編碼器原理在數(shù)控系統(tǒng)維修中的應(yīng)用
2020-6-24 來源：- 作者：-
摘要：本文分析了編碼器工作原理及其在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用， 結(jié)合維修工作中常見的機(jī)床零點(diǎn)丟失故障案例，找出有效的解決方法。
關(guān)鍵詞：編碼器 FANUC 數(shù)控系統(tǒng) 參考點(diǎn)
目前數(shù)控機(jī)床采用日本 FANUC 系統(tǒng)居多，且 FANUC 系統(tǒng)帶有自診斷、參數(shù)診斷、 PMC 信號(hào)追蹤功能，為維修方面提供了一種手段。在 FANUC 系統(tǒng)維修實(shí)踐中，經(jīng)常遇到參考點(diǎn)丟失故障，本文針對(duì)此問題分析編碼器工作原理及數(shù)控系統(tǒng)參考點(diǎn)建立的過程，并在此基礎(chǔ)上給出解決方法。
1、參考點(diǎn)的設(shè)置
參考點(diǎn)是機(jī)床廠在伺服軸上建立的固定物理位置。機(jī)床回零點(diǎn)，即數(shù)控系統(tǒng)返回參考點(diǎn)。工件坐標(biāo)零點(diǎn)是加工零件時(shí)根據(jù)加工工藝要求，在參考點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定量的偏置生成的，不同的零件其工件坐標(biāo)零點(diǎn)與參考點(diǎn)的偏置量是不同的。所以當(dāng)參考點(diǎn)丟失時(shí)，工件坐標(biāo)零點(diǎn)就無法建立，數(shù)控加工程序就不能正常運(yùn)行。參考點(diǎn)一致性出現(xiàn)問題時(shí)，數(shù)控加工程序雖可運(yùn)行，但工件零點(diǎn)的一致性發(fā)生變化，加工精度就無法保證。數(shù)控系統(tǒng)建立參考點(diǎn)的方式主要有兩種：增量式、絕對(duì)坐標(biāo)式。
1.1 增量式回參考點(diǎn)的原理
數(shù)控系統(tǒng)采用增量方式回參考點(diǎn)，執(zhí)行過程如下：
（1）根據(jù)控制面板的設(shè)定（軸選擇、正向或負(fù)向、進(jìn)給倍率設(shè)為 ×10）點(diǎn)按操作面板home 按鈕，機(jī)床工作臺(tái)沿參考點(diǎn)方向快速移動(dòng)；
（2）當(dāng)工作臺(tái)擋塊壓上導(dǎo)軌減速行程開關(guān)觸頭，觸頭常閉觸點(diǎn)斷開，此開關(guān)量信號(hào)送 進(jìn) FANUC 系 統(tǒng) PMC 單 元， 由 FANUC 的CPU，結(jié)合回零信號(hào)，輸出減速指令給伺服放大器，伺服放大器控制伺服電機(jī)減速，工作臺(tái)以一定的低速繼續(xù)移動(dòng)；
（3）在工作臺(tái)擋塊滑過行程開關(guān)的觸頭后，觸頭由斷開再次閉合時(shí)，CNC 檢測伺服電機(jī)編碼器的零標(biāo)志脈沖信號(hào)，當(dāng)檢測到此信號(hào)后，工作臺(tái)立刻停止進(jìn)給，停止的位置就是參考點(diǎn)。此時(shí) CNC
向 PMC 發(fā)出回參考點(diǎn)完成信號(hào) ZPX、、ZPZ。
從上述回參考點(diǎn)過程可以看出，減速信號(hào)由行程開關(guān)和工作臺(tái)擋塊共同作用產(chǎn)生，電氣柵格位置信號(hào)則由伺服電機(jī)上安裝的編碼器零位脈沖精確給出。當(dāng)零位建立以后，機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給距離由此參考點(diǎn)加上偏移量得到。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)不能長期保存參考點(diǎn)的坐標(biāo)信息，機(jī)床斷電后，此信息立刻丟失，下次開機(jī)仍需再執(zhí)行回參考點(diǎn)步驟，故工作效率低。且數(shù)控系統(tǒng)靠行程開關(guān)觸頭通斷來反饋減速信號(hào)存在響應(yīng)誤差，所以每次回零操作后得到的零點(diǎn)坐標(biāo)是不同的，這給加工精度帶來一定影響。行程開關(guān)是易損件，此種回零方式故障率相對(duì)較高。
因存在上述弊端，目前數(shù)控機(jī)床常采用絕對(duì)坐標(biāo)式回參考點(diǎn)方式。本文著重介紹此種方式原理和故障解決方法。
1.2 絕對(duì)坐標(biāo)式回參考點(diǎn)
與增量式回參考點(diǎn)方式相比，絕對(duì)坐標(biāo)式回參考點(diǎn)不需機(jī)床每次開機(jī)進(jìn)行回參考點(diǎn)操作。由于參考計(jì)數(shù)器已設(shè)置，且柵格點(diǎn)已建立，可直接返回原點(diǎn)。系統(tǒng)斷電后，機(jī)床位置偏移量保存在電機(jī)編碼器 SRAM 中，通過伺服放大器上的電池支持電機(jī)編碼器 SRAM。數(shù)控系統(tǒng)讀取編碼器 SRAM 中的參考點(diǎn)數(shù)據(jù)和偏移量建立當(dāng)前位置，計(jì)算當(dāng)前位置到機(jī)床原點(diǎn)的距離，計(jì)算結(jié)果賦給計(jì)數(shù)器，柵格點(diǎn)被確立。
2、 參考點(diǎn)信息丟失故障解決方法
當(dāng)更換伺服電機(jī)、伺服放大器、插拔伺服放大器信號(hào)電纜插頭或絕對(duì)位置編碼器信息電池電壓長期（一周以上）低于 3V 時(shí)，絕對(duì)位置編碼器SRAM中保存的參考點(diǎn)信息將丟失，下次開機(jī)會(huì)出現(xiàn)
300 號(hào)報(bào)警，報(bào)警信息為“機(jī)床需要回零點(diǎn)”。解決方法如下：
（1）開機(jī)后在伺服放大器上電狀態(tài)下更換電池，注意極性不要裝反。然后按數(shù)控操作面板上的“RESET”復(fù)位按鈕，消除360號(hào)報(bào)警；
（2）撥動(dòng)數(shù)控操作面板上軸選擇開關(guān)，選擇要進(jìn)行回參考點(diǎn)的軸；
（3） 數(shù)控操作面板上“MDI”按鈕， 點(diǎn)亮該按鈕指示燈；再按“OFFSET SETTING”鍵，進(jìn)入?yún)?shù)畫面，將第一行參數(shù)“PARAMETER WRITE” 值改為 1； 再按“INPUT”鍵，關(guān)閉參數(shù)寫保護(hù)功能，此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)屏幕上出現(xiàn) 100 號(hào)報(bào)警，信息為“系統(tǒng)參數(shù)已經(jīng)打開”；
（4）按下“SYSTEM”鍵，點(diǎn)擊“PARA”按鈕，進(jìn)入機(jī)床參數(shù)畫面，輸入 1320，點(diǎn)擊“search”按鈕，可以看到各軸軟限位設(shè)定值。1320、1321 參數(shù)分別保存了機(jī)床各軸正向、負(fù)向軟限位坐標(biāo)值。記下上述數(shù)值，再把1320 或 1321 中的對(duì)應(yīng)需要回零位軸參數(shù)分別改為 +99999999、-99999999，將軟件限位功能關(guān)閉。半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，參考點(diǎn)設(shè)置在靠近伺服電機(jī)編碼器一端，這樣做的目的是考慮到滾珠絲杠熱變形造成的基準(zhǔn)誤差最小，因此需要根據(jù)電機(jī)安裝情況確定改動(dòng)正、負(fù)方向軟限位坐標(biāo)值；
（5）撥動(dòng)操作面板軸選擇旋鈕，選擇對(duì)應(yīng)軸，將進(jìn)給倍率設(shè)為“×1”, 然后按“回參考點(diǎn)”按鈕，執(zhí)行回參考點(diǎn)操作，當(dāng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)到參考點(diǎn)位置附近時(shí)，再繼續(xù)往前走將收到絕對(duì)位置編碼器零位脈沖信號(hào)，也叫一轉(zhuǎn)信號(hào)，此時(shí)計(jì)數(shù)器清零，重新開始計(jì)數(shù)，當(dāng)移動(dòng)到 1850 參數(shù)設(shè)定的偏移距離后，工作臺(tái)停止進(jìn)給，停止點(diǎn)的坐標(biāo)就是這個(gè)軸的參考點(diǎn)坐標(biāo)。此時(shí)屏幕上的報(bào)警信息自動(dòng)消除；
（6）將 1320 或 1321 中的參數(shù)改回原來的值；
（7）將第（3）步中的“PARAMETER WRITE”值重新改為 0，按下操作面板上的“RESET”按鈕，屏幕上顯示 100 號(hào)報(bào)警消除；
（8）關(guān)閉機(jī)床電源，重新開機(jī)，故障徹底排除。
需要注意的是，在執(zhí)行回參考點(diǎn)操作前，通過 MPG 手動(dòng)將工作臺(tái)移動(dòng)到該軸絲杠參考點(diǎn) 2 個(gè)螺距距離，以保證數(shù)控系統(tǒng)正確檢測到編碼器的一轉(zhuǎn)信號(hào)。
我校一臺(tái) CK6125D 型數(shù)控車床曾出現(xiàn)車螺紋亂扣故障，故障隨機(jī)出現(xiàn)。為排除伺服放大器引起上述故障的可能性，將 X 軸和 Y 軸伺服放大器互換，看故障是否轉(zhuǎn)移。更換伺服放大器是在斷電狀態(tài)下，需要插拔伺服放大器信號(hào)電纜插頭，由此造成X軸和Y軸零位丟失。
開機(jī)后又增加 300、301 號(hào)報(bào)警，機(jī)床需要重新回零位，這兩個(gè)報(bào)警就是按照上述方法排除的。
3 、結(jié)束語
機(jī)床參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床各軸上重要坐標(biāo)點(diǎn)，是零件坐標(biāo)的參照點(diǎn)，對(duì)零件加工精度影響巨大。機(jī)床參考點(diǎn)坐標(biāo)丟失故障產(chǎn)生的原因也有多種，一般來說，只要編碼器和伺服功能正常，通過上述方法是可以解決的。而編碼器和伺服放大器硬件功能正常與否可以通過與其它軸互換的方法來判斷。
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