1、数控机床机械加工中回零点整螺距偏差的分析与控制 摘要 :本文介绍数控机床加工 Y轴回零产生螺距偏差损毁零部件及甚至造成机床损坏的原因、正常工作状态下的 Y轴回零方式、产生故障的原因分析、故障判断是否正确的验证，以及故障的排除与控制。 关键词 :数控机床；挡块；螺距；响应；影响 CNC machining back to zero throughout the analysis and control of pitch deviationQiao LiAbstract: This article describes the Y-axis CNC machining produce pitch d
2、eviation back to zero or even cause damage to machine components and causes of damage, under normal working conditions the Y-axis way back to zero, resulting in failure cause analysis and fault diagnosis is correct verification, and troubleshooting and contmpact 一、引言 在机械加工过程中，特别是 KV1400B 加工中心系统，其 Y轴
3、回参考点时（又称为零点），偶尔会产生一个螺距的偏差。这种故障，极易造成加工工件的报 废，甚至将机床损坏。现分析其产生故障的原因，以试图控制、解决此类现象的发生，减少机械加工零部件的损坏及机床本身的受损。 二、正常工作状态下的 Y 轴回零方式 对于 KVC1400B 加工中心来说，它采用的是 FANUCOi-MA 系统，而 Y 轴回参考点是常用的有挡块回零方式。在回零时（见如图 1 的时序图），其工作步骤依次为：一是将手动回零选择信号 ZRN 置 “1” ；二是选择 Y 轴和回零进给方向；三是接近挡块时，机床上的回零接近开关状态由 “1” 变 “0” ，而坐标轴变为 FL低速运动；四是离开挡块时
4、，回零接近开关状态 由 “0” 变“1” ，而坐标轴继续以 FL 低速运动到编码器的第一栅格点附近，并由1850 号参数定义的栅格偏移量 Lsft 处停止；五是确定当前位置位于到位区域后，便发出 Y轴参考点返回结束信号 ZP2和 Y轴参考位置建立信号 ZRF2。 图 1 机械加工过程中回零时序图 三、产生故障的原因分析 在回零的过程中，要将进给倍率开关拨至 100%，当到达挡块处开始减速时， Y 轴到零点只移动 4mm，观察 302 号诊断数据，脱离减速挡块到第一栅格点距离在 11200m 左右；再将倍率开关拨至 10%，开始减速时， Y轴 到零点还要移动 52mm，观察 302 号诊断数据显
5、示脱离减速挡块到第一栅格点距离在 180m 左右。通过多次改变倍率的方法试验，发现回零速度越快，减速时 Y轴到零点移动的距离越短，脱离减速挡块到第一栅格点的距离越长。 由于 Y 轴丝杠螺距为 12mm，也就是相邻两个栅格点之间的距离为12000m ，当低速回零时，发现 302号诊断的数据很小，这说明接近开关离开挡块的 A点与第一栅格点 B点很近。有时高速回零时，而 302号诊断数据却在 11200附近，这说明减速后找到的栅格点与低速回零找到的栅格点并不是编码器旋转同一圈的 栅格点。从观察的现象和多次回零相差一个螺距的结果来看，明显可知 Y轴在离开减速挡块后，有时停止在第一栅格点，也有时停止在第
6、二个栅格点。这种情况通常发生在图 1 中接近开关离开挡块的 A点与第一栅格点 B点太近，而回零的快速进给速度过快或者挡块设计过短，Y 轴无法迅速从快速进给减速到 FL 速度，离开挡块时接近开关状态翻转的信号通过开关触发输出的延迟， NC最终得到该信息时， Y轴已经冲过了第一栅格点，回零结束时停止的位置就在第二栅格点处，这样造成了多次回零相差了一个螺距。 四、故障判断验证 为验证这种判断的 是否正确，我们可以先估算速度的影响，脱离挡块后以理想的 FL 速度运动，两个相邻栅格点之间（编码器转一圈）需要的时间：t=2400ms；当倍率 10时，脱离挡块后的速度与 FL 速度非常接近，从脱离挡块到第一
7、个栅格点花费的时间为： t1=36ms。 在快速回零速度 15000mm/min 和倍率 100时，当挡块不够长，脱离挡块后的实际速度远大于 FL速度，这样到第一栅格点的时间 t1必然远远小于36ms。估算接近开关电平翻转信号传输到 NC 所需时间 t2， t2 接近开关的响应时间十 PLC输入信号接收器的延迟时间。普通 接近开关的响应频率通常在 25-1000Hz，响应时间大约为 1-40ms。根据实际开关的类型，我们选取中间值 20ms； FANUC 系统用于有振荡信号的接收器响应时间为 5-20ms，也选取中间值 12.5ms，这样 t2通常在 32.5ms左右。根据接近开关和 PLC接
8、口的不同存在一定的变化，就可知在 15000mm/min 速度下回零时，由于 t1 很可能小于 t2，极容易发生相差一个螺距的结果。 再估算减速挡块长度的影响。因 Y轴为指数型加减速， FANUC 系统要求挡块长度 LDW 满足下式： LDW VR(TR+30+ TS)/（ 601000 ） 1.2=15000 （ 100+30+25） /（ 601000 ） 1.2=46.5 （ mm） 式中： VR 决速进给速度，设定值 15000mm/min； TR 决速进给加减速时间常数，设定值 100ms； TS 伺服时间常数，计算值 TS=1伺服增益 1/40s=25ms。 通过上式计算的挡块长度
9、，一般应在 46.5mm 以上。若不考虑其中的 20余量，此时最短也必须在 38.75mm。但是，实际机床的挡块长度只有 33mm，说明挡块 设计明显偏短。 五、故障排除与控制 一般在不方便更换挡块的情况下，只有降低回零速度，同时再微调挡块位置，即可使 302 诊断号的 Ldec 值尽量接近两个相邻栅格点距离的一半（ 6000m ）。为此，我们可以降低决速回零速度至 5000mm/min，再调整挡块使 Ldec 显示为 7200m ，从而使原有回零整螺距偏差的问题得到彻底解决与控制。 六、结束语 对于有挡块回零方式，也是目前数控机床所普遍采用的一种回零方式。但是，由于调试的马虎与粗心大意或挡块的松动等多种原因，都可能导致发生 回零整螺距的偏差故障。因此，也就说快速回零速度和挡块长度，这些因素都有影响。总的来说，无论采用哪种数控系统，前述的分析与解决问题的方法都适用，在操作过程中应注重其程序和正确的操作方法，避免加工零部件的损毁与报废及机床自身的损坏。 参考文献 1、毕承恩 .现代数控机床（上、下册） .北京 :机械工业出版社， 1991. 作者简介 :乔丽 （ 1963 ） 女 1985 年 7月毕业于徐州煤矿工业学校机电专业工程师现在淮海集团秋艳工贸有限公司从事机电技术管理工作 注：文章内所有公式及图表 请以 PDF 形式查看。
