在機(jī)床的設(shè)計(jì)和使用中，經(jīng)常會(huì)遇到在某一工位有較高的精度要求，其他工位采取PLC控制更加方便經(jīng)濟(jì)。如何把PLC控制的靈活性和數(shù)控系統(tǒng)較高的加工精度結(jié)合起來，組成經(jīng)濟(jì)可靠且滿足零件加工精度要求的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在自動(dòng)化機(jī)床控制中經(jīng)常會(huì)遇到。
1． 系統(tǒng)框圖
機(jī)床由PLC進(jìn)行控制，而在某工位采用單獨(dú)的數(shù)控系統(tǒng)（以CLM數(shù)控系統(tǒng)為例），和PLC之間進(jìn)行必要的信號交換。由于僅是一個(gè)數(shù)控軸，主控制系統(tǒng)還是PLC控制，數(shù)控軸的動(dòng)作指令都來源于PLC，兩個(gè)系統(tǒng)的交換信號的處理和理解就成為設(shè)計(jì)和維修的關(guān)鍵。.
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2． 參考點(diǎn)的查找方式
找參考點(diǎn)即回零是數(shù)控機(jī)床操作中是最重要的環(huán)節(jié)之一。數(shù)控機(jī)
床上電后，首先進(jìn)行回零操作，就是數(shù)控軸也是如此。在PLC控制的機(jī)床中凡設(shè)計(jì)到數(shù)控系統(tǒng)的使用，也要設(shè)計(jì)相關(guān)的程序控制。這是由于一般數(shù)控機(jī)床多使用相對編碼器進(jìn)行位置測量，每次斷電后，對各個(gè)坐標(biāo)軸的位置記憶會(huì)自動(dòng)丟失。因此開機(jī)后，必須讓機(jī)床各坐標(biāo)軸回到一個(gè)固定位置點(diǎn)上，既是回到機(jī)床的坐標(biāo)系零點(diǎn)，也稱坐標(biāo)系的原點(diǎn)或參考點(diǎn)，這一過程就稱為機(jī)床回零或回參考點(diǎn)操作。數(shù)控機(jī)床的各種刀具補(bǔ)償、間隙補(bǔ)償、軸向補(bǔ)償以及其它精度補(bǔ)償措施能否發(fā)揮正確作用將完全取決于數(shù)控機(jī)床能否回到正確的零點(diǎn)位置。
目前數(shù)控機(jī)床回零的方式有兩種，使用脈沖編碼器或光柵尺的柵格法和使用感應(yīng)開關(guān)的開關(guān)法。開關(guān)法對所使用的接近開關(guān)和磁性開關(guān)有較高的重復(fù)定位精度要求，且存在定位漂移的可能，只有在要求重復(fù)定位精度不太高的情況下才使用。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用柵格法回零。柵格法根據(jù)檢測元件的計(jì)量方式的不同又可分為絕對柵格法回零和增量柵格法回零。采用絕對柵格法回零的數(shù)控機(jī)床在有后備存儲(chǔ)器電池支持下，只需在機(jī)床第一次開機(jī)調(diào)試時(shí)進(jìn)行回零操作調(diào)整，此后每次開機(jī)均記錄有零點(diǎn)位置信息因而不必再進(jìn)行回零操作，而增量柵格法回零則每次開機(jī)均必須進(jìn)行回零操作。一般回零操作是在手動(dòng)方式下完成的，RF(即參考點(diǎn))找到后，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)給出參考點(diǎn)找到的信號，PLC可以采集該信號作為機(jī)床動(dòng)作的前提。
采用增量柵格法回零的方法通常有三種方式：
1）正向觸發(fā)回零 數(shù)控軸以較快速度快速向零點(diǎn)靠近，在接近零點(diǎn)處開關(guān)觸發(fā)信號啟動(dòng)回零操作，以低速繼續(xù)向零點(diǎn)方向移動(dòng)，當(dāng)壓下零點(diǎn)開關(guān)后，系統(tǒng)開始查詢脈沖編碼器或光柵尺發(fā)出的零標(biāo)志脈沖，當(dāng)零標(biāo)志脈沖出現(xiàn)時(shí)，便發(fā)出相對應(yīng)的柵格脈沖控制信號控制回零軸制動(dòng)停止，同時(shí)位移計(jì)數(shù)器清零，回零操作結(jié)束。此時(shí)所處位置便是數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系零點(diǎn)。
2）正向截止回零 數(shù)控軸以較快速度快速向零點(diǎn)靠近，壓下零點(diǎn)開關(guān)后，以低速繼續(xù)向零點(diǎn)方向移動(dòng)，當(dāng)越過零點(diǎn)開關(guān)后，系統(tǒng)開始查詢零標(biāo)志脈沖，當(dāng)零標(biāo)志脈沖出現(xiàn)時(shí)，發(fā)出相對應(yīng)的柵格脈沖控制信號控制回零軸制動(dòng)停止，回零結(jié)束。
3）返向回零 數(shù)控軸以較快速度快速向零點(diǎn)靠近，壓下零點(diǎn)開關(guān)后，制動(dòng)停止，然后低速反向移動(dòng)，系統(tǒng)開始查詢零標(biāo)志脈沖，當(dāng)零標(biāo)志脈沖出現(xiàn)時(shí)，發(fā)出相對應(yīng)的柵格脈沖控制信號控制回零軸制動(dòng)停止，回零結(jié)束。
數(shù)控軸的進(jìn)退指令信號由PLC進(jìn)行程序控制。在沒有回零前，運(yùn)動(dòng)以回零開關(guān)而停止；回零后，位置按數(shù)控系統(tǒng)的程序移動(dòng)。
3． 機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)例
1) 硬件線路的設(shè)計(jì)（以CLM控制系統(tǒng)為例）
見下圖， 數(shù)控系統(tǒng)的主線路受控于KA1和KA3，由PLC根據(jù)控制要求吸合。工作方式和參考點(diǎn)開關(guān)接在數(shù)控相應(yīng)結(jié)點(diǎn)上，手動(dòng)方式下的指令信號來源于PLC的控制輸出，自動(dòng)方式下的指令取決于加工程序，一般為電壓輸出到驅(qū)動(dòng)單元。
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2）系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和加工程序的編寫（以CLM系統(tǒng)開關(guān)回零為例）
A. 參考點(diǎn)相關(guān)的參數(shù)
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原點(diǎn)設(shè)定A112 02 01 00 13 按鈕接在輔助輸入點(diǎn)＃2
零位開關(guān)接在輔助輸入點(diǎn)＃1
參考點(diǎn)信號到輔助輸出點(diǎn)＃13
運(yùn)動(dòng)設(shè)定A110 0 0 0 1 05 0 0 1為正向，速度為5％
偏置設(shè)定A111 1 130.0 參考點(diǎn)開關(guān)相對于原點(diǎn)位置
最小限位A113 -131.0 (實(shí)際限位－1.0)
最大限位A114 +1800.0 (實(shí)際限位＋1930.0)
B. 和機(jī)械部件相關(guān)的參數(shù)
進(jìn)給常數(shù)A108 6.66667 編碼器每細(xì)分單元絲桿移動(dòng)距離
位置增益A103 1.0 標(biāo)準(zhǔn)值為1
C. 其他參數(shù)
#p#分頁標(biāo)題#e#手動(dòng)速度 A101 20.0
加速度 A102 50.0
位置偏差 A106 15 0.05
方向 A109 0 1 000000 操作方向
最大轉(zhuǎn)速 A121 2000 0000 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速
B007 01 03 0 0 00 01為英語 03為小數(shù)點(diǎn)后3位
D. 數(shù)控軸的加工程序
E0000 JMP 0010 跳轉(zhuǎn)到0010
E0010 WAI 02.0 等待2秒
E0011 ATS 13 1 檢測輔助輸出＃13（參考點(diǎn)指示）位1則繼續(xù)
E0012 NOP
E0013 PSA 1 +150.0 200 快進(jìn)
E0014 PSA 1 +300.0 011 慢進(jìn)
E0015 NOP
E0016 NOP
E0017 NOP
E0018 WAI 2.0
E0019 PSA 1 +0.0 300 快退
E0020 JST 0000 跳轉(zhuǎn)到0000步，停止等待下一循環(huán)
4． 維修常見故障
以前單位就有類似的系統(tǒng)配置的機(jī)床5臺(tái)，有的為數(shù)控軸，有的是
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，參考點(diǎn)的尋找更為精確，使用編碼器確定零位。在維修過程中就遇到多次和數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)的故障，現(xiàn)舉例說明。
1）Y軸原位找不到，CLM數(shù)控面板上MARKER PULSE 2 ? 報(bào)警
分析：參考點(diǎn)的查找步驟，先碰參考點(diǎn)開關(guān)，再找編碼器的零脈沖（具體碰參考點(diǎn)的動(dòng)作因具體設(shè)計(jì)而有所區(qū)別）。該故障在碰到參考點(diǎn)開關(guān)后停止并且報(bào)警，根據(jù)提示，問題出在編碼器及其連線。
解決：經(jīng)檢查，編碼器接線連接處進(jìn)水，清洗后用氣槍吹干凈，上電查找原位OK。
2）大盤一直正轉(zhuǎn)，原位不能找到
分析：查找參考點(diǎn)先正轉(zhuǎn)，在碰到原位開關(guān)后開始反轉(zhuǎn)，脫離原位開關(guān)開始找編碼器零脈沖。該故障明顯是參考點(diǎn)開關(guān)沒反應(yīng)。
解決：檢查原位開關(guān)，更換后正常。
3）找原位大盤即反轉(zhuǎn)
解決：根據(jù)上述分析，估計(jì)原位開關(guān)常置1，檢查開關(guān)信號證明判斷正確，拆下開關(guān)，內(nèi)部進(jìn)水引起信號短接，清理后回復(fù)正常。
4）西門子驅(qū)動(dòng)板“6”報(bào)警，系統(tǒng)跳電，后出現(xiàn)CLM報(bào)警“DRIVE RUNAWAY A1”。
分析：該電氣系統(tǒng)為PLC控制機(jī)床，該工位由2根數(shù)控軸組成，數(shù)控系統(tǒng)為CLM雙軸數(shù)控，驅(qū)動(dòng)和電機(jī)是西門子的。驅(qū)動(dòng)板“6”報(bào)警為“Speed controller at endstop,Iact=Iset”常見故障為碰到限位。
解決：注意到系統(tǒng)逆變電源跳電，經(jīng)線路檢查，發(fā)現(xiàn)在找原位過程中，X軸的硬限位碰到了，適當(dāng)外移5mm后，電源不在跳電，原位都可以找到，但在自動(dòng)執(zhí)行過程中停機(jī)，在驅(qū)動(dòng)板上還是出現(xiàn)“6”報(bào)警，同時(shí)在CLM系統(tǒng)面板上出現(xiàn)報(bào)警“DRIVE RUNAWAY A1”，根據(jù)報(bào)警，故障還是在X軸。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參考點(diǎn)查找正常，在自動(dòng)過程中出現(xiàn)停機(jī)，可能是信號接觸不良。在電機(jī)、連接線、編碼器都證明OK的情況下，故障查找陷于困難境地。后聯(lián)想到硬限位的外移，會(huì)不會(huì)參考點(diǎn)相對位置發(fā)生了偏差。將參考點(diǎn)偏置A111減小后，故障立即消失，后經(jīng)位置調(diào)整，得以正常工作，設(shè)備回復(fù)正常。
通過以上故障維修實(shí)例可以看出，只有在控制系統(tǒng)和機(jī)床的具體動(dòng)作認(rèn)識(shí)清楚的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，才能進(jìn)行有效的分析判斷。
對于由多子系統(tǒng)組成的控制系統(tǒng)，各系統(tǒng)間的接口是設(shè)計(jì)和維修的關(guān)鍵所在。
5． 結(jié)束語
在機(jī)床的設(shè)計(jì)和使用過程中，往往不是僅僅局限于一種電氣系統(tǒng)，
而是由多種類型的系統(tǒng)柔和組成一個(gè)全新的機(jī)床控制系統(tǒng)，此種現(xiàn)象較為普遍，數(shù)控軸和PLC控制的結(jié)合就是一個(gè)典型的例子。結(jié)合自己在設(shè)計(jì)和維修中的實(shí)踐加以論述，歡迎有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人士交流指正。
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