ls 704 ML1020 336978-BA
曲轴颈外圆磨床上使用的德国海德汉公司LS704型光栅尺读数头故障，表现为丢数，造成机床的X轴会自己前后蠕动，最大幅度达0.071mm，当X轴执行返参考点指令时出现1160报警。原因是读数头凸透镜随运动摆动，无法准确聚焦。
1．故障现象
一台1993年从意大利维尔考公司引进的曲轴颈外圆磨床，使用西门子810M系统，床身上有X、Z轴负责砂轮工进和平移，Y、W轴负责砂轮修整，以及砂轮主轴和头架、尾架共计7个直流伺服轴。
使用单位反映该机不能完成返参考点动作，导致无法使用。现场观察机床运行情况发现，当X轴执行返参考点指令时出现1160报警，查810M手册知是“X轴轮廓监控超限”所致。同时机床X轴表现出失速现象，即便使用手动操作，并将进给率降低到5％时，向任意方向运行也会出现失速。Z轴和其他轴则一切正常。
2．故障排查
首先检查X轴伺服板的情况，经与Z轴对比一切正常，又检查了电机炭刷和接线情况均良好，测速机阻值也正常且接线固实。为了进一步缩小排查范围，对换了X轴与Z轴的伺服驱动板，结果X轴依旧失速，因此怀疑X轴光栅尺可能丢数，造成系统不知道当前轴所在的位置，产生误动作。
3．故障分析
检查X轴光栅尺，该尺是由德国海德汉公司生产的LS704型光栅尺，在920mm长的静尺上安装了两个读数头，其中一个是给CNC反馈位置信号的，另外一个将位置信号发送给操作面板前的数显表供操作者读取。仔细观察该数显表又发现，在无任何操作的情况下，机床的X轴自己前后蠕动，最大幅度达0.071 mm。开始认为数显表内电器元件可能有漂移，但观察中发现蠕动是很有规律的往复，通过在床身上压表也证实了数显表的准确性，可这样的移动幅度对于任何机床来讲都是绝对不能接受的。从感觉上讲CNC系统也决不会允许静止状态下机床的水平轴有如此大的蠕动，正常情况下用不了移动这么多早就会产生报警了，而此时该机床的CNC系统却无动于衷，任由电机带着床身前后蠕动，好像CNC根本就没有检测到X轴有如此大的移动量，这就显得很不正常了。
继续操作机床的其他轴又发现，只要一动Z轴（与X轴水平相交的轴）X轴的光栅数显表就剧烈跳动，频率明显高于其静止状态下的跳动，而跳动的幅值却和刚才差不多。由于Z轴的移动会带动包裹电缆的坦克链移动，因此怀疑读数头到CNC的电缆有虚接或断线，通过分析又认为是不可能的，首先西门子系统一般对各轴光栅尺的状态有监控，一旦出现断线或虚接首先出现的报警应该是围绕测量系统的，而不应该出现“轮廓监控超限”的报警。另外，即使不移动Z轴，X轴停留在任意位置时也同样会蠕动，说明与线缆无关。而同样安装在一根尺子上的数显表读数头，可以准确地将机床蠕动情况反映出来，则说明光栅尺本体以及表的读数头都是好的，只有怀疑给CNC发信的读数头有问题了。
4．更换安装
找一个同型号的旧光栅尺（读数头完好）将读数头拆下来。因光栅尺是很精密的测量设备，一旦操作失误有可能彻底损坏，因此准备工作很重要，除了常用工具以外还要准备一块不掉毛的干净布，以便随时将手和工具擦干净，避免污染光栅尺，还要准备一些无水酒精供擦拭光栅尺外表的油泥。
拆卸前先将光栅尺准备滑出读数头的一端擦拭干净，然后小心地将端盖打开（该盖安装前是涂抹了密封胶的），取下后应马上用布盖住光栅尺以免污染。松开固定读数头的两条螺栓，此时读数头就已经可以在静尺上自由滑动了。用手平握读数头，沿光栅尺水平移动到端盖位置并在出口处稍做停留，观察其运动机构是否有可能会接触到玻璃尺条，如无干涉即可顺势将其滑出。
观察读数头结构可见，在一个背光灯泡前有一片凸透镜，用类似玻璃胶的东西粘贴在电路板上，仔细观察发现该镜片的一侧居然已经开胶，轻轻晃动读数头可见该凸透镜随之摆动，这正是一动Z轴，X轴的数显表就剧烈跳动的原因。因其无法准确聚焦，CNC像得了近视眼一样看不清X轴所在的位置，因此产生误动作。问题终于找到，继续将读数头背面的盖板打开可见一个两排4针的插头，用力将其拔出，换上另外一个读数头重新插好，盖好背板。用酒精棉球擦拭一下外观，切勿接触光学元件以及电路板部分，只要把与密封胶皮条接触的部分擦净即可。安装时，用手平握读数头并对准光栅尺内腔的玻璃尺条，沿导向槽轻轻将其滑入，然后平移到原安装位置重新固定好即可，盖好端盖后整个更换过程结束。
系统上电后，用手动方式移动X轴，数显表稳定显示数据，静止观察，读数不变，返X轴参考点一次成功。
5．总结
(1)光栅尺故障，绝大多数问题出在读数头上。首先是元件老化造成的失效，其次因其是运动部件，很可能会出现机械磨损或部件脱落现象。
(2)不要试图用任何东西清理读数头上的光学器件，尤其是有机溶剂，可能会加剧电路板老化并破坏透镜上的镀膜涂料。
(3)维修光栅尺是一项细致的工作，要事先做好一切准备，包括技术咨询、元器件的选型配备、维修中的轻拿轻放、避免污染等都要注意，真正称得上是一件细节决定成败的工作。（仅供参考）
