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摘 要：本文介绍了主轴编码器在数控车床上的作用、工作原理以及常见故障和解决方法。
关键词：数控车床 主轴编码器 数控故障
一、主轴编码器的作用和工作原理
主轴编码器采用与主轴同步的光电脉冲发生器，通过中间轴上的齿轮1∶1地同步传动。数控车床的车螺纹加工时，为了满足切削螺距的需要，要求主轴每转一周，刀具准确地移动一个螺距（导程）。系统通过主轴编码器的反馈脉冲信号实现主轴旋转与进给轴的插补功能，完成主轴位置脉冲的计数与进给同步控制。此外，主轴编码器还可实现恒线速度切削控制。
光电脉冲发生器的原理如图1所示。在漏光盘上，沿圆周刻有两圈条纹，外圈为圆周等分线条，例如：1024条，作为发送脉冲用，内圈仅1条。在光栏上，刻有透光条纹A、B、C，A与B之间的距离应保证当条纹A与漏光盘上任一条纹重合时，条纹B应与漏光盘上另一条纹的重合度错位1/4周期。在光栏的每一条纹的后面均安置光敏三极管一只，构成一条输出通道。
图1 光电脉冲发生器的原理图
灯泡发出的散射光线经过聚光镜聚光后成为平行光线，当漏光盘与主轴同步旋转时，由于漏光盘上的条纹与光栏上的条纹出现重合和错位，使光敏管受到光线亮、暗的变化，引起光敏管内电流大小发生变化，变化的信号电流经整流放大电路输出矩形脉冲。由于条纹A与漏光盘条纹重合时，条纹B与另一条纹错位1/4周期，因此 A、B两通道输出的波形相位也相差1/4周期。
脉冲发生器中漏光盘内圈的一条刻线与光栏上条纹C重合时输出的脉冲为同步（起步，又称零位）脉冲。利用同步脉冲，数控车床可实现加工控制，也可作为主轴准停装置的准停信号。数控车床车螺纹时，利用同步脉冲作为车刀进刀点和退刀点的控制信号，以保证车削螺纹不会乱扣。
主轴编码器一般与主轴采用1∶1齿轮传动且采用同步带连接，编码器为1024脉冲／转，经过系统４倍频电路得到4096个脉冲。其信号及连接如图2所示。
二、主轴编码器常见故障及处理
1.不执行螺纹加工的故障及处理
系统工作原理：数控车床螺纹加工的工作原理是主轴旋转与Ｚ轴进给之间的插补。当执行螺纹加工指令时，系统得到主轴位置检测装置发出的一转信号后开始进行螺纹加工，根据主轴的位置反馈脉冲进行Z轴的插补控制，即主轴转一周，Z轴进给一个螺距或一个导程。
图2 主轴位置编码器信号及接线
产生故障的原因：
（1）主轴编码器与系统之间的连接不良。
（2）主轴编码器的位置信号PA、＊PA、PB、＊PB不良或连接电缆断开。
（3）主轴编码器的一转信号PZ、＊Z不良或连接电缆断开。
（4）系统或主轴放大器故障。
故障处理：对于故障产生原因（1），可通过检查连接电缆接口及电缆的校线查到故障并修复。对于故障产生原因（2），可通过系统显示装置上是否有主轴速度显示来判别，如查无主轴速度显示则为该类故障。对于故障产生原因（3），可通过加工指令G99（每转进给加工）和G98（每分进给加工）切换来判别，如果G98进给切削正常而G99进给不执行，则为该类故障。如果以上故障都排除，则为系统本身故障，即系统存储板或主板故障。
2.加工时出现“乱扣”的故障及处理
系统工作原理：一般的螺纹加工要经过几次切削才能完成，每次重复切削时，开始进刀的位置必须相同。为了保证重复切削不乱扣，数控系统在接收主轴编码器中的一转信号后才开始螺纹切削的计算。
产生故障原因及处理：当系统得到的一转信号不稳时，就会出现“乱扣”现象。产生故障的原因是主轴编码器的连接不良、主轴编码器的一转信号或信号电缆不良、主轴编码器内部有脏东西或编码器本身不良。如果以上故障排除后系统还乱扣，则需要检查系统或主轴放大器。
3.螺纹加工出现螺距不稳故障及处理
系统工作原理：数控车床螺纹加工时，主轴旋转与Z轴进给时进行插补控制，即主轴转一周，Z轴进给一个螺距或一个导程。
产生故障原因如下。
（1）如果产生螺距误差是随机的：产生故障的可能原因是主轴编码器连接不良、主轴编码器内部太脏、Z轴位置编码器不良、Z轴电动机与Z轴连接松动。
（2）如果产生螺距误差是固定的：可能原因是主轴编码器与主轴连接的传动比设定错误或系统软件不良。
（作者单位：许昌市高级技工学校）
关键词：数控车床 主轴编码器 数控故障
一、主轴编码器的作用和工作原理
主轴编码器采用与主轴同步的光电脉冲发生器，通过中间轴上的齿轮1∶1地同步传动。数控车床的车螺纹加工时，为了满足切削螺距的需要，要求主轴每转一周，刀具准确地移动一个螺距（导程）。系统通过主轴编码器的反馈脉冲信号实现主轴旋转与进给轴的插补功能，完成主轴位置脉冲的计数与进给同步控制。此外，主轴编码器还可实现恒线速度切削控制。
光电脉冲发生器的原理如图1所示。在漏光盘上，沿圆周刻有两圈条纹，外圈为圆周等分线条，例如：1024条，作为发送脉冲用，内圈仅1条。在光栏上，刻有透光条纹A、B、C，A与B之间的距离应保证当条纹A与漏光盘上任一条纹重合时，条纹B应与漏光盘上另一条纹的重合度错位1/4周期。在光栏的每一条纹的后面均安置光敏三极管一只，构成一条输出通道。
图1 光电脉冲发生器的原理图
灯泡发出的散射光线经过聚光镜聚光后成为平行光线，当漏光盘与主轴同步旋转时，由于漏光盘上的条纹与光栏上的条纹出现重合和错位，使光敏管受到光线亮、暗的变化，引起光敏管内电流大小发生变化，变化的信号电流经整流放大电路输出矩形脉冲。由于条纹A与漏光盘条纹重合时，条纹B与另一条纹错位1/4周期，因此 A、B两通道输出的波形相位也相差1/4周期。
脉冲发生器中漏光盘内圈的一条刻线与光栏上条纹C重合时输出的脉冲为同步（起步，又称零位）脉冲。利用同步脉冲，数控车床可实现加工控制，也可作为主轴准停装置的准停信号。数控车床车螺纹时，利用同步脉冲作为车刀进刀点和退刀点的控制信号，以保证车削螺纹不会乱扣。
主轴编码器一般与主轴采用1∶1齿轮传动且采用同步带连接，编码器为1024脉冲／转，经过系统４倍频电路得到4096个脉冲。其信号及连接如图2所示。
二、主轴编码器常见故障及处理
1.不执行螺纹加工的故障及处理
系统工作原理：数控车床螺纹加工的工作原理是主轴旋转与Ｚ轴进给之间的插补。当执行螺纹加工指令时，系统得到主轴位置检测装置发出的一转信号后开始进行螺纹加工，根据主轴的位置反馈脉冲进行Z轴的插补控制，即主轴转一周，Z轴进给一个螺距或一个导程。
图2 主轴位置编码器信号及接线
产生故障的原因：
（1）主轴编码器与系统之间的连接不良。
（2）主轴编码器的位置信号PA、＊PA、PB、＊PB不良或连接电缆断开。
（3）主轴编码器的一转信号PZ、＊Z不良或连接电缆断开。
（4）系统或主轴放大器故障。
故障处理：对于故障产生原因（1），可通过检查连接电缆接口及电缆的校线查到故障并修复。对于故障产生原因（2），可通过系统显示装置上是否有主轴速度显示来判别，如查无主轴速度显示则为该类故障。对于故障产生原因（3），可通过加工指令G99（每转进给加工）和G98（每分进给加工）切换来判别，如果G98进给切削正常而G99进给不执行，则为该类故障。如果以上故障都排除，则为系统本身故障，即系统存储板或主板故障。
2.加工时出现“乱扣”的故障及处理
系统工作原理：一般的螺纹加工要经过几次切削才能完成，每次重复切削时，开始进刀的位置必须相同。为了保证重复切削不乱扣，数控系统在接收主轴编码器中的一转信号后才开始螺纹切削的计算。
产生故障原因及处理：当系统得到的一转信号不稳时，就会出现“乱扣”现象。产生故障的原因是主轴编码器的连接不良、主轴编码器的一转信号或信号电缆不良、主轴编码器内部有脏东西或编码器本身不良。如果以上故障排除后系统还乱扣，则需要检查系统或主轴放大器。
3.螺纹加工出现螺距不稳故障及处理
系统工作原理：数控车床螺纹加工时，主轴旋转与Z轴进给时进行插补控制，即主轴转一周，Z轴进给一个螺距或一个导程。
产生故障原因如下。
（1）如果产生螺距误差是随机的：产生故障的可能原因是主轴编码器连接不良、主轴编码器内部太脏、Z轴位置编码器不良、Z轴电动机与Z轴连接松动。
（2）如果产生螺距误差是固定的：可能原因是主轴编码器与主轴连接的传动比设定错误或系统软件不良。
（作者单位：许昌市高级技工学校）