数控机床返回参考点故障诊断与维修
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FANUC数控机床不能返回参考点的故障处理
FANUC数控机床不能返回参考点的故障处理摘要：FANUC数控机床是高性能机电一体化产品，其位置检测用的是串行脉冲编码器，由于串行脉冲编码器的特点，机床在开机和急停的情况下，都要执行返回参考点的操作。
就是让机床坐标轴移动到一个预先制定的准确位置，如不能返回参考点，数控机床将不能正常工作。
关键词：数控机床，参考点，编码器数控机床是高性能机电一体化设备，FANUC－OTD数控机床在开机、断电、急停的情况下，需要机床返回参考点。
参考点是机床坐标轴需要移动到一个预先指定的准确位置，这一位置成为机床的参考点，执行回参考点操作是为了建立机床坐标系。
机床通电后刀具的位置是随机的，因此CRT显示的坐标值也是随机的，必须进行手动返回参考点的操作，系统才能捕捉到刀具的位置，然后机床才能转入正常工作。
机床不能返回参考点是数控机床的常见故障。
一、FANUC-OTD数控机床不能返回参考点的常见原因如下：1、刀具偏离参考点一个栅格的距离。
⑴参考点减速挡块位置不正确；⑵参考点减速挡块的长度太短；⑶参考点用的接近开关位置不当；该故障一般发生在数控机床的大修后，可通过重新调整参考点挡块的位置来解决。
2、偏离参考点任意位置，即偏离一个随机值。
这种故障一般与下列因素有关：⑴外界的干扰，如电缆屏蔽层接地不良，脉冲编码器的信号线与强电电缆靠的太近；⑵脉冲编码器用的电源电压太低（低于4.75V），或有其它故障。
（注：脉冲编码的电源电压来自于系统主板电源）⑶数控系统主板的位置控制部分接触不良；⑷位置进给轴与伺服电机的连接器松动；经常加强数控系统维护、检修和管理，消除干扰源，保证数控系统、脉冲编码器正常运行电压。
3、参考点微小偏移。
其主要原因：⑴电缆连接器接触不良或电缆损坏；⑵漂移补偿电压变化或系统主板不良。
采取措施见图1（开始）图1 FANUC数控机床微小偏移故障排除模块图二、返回参考点位置异常（90号报警）系统在返回参考点的过程中，屏幕显示界面上出现90号报警，即返回参考点位置异常报警。
数控机床回参考点的故障分析和排除
数控机床回参考点的故障分析和排除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。
标签：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。
数控机床返回参考点故障诊断
1751 为什么要返回参考点在数控机床上，各坐标轴的方向是定义好的，所以一旦机床原点（又叫机械原点）确定，机床坐标系也就确定了。
机床原点往往是由机床厂家在设计机床时就确定了，用户一般不得随意更改，但这只是相对机械意义上而言的，计算机数控系统并不能识别，也就是说数控系统并不知道以哪一点作为基准对机床工作台的位置进行跟踪、显示等。
为了让系统识别机床原点，以建立机床坐标系，就需要执行返回参考点的操作。
如图1所示机械原点与机床参考点之间的关系。
图1 机床原点与机床参考点之间的关系目前，大多数半闭环数控机床均采用增量式位置检测装置来作位置环反馈元件，如果机床断电，数控系统将会失去对机床坐标系值的记忆，因此每次机床必须手动操作返回机床参考点，恢复记忆，以便进行自动加工。
对使用日本F U N A C 系统的机床，除通电之初外，在机床工作过程中如出现断电、紧急停止或压下了机床行程限位开关时，也必须返回参考点。
机床返回参考点的方向、速度、参考点的坐标等均可由系统参数设定。
2 返回参考点方法的原理返回参考点的方法一般有四种：栅格法、手动输入法、双MARK法、扭矩法。
其中栅格法适用范围最广，既适用于半闭环系统，也适用于全闭环系统；既适用于增量型位置反馈元件，也适用于绝对型位置反馈元件。
栅格法分两种情况：有回零减速开关；无回零减速开关。
这里以有回零减速开关为例说明情况。
（1）将操作方式置成回零方式，G43（0，1，2，7）=（1，0，1，1）。
CRT上显示REF。
（2）操作X轴（也可以是其他轴，这里以X轴为例）的JOG方向信号，【+JX】或【-JX】。
机床便沿X轴按指定方向运动。
压减速开关前：快速运动；速度为No：1424【X】设定的值，若No：1424【X】=0，则以No：1420【X】快速倍率的速度运动。
压减速开关后：运动方向与回零方向一致时，速度减至由No：1425【X】设定的回零低速运动。
若运动方向与回零方向相反，保持原来的快速压过浅谈数控机床返回参考点故障诊断朱道景（江西省轻工业高级技工学校，江西 宜春 336000）摘要：数控机床已广泛应用于制造领域，而在使用的过程中，维修就不可避免了。
数控机床非正常回参考点的典型故障分析与排除
忆 ，所 以机床开机后要进行返 回坐标系操作 。
的。为了使数控系统识别机床原点 ，我们把机床所使用
的位置检测元件所发出的栅格信号或一转脉冲信号通过
参数偏移确立的点称为 电气零点。所谓返 回参考点 ，严 格意义上是 回到电气栅格零点 ，而这个 电气 栅格零点是 可以通过参数改变的。 每台机床可以有一个或几个参考点 （ 分别称之为第
（ ３ 置 “ ” ＭＤ ） １。
作 ， 回零键时有减速 ，在寻找机床参考 点时出现急停 按 报警 ，使 ｚ轴无法 返 回参 考点 。更换 一个行 程开关 后 ，
现象依 旧。
（ ）回参考点的轴和方向地址信号 Ｇ０ Ｇ ０ ２ １ ０～ １ ２置
为 “ （ １ ＋Ｘ．Ｏ Ｊ Ｇ…） 。 ”
■■ ！ 竺笪 塑
ＷＷＷ． ｍｅｔ ｌ ｒ ｉ ｇ１ ５０ ｃ ａ ｗｏ ｋ ｎ ９ ． ｏｍ
参磊 工冷 工 加
圜
Ｆ Ｎ Ｃ数控 系统增 量式 编码返 回参 考点 方式 的动 ＡＵ 作过程及相应参数如下 ： （ ）选择回零方式 Ｒ Ｆ （ ４ ． ）手 动返 回参考点 １ Ｅ Ｇ ３７ 选择信 号 Ｚ Ｎ置 为 “ ” 同 时 Ｇ ３０ （ １ 、Ｇ ３ ２ Ｒ １ ４ ． ＭＤ ） ４ ．
触摸屏相连接 ，连接方式都是 以太 网。初次连接 时触摸
般是伺 服电动机的运行频率区域与机床的固有频率区重 合 ，形成共振而表现成剧烈的振动。由于该加工中心经过
屏总是显示 “ Ｏ Ｕ ＩＡ Ｎ Ｅ Ｒ Ｒ Ｃ ＭＭ ＮＣ ￣Ｏ Ｒ Ｏ ”，即 “ 通信错
误 ” 。
搬迁后重装，其固有频率可能发生改变， 故形成了共振。 处理 ：建议客户修改参数＃２８ ２３。 该参数的作用是设定 “ 共振 频率” ，如果机床 的安
的。为了使数控系统识别机床原点 ，我们把机床所使用
的位置检测元件所发出的栅格信号或一转脉冲信号通过
参数偏移确立的点称为 电气零点。所谓返 回参考点 ，严 格意义上是 回到电气栅格零点 ，而这个 电气 栅格零点是 可以通过参数改变的。 每台机床可以有一个或几个参考点 （ 分别称之为第
（ ３ 置 “ ” ＭＤ ） １。
作 ， 回零键时有减速 ，在寻找机床参考 点时出现急停 按 报警 ，使 ｚ轴无法 返 回参 考点 。更换 一个行 程开关 后 ，
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（ ）回参考点的轴和方向地址信号 Ｇ０ Ｇ ０ ２ １ ０～ １ ２置
为 “ （ １ ＋Ｘ．Ｏ Ｊ Ｇ…） 。 ”
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Ｆ Ｎ Ｃ数控 系统增 量式 编码返 回参 考点 方式 的动 ＡＵ 作过程及相应参数如下 ： （ ）选择回零方式 Ｒ Ｆ （ ４ ． ）手 动返 回参考点 １ Ｅ Ｇ ３７ 选择信 号 Ｚ Ｎ置 为 “ ” 同 时 Ｇ ３０ （ １ 、Ｇ ３ ２ Ｒ １ ４ ． ＭＤ ） ４ ．
触摸屏相连接 ，连接方式都是 以太 网。初次连接 时触摸
般是伺 服电动机的运行频率区域与机床的固有频率区重 合 ，形成共振而表现成剧烈的振动。由于该加工中心经过
屏总是显示 “ Ｏ Ｕ ＩＡ Ｎ Ｅ Ｒ Ｒ Ｃ ＭＭ ＮＣ ￣Ｏ Ｒ Ｏ ”，即 “ 通信错
误 ” 。
搬迁后重装，其固有频率可能发生改变， 故形成了共振。 处理 ：建议客户修改参数＃２８ ２３。 该参数的作用是设定 “ 共振 频率” ，如果机床 的安
FANUC-0i系统数控机床回参考点故障诊断与分析
摘要在FANUC 0i数控系统中，对于维修经常出现的回参考点故障来说，弄清楚回参考点的作用及机械与电气原理是非常重要的。
根据我们的维修实践来看。
有关数控机床回参考点方面的故障率还相当高，为了便于数控维修人员能够迅速准确地判断故障点，在这里把有关机床回参考点过程中各种形式的故障进行分析、如机床不能归参考点、归参考点失败、归参考点不准确等，找出了这些故障的产生原因并给出了其排除方法及总结。
【关键词】参考点，故障诊断，分析，排除目 录摘要第1章 绪论 (1)1.1、数控机床的发展 (1)1.2、数控机床故障诊断技术的发展 (3)第2章 数控机床的参考点 (5)2.1、什么是参考点 (5)2.2、回参考点的目的 .........................................................6 2.3、回参考点的原理 (6)2.4、回参考点的方式 (10)第3章 回零点的故障案例与分析 (13)3.1、故障类型与分析 .........................................................13 第4章 小结 (18)参考文献 ………………………………………………………………19第1章 绪论1.1 数控机床的发展数字控制(Numerical Control)技术,简称数控(CNC)技术,是指用数字指令来控制机器的动作。
采用数控技术的控制系统成为数控系统。
采用存贮程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能的数控系统，称为计算机数控（CNC ）系统。
装备了数控系统的机床称为数控机床.数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而生产的。
1948年，美国PARSONS 公司在研制加工直升飞机叶片轮廓用检查样板的机床时，首先提出了数控机床的设想，在麻省理工学院的协助下，于1952年试制成功了世界上第一台数控机床样机。
后又经过三年时间的改进和自动程序编制的研究，数控机床进入了实用阶段，市场上出现了商品化数控机床。
数控机床返回参考点控制及常见故障诊断
长沙航空职业技术学院毕业论文设计题目：数控机床返回参考点的控制及常见故障诊断所在系别：航空机械制造工程系专业名称：数控设备应用与维护所在班级：数控设备应用与维护0901班学生姓名：**指导教师：***日期：2012年5月20日空军航空维修技术学院毕业设计（论文）任务书数控设备应用与维护专业 0901班姓名陈豪学号 29指导老师：黄登红设计题目：数控机床返回参考点的控制及常见故障诊断设计题号：17设计内容及要求：1.绘制并打印数控机床的挡块式和无挡块式回零控制原理图各一张（2号图纸）；2.完成设计说明书编制（不小于4000字）；设计说明书内容应包括：分析数控机床返回参考点的必要性；阐述数控机床返回参考点的原理和常见方式；完成返回参考点PLC控制程序编写（使用梯形图）和说明；与返回参考点相关的系统参数及其功能说明；返回参考点的常见故障及解决措施。
联系方式：手机：159****5961电话：*************邮箱：******************数控教研室2011年10月目录摘要 (4)绪论 (5)第一章数控机床返回参考点的必要性 (6)第二章数控机床返回参考点的原理及常见方式 (8)2.1 增量栅格法（挡块式）回参考点原理 (9)2.2 绝对栅格法（无挡块式）回参考点原理 (9)第三章数控机床返回参考点的相关参数及设定 (16)第四章数控机床返回参考点的PMC控制 (20)4.1 可编程控制器（PMC）简介 (20)4.2 数控机床返回参考点的PMC控制 (21)第五章数控机床返回参考点的常见故障分析及诊断.205.1 数控机床不能返回参考点的原因 (20)5.2 数控机床回参考点故障的主要类型错误!未定义书签。
5.3 数控机床回参考点常见故障分析与诊断错误!未定义书签。
5.3.1 增量式（挡块式）回零过程中的常见故障分析及诊断.............. 错误!未定义书签。
5.3.2 绝对式（无挡块式）回零过程中的常见故障分析及诊断............ 错误!未定义书签。
数控机床返回参考点常见故障分析
如上述测量的值在规定范围内，说明： 如上述测量的值在规定范围内，说明：
1）减速开关及接线不良，活更换减速开关 或重新接线 2）减速挡块位置不正确，重新调整减速挡块 3）进给伺服电动机内装编码器不良，拆开伺服电动机内 装编码器进行清洗，检查连接电缆及电缆的插座是否 良好 4）全闭环检测装置不良或有灰尘及油污，清洗光栅尺的 长光栅 5）如果只是每天早上首先开机出现，则更换系统的备份 电池 6）伺服放大器或者系统主板不良，则更换不良部件
2、机床能够正常执行返回参考点操作，但 参考点位置出现随机偏差
出现上述测速量超差的原因及处理方法： 1）伺服电动机与丝杠联结松动，紧固伺服电动 机与丝杠的联轴节。 2）丝杠螺母副间隙过大，调整丝杠螺母副的间 隙或者更换整套丝杠螺母副 3）丝杠两端固定或支撑的轴承间隙过大或不良， 调整丝杠两端的轴承间隙或更换轴承
数控机床返回参考点常见故障分析
主要内容： 1、数控执行返回参考点控制中
出现超程报警 2、机床能够正常执行返回参考 点操作，但参考点位置出现随 机偏差 3、机床参考点绝对位置丢失报 警（#300）
1、数控执行返回参考点控制中出现超程报 警
1、机床执行返回参考点控制中出现超程报警 （1）机床返回参考点过程中无减速动作或者一 直以减速移动故障原因 1）减速开关及接线不良 2）减速开关与挡块位置不当 3）减速开关信号系统的I/O接口故障 4）系统本身不良
故障的诊断： 通过系统PMC状态监控画面，检查机床在返回 参考点控制过程中信号是否正常，如果信号不 变化，则为减速开关不良。如果信号变化正常， 则为系统本身故障
（2）机床返回参考点过程中有减速动作 故障原因： 1）机床离参考点位置太近 2）减速挡块与机床超程保护开关太近 3）系统一转信号不良 故障的诊断与处理
回参考点的故障及处理方法
总第 １ ７ ５ 期 ２ ０ １ ７年 第 １ １ 期
机 械管理开发
ＭＥ ＣＨＡＮＩ Ｃ ＡＬ ＭＡＮＡＧＥ ＭＥＮ Ｔ ＡＮＤ ＤＥ ＶＥＬ Ｏ ＰＭＥＮ Ｔ
Ｔ ｏ ｔ ａ ｌ １ ７ ５
Ｎｏ ． １ １ ， ２ ０ １ ７
峨蚋麟
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ６ ５ ２ ５ ０ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｃ ｎ ｌ ４ － １ １ ３ ４ ／ ｔ ｈ ． ２ ０ １ ７ ． １ １ ． １ ６
１ ． ２ ． ２ Ｆ Ａ Ｎ Ｕ Ｃ ０ － Ｔ系统 １ ） 选择 Ｈ Ａ Ｎ Ｄ Ｌ Ｅ方式 ， 用手轮将机床刀 台移到 靠 近参 考位 置处 。 ２ ） 选择 Ｍ Ｄ Ｉ 方式 ， 将参数 Ｐ ２ １ ＝ １ ０ ０ ０ ， Ｐ ２ ２ ＝ ０ ， 机 床关断 电源。
３ ） 开机， 参数 Ｐ ２ １ ＝ １ ０ １ １ ， 机床关断电源 。 ４ ） 开机 ， 参数 Ｐ ２ ２ ＝ ０ ０ １ １ ， 机床关断电源 。
的电动机每转的栅格信号使伺服电动机停止 ，将该 位置 定位 机床 的参 考 点 。 选择一个适合操作的位置 ，设置挡块和减速开 关， 把这个位置作为机床的零点。具体操作如下：
置， 从而建立一个正确的机床坐标系。 这就是数控机
床返 回机床参考点 的目的。 机床坐标轴移动到预先指定好 的准确位置 （ 即 参考点） ， 这个参考点到位后把该点的机床坐标值人
到一转信号后 ，按系统参数设定方向移动到栅格信 号位置停止 ， 该位置为机床的参考点位置 ， 回参考点
操作 完 成 ， 见图 １ 。
实际坐标记数器 出错（ 发生多记或少记现象） 的故障，
不管该轴进行多少次往复运动操作 ，机床控制系统
总能保持 以参考点为基准 ，保持实际位置与实际坐 标的一致 。 一旦机床在运动中出现坐标轴出错 ， 机床 出现报警 ， 且 自动要求执行重新返 回参考点的操作 ， 在重新返 回参考点之前 ， 报警无法消除 ， 也不能进行 自动循环 和 Ｍ Ｄ Ｉ 操作 。因此 ， 上述指定的参考点位
机 械管理开发
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Ｎｏ ． １ １ ， ２ ０ １ ７
峨蚋麟
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ６ ５ ２ ５ ０ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｃ ｎ ｌ ４ － １ １ ３ ４ ／ ｔ ｈ ． ２ ０ １ ７ ． １ １ ． １ ６
１ ． ２ ． ２ Ｆ Ａ Ｎ Ｕ Ｃ ０ － Ｔ系统 １ ） 选择 Ｈ Ａ Ｎ Ｄ Ｌ Ｅ方式 ， 用手轮将机床刀 台移到 靠 近参 考位 置处 。 ２ ） 选择 Ｍ Ｄ Ｉ 方式 ， 将参数 Ｐ ２ １ ＝ １ ０ ０ ０ ， Ｐ ２ ２ ＝ ０ ， 机 床关断 电源。
３ ） 开机， 参数 Ｐ ２ １ ＝ １ ０ １ １ ， 机床关断电源 。 ４ ） 开机 ， 参数 Ｐ ２ ２ ＝ ０ ０ １ １ ， 机床关断电源 。
的电动机每转的栅格信号使伺服电动机停止 ，将该 位置 定位 机床 的参 考 点 。 选择一个适合操作的位置 ，设置挡块和减速开 关， 把这个位置作为机床的零点。具体操作如下：
置， 从而建立一个正确的机床坐标系。 这就是数控机
床返 回机床参考点 的目的。 机床坐标轴移动到预先指定好 的准确位置 （ 即 参考点） ， 这个参考点到位后把该点的机床坐标值人
到一转信号后 ，按系统参数设定方向移动到栅格信 号位置停止 ， 该位置为机床的参考点位置 ， 回参考点
操作 完 成 ， 见图 １ 。
实际坐标记数器 出错（ 发生多记或少记现象） 的故障，
不管该轴进行多少次往复运动操作 ，机床控制系统
总能保持 以参考点为基准 ，保持实际位置与实际坐 标的一致 。 一旦机床在运动中出现坐标轴出错 ， 机床 出现报警 ， 且 自动要求执行重新返 回参考点的操作 ， 在重新返 回参考点之前 ， 报警无法消除 ， 也不能进行 自动循环 和 Ｍ Ｄ Ｉ 操作 。因此 ， 上述指定的参考点位
数控机床回参考点的故障分析与排除
，
参 考 点 方 向移 动 当挡 块 再 次 压 下 零 点 开 关 时 数 控 系 统
，
，
的过 程 结 束
。
开 始 寻 找 零 点 当接 收 到 第
，
一
个零点脉 冲 便 已确定参考
，
这 种 回参 考 点 方 式 可 以 避 免 在 参 考 点 位 置 回参 考 点
这 种 不 正 常 操 作 对 加 工 中心 造 成 的 危 害
是
PLC
PLC
的程
13 2 2
．
初 始信 号 是 零
，
CNC
检测 到这种状态后
，
，
发 出向回
，
序 编 制 和 数 控 系统 的 机 床 参 数 设 定 决 定 的
，
轴 的运 动速
参 考 点 方 向相 反 的 方 向 运 动 指 令 在 零 点 开 关 被 释 放 即
13 2 2
．
数 控 机 床 回参 考 点 的过 程
，
维修 实 例
，
例
1
X H 7 14
加 工 中心 开 机 回 参 考 点
。
，
x
轴 向 回参
的每 次 开 机 都 不 必 再 进 行 回 参 考 点 操作 而 使 用 增 量 脉
，
。
考 点 的相 反 方 向 移 动 该机 配
，
冲编 码 器 的 系 统 中
，
，
机 床 每 次 开 机 后 都必 须 首 先 进 行 回
，
S IE M E N S 8 10 D
数控系统
，
采 用 半 闭环 控 制
。
参 考 点 操 作 以 确 定 机 床 的坐 标 原 点 寻 找 参 考 点 主 要 与
参 考 点 方 向移 动 当挡 块 再 次 压 下 零 点 开 关 时 数 控 系 统
，
，
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。
开 始 寻 找 零 点 当接 收 到 第
，
一
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，
这 种 回参 考 点 方 式 可 以 避 免 在 参 考 点 位 置 回参 考 点
这 种 不 正 常 操 作 对 加 工 中心 造 成 的 危 害
是
PLC
PLC
的程
13 2 2
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初 始信 号 是 零
，
CNC
检测 到这种状态后
，
，
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，
序 编 制 和 数 控 系统 的 机 床 参 数 设 定 决 定 的
，
轴 的运 动速
参 考 点 方 向相 反 的 方 向 运 动 指 令 在 零 点 开 关 被 释 放 即
13 2 2
．
数 控 机 床 回参 考 点 的过 程
，
维修 实 例
，
例
1
X H 7 14
加 工 中心 开 机 回 参 考 点
。
，
x
轴 向 回参
的每 次 开 机 都 不 必 再 进 行 回 参 考 点 操作 而 使 用 增 量 脉
，
。
考 点 的相 反 方 向 移 动 该机 配
，
冲编 码 器 的 系 统 中
，
，
机 床 每 次 开 机 后 都必 须 首 先 进 行 回
，
S IE M E N S 8 10 D
数控系统
，
采 用 半 闭环 控 制
。
参 考 点 操 作 以 确 定 机 床 的坐 标 原 点 寻 找 参 考 点 主 要 与
数控机床的回零及其常见故障分析[1]
数控机床参考点的回归及其常见故障诊断数控机床启动后通常需要进行返回参考点的操作，在这个过程中常会遇到各种问题，问题处理的正确与否在很大程度上会直接影响机床的使用及工件的加工精度。
一、为什么要返回参考点在数控机床上，各坐标轴的正方向是定义好的，因此只要机床原点一旦确定，机床坐标系也就确定了。
机床原点往往是由机床厂家在设计机床时就确定了，但这仅仅是机械意义上的，计算机数控系统还是不能识别，即数控系统并不知道以哪一点作为基准对机床工作台的位置进行跟踪、显示等。
为了让系统识别机床原点，以建立机床坐标系，就需要执行回参考点的操作。
如在CK0630型数控车床上，机床原点位于卡盘端面后20mm处，为让数控系统识别该点，需回零操作。
在CK0630型数控车床的操作面板上有一个回零按钮“ZERO”，当按下这个按钮时将会出现一个回零窗口菜单，显示操作步骤。
按照这个步骤，依此按下“X”按钮、“Z”按钮，则机床工作台将沿着X轴和Z轴的正方向快速运动，当工作台到达参考点的接近开关时，工作台减速停止。
回参考点的工作完成后，显示器即显示机床参考点在机床坐标系中的坐标值（X400，Z400），此时机床坐标系已经建立（如图1所示）。
目前，大多数数控机床均采用增量式位置检测装置来做位置环反馈元件，当机床在断电状态时NC系统会失去对机床坐标系值的记忆，因此每次机床重新通电之初，必须手动操作返回机床参考点一次，恢复记忆，以便进行自动加工。
对使用日本FUNAC系统的机床，除通电之初外，在机床工作过程中如出现断电、紧急停止或压下了机床行程限位开关时，也必须返回参考点。
机床返回参考点的方向、速度、参考点的坐标等均可由系统参数设定。
二、返回参考点的原理目前数控机床回参考点的方式有两种：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。
磁开关法由于存在定位漂移现象，因此较少使用。
大多数数控机床均采用栅格法回参考点。
栅格法根据检测元件计量方法的不同又可分为绝对栅格法和增量栅格法。
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数控机床返回参考点故障诊断与维修
0 引言
数控机床返回参考点是建立机床坐标系的前提，配置相对编码器的数控机床开机后的第一动作一般都是进行返回参考点操作。
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零件的加工精度，甚至出现撞车等恶性事故。
所以分析和排除回参考点故障就显得尤为重要。
1 数控机床返回参考点原理
1.1 机床为什么要返回参考点
数控机床位置检测装置如果采用绝对编码器时，由于系统断电后位置检测装置靠电池来维持坐标值实际位置的记忆，所以机床开机时，不需要进行返回参考点操作。
而目前，大多数数控机床采用相对编码器作为位置检测装置，系统断电后，工件坐标系的坐标值就失去记忆，机械坐标值尽管靠电池维持坐标值的记忆，但只是记忆机床断电前的坐标值而不是机床的实际位置，所以机床首次启动系统后，要进行返回参考点操作，使系统的位置计数与脉冲编码器的零位脉冲同步，从而通过参考点来确定机床的原点位置，以建立机床坐标系。
另一方面可以消除丝杠间隙的累计误差及丝杠螺距误差补偿对加工的影响。
1.2 机床返回参考点的几种方式
1.2.1 回参考点的零脉冲方式
回参考点时，轴先以快移速度V1向参考点方向移动，碰到减速开关后减速，以较低速度V2继续前移，超越挡块后检测第一个零脉冲。
当轴接收到第一个零脉冲时，轴即制动到速度为零，然后再以V2速度前移参考点偏移量而停止于参考点，如图1所示。
图1 回参考点的零脉冲方式
1.2.2 回参考点的“+-”方式
回参考点时，轴先以快移速度V1向参考点方向移动，碰到减速开关后速度制动到零，然后反向以速度V2慢速移动，当反向释放挡块后检测第一个零脉冲，当轴接收到第一个零脉冲时，轴即制动到速度为零，再前移参考点偏移量而停止于参考点，如图2所示。
图2 回参考点的“+-”方式
1.2.3 回参考点的“+-+”方式
回参考点时，轴先以快移速度V1向参考点方向移动，碰到减速开关后制动到速度为零，再反向微动直至释放减速开关，然后又沿原方向微动撞上减速开关，并且以速度V2慢速前移并超越减速挡块后检测第一个零脉冲，当轴接收到第一个零脉冲时，轴即制动到速度为零，再前移参考点偏移量而停止于参考点，如图3所示。
图3 回参考点的“+-+”方式
2 回参考点常见故障诊断与维修
2.1 机床回不了参考点
1)减速信号故障减速开关损坏、短路、减速开关电源断线等都会造成不能产生减速信号，故障现象为返回参考点时以快速移动速度向参考点方向移动直至超程。
此时要检查减速开关是否是否损坏，减速信号线向PLC传递过程中是否断线，以及减速开关上电源是否正常。
2)减速挡块位置不正确如果减速挡块距离限位开关距离过短，会造成减速后来不及检测零位脉冲就超程的故障，故障现象为有减速过程，但直到超程仍不能找到参考点。
此时要调整减速挡块使其处在合适的位置。
3)零位脉冲不良引起故障零位脉冲不良导致回零时找不到零位脉冲，原因可能是编码器及接线故障或系统轴控制板故障。
故障现象为以快速移动速度向参考点方向移动，碰到减速开关后减速，以低速移动直至超程报警。
此时，在排除减速挡块位置无误的前提下，检查接线、板卡、编码器清洗或更换。
4)系统参数设置错误例如Fanuc系统坐标轴的位置跟随误差的设置必须保证在128 p
m以上，这样坐标轴在参考点减速挡块压上到脱离的区间里，至少能检测到一个脉冲编码器的零位脉冲输入，即在参考点减速行程内，必须保证伺服电机或编码器转动1转以上。
5)线路板故障数控系统检测放大的线路板出错。
6)机械误差包括导轨平行度、导轨与压板面平行度、导轨与丝杠的平行度超差等，此时要重新调整机床。
2.2 多次返回参考点重复位置精度很差
1)零脉冲信号受到干扰检查编码器反馈电缆屏蔽线连接是否正确，数控机床接地是否良好，脉冲编码器的电缆是否布置合理等。
2)编码器的供电电压太低检查脉冲编码器的电源电压是否在规定值范围内，如果过低进一步检查电源。
3)伺服电机与丝杠的联轴器松动观察伺服电机与丝杠间的联轴器是否松动，如果电机与丝杠之间还有齿轮传动、带传动等结构，则检查齿轮与轴之间是否松动并紧固之。
4)电动机扭矩过低或由于伺服调节不良，引起跟踪误差过大。
5)零脉冲不良可以借助示波器观察编码器的输出脉冲是否正常，如不正常则对编码器进行清洗或更换。
6)传动链间隙增大包括滚珠丝杠螺母副间隙、传动齿轮间隙、丝杠支撑间隙等。
数控机床上的这些机械结构都有消隙措施，比如丝杠螺母副的双螺母垫片式、双螺母螺纹式、双螺母齿差式消隙等。
调整这些机构，使之间隙消除。
2.3 回参考点发生整螺距偏移
1)参考点单螺距偏移减速开关和减速挡块安装位置不合理，使得减速信号与零位脉冲信号距离过近，这时会发生单个螺距偏移。
这时要调整减速开关或减速挡块的位置，使机床轴开始减速的位置大概处在一个栅距或一个螺距的中间位置。
2)参考点发生多个螺距偏差出现这种故障现象的原因有：减速信号不良;减速挡块松动引起寻找零位脉冲的初始点发生漂移;零位脉冲不良。
诊断时检查减速信号是否有效，接触是否良好;检查减速挡块并紧固;清洗或更换码盘。
3 维修实例
1)一台加工中心在返回参考点时，Z轴返回不成功，超程报警。
诊断与排障过程：首先观察各轴返回参考点的状态，在返回参考点方式下，发现X、Y 轴都能够正常返回，再选择Z轴回零，观察到z轴在回零的时候，压到减速开关后并不减速，直至压到硬限位开关超程报警。
直接将限位开关压下，观察机床PLC信号状态，发现Z轴的减速信号没有变化，可以初步判断可能是机床的减速开关故障或者是减速信号线断线。
用万用表逐步测量，最终发现减速开关信号线断线，用备用线换之，故障排除。
2)某配备FANUC 0系统的数控车床，Z轴回参考点动作正常，但参考点位置随机变化，每次停留的空间位置都不同。
诊断与排障过程：由于机床回参考点动作无误，说明机床回参考点功能正常。
进一步检查发现，参考点位置虽然每次都变化，但都在减速开关释放后的位置附近，因此初步判断故障的原因可能由于脉冲编码器的零脉冲不良或丝杠与电机的连接不良。
为缩小故障范围，采用故障隔离的方法，脱开电机与丝杠间的联轴器，通过手动压参考点减速开关，进行回参考点试验多次后发现，每次回参考点完成后，电机总是停在某一固定的角度，由此可以证明码盘的零脉冲正常，问题应该在电机与丝杠的连接上。
仔细检查后发现，丝杠与联轴器间的弹性胀套配合间隙过大，产生连接松动，修整胀套，重新安装后故障排除。
3)某配备FANUC 0M系统的数控铣床，在批量加工零件时，某天加工的零件产生批量报废。
诊断与排障过程：经过对工件测量，发现零件的全部尺寸相对位置正确，但Y轴的全部坐标都相差8ram，而Y轴丝杠的螺距正是8mm。
初步判断是Y轴返回参考点出现整螺距偏移引起的故障。
大部分系统参考点设定于减速挡块释放后的第一个零脉冲的位置，减速挡块释放时，编码器恰巧在零脉冲附近，由于减速开关动作的随机性误差，可能使第一个零脉冲错失，接收的零脉冲信号就是第二个了，此时参考点位置就发生一个丝杠螺距的误差。
重新调整了参考点减速挡块位置，使减速挡块释放点与零脉冲位置相差半个螺距左右，机床恢复正常，全部零件加工符合精度要求。
4 结束语
综上所述，数控机床回参考点故障归纳起来不外乎三种情况：一是机床回参考点失败;二是机床回参考点出现停止位置的随机漂移;三是机床回参考点的位置发生整螺距的偏移。
第一种情况会有报警发生，危害性不大，而第二、三种情况因为没有报警容易造成零件的成批报废，应引起足够警惕。
维修人员应熟知回参考点的控制原理以及常用检测工具的使用，根据故障现象的分析，罗列成因，确定合理的诊断与检测步骤，以便迅速排除故障。