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1 故障現象

W200HD是武鋼公司于1994年從捷克進口的一臺數控鏜銑床，在一次使用中，發現機床無論走多遠的距離，其坐標顯示的距離和實際檢測的距離總有一定的誤差，有時達到幾毫米，甚至十幾毫米。這種定位誤差較大的現象，使數控機床無法正常加工。

2 故障分析及處理

1) 故障分析

鏜銑床W200HD所配的數控系統是德國西門子公司的SINUMERIK系統，它是一種中檔數控系統，具有三個坐標軸聯動功能，分辨率是1μm。對于這種系統，出現上述誤差不正常。該系統本身具有自診斷功能，然而上述故障在顯示器上沒有顯示出來，需要人為判斷并加以排除。

定位誤差作為位置控制中的重要指標，可較全面地判斷位置控制是否正常。由故障現象可以判定出機床數控系統的位置控制部分出現了問題，使整個閉環系統的定位誤差過大，影響機床的正常加工。在圖1所示閉環位置控制的原理框圖基礎上，對進給位置控制的原理進行簡要分析。

圖1 進給位置控制原理框圖

安裝在機床工作臺上的位置傳感器(這里是光柵)將機械位移轉換成數字脈沖，該脈沖送至數控系統的位置測量接口，由計數器計數，計算機以固定的時間周期對該反饋值采樣，采樣值與插補程序輸出的結果(即當前指令位置)進行比較，得到位置誤差，該誤差經軟件增益放大(Kc)，輸出給數模轉換器(D/A)，為伺服單元提供控制電壓，驅動工作臺向減小誤差的方向移動。如果插補程序不斷有進給量產生，工作臺就不斷地跟隨該進給量運動，只有在位置誤差為零時，工作臺才停止在要求的位置上。由此可見，位置控制功能是由軟件和硬件兩部分共同實現的，軟件負責位置誤差和速度環給定值的計算，硬件則接受給定值數字量，進行D/A轉換，為速度環提供控制電壓，驅動坐標軸運動，并將機床工作臺的位置反饋給數控系統。

根據故障現象分析問題的出處。該機床是全閉環控制系統，位置傳感器安裝在工作臺上，理論上定位誤差不受絲杠間隙和螺距誤差的影響。機床能夠正常移動，說明機床伺服單元工作正常。在機床反饋回路中，如果反饋線斷路，系統實際上變成開環，沒有位置反饋，增量從命令增量中減去，跟隨誤差會累積得越來越大，直至溢出，使驅動裝置失控，這時數控系統的自診斷功能會發揮作用，發出反饋回路斷開的報警信息。綜合以上分析可以看出，位置控制的硬件部分沒有問題，因而故障可能出在軟件部分。

該機床的伺服單元可完成電流環和速度環的控制。而位置環(即位置控制)則由數控系統軟件完成。數控系統軟件有數百個參數可由用戶設置，以利于數控系統與機床本體配接的二次開發，這些參數均保存在CMOS存貯器中，機床掉電后，參數不會丟失，一旦電池不足(低于額定值的85%)或外部干擾可使參數丟失而發生混亂。但沒有出現電池不足的報警，說明電池的能量還充足。如果數控系統的控制參數全部丟失，則機床根本不可能運行，因此很可能是外部的某種干擾，使位置控制的部分參數發生混亂，位置控制的軟件計算出現較大誤差，使定位誤差超出所允許范圍。從圖2看出，機床的位置反饋測量系統的精度和位置環增益Kc影響到位置誤差的輸出。位置環增益反映了整個伺服系統的靈敏度，在系統穩定的前提下，增益越高，定位誤差越小，但機床容易振蕩，不易調整；系統的增益越低，定位誤差越大，但機床容易調整，不易振蕩。現調出數控系統的系統參數，檢查位置環的增益是否選得太低，使定位誤差較大。經校對，位置環的增益和機床調試好后的增益一致。因此，該機床的問題可能在機床的位置反饋測量系統的精度和控制裝置的位置調節精度不匹配上。

圖2 數控系統位置控制軟件流程

由于該機床采用全閉環位置控制系統，是直接從機床移動部件(工作臺)上獲得位置實際移動值，因此其檢測精度不受機械傳動精度的影響。要使位置環能夠正常工作，必須具有正確的位置調節閉環回路。為此必須使位置測量系統的脈沖與控制裝置的位置調節精度相互匹配。在該系統中有一個可設置參數MD5002(共8位)，表示反饋輸入分辨率和位置控制分辨率，只有當反饋輸入精度的設置和位置控制精度的設置相互匹配時，位置環才可能正確運算，使機床正常移動，在誤差允許的范圍內準確到達指定位置。
在CNC系統中，定位誤差的計算是以伺服分辨率為單位的，如果位置反饋輸入的精度和位置控制的精度不一致，位置誤差的計算就在非統一單位下進行的，其結果就不是真正意義上的指令位置和實際位置的誤差，因而工作臺就不能到達指令所要求的位置。

1) 故障處理

根據以上故障分析，調出系統參數，校對參數單元MD5002的內容，發現與原來調試好的參數有出入，可能是外部某種干擾，使RAM中的參數發生混亂。現將該參數進行正確修改后，使機床數控系統復位，再開動機床，經檢測，機床的定位精度達到了正常要求，機床恢復了正常生產。

3 小結

通過這次故障維護可見，為了能夠充分發揮數控機床功能多、柔性強、加工精度高、自動化程度高的優勢，生產出高質量的產品，以適應市場競爭的需要，就必須注意加強數控機床的維護工作。具體應做到如下幾點：(1)保證數控設備的使用環境良好，符合產品規定的要求。(2)注意數控設備使用電源的維護。特別當增減旁邊共用交流電源的大容量設備時，必須觀察是否產生瞬時干擾信號，防止它破壞機內的程序或參數，甚至造成死機，影響機床的正常運行。(3)數控設備應有操作規程。特別防止機床操作員隨意修改內部參數。(4)應有維修記錄。一般機床故障都具有規律性(如常發故障)，維修記錄對今后工作具有指導意義。(5)要加強有關數控設備技術人員和操作員的培訓工作，結合理論和實踐來提高他們的綜合業務素質。