西門子840D數控機床返回參考點問題分析

范芳洪

（湖南鐵道職業技術學院車機學院 湖南株洲）

數控機床返回參考點的目的是確定機床坐標原點位置，建立機床坐標系，同時也是軟限位開關及各種補償生效的前提條件。因此，數控系統在執行程序前必須進行返回參考點操作。半閉環控制的數控機床，一般采用增量式脈沖編碼器，每轉產生1個零脈沖信號，由于該信號在機床坐標系中的位置是確定的，可以將某個零點的位置作為系統的同步基準。

1.增量式旋轉測量系統返回參考點原理

增量式旋轉測量系統多采用增量式脈沖編碼器作為位置或速度反饋元件，為具體確定參考點位置，需要給每個坐標軸安裝1個參考點減速擋塊。以西門子840D數控機床增量式編碼器返回參考點過程（圖1）為例，數控機床開機執行返回參考點操作步驟如下。

圖1 增量式編碼器返參考點過程

（1）第一步——尋找參考點減速擋塊。在機床操作面板上選擇返回參考點功能，按下軸移動鍵啟動后，若坐標軸位于減速擋塊前面，坐標軸自動按機床數據MD34020設定的返參考點速度，向機床數據MD34010設定方向移動（一般為坐標軸正方向），尋找參考點減速擋塊；若坐標軸位于減速擋塊上面，則不需要執行尋找參考點擋塊的過程。找到參考點減速擋塊后，坐標軸在減速信號控制下減速，移動一小段距離后停止，這段距離與設置的返回參考點速度和最大加速度有關。參考點減速擋塊的長度，一定要確保大于坐標軸減速移動的距離，否則坐標軸減速停止點就可能不在擋塊上，發生20001#報警，即沒有參考點減速擋塊信號。觸點開關接觸到減速擋塊，便通過“參考點接近延遲”接口信號DB31.DBX12.7～DB61.DBX12.7告之系統，已經找到參考點減速擋塊，第一步工作結束，此時坐標軸位于減速擋塊之上。在尋找參考點減速擋塊過程中，進給倍率修調開關和進給啟動/禁止使能按鍵有效。若坐標軸移動距離大于MD34030設置距離，仍未找到參考點減速擋塊，就會產生20000#報警（參考點擋塊未找到），同時“參考點接近延遲”接口信號復位。

（2）第二步——尋找零脈沖。尋找零脈沖信號的控制方式取決于機床數據MD34050的設置，MD34050設置為0，尋找零脈沖以參考點減速擋塊信號的下降沿為基準；MD34050設置為1，尋找零脈沖以參考點減速擋塊信號的上升沿為基準。如果以參考點減速擋塊信號的下降沿為基準，坐標軸會從靜止狀態加速到機床數據MD34040設定尋找零脈沖的速度，向MD34010規定的相反方向移動，尋找零脈沖信號。當離開參考點減速擋塊時，即參考點減速擋塊信號的下降沿出現，“參考點接近延遲”接口信號復位，系統與脈沖編碼器的第一個零點脈沖信號同步（圖2）。如果以參考點減速擋塊信號的上升沿為基準，坐標軸會從靜止狀態加速到返回參考點速度，向MD34010規定的相反方向移動，尋找零脈沖信號。當離開參考點減速擋塊時，即參考點減速擋塊信號的下降沿出現，“參考點接近延遲”接口信號復位，坐標軸減速停止，然后再加速到尋找零脈沖的速度，向相反方向移動，當再次接觸到參考點減速擋塊時，即參考點減速擋塊信號的上升沿出現，“參考點接近延遲”接口信號使能，系統與脈沖編碼器的第一個零點脈沖信號同步（圖3）。無論何種情況，只要找到第一個零點脈沖信號，第二步結束。

圖2 檢測減速擋塊下降沿返參考點過程

圖3 檢測減速擋塊上升沿返參考點過程

在尋找零點脈沖過程中，進給倍率修調開關和機床操作面板上NC啟動/停止按鍵均無效，但進給啟動/靜止使能有效，如果軸停止，將出現20005#（返回參考點中止）報警。離開參考點減速擋塊后，坐標軸移動距離大于MD34060設置距離時，仍未找到零點脈沖信號，就會出現20002#報警（零點脈沖沒有找到）報警，同時“參考點接近延遲”接口復位。

（3）第三步——坐標軸移動到參考點。成功尋找到零點脈沖信號且無報警，才執行第三步。在尋找到零點脈沖后，坐標軸加速到機床數據MD34070設定的返回參考點定位速度，移動到參考點停止。從零點脈沖上升到參考點移動距離，由機床數據MD34080和MD34090決定，這段距離是兩數據之和。坐標軸到達參考點后，通過“參考點值”接口信號DB31.DBX2.4～DB61.DBX2.4、DB31.DBX2.5 ～DB61.DBX2.5、DB31.DBX2.6 ～DB61.DBX2.6和DB31.DBX2.7～DB61.DBX2.7的選擇，將機床數據MD34100中的設定值賦給參考點。此時，參考點/同步接口信號DB31.DBX60.4 ～DB61.DBX60.4、DB31.DBX60.5 ～DB61.DBX60.5使能，位置測量系統與控制系統同步有效，整個返回參考點過程結束，機床可以正常工作。

2.返參考點參數設置

（1）MD34010定義返回參考點的方向，設置0時正方向返回參考點，設置1時向負方向返回參考點。

（2）MD34020定義尋找參考點減速擋塊的速度。執行返回參考點操作，系統首先以此參數設定的速度尋找參考點減速擋塊。當尋找到參考點減速擋塊后，坐標軸迅速制動停止。設定速度值時，應考慮機床的動態特性，不要設置過快或過慢。

（3）MD34030定義尋找參考點擋塊的最大距離，只要尋找參考點減速擋塊的實際距離超過了設定值，就會停止返回參考點，并產生20000#報警（參考點擋塊沒有找到）。

（4）MD34040定義尋找零脈沖信號的速度，坐標軸以此速度離開參考點減速擋塊，尋找測量系統的第一個零點脈沖信號。設定值要小于MD43020的設定值。

（5）MD34050定義參考點減速擋塊信號上升沿/下降沿的同步方向。設置為0檢索參考點減速擋塊信號的下降沿，設置為1檢索參考點減速擋塊信號的上升沿。

（6）MD34060定義尋找零脈沖的最大距離，如果坐標軸移動量超過該距離仍未找到零點脈沖，返回參考點的過程將自動停止，并產生20004#報警（參考標記錯誤）。

（7）MD34070定義參考點定位速度，當系統檢測到零點脈沖信號后，以此定位速度移動一段可設定距離后停止，返回參考點過程結束。

（8）MD34080設置參考點移動距離，找到零點脈沖后，該參數確定以參考點定位速度移動的距離。若MD34080設置為負數，表明是正向定位參考點，若設置為正數，則是負數定位參考點。

（9）MD34090設置參考點偏移量。

（10）MD43100定義了參考點位置，返回參考后，坐標軸的位置就是參考點相對于機床坐標原點的位置。從參考點到機床原點的距離，設置在機床數據MD34100中，如果設置為0，表明參考點的位置就是機床坐標原點的位置。

3.返回參考點故障原因及解決方法

參考點是數控機床上1個基準點，工件坐標原點及對刀點均以其為基準。返回參考點出現故障將無法進行程序加工，返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。數控機床返回參考點故障有兩種情況：①機床不能返回參考點或找不到參考點。②機床能回參考點，但在每次回參考點時出現停止時的漂移。對于情況①，由于數控機床不能成功返回參考點，數控系統不會執行用戶所編輯的任何加工程序，避免產生批量廢品，其故障產生原因及處理措施見表1。對于情況②，由于機床每次回參考點時均未產生報警，但回參考點出現漂移的故障現象是存在的，而機床操作人員卻沒有及時發現，造成加工件廢品，甚至是批量廢品，其故障產生的原因及處理措施見表2。

表1 不能返回參考點或找不到參考點故障處理

表2 返回參考誤差故障處理

1 朱自勤.數控機床電氣控制技術[M].中國林業出版社，2006，1

2 廖常初.S7-300/400 PLC應用教程[M].機械出版社，2009，1