数控机床返回参考点原理与常见故障分析

摘要：在数控加工中，工件坐标系是以数控机床机械坐标系为参照建立的，而参考点是机械坐标系建立的基准点。本文以FANUC 0I数控系统机床为例，简要介绍了数控机床返回参考点的原理，并结合数控机床实际应用中的案例，对返回参考点操作过程中常见故障进行分析。

关键词：数控机床 参考点 故障分析

数控机床常用的位置检测装置有两种，即增量式位置检测装置和绝对式位置检测装置。配置增量式位置检测装置的数控机床，进行自动操作前必须要进行返回参考点操作，配置绝对式位置检测装置的数控机床，由于检测元件在机床断电后对位置有记忆功能，可以不必每次都进行返回参考点操作，仅在调试机床的时候确定机床参考点，以后数控系统便记忆这个位置。

一、数控机床返回参考点原理

常用的数控机床返回参考点动作方式有两种：一种为有减速挡块返回参考点方式，一种为无减速挡块返返回参考点方式，其中前者多配置增量式位置检测装置，后者多配置绝对式位置检测装置。

（一）有减速挡块返回参考点方式

数控机床常用带减速挡块的栅格信号控制方式返回参考点，FANUC 0i系列数控系统机床动作过程如下所示：

1.选择返回参考点操作模式，运行轴以系统参数PRM1428设定的返回参考点速度向参考点方向移动。由于开关没有碰到减速挡块，此时该轴的返参减速信号*DECn为“1”；

2.当减速开关碰到减速当块，返参减速信号*DECn由“1”变为“0”，系统开始减速；

3.返参轴继续以PRM1425设定的返参减速速度向参考点方向运行；

4.当减速开关离开减速挡块时，系统开始寻找栅格信号，即位置检测编码器的一转信号，当系统接收到一转信号后，以低速移动一个栅格偏移量（如果系统参数PRM1850设定了栅格偏移量）的距离后，准确停止，此位置即为参考点。

（二）无减速挡块返回参考点方式

对于无减速挡块数控机床的返回参考点操作，应用的位置检测元件一般为绝对式测量元件，其参考点的位置通过CNC参数设置来调整。 具体操作如下：

首先,数控机床返参轴向参考位置返回方向进给，使其停止在参考点附件，但不要超过参考点位置；

其次，选择手动参考点返回模式，将该轴的进给轴方向选择信号置1；

第三，CNC以参数PRM1006.5 设定的参考位置返回方向将机床定位到最近的栅格线，机床的该点位置即为参考点。

最后CNC检查机床是否位于到位区域，然后设定参考位置返回结束信号，返参结束。

二、数控机床返回参考点常见故障分析

例1 一台使用FANUC 0i-MB数控系统的KVC650加工中心，只要机床关机重新启动，加工出的零件和关机加工零件存在误差，X轴方向存在0. 4mm～1mm不等误差，但如果机床不关机零件批量加工，尺寸一致性能得到保证。

故障检查与分析： 由于机床开机后必须进行返回参考点操作，初步怀疑加工轮廓误差和机床参考点的位置准确性有关。利用百分表检测数控机床每次返回参考点停止位置发现： X轴每次返回参考点的停止位置误差值和加工零件X轴轮廓误差接近，则断定加工零件尺寸误差由X轴返回参考点误差所引起。打开机床X轴护板进一步检查，发现X轴的返参减速挡块松动，减速挡块固定修理后，故障消除。

例 2 一台TK40数控车床，当选择Z轴返回参点操作模式后，Z轴低速运行，直到撞到+Z方向的限位开关停止。

故障检查分析：观察发现Z轴选择返回参考点操作模式后，没有以返参速度运行，而是直接运行该轴返参减速速度FL。通过监控PMC诊断画面发现：Z轴的返参减速信号*DECZ一直为“0”，进行手动减速开关断开、闭合操作，发现减速信号*DECZ没有通断变化。利用万用表检测Z轴减速开关，发现减速开关良好，进一步检查发现：Z轴减速开关输送到PMC入口的电缆线发生断路。更换电缆后，故障消失。

例 3 一台FANUC 6M 数控系统的MC032五轴卧式加工中心，在Y轴返回参考点操作的过程中发生90号报警。

故障检查与分析：查找FANUC维修资料得知，FANUC数控系统90号报警的含义为返回参考点异常。检查和机床返回参考点有关的因素：⑴ 检查Y轴返参减速开关，通过手动压合减速开关，监控数控系统的PMC诊断画面，判断减速开关良好。具体操作：手动运行Y进行减速开关压合挡块的操作，诊断画面显示*DECY信号“1” “0” “1”变化正常。则可以判断减速开关及其线路均良好。⑵和同型号的加工中心更换Y伺服驱动电机，发现故障跟随电机移动。通过以上检查判定Y轴伺服电机的位置检测元件故障。用示波器检查Y轴电机后的位置编码器信号，发现编码器没有一转信号输出。修理更换Y轴位置编码器后，报警消除。

三、数控机床返参操作注意事项

首先，数控机床返参前不要进行自动操作。数控机床还可以通过参数来设置软限位对设备进行保护，但数控机床的软限位是在数控机床参考点建立后才生效，为确保设备和人身的安全，建议自动操作前首先进行参考点返回操作。

其次，返回参考点操作的起动位置不要距离减速开关（减速挡块）太近。为了避免返参操作的失败，在返回参考点操作前，确保返参轴离开减速开关（或减速挡块）一段距离后。

第三，*DECn减速信号的变化不要和一转信号同时出现，否则容易造成返参误差，误差值为电机运转一圈工作台行走的距离。若出现上述故障，调整返参减速挡块位置。

第四，选择返回参考点操作模式时，起动速度不要太慢，否则容易造成返回参考点失败。

数控机床操作中，工件坐标系、刀具交换点、工作台交换点都和参考点发生关系，参考点返回的准确性是加工和安全得以保障的必要条件。维修人员在了解数控机床的返回参考点原理的基础上，对机床返回参考点操作中遇到的问题进行分析，进而解决问题，最终保障数控机床的正常运行，提高生产效率。