摘要 通过分析有档块回零方式下的整螺距偏差现象，具体推算快速回零速度和挡块长度的影响，最终发现偏差形成的原因和解决办法。
关键词 栅格 挡块 螺距 响应
中图分类号 TG659 文献标识码 B
1．故障现象
KVC 1400B加工中心Y轴回参考点（也称为零点）时，偶尔会产生一个螺距的偏差，极易造成加工工件的报废和机床损坏。
2．Y轴回零方法
KVC 1400B加工中心采用FANUC Oi-MA系统，其Y轴回参考点是常用的有挡块回零方式。回零时序图如下图，步骤依次为：将手动回零选择信号ZRN置“1”；选择Y轴和回零进给方向；接近挡块时，机床上的回零接近开关状态由“1”变“0”，坐标轴变为FL低速运动；离开挡块时，回零接近开关状态由“0”变“1”，坐标轴继续以FL低速运动到编码器的第一栅格点附近由1850号参数定义的栅格偏移量Lsft处停止；确定当前位置位于到位区域后，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。
3．故障分析
回零过程中，将进给倍率开关拨至100%，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11200μm左右；将倍率开关拨至10%，开始减速时，Y轴到零点还要移动52mm，302号诊断数据显示脱离减速挡块到第一栅格点距离在180μm左右；多次改变倍率，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，即相邻两个栅格点之间的距离是12000μm，低速回零时302号诊断数据很小，说明接近开关离开挡块的A点与第一栅格点B点很近，当有时高速回零302号诊断数据在11200附近时，说明减速后找到的栅格点与低速回零找到的栅格点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，可知Y轴在离开减速挡块后，有时停止在第一栅格点，有时停止在第二个栅格点，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，造成多次回零相差了一个螺距。
为了验证上述判断的正误，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，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，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接口的不同存在一定的变化，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：
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
上式计算的挡块长度应在46.5mm以上，不考虑其中的20％余量，最短也必须在38.75mm，但实际机床的挡块长度只有33mm，挡块设计明显偏短。
4．故障排除及结论
在不方便更换挡块的情况下，只有降低回零速度，同时微调挡块位置，使302诊断号的Ldec值尽量接近两个相邻栅格点距离的一半（6000μm），为此降低决速回零速度至5000mm/min，调整挡块使Lde。显示为7200μm，原有回零整螺距偏差的问题彻底解决。
有挡块回零方式是目前数控机床普遍采用的回零方式，由于调试的马虎或挡块的松动等多种原因，都可能发生回零整螺距偏差的故障，无论采用哪种数控系统，上述解决方法都是适用的。
