立式加工中心回參考點及其故障診斷

所謂立式加工中心參考點又名原點或零點，是機床的機械原點和電氣原點相重合的點，是原點復歸后機械上固定的點。每臺機床可以有一個參考原點，也可以據(jù)需要設(shè)置多個參考原點，用于自動刀具交換（ATC）或自動拖盤交換（APC）等。參考點作為工件坐標系的原始參照系，機床參考點確定后，各工件坐標系隨之建立。所謂機械原點，是基本機械坐標系的基準點，機械零部件一旦裝配完畢，機械原點隨即確立。所謂電氣原點，是由機床所使用的檢測反饋元件所發(fā)出的柵點信號或零標志信號確立的參考點。為了使電氣原點與機械原點重合，必須將電氣原點到機械原點的距離用一個設(shè)置原點偏移量的參數(shù)進行設(shè)置。這個重合的點就是機床原點。在加工中心使用過程中，機床手動或者自動回參考點操作是經(jīng)常進行的動作。不管機床檢測反饋元件是配用增量式脈沖編碼器還是絕對式脈沖編碼器，在某些情況下，如進行ATC或APC過程中，機床某一軸或全部軸都要先回參考原點。

按機床檢測元件檢測原點信號方式的不同，返回機床參考點的方法有兩種。一種為柵點法，另一種為磁開關(guān)法。在柵點法中，檢測器隨著電機一轉(zhuǎn)信號同時產(chǎn)生一個柵點或一個零位脈沖，在機械本體上安裝一個減速撞塊及一個減速開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)檢測到的第一個柵點或零位信號即為原點。在磁開關(guān)法中，在機械本體上安裝磁鐵及磁感應原點開關(guān)，當磁感應原點開關(guān)檢測到原點信號后，伺服電機立即停止，該停止點被認作原點。柵點方法的特點是如果接近原點速度小于某一固定值，則伺服電機總是停止于同一點，也就是說，在進行回原點操作后，機床原點的保持性好。磁開關(guān)法的特點是軟件及硬件簡單，但原點位置隨著伺服電機速度的變化而成比例地漂移，即原點不確定。目前，幾乎所有的機床都采用柵點法。
使用柵點法回機床原點的幾種情形如下：
1． 使用增量檢測反饋元件的機床開機后的第一次回機床原點；
2． 使用絕對式檢測反饋元件的機床安裝后調(diào)試時第一次機床開機回原點；
3． 柵點偏移量參數(shù)設(shè)置調(diào)整后機床第一次手動回原點。

按照檢測元件測量方式的不同分為以絕對脈沖編碼器方式歸零和以增量脈沖編碼器方式歸零。在使用絕對脈沖編碼器作為測量反饋元件的系統(tǒng)中，機床調(diào)試前第一次開機后，通過參數(shù)設(shè)置配合機床回零操作調(diào)整到合適的參考點后，只要絕對脈沖編碼器的后備電池有效，此后的每次開機，不必進行回參考點操作。在使用增量脈沖編碼器的系統(tǒng)中，回參考點有兩種模式，一種為開機后在參考點回零模式各軸手動回原點，每一次開機后都要進行手動回原點操作；另一種為使用過程中，在存儲器模式下的用G代碼指令回原點。
使用增量式脈沖編碼器作為測量反饋元件的機床開機手動回原點的動作過程一般有以下三種：
１．手動回原點時，回原點軸先以參數(shù)設(shè)置的快速進給速度向原點方向移動，當原點減速撞塊壓下原點減速開關(guān)時，伺服電機減速至由參數(shù)設(shè)置的原點接近速度繼續(xù)向前移動，當減速撞塊釋放原點減速開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)檢測到編碼器發(fā)出的第一個柵點或零標志信號時，歸零軸停止，此停止點即為機床參考點。
２．回原點軸先以快速進給速度向原點方向移動，當原點減速開關(guān)被減速撞塊壓下時，回原點軸制動到速度為零，在以接近原點速度向相反方向移動，當減速撞塊釋放原點接近開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)檢測到檢測反饋元件發(fā)出的第一個柵點或零標志信號時，回零軸停止，該點即機床原點。
３．回原點時，回原點軸先以快速進給速度向原點方向移動，當原點減速撞塊壓下原點減速開關(guān)時，回歸原點軸制動到速度為零，再向相反方向微動，當減速撞塊釋放原點減速開關(guān)時，歸零軸又反向沿原快速進給方向移動，當減速撞塊再次壓下原點減速開關(guān)時，歸零軸以接近原點速度前移，減速撞塊釋放減速開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)檢測到第一個柵點或零標志信號時，歸零軸停止，機床原點隨之確立。
使用增量式檢測反饋元件的機床開機第一次各伺服軸手動回原點大多采用撞塊式復歸，其后各次的原點復歸可以用G代碼指令以快速進給速度高速復歸至第一次原點復歸時記憶的參考點位置。

進一步從數(shù)控系統(tǒng)控制過程來分析機床原點的復歸，機床在回機床原點模式下，伺服電機以大于某一固定速度的進給速度向原點方向旋轉(zhuǎn)，當數(shù)控系統(tǒng)檢測到電機一轉(zhuǎn)信號時，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的參考計數(shù)器被清零。如果通過參數(shù)設(shè)置了柵點偏移量，則參考計數(shù)器內(nèi)也自動被設(shè)定為和柵點偏移量相等的值。此后，參考計數(shù)器就成為一個環(huán)行計數(shù)器。當計數(shù)器對移動指令脈沖計數(shù)到參考計數(shù)器設(shè)定的值時被復位，隨著一轉(zhuǎn)信號的出現(xiàn)產(chǎn)生一個柵點。當減速撞塊壓下原點減速開關(guān)時，電機減速到接近原點速度運行，撞塊釋放原點減速開關(guān)后，電機在下一個柵點停止，產(chǎn)生一個回原點完成標志信號，參考位置被復位。電源開啟后第二次返回原點，由于參考計數(shù)器已設(shè)置，柵點已建立，因此可以直接返回原點位置。使用絕對檢測反饋元件的機床第一次回原點時，首先數(shù)控系統(tǒng)與絕對式檢測反饋元件進行數(shù)據(jù)通信以建立當前的位置，并計算當前位置到機床原點的距離及當前位置到蕞近柵點的距離，將計算值賦給計數(shù)器，柵點被確立。
當加工中心回參考點出現(xiàn)故障時，首先由簡單到復雜進行檢查。先檢查原點減速憧塊是否松動，減速開關(guān)固定是否牢固，開關(guān)是否損壞，若無問題，應進一步用百分表或激光測量儀檢查機械相對位置的漂移量，檢查減速撞塊的長度，檢查回原點起始位置、減速開關(guān)位置與原點位置的關(guān)系，檢查回原點模式，是否是在開機后的第一次回原點，是否采用絕對脈沖編碼器，伺服電機每轉(zhuǎn)的運動量、指令倍比及檢測倍乘比，檢查回原點快速迸給速度的參數(shù)設(shè)置、接近原點速度的參數(shù)設(shè)置及快速進給時間常數(shù)的參數(shù)設(shè)置是否合適，檢查系統(tǒng)是全閉環(huán)還是半閉環(huán)，檢查參考計數(shù)器設(shè)置是否適當?shù)取?/span>

回原點故障現(xiàn)象及診斷調(diào)整步驟如下：
1．機床回原點后原點漂移檢查是否采用絕對脈沖編碼器，如果采用，診斷及調(diào)整步驟見使用絕對脈沖編碼器的機床回原點時的原點漂移；若是采用增量脈沖編碼器的機床，應確定系統(tǒng)是全閉環(huán)還是半閉環(huán)，若為全閉環(huán)系統(tǒng)，診斷調(diào)整步驟見全閉環(huán)系統(tǒng)中的原點偏移；若為半閉環(huán)系統(tǒng)，用百分表或激光測量儀檢查機械相對位置是否漂移。若不漂移，只是位置顯示有偏差，檢查是否為工件坐標系偏置無效。在機床回原點后，機床CRT位置顯示為一非零值，該值取決于某些諸如工件坐標系偏置一類的參數(shù)設(shè)置。若機械相對位置偏移，確定偏移量。若偏移量為一柵格，診斷方法見原點漂移一柵點的處理步驟。若漂移量為數(shù)個脈沖，見原點漂移數(shù)個脈沖的診斷步驟。否則檢查脈沖數(shù)量和參考計數(shù)器的值是否匹配。如不匹配，修正參考計數(shù)器的值使之匹配；如果匹配，則脈沖編碼器壞，需要更換。