機(jī)床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的原因及處理

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序言我公司一臺(tái)FZ32五坐標(biāo)高速加工中心在A軸回零過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生回零不準(zhǔn)確，回零后零點(diǎn)位置不對(duì)等問(wèn)題，需要多次回零或修正系統(tǒng)參數(shù)校正零點(diǎn)。給設(shè)備操作和使用帶來(lái)很大的困擾和風(fēng)險(xiǎn)，稍不注意就會(huì)造成零件報(bào)廢，但是數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有任何報(bào)警和提示，機(jī)床照常運(yùn)行。2

故障原因分析及處理FZ32五坐標(biāo)高速加工中心在A軸回零過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生回零不準(zhǔn)確，回零后零點(diǎn)位置不對(duì)，主要原因是機(jī)床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，回零時(shí)零點(diǎn)信號(hào)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致回零后零點(diǎn)位置不對(duì)。引起機(jī)床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的可能原因涉及軟件和硬件兩方面。軟件方面的原因主要有數(shù)控系統(tǒng)軟件不穩(wěn)定或遭到損壞，有關(guān)機(jī)床回零的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不正確，PLC程序編寫有漏洞等。硬件方面的原因主要有光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷，接地或屏蔽不良，光柵尺或編碼器電纜及接頭有缺陷，伺服驅(qū)動(dòng)的軸控制板有問(wèn)題等。具體的原因要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行排查和處理。2.1

機(jī)床A軸回零不準(zhǔn)確由軟件問(wèn)題導(dǎo)致的可能性如果數(shù)控系統(tǒng)軟件內(nèi)部文件丟失，病毒破壞文件數(shù)據(jù)，PLC程序編制有漏洞，致使機(jī)床運(yùn)行不穩(wěn)定；或位置測(cè)量與反饋有關(guān)參數(shù)設(shè)置不合理，回零誤差大，都可能導(dǎo)致零點(diǎn)角度不準(zhǔn)確。（1）數(shù)控系統(tǒng)軟件內(nèi)部文件數(shù)據(jù)遭病毒破壞而丟失

該機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)多次發(fā)生中病毒事故，導(dǎo)致Windows系統(tǒng)文件丟失，無(wú)法進(jìn)入Windows系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)修復(fù)，完善丟失的文件后，Windows才恢復(fù)正常工作。對(duì)于機(jī)床回零問(wèn)題是否由數(shù)控系統(tǒng)軟件受損引起的可能性無(wú)法排除。為確認(rèn)和修復(fù)數(shù)控系統(tǒng)軟件的完好性，可以使用數(shù)控系統(tǒng)西門子840D的備份和還原功能，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，主要步驟是對(duì)數(shù)控系統(tǒng)和PLC進(jìn)行清除復(fù)位，然后利用備份壓縮文件進(jìn)行解壓還原，在數(shù)控系統(tǒng)單元中重新安裝數(shù)控系統(tǒng)和PLC文件。對(duì)該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)還原恢復(fù)后，重新起動(dòng)機(jī)床進(jìn)行回零測(cè)試，發(fā)現(xiàn)回零角度不準(zhǔn)確的現(xiàn)象依然存在。檢查數(shù)控系統(tǒng)與位置測(cè)量、反饋及回零有關(guān)的參數(shù)，與設(shè)備出廠設(shè)置一致，因此參數(shù)設(shè)置變化的可能性可以排除。為徹底驗(yàn)證回零不準(zhǔn)確的現(xiàn)象是否由數(shù)控系統(tǒng)軟件造成，可以利用該設(shè)備的出廠離線備份文件進(jìn)行系統(tǒng)覆蓋和還原。該機(jī)床交付驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行了操作系統(tǒng)Windows和數(shù)控系統(tǒng)的硬盤備份，并制作了備份硬盤。對(duì)該機(jī)床更換備份硬盤后，重啟機(jī)床進(jìn)行回零測(cè)試，結(jié)果回零角度不準(zhǔn)確的問(wèn)題沒(méi)有消除。因此系統(tǒng)軟件受損或參數(shù)設(shè)置不正確的可能性可以排除。（2）PLC程序編制有漏洞

PLC程序編制有漏洞，機(jī)床回零時(shí)動(dòng)作不準(zhǔn)確，也有可能導(dǎo)致回零錯(cuò)誤，出現(xiàn)回零角度誤差。利用西門子S7-300軟件對(duì)該機(jī)床的PLC程序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床的PLC程序沒(méi)有對(duì)機(jī)床A軸的回零動(dòng)作進(jìn)行編程，A軸的回零動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的。因此，該機(jī)床A軸回零角度不準(zhǔn)確的問(wèn)題由PLC程序造成的可能性可以排除。2.2

機(jī)床A軸回零不準(zhǔn)確由硬件問(wèn)題導(dǎo)致的可能性光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷，接地或屏蔽不良，光柵尺或編碼器電纜及接頭有缺陷，伺服驅(qū)動(dòng)的軸控制板有問(wèn)題等都有可能導(dǎo)致機(jī)床位置反饋系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，回零時(shí)零點(diǎn)信號(hào)出現(xiàn)偏差，回零后零點(diǎn)位置不對(duì)，具體的原因要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行排查和處理。（1）光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷

如果光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷，會(huì)導(dǎo)致回零信號(hào)出現(xiàn)誤差，回零角度不準(zhǔn)確。檢查機(jī)床A軸的編碼器（圓光柵，見(jiàn)圖1）和電纜，其外觀干凈無(wú)破損，線纜也沒(méi)有折損。編碼器（圓光柵）和電纜機(jī)械受損的可能性可以排除。用海德漢光柵尺測(cè)試儀PWT18對(duì)編碼器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)該編碼器的信號(hào)波形完好無(wú)畸變，幅值正常，在1V左右（見(jiàn)圖2）?；亓銜r(shí)零點(diǎn)信號(hào)標(biāo)志穩(wěn)定正常，并且信號(hào)幅值也符合要求。因此，光柵尺或編碼器（圓光柵）有缺陷導(dǎo)致回零角度誤差的可能性可以排除。

圖1

海德漢編碼器

圖2

海德漢編碼器信號(hào)測(cè)試（2）接地或屏蔽不良有缺陷

如果屏蔽層、接地線安裝不正確，或使用過(guò)程中屏蔽層、接地線接觸不良，那么屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號(hào)回路。如果系統(tǒng)接地與其他接地（見(jiàn)圖3和圖4）處理混亂，所產(chǎn)生的接地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響邏輯電路和模擬電路的正常工作。檢查設(shè)備的地線與電網(wǎng)配電柜地線之間的連接：連接良好，兩者之間的電阻為0。因此設(shè)備的地線與電網(wǎng)配電柜地線之間連接沒(méi)有問(wèn)題。檢查編碼器的接地與電網(wǎng)配電柜地線之間的連接：連接良好，兩者之間的電阻為0。因此編碼器的接地與電網(wǎng)配電柜地線之間連接沒(méi)有問(wèn)題。檢查編碼器的屏蔽層與電網(wǎng)配電柜地線之間的連接：連接良好，兩者之間的電阻為0。因此編碼器的屏蔽層與電網(wǎng)配電柜地線之間連接沒(méi)有問(wèn)題。因此，接地或屏蔽不良有缺陷導(dǎo)致回零角度誤差的可能性可以排除。

圖3

配電柜地線和零線圖4

機(jī)床接地（3）伺服驅(qū)動(dòng)的軸控制板有問(wèn)題

對(duì)于西門子611D伺服驅(qū)動(dòng)，光柵尺或編碼器（圓光柵）的電纜及信號(hào)都是接到驅(qū)動(dòng)模塊的軸控制板上，由軸控制板進(jìn)行相應(yīng)處理后把數(shù)據(jù)送到數(shù)控系統(tǒng)。如果西門子611D伺服驅(qū)動(dòng)的軸控制板有缺陷，也會(huì)造成位置測(cè)量與反饋出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致回零角度不準(zhǔn)確。為檢查軸控制板的可靠性，對(duì)該伺服驅(qū)動(dòng)更換一個(gè)同型號(hào)的軸控制板進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，更換新的軸控制板后，回零角度不準(zhǔn)確的問(wèn)題依舊存在，因此軸控制板不良導(dǎo)致回零角度誤差的可能性可以排除。（4）光柵尺或編碼器（圓光柵）電纜及接頭有缺陷

如果編碼器（圓光柵）電纜存在拉伸或折損現(xiàn)象，電纜接頭焊接或壓接不良會(huì)導(dǎo)致編碼器（圓光柵）讀數(shù)頭與軸控制板接頭之間的電阻增大，編碼器（圓光柵）輸出信號(hào)將衰減，信號(hào)減弱，若軸控制板接收到的信號(hào)強(qiáng)度處于臨界狀態(tài)，那么軸控制板和數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)就有可能造成誤差。如果軸控制板與數(shù)控系統(tǒng)對(duì)位置測(cè)量和反饋數(shù)據(jù)處理得不精確，就會(huì)導(dǎo)致坐標(biāo)軸無(wú)法準(zhǔn)確回零。檢查編碼器（圓光柵）電纜，從編碼器（圓光柵）接頭開(kāi)始一直到軸控制板，編碼器（圓光柵）電纜沒(méi)有破損或折損現(xiàn)象。檢查編碼器（圓光柵）電纜接頭：編碼器（圓光柵）電纜是由兩段線連接而成，編碼器（圓光柵）自帶一段電纜（稱為電纜1）和接頭，另一段電纜（稱為電纜2）是與編碼器（圓光柵）自帶電纜連接，另一頭接到軸控制板。結(jié)果發(fā)現(xiàn)電纜2與編碼器（圓光柵）相聯(lián)插頭的一個(gè)針腳虛接。對(duì)該針腳進(jìn)行處理后，對(duì)機(jī)床進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果故障消除，機(jī)床每次回零動(dòng)作準(zhǔn)確，零點(diǎn)角度都符合參數(shù)設(shè)置要求。因此可以確定，該機(jī)床回零不準(zhǔn)確是由于插頭的針腳虛接造成，插頭針腳虛接會(huì)造成電阻增大，信