先机械后电气的原则，进行检查如下：a) 先改变减速开关与减速挡块的相对位置，使机床轴开始减速的位置大概处征一个栅距或一个螺距的中间位置；b) 检查减速挡块的长度，如不符合要求，进行更换，c) 设置机床零点的偏移量，并适当减小机床的回零速度或机床的快移速度的加减速时间常数。

2 数控机床回参考点常见故障类型及常见原因分析

综上所述，结合实际故障维修经验，数控机床回参考点常见故障类型有以下三种情况：

1) 手动回参考点时，找不到参考点或出现超程报警，主要有以下几方面原因：

a) 回参考点位置调整不当；b) 零脉冲不良，回零时找不到零脉冲；c) 减速开关损坏或短路；d) 数控系统控制检测放大的线路板出错；e) 导轨平行度、导轨与压板面平行度和导轨与丝杠的平行度超差等机床几何精度超差；f) 检测元件出问题，如光栅尺上有油污染等；

2) 回参考点位置不准确，呈随机性变化，主要有以下几方面原因：

a) 干扰，可能是位置编码器反馈信号线被屏蔽引起的；b) 位置编码器本身出问题或供电电压过低；c) 机械方面如滚珠丝杠间隙增大或联轴器松动等问题；d) 伺服调节不良或零脉冲不良等；

3) 回参考点位置不准确，原点漂移或发生单个或多个螺距偏移，主要有以下几方面原因：a) 机械安装不到位如减速挡块固定不当引起找零脉冲的初始点发生漂移；b) 减速挡块太短，减速挡块与减速开关安装不合理导致减速信号与零脉冲信号相距太近；c) 参考点减速信号不良；d) 零脉冲不良等；

3 数控机床回参考点故障诊断的一般步骤

虽然数控机床回参考点故障现象和原因多种多样，但在进行故障诊断时，只要采取正确的步骤和方法，遵循一定的原则，就能快速排出故障，使机床尽快恢复运行。

在机床回参考点发生故障时，可按照以下步骤进行排出故障：

1) 当数控机床发生故障时，不要急于动手，应首先确认故障现象，充分掌握故障信息。

如查看故障记录，向现场操作人员了解故障发生时的具体情况，了解故障出现的全过程，掌握故障的信息；在确认通电无危险的情况下，再通电实际观察，了解主要故障信息；

2) 根据掌握的故障信息结合回参考点原理方面的知识，并参考维修手册和机床的维修记录，初步判断故障的大致原因及部位，确定故障排除的方案；

3) 根据故障排除方案，利用相关的仪器、仪表逐级检测、定位故障部位，采用合理的故障排除方法，尽快排除故障，使机床尽快回复生产。

4) 整理资料，排除故障后，应做好资料的整理工作，一方面可积累经验，提高自己的业务水平，另一方面可方便机床的后续维护和维修。

4 结语

数控机床回参考点操作是数控机床开机后的基本操作，其故障原因复杂多变。在数控机床回参考点故障排除过程中只要采用正确的步骤和合理的方法，遵循排除故障的一般原则，就能快速排除故障，提高机床运行效率。

[1] 龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例[M] .北京:机械工业出版社，2004.

[2] 刘江.数控机床故障诊断与维修[M] .北京:高等教育出版社，2007.

[3] 宋松，李兵.FANUC 0i 数控系统连接调试与维修诊断[M] .北京:化学工业出版社，2010.

[4] 郑小年，杨克冲.数控机床故障诊断与维修[M] .武汉:华中科技大学出版社，2007.