數控機床回參考點的故障與排除

孟祥坡 王云

（1、黑龍江商業職業學院，黑龍江 牡丹江 157011 2、牡丹江白酒廠有限公司，黑龍江牡丹江 157001）

數控機床在正常工作時，必須對機床各數控軸建立一個原點固定不變的機床坐標系，現代數控機床一般都采用增量式的光電編碼器和增量式的光柵尺作為位置檢測反饋元件，當機床斷電后就失去了對各坐標位置的記憶，因此在每次開機后都必須首先讓各坐標軸回到機床一個固定點，重新建立機床坐標系，這一固定點就是機床坐標系的原點或零點，也稱機床參考點。使機床回到這一固定點的操作稱回參考點操作。能否正確地返回參考點將會影響到零件的加工質量。以下對回參考點方式及常見故障加以闡述。

1 回參考點方式

數控機床回參考點的方式，因數控系統類型和機床生產廠家而異。就一般數控機床而言，回參考點方式主要有使用脈沖編碼器(或光柵尺)的柵格法和使用磁感應開關的磁開關法兩種。磁開關法因有定位漂移而較少應用，常用的是柵格法。

采用柵格法時，脈沖編碼器(或光柵尺)隨伺服電機一起轉動，伺服電機每轉過一定角度(通常為1 周)，脈沖編碼器便產生1個零標志信號，即每2個零標志信號間相應機床坐標軸移動1個選定距離，將該距離按一定份數等分，則每一等分為柵格間距。

采用柵格方式時，可通過移動柵格來調整參考點位置。位置檢測裝置隨伺服電機旋轉產生柵點或零標志位信號，在機床本體上安裝一個減速撞塊（運動部件上）及一個減速開關（固定部件上）。當啟動機床參考點搜索后，相應數控軸會以設置的參考點搜索方向和較快速度運動，當減速撞塊壓下減速開關時，伺服電機減速并繼續向參考點運行。當減速撞塊離開減速開關后，減速開關釋放，數控系統檢測到的第一個柵點或零標志位信號時，坐標軸制動為零，然后再前移參考點偏移量（機床參數設定）而停止，所停位置即為機床參考點，此時伺服電機停轉，坐標軸定位，機床屏幕上相應坐標軸上的讀數為零。在數控機床制造時，機床參考點經過調試確定后，為方便用戶觀察，一般由制造商在各坐標軸相對運動部件上牢靠打上對應的兩個醒目的紅箭頭，以便用戶確認每次開機后回參考點操作的正確性。

2 回參考點的故障分析與診斷

手動回參考點操作是建立機床坐標系的前提,絕大多數數控機床開機后的第一動作一般都是手動操作回參考點。若回參考點出現故障將無法進行程序加工,回參考點的位置不準確將影響到加工精度,甚至出現撞車事故。分析和排除回參考點故障的問題是非常必要的。機床回參考點故障一般來說有以下幾種情況：

2.1 返回參考點時機床停止位置與參考點位置不一致

2.1.1 停止位置偏離參考點一個柵格間距

多數情況是由減速撞塊安裝位置不正確或減速撞塊太短所致。檢驗方法是：先減小由參數設置的接近參考點的速度，若重試結果正常了，則通過重新調整撞塊位置或減速開關位置，或適當增加撞塊長度即可將此故障解決。也可通過設置柵點偏移量改變電氣原點的方法來解決。這是由于當一個減速信號由硬件輸出后，數字伺服軟件識別這個信號需要一定時間。因此當減速撞塊離參考點太近時，軟件有時捕捉不到參考點信號，導致參考點偏離。

如果重試結果仍舊偏離，可減小快速進給速度或快速進給時間常數的參數設置，重回參考點。這是由于時間常數設置太大或減速撞塊太短，在減速撞塊范圍內，進給速度不能達到接近參考點速度。當開關被釋放時，即使柵格信號出現，軟件檢測出進給速度未達到接近參考點速度，回參考點操作也不會停止，因而發生參考點偏離。

如上述辦法用過后仍有偏離，則應檢查參考計數器設置的值是否有效，修正參數設置。

這種故障經常發生在更換伺服電機或松動調整過電動機與數控軸滾珠絲杠相連的聯軸器的修理時或在加工工件時,總是發生穩定的位移誤差,而且正好等于絲杠的螺距。

2.1.2 停止位置產生隨機偏差，沒有規律性

造成這種故障的主要原因是外界干擾，如屏蔽地連接不良，檢測反饋元件的通信電纜與電源電纜是否靠得太近；脈沖編碼器的電源電壓是否過低；脈沖編碼器是否損壞；數控系統的主印刷電路板是否不良；伺服電機與工作臺聯軸器連接是否松動；伺服軸電路板或伺服放大器板是否不良等。在排除此類故障時，應有開闊的思路和足夠的耐心，逐個原因進行檢查、排除，直到消除故障。

2.1.3 停止位置產生微小誤差

多數故障原因為電纜或連接器接觸不良，或因主印刷電路板及速度控制單元工作性能不良，造成位置偏量過大。此時，需要有針對性地檢查。

2.2 機床不能正常返回參考點且有報警

可針對報警信息,查看機床說明書。其主要原因是回參考點減速開關產生的信號或零標志位脈沖信號失效（包括信號未產生或在傳輸處理中丟失）。如采用脈沖編碼器作位置檢測裝置，則表現為脈沖編碼器的每轉的基準信號（零標志位信號）沒有輸入到CNC，其原因常常是因為脈沖編碼器斷線或脈沖編碼器的連接電纜抽頭斷線。另外，返回參考點時，機床開始移動點距參考點太近也會產生此類報警故障。因此，建議在每次執行回參考點前，先將各數控軸用電子手輪或手動移動鍵移至該軸負行程內，再執行回參考點操作。

排除方法可采用先外后內和信號跟蹤法。所謂的外，是指安裝在機床上的撞塊和參考點開關，可以用CNC 系統PLC 接口的I/O 狀態指示直接觀察信號的有無；所謂的內，是指脈沖編碼器中的零標志位或光柵尺上的零標志位，可采用示波器檢測零標志位脈沖信號。

2.3 機床在返回參考點過程中數控系統出現“NOT READY”（未準備好）狀態且無報警

首先檢查外部條件是否滿足要求，如壓力和溫度等；檢查伺服系統是否有熔絲燒斷和斷路器跳閘；檢查電動機的熱開關是否跳開；檢查控制系統所需各路電源是否正常；但此類故障多數為返回參考點用的減速開關失靈，觸頭壓下后不能復位造成的。因此排除也較簡單，只需檢查減速開關復位彈簧是否損壞或直接更換減速開關即可。

2.4 當數控機床出現回參考點故障時，應重點檢查如下項目

2.4.1 檢查減速撞塊和減速開關的狀態，如減速撞塊有無松動現象，減速開關固定是否牢固、有無損壞；若無問題，應進一步用百分表或激光測量儀檢查機械相對位置的漂移量；減速撞塊的長度是否合適；移動部件回參考點的起始位置、減速開關位置與參考點位置的相對關系是否適當。

2.4.2 檢查回參考點的模式是否是開機的第一次回參考點，是否采用絕對式的位置檢測裝置。

2.4.3 檢查伺服電機每轉的運動量；檢查回參考點快速進給速度的參數設置、接近參考點速度的參數設置、快速進給時間常數的參數設置以及參考計數器的設置是否合適等。

3 小結

數控機床回參考點的故障是數控機床中比較常見的故障之一。而這種故障一般又是由撞塊的松動、減速開關的失靈等因素引起的。當然，編碼器或光柵尺的損壞以及編碼器或光柵尺的零標志出現問題等也會引起回參考點故障，只不過編碼器和光柵尺相對來說可靠性較高，出現故障的概率比較低而已。只要我們掌握了數控機床回參考點的工作原理和方式，了解其操作方法、動作順序并對故障現象作充分調查和分析，就一定能找到故障的原因，最終排除故障，使機床恢復正常。

[1]彭躍湘.數控機床故障診斷及維護.清華大學出版社.2006.1

[2]宋玉明.數控機床機械原點的調整與修復制造技術與機床.2004.10.