数控机床回参考点的故障分析和排除

张颖

摘 要：数控机床参考点又名原点或零点，是机床的机械原点和电气原点相重合的点，是原点复归后机械上固定的点。机床参考点确立后，各工件坐标系随之确立，即参考点为工件坐标系的原始参照系。文章通过对数控机床回参考点的确立，并结合回参考点的故障维修实例，从而归纳总结出回参考的故障排除方法。

关键词：数控机床；参考点；测量反馈元件

1 参考点的确立

数控系统按检测反馈元件测量方式的不同分为绝对脉冲编码器方式和增量脉冲编码器方式两种。数控系统反馈元件采用绝对脉冲编码器，坐标值实际位置是靠位置检测装置的电池来维持，因此系统断电后，绝对脉冲编码器会记住当前位置。在数控机床正常使用过程中，只要保证绝对脉冲编码器的后备电池有效，机床开机就不需要再进行回参考点操作。而采用增量脉冲编码器的数控系统，系统断电后，工件坐标系的坐标值就会消失，因此机床每次开机后都必须先进行回参考点操作，通过参考点来确定机床的坐标原点，从而建立正确的机床坐标系。除此之外，机床在按下急停开关及机床出现故障并修复后都需要进行一次手动回参考点的操作。

数控机床各轴回参考点的运动中，各轴的运动速度是在机床参数中设定的，并且数控系统是通过PLC的程序编制和数控系统的参数设定决定的，因此，数控机床各轴回参考点是通过PLC和数控系统配合完成的。

2 数控机床回参考点的故障维修实例

下面介绍几个第一重型机械集团公司的数控机床回参考点的故障维修实例：

例1军工分厂一台型号为TK6516数控铣镗床，数控系统为SIEMENS840D，Y轴出现回参考点位置的准确性差的故障，从而影响加工精度的故障。

维修人员首先检查该机床Y轴测量编码器的+5V电压是正常的，并且该轴在手动方式下能正常工作，回参考点的动作过程也正常，再检查参考点减速速度参数MD34040、位置环增益参数MD32200设置也都正确。

分析可能是由于编码器“零脉冲”受到干扰而引起的此故障，再经过仔细检查该故障轴后，发现该轴编码器的连接电缆的屏蔽线脱落，重新连接脱落的屏蔽线后，该故障轴回参考点位置准确，机床加工精度恢复。

例2天津重型装备工程研究有限公司实验基地的一台型号为TH6516数控铣镗床，数控系统为SIEMENS840D，Y轴在回参考点的过程中，找不到参考点，出现20005报警，Y轴逼近参考点失败。

首先检查并确定了系统与回参考点有关的全部参数设定无误，然后向下、向上来回开动Y轴，发现Y轴向上运动时，数显显示的运动的距离数据不稳定，与实际Y轴运动距离不相符。由此，可以初步判断故障是由于系统光栅尺不良引起的。

该机床使用的是海德汉光栅尺，维修人员拆下光栅尺，进行检查后，发现该光栅尺由于经过较长时间的使用，它的内部已被油污和细小的铁屑严重污染。用无水酒精和脱脂棉擦拭读数头和光栅尺内部，把油污和铁屑擦拭掉后，重新安装、固定好光栅尺，再安装、调整好读数头的位置。机床重新送电，Y轴重新回参考点，找到参考点，此故障排除，机床恢复正常工作。

例3天津重型装备工程研究有限公司实验基地的一台型号为TH6516数控铣镗床，数控系统为SIEMENS840D，Z轴在回参考点的过程中，发生超程报警。

维修人员检查该机床的故障轴回参考点减速挡块后，发现减速挡块放开位置发生移动，处在该轴行程极限开关之后，根据此现象判断该轴超程保护信号在参考点减速挡块还没有脱开时就已经发出了，从而导致了Z轴在回参考点的过程中，发生超程报警。

分析此故障的原因是由于该轴频繁的进行回参考点动作，加上该轴减速挡块固定不牢固，使它没有固定在卡轨内，与行程极限开关经过长期频繁接触后，使该减速挡块位置产生了移动，重新把该减速挡块固定在卡轨内，该故障轴回参考点恢复正常。

例4天津重型装备工程研究有限公司实验基地的一台型号为TH6516数控铣镗床，数控系统为SIEMENS840D，Y轴在回参考点时，出现超程报警。

维修人员经过初步检查，发现该机床Y轴回参考点的减速挡块压上后，没有减速过程，经过分析，导致此故障的原因可能是减速信号。接下来再通过调出数控系统的诊断显示观察，在该轴回参考点减速挡块压上或松开后，减速信号的状态都没有产生变化。

维修人员查阅了此数控机床的电器原理图后，最后判断该轴的回参考点减速开关损坏，导致此故障原因是由于切削液进入该减速开关。更换此减速开关后，该轴回参考点正常，此故障排除。

例5大型装备制造厂的波兰WHC160数控镗床，SIEMENS810

M数控系统，在回参考点时发现：机床在参考点位置停止后，“未到位”灯不熄灭，机床无法进行下一步操作；机床关机后，可手动操作回参考点，但回参考点后上述现象又出现。

该数控机床的各轴在参考点位置能够停止，这说明各轴的参考点减速挡块安装位置正确、固定可靠、减速信号无误。维修人员通过数控机床的诊断功能，在轴诊断页面下检查系统各坐标轴的“位置跟随误差”，发现Z轴的跟随误差超过了定位精度的允许范围。

在系统软功能键中找到参数NC-MD2722，由于SIEMENS810系统可以进行自动漂移补偿，可按操作面板上的程序编辑“修改”键，系统就会对Z轴进行自动漂移补偿，使“位置跟随误差”的值接近“0”，维修人员进行了以上操作后，该轴回参考点正常，此故障排除。

3 回参考点的故障排除方法

根据以上几个在工作中遇到的数控机床回参考点故障的维修实例，从而总结得出了回参考点的故障一般有以下几种情况：编码器或光栅尺损坏；减速挡块松动；参考点限位出现故障；参考点限位与硬（软）限位位置距离太近；系统测量板出现故障；系统参数丢失等等。具体有以下几种故障排除方法：

（1）当机床轴回参考点时出现报警，显示报警号和报警信息时，报警信息说明此故障可能为：屏蔽线不良、信号线断路、系统光栅尺不良、编码器的“零脉冲”不良、系统参数设置不正确等。如果是由于硬件故障引起的报警，则需要对硬件进行维修或更换；如果是由于参数设置不正确引起的故障报警，则需要按备份参数的数据重新设置数。

（2）当机床出现超程报警时，有两种原因会引起此报警：一种原因是参考点减速挡块松动或位置发生了变化引起的故障，另一种原因是机床轴回参考点前，坐标轴的位置离参考点距离过小造成的。排除第一种故障的方法是固定或重新调整挡块，排除第二种故障的方法需要在解除超程报警后，将坐标轴移动到与参考点方向相反并与参考点的距离较远的行程范围内，进行重新回参考点的操作过程。

（3）当减速挡块脱开时，编码器恰巧在附近，出现整螺距偏移，这时，需要重新调整减速挡塊位置，并且应该尽量使减速挡块脱开位置与编码器“零脉冲”位置相差半个螺距。对于SIEMENS840D系统来说，如果机床轴回参考点欠量，参考点指示灯不亮，那么应该通过机床的诊断功能，在诊断页面下检查对应的“位置跟随误差”，若跟随误差超出了定位精度的允许范围，应调整伺服驱动器的“偏移”电位器，使“位移跟随误差”的值接近“0”，从而排除故障；对于SIEMENS810系统来说，可按维修实例5的故障处理过程操作。

4 结束语

数控机床回参考点时出现的各种故障是数控机床非常常见的故障现象，维修人员在遇到此类故障时，要对故障现象作相应的分析，按故障排除规律、方法分步骤地进行排查，就一定能分析并找到故障的原因所在，从而应用正确的方法排除此类故障。

参考文献

[1]西门子840D简明调试手册[M].2006.

[2]龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例[M].机械工业出版社，2004.