数控机床回参考点的故障与排除

孟祥坡 王云

（1、黑龙江商业职业学院，黑龙江 牡丹江 157011 2、牡丹江白酒厂有限公司，黑龙江牡丹江 157001）

数控机床在正常工作时，必须对机床各数控轴建立一个原点固定不变的机床坐标系，现代数控机床一般都采用增量式的光电编码器和增量式的光栅尺作为位置检测反馈元件，当机床断电后就失去了对各坐标位置的记忆，因此在每次开机后都必须首先让各坐标轴回到机床一个固定点，重新建立机床坐标系，这一固定点就是机床坐标系的原点或零点，也称机床参考点。使机床回到这一固定点的操作称回参考点操作。能否正确地返回参考点将会影响到零件的加工质量。以下对回参考点方式及常见故障加以阐述。

1 回参考点方式

数控机床回参考点的方式，因数控系统类型和机床生产厂家而异。就一般数控机床而言，回参考点方式主要有使用脉冲编码器(或光栅尺)的栅格法和使用磁感应开关的磁开关法两种。磁开关法因有定位漂移而较少应用，常用的是栅格法。

采用栅格法时，脉冲编码器(或光栅尺)随伺服电机一起转动，伺服电机每转过一定角度(通常为1 周)，脉冲编码器便产生1个零标志信号，即每2个零标志信号间相应机床坐标轴移动1个选定距离，将该距离按一定份数等分，则每一等分为栅格间距。

采用栅格方式时，可通过移动栅格来调整参考点位置。位置检测装置随伺服电机旋转产生栅点或零标志位信号，在机床本体上安装一个减速撞块（运动部件上）及一个减速开关（固定部件上）。当启动机床参考点搜索后，相应数控轴会以设置的参考点搜索方向和较快速度运动，当减速撞块压下减速开关时，伺服电机减速并继续向参考点运行。当减速撞块离开减速开关后，减速开关释放，数控系统检测到的第一个栅点或零标志位信号时，坐标轴制动为零，然后再前移参考点偏移量（机床参数设定）而停止，所停位置即为机床参考点，此时伺服电机停转，坐标轴定位，机床屏幕上相应坐标轴上的读数为零。在数控机床制造时，机床参考点经过调试确定后，为方便用户观察，一般由制造商在各坐标轴相对运动部件上牢靠打上对应的两个醒目的红箭头，以便用户确认每次开机后回参考点操作的正确性。

2 回参考点的故障分析与诊断

手动回参考点操作是建立机床坐标系的前提,绝大多数数控机床开机后的第一动作一般都是手动操作回参考点。若回参考点出现故障将无法进行程序加工,回参考点的位置不准确将影响到加工精度,甚至出现撞车事故。分析和排除回参考点故障的问题是非常必要的。机床回参考点故障一般来说有以下几种情况：

2.1 返回参考点时机床停止位置与参考点位置不一致

2.1.1 停止位置偏离参考点一个栅格间距

多数情况是由减速撞块安装位置不正确或减速撞块太短所致。检验方法是：先减小由参数设置的接近参考点的速度，若重试结果正常了，则通过重新调整撞块位置或减速开关位置，或适当增加撞块长度即可将此故障解决。也可通过设置栅点偏移量改变电气原点的方法来解决。这是由于当一个减速信号由硬件输出后，数字伺服软件识别这个信号需要一定时间。因此当减速撞块离参考点太近时，软件有时捕捉不到参考点信号，导致参考点偏离。

如果重试结果仍旧偏离，可减小快速进给速度或快速进给时间常数的参数设置，重回参考点。这是由于时间常数设置太大或减速撞块太短，在减速撞块范围内，进给速度不能达到接近参考点速度。当开关被释放时，即使栅格信号出现，软件检测出进给速度未达到接近参考点速度，回参考点操作也不会停止，因而发生参考点偏离。

如上述办法用过后仍有偏离，则应检查参考计数器设置的值是否有效，修正参数设置。

这种故障经常发生在更换伺服电机或松动调整过电动机与数控轴滚珠丝杠相连的联轴器的修理时或在加工工件时,总是发生稳定的位移误差,而且正好等于丝杠的螺距。

2.1.2 停止位置产生随机偏差，没有规律性

造成这种故障的主要原因是外界干扰，如屏蔽地连接不良，检测反馈元件的通信电缆与电源电缆是否靠得太近；脉冲编码器的电源电压是否过低；脉冲编码器是否损坏；数控系统的主印刷电路板是否不良；伺服电机与工作台联轴器连接是否松动；伺服轴电路板或伺服放大器板是否不良等。在排除此类故障时，应有开阔的思路和足够的耐心，逐个原因进行检查、排除，直到消除故障。

2.1.3 停止位置产生微小误差

多数故障原因为电缆或连接器接触不良，或因主印刷电路板及速度控制单元工作性能不良，造成位置偏量过大。此时，需要有针对性地检查。

2.2 机床不能正常返回参考点且有报警

可针对报警信息,查看机床说明书。其主要原因是回参考点减速开关产生的信号或零标志位脉冲信号失效（包括信号未产生或在传输处理中丢失）。如采用脉冲编码器作位置检测装置，则表现为脉冲编码器的每转的基准信号（零标志位信号）没有输入到CNC，其原因常常是因为脉冲编码器断线或脉冲编码器的连接电缆抽头断线。另外，返回参考点时，机床开始移动点距参考点太近也会产生此类报警故障。因此，建议在每次执行回参考点前，先将各数控轴用电子手轮或手动移动键移至该轴负行程内，再执行回参考点操作。

排除方法可采用先外后内和信号跟踪法。所谓的外，是指安装在机床上的撞块和参考点开关，可以用CNC 系统PLC 接口的I/O 状态指示直接观察信号的有无；所谓的内，是指脉冲编码器中的零标志位或光栅尺上的零标志位，可采用示波器检测零标志位脉冲信号。

2.3 机床在返回参考点过程中数控系统出现“NOT READY”（未准备好）状态且无报警

首先检查外部条件是否满足要求，如压力和温度等；检查伺服系统是否有熔丝烧断和断路器跳闸；检查电动机的热开关是否跳开；检查控制系统所需各路电源是否正常；但此类故障多数为返回参考点用的减速开关失灵，触头压下后不能复位造成的。因此排除也较简单，只需检查减速开关复位弹簧是否损坏或直接更换减速开关即可。

2.4 当数控机床出现回参考点故障时，应重点检查如下项目

2.4.1 检查减速撞块和减速开关的状态，如减速撞块有无松动现象，减速开关固定是否牢固、有无损坏；若无问题，应进一步用百分表或激光测量仪检查机械相对位置的漂移量；减速撞块的长度是否合适；移动部件回参考点的起始位置、减速开关位置与参考点位置的相对关系是否适当。

2.4.2 检查回参考点的模式是否是开机的第一次回参考点，是否采用绝对式的位置检测装置。

2.4.3 检查伺服电机每转的运动量；检查回参考点快速进给速度的参数设置、接近参考点速度的参数设置、快速进给时间常数的参数设置以及参考计数器的设置是否合适等。

3 小结

数控机床回参考点的故障是数控机床中比较常见的故障之一。而这种故障一般又是由撞块的松动、减速开关的失灵等因素引起的。当然，编码器或光栅尺的损坏以及编码器或光栅尺的零标志出现问题等也会引起回参考点故障，只不过编码器和光栅尺相对来说可靠性较高，出现故障的概率比较低而已。只要我们掌握了数控机床回参考点的工作原理和方式，了解其操作方法、动作顺序并对故障现象作充分调查和分析，就一定能找到故障的原因，最终排除故障，使机床恢复正常。

[1]彭跃湘.数控机床故障诊断及维护.清华大学出版社.2006.1

[2]宋玉明.数控机床机械原点的调整与修复制造技术与机床.2004.10.