西门子840D数控机床返回参考点问题分析

范芳洪

（湖南铁道职业技术学院车机学院 湖南株洲）

数控机床返回参考点的目的是确定机床坐标原点位置，建立机床坐标系，同时也是软限位开关及各种补偿生效的前提条件。因此，数控系统在执行程序前必须进行返回参考点操作。半闭环控制的数控机床，一般采用增量式脉冲编码器，每转产生1个零脉冲信号，由于该信号在机床坐标系中的位置是确定的，可以将某个零点的位置作为系统的同步基准。

1.增量式旋转测量系统返回参考点原理

增量式旋转测量系统多采用增量式脉冲编码器作为位置或速度反馈元件，为具体确定参考点位置，需要给每个坐标轴安装1个参考点减速挡块。以西门子840D数控机床增量式编码器返回参考点过程（图1）为例，数控机床开机执行返回参考点操作步骤如下。

图1 增量式编码器返参考点过程

（1）第一步——寻找参考点减速挡块。在机床操作面板上选择返回参考点功能，按下轴移动键启动后，若坐标轴位于减速挡块前面，坐标轴自动按机床数据MD34020设定的返参考点速度，向机床数据MD34010设定方向移动（一般为坐标轴正方向），寻找参考点减速挡块；若坐标轴位于减速挡块上面，则不需要执行寻找参考点挡块的过程。找到参考点减速挡块后，坐标轴在减速信号控制下减速，移动一小段距离后停止，这段距离与设置的返回参考点速度和最大加速度有关。参考点减速挡块的长度，一定要确保大于坐标轴减速移动的距离，否则坐标轴减速停止点就可能不在挡块上，发生20001#报警，即没有参考点减速挡块信号。触点开关接触到减速挡块，便通过“参考点接近延迟”接口信号DB31.DBX12.7～DB61.DBX12.7告之系统，已经找到参考点减速挡块，第一步工作结束，此时坐标轴位于减速挡块之上。在寻找参考点减速挡块过程中，进给倍率修调开关和进给启动/禁止使能按键有效。若坐标轴移动距离大于MD34030设置距离，仍未找到参考点减速挡块，就会产生20000#报警（参考点挡块未找到），同时“参考点接近延迟”接口信号复位。

（2）第二步——寻找零脉冲。寻找零脉冲信号的控制方式取决于机床数据MD34050的设置，MD34050设置为0，寻找零脉冲以参考点减速挡块信号的下降沿为基准；MD34050设置为1，寻找零脉冲以参考点减速挡块信号的上升沿为基准。如果以参考点减速挡块信号的下降沿为基准，坐标轴会从静止状态加速到机床数据MD34040设定寻找零脉冲的速度，向MD34010规定的相反方向移动，寻找零脉冲信号。当离开参考点减速挡块时，即参考点减速挡块信号的下降沿出现，“参考点接近延迟”接口信号复位，系统与脉冲编码器的第一个零点脉冲信号同步（图2）。如果以参考点减速挡块信号的上升沿为基准，坐标轴会从静止状态加速到返回参考点速度，向MD34010规定的相反方向移动，寻找零脉冲信号。当离开参考点减速挡块时，即参考点减速挡块信号的下降沿出现，“参考点接近延迟”接口信号复位，坐标轴减速停止，然后再加速到寻找零脉冲的速度，向相反方向移动，当再次接触到参考点减速挡块时，即参考点减速挡块信号的上升沿出现，“参考点接近延迟”接口信号使能，系统与脉冲编码器的第一个零点脉冲信号同步（图3）。无论何种情况，只要找到第一个零点脉冲信号，第二步结束。

图2 检测减速挡块下降沿返参考点过程

图3 检测减速挡块上升沿返参考点过程

在寻找零点脉冲过程中，进给倍率修调开关和机床操作面板上NC启动/停止按键均无效，但进给启动/静止使能有效，如果轴停止，将出现20005#（返回参考点中止）报警。离开参考点减速挡块后，坐标轴移动距离大于MD34060设置距离时，仍未找到零点脉冲信号，就会出现20002#报警（零点脉冲没有找到）报警，同时“参考点接近延迟”接口复位。

（3）第三步——坐标轴移动到参考点。成功寻找到零点脉冲信号且无报警，才执行第三步。在寻找到零点脉冲后，坐标轴加速到机床数据MD34070设定的返回参考点定位速度，移动到参考点停止。从零点脉冲上升到参考点移动距离，由机床数据MD34080和MD34090决定，这段距离是两数据之和。坐标轴到达参考点后，通过“参考点值”接口信号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的选择，将机床数据MD34100中的设定值赋给参考点。此时，参考点/同步接口信号DB31.DBX60.4 ～DB61.DBX60.4、DB31.DBX60.5 ～DB61.DBX60.5使能，位置测量系统与控制系统同步有效，整个返回参考点过程结束，机床可以正常工作。

2.返参考点参数设置

（1）MD34010定义返回参考点的方向，设置0时正方向返回参考点，设置1时向负方向返回参考点。

（2）MD34020定义寻找参考点减速挡块的速度。执行返回参考点操作，系统首先以此参数设定的速度寻找参考点减速挡块。当寻找到参考点减速挡块后，坐标轴迅速制动停止。设定速度值时，应考虑机床的动态特性，不要设置过快或过慢。

（3）MD34030定义寻找参考点挡块的最大距离，只要寻找参考点减速挡块的实际距离超过了设定值，就会停止返回参考点，并产生20000#报警（参考点挡块没有找到）。

（4）MD34040定义寻找零脉冲信号的速度，坐标轴以此速度离开参考点减速挡块，寻找测量系统的第一个零点脉冲信号。设定值要小于MD43020的设定值。

（5）MD34050定义参考点减速挡块信号上升沿/下降沿的同步方向。设置为0检索参考点减速挡块信号的下降沿，设置为1检索参考点减速挡块信号的上升沿。

（6）MD34060定义寻找零脉冲的最大距离，如果坐标轴移动量超过该距离仍未找到零点脉冲，返回参考点的过程将自动停止，并产生20004#报警（参考标记错误）。

（7）MD34070定义参考点定位速度，当系统检测到零点脉冲信号后，以此定位速度移动一段可设定距离后停止，返回参考点过程结束。

（8）MD34080设置参考点移动距离，找到零点脉冲后，该参数确定以参考点定位速度移动的距离。若MD34080设置为负数，表明是正向定位参考点，若设置为正数，则是负数定位参考点。

（9）MD34090设置参考点偏移量。

（10）MD43100定义了参考点位置，返回参考后，坐标轴的位置就是参考点相对于机床坐标原点的位置。从参考点到机床原点的距离，设置在机床数据MD34100中，如果设置为0，表明参考点的位置就是机床坐标原点的位置。

3.返回参考点故障原因及解决方法

参考点是数控机床上1个基准点，工件坐标原点及对刀点均以其为基准。返回参考点出现故障将无法进行程序加工，返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。数控机床返回参考点故障有两种情况：①机床不能返回参考点或找不到参考点。②机床能回参考点，但在每次回参考点时出现停止时的漂移。对于情况①，由于数控机床不能成功返回参考点，数控系统不会执行用户所编辑的任何加工程序，避免产生批量废品，其故障产生原因及处理措施见表1。对于情况②，由于机床每次回参考点时均未产生报警，但回参考点出现漂移的故障现象是存在的，而机床操作人员却没有及时发现，造成加工件废品，甚至是批量废品，其故障产生的原因及处理措施见表2。

表1 不能返回参考点或找不到参考点故障处理

表2 返回参考误差故障处理

1 朱自勤.数控机床电气控制技术[M].中国林业出版社，2006，1

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