机床零点漂移

数控机床零点漂移的研究

时间：2011-08-13 09:23:11 来源：《自动化应用》杂志社作者：王熙梅

摘要：通过对半闭环与全闭环系统数控机床回零原理的分析，阐述机床零点漂移产生的原因，以及对机床零点漂移的一些关键性解决办法。

关键词：数控机床；回零；半闭环；全闭环

Research on Zero drift of CNC machine tool

Wang Xi-mei

(Yangzhou Electric Power Equipment Repair & Manufacture Factory, Yangzhou 225003, China)

Abstract: Through a

0 概述

数控机床的回零操作是数控机床控制操作中最为关键的环节之一。数控操作规程明确指出，机床通电后首先必须进行回零操作，以确定机床原点和机床坐标系，为后续建立工件坐标系和工件原点提供基准点。同时数控机床的各种刀具补偿、间隙补偿、轴向补偿以及其他精度补偿措施能否发挥正确作用，也完全取决于数控机床能否回到正确的零点位置。机床精度之所以得以保证，其中有一个重要方面是通过各个轴的回零来确定机床的绝对坐标，而被加工箱体各个面相对坐标的确定是以机床绝对坐标为前提的。零点的漂移会造成绝对坐标与实际位置之间产生错误，从而使相对坐标与箱体位置之间产生错误，轻则产生较大的重复定位误差，导致箱体报废，重则撞坏刀具乃至对机床床身造成严重的破坏。

1 机床回零的工作原理

目前，数控机床一般采用的检测装置为脉冲编码器、光栅或磁尺。根据检测装置的不同，回零方法也可以分为栅格法或磁开关法。其中，磁开关法存在定位漂移的现象，行业内较少采用，因此许多机床均采用栅格法回零。栅格法回零又可根据检测元件的计量方式不同，分为绝对栅格法回零和增量栅格法回零2种具体的操作方法。采用绝对栅格法回零的数控机床，在有后备存贮器电池支持的情况下，只需在机床第1次开机调试时进行回零操作调整，因为以后每次开机后均记录有零点位置信息，也就不必再重复进行回零操作，而增量栅格法回零则每次均须进行回零操作。加工中心与数控机床的位置环控制有半闭环系统与全闭环系统2种，机床的工作原理与回零有所差异，不同的轴的运转方式不一样其回零方式也存在差异。分别以2类数控机床的X轴为例介绍2个系统的回零工作原理（半闭环系统以法挪科0TD系统为例，全闭环系统以西门子840D系统的卧式加工中心为例）。

1.1半闭环系统

半闭环系统的轴控制原理如图1所示。回零时在MDI方式下按“HOME”键与“ X +”键，产生X轴回零的计算机指令,数控系统NC输出控制信号，经A/DA转换后，以恒定的速度V传送给X轴伺服控制器，X轴伺服控制器控制X轴伺服电机M沿着X轴正向移动。当X轴压下回零开关SQ31C，产生0信号给PLC输入端X16.5，PLC将该逻辑通过数据方式上传给数控系统NC，NC给出回零减速信号，经A/D 转换后，以恒定的速度V0传送给X轴伺服控制器，X轴伺服控制器控制X轴伺服电机M沿着X轴正向低速移动，当X轴释放回零开关SQ31C，产生1信号给PLC

输入端X16.5，PLC将逻辑上传给NC给出位置信号，X轴旋转额定螺距后停车，系统置X轴坐标为零，作为X轴的机床绝对坐标原点。半闭环回零时序图见图2。

图1 半闭环系统的轴控制原理

1.2全闭环系统

全闭环系统的轴控制原理如图3所示。回零时,在回零方式下移动拨码盘指向X 轴位置,按下“+ ”键产生X轴回零的计算机指令,NC输出信号经A/D转换，以恒定的速度V传送给伺服放大器，伺服放大器控制伺服电机M沿着X轴正向移动，当X轴压下回零开关050-S1，产生1信号给PLC输入端I16.0，PLC将逻辑上传给NC给出回零减速信号，经A/D转换，以恒定的速度-V0传送给X轴伺服控制器，X轴伺服控制器控制X轴伺服电机M沿着X轴负向低速移动，此时在光栅尺上寻找零脉冲，一旦找到第一个零脉冲给出位置信号，然后置X轴坐标为额定值，作为X轴的机床绝对坐标值。全闭环回零时序图如图4所示。

2零点漂移的原因

回零操作作为机床操作的重要步骤，其正确性是确保零件加工质量是否合格的关键环节之一。根据我们长期工作经验和对回零故障特点的分析可知，回零故障主要有以下几种表现形式。

（1）回零开关失灵。由于零点开关出现了问题，PLC没有产生信号反馈，检测元件或接口电路某一部分遭受损坏也会导致这样的问题。一般无法回零，由图2和图4可知，即便能回零，也会产生严重的错误。

（2）回零开关的位置有变化。这是由于零点开关位置设置不当（具体又可分为松动、调整不当2种情况）、机械结构运动间隙或参数设置不当等原因所导致。由于机床维修时（如检修回零开关或床身）或机床受外力（如撞车、强力振动）会导致回零开关的位置变化，由图2和图4可知，此时回零减速的位置产生了变化，因此无论半闭环还是全闭环系统回零点都会产生变化。

（3）光栅尺的位置有变化。在全闭环系统中才会有光栅尺，光栅尺在清洗后（西门子840D系统中出现1322报警，是测量系统有故障，此时可以用清洗的办法来清洗光栅尺），安装位置必然会产生变化，则第一零脉冲位置也会产生变化，由图4可知，回零点也必然会产生变化。

（4）伺服速度环有故障。该回零故障的引起，主要原因是伺服控制器出现了问题，执行回零减速命令，机床仍很快前进，因速度太快，系统会产生接受错误的或不是正确位置的零脉冲。

（5）其它故障。光栅尺的零脉冲或位置编码器有故障，都会产生错误的零脉冲，使响应的零脉冲不是真正的第一零脉冲。

3 解决办法

故障时，一般会出现3种现象，根据不同的故障现象作出相应的对策，对于不同的系统，采取的方法也不尽相同。

（1）无回零减速。

即回零开关没有接触到，或回零开关已损坏。方法是应打开诊断画面或动态梯形图，查阅相应的轴的输入点（如果是法挪科X轴则查X16.0）是否与图2或图4的波形一致，如不一致更换相应的开关或电缆线即可。