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【摘 要】 结合FANUC系统数控机床介绍参考点回归原理及过程，对机床回参考点过程中各种形式的故障进行分析、诊断及总结。
【关键词】 参考点；栅格法；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、数控机床返回参考点的意义
数控机床要实现在固定点交换刀具以及机床停机在固定点，要实现自动加工，必须要知道刀具位移计算的依据，即在数控机床上必须建立机床坐标系，确定机床原点。数控系统通过返回数控机床参考点来确定机床原点。
（1）机床原点
机床原点是机床坐标系的基准点，机械零部件一旦装配完毕，机床原点随即确定。机床原点由机床厂家设定。
（2）机床参考点
机床参考点又名参考点或零点，与电气参考点相重合。
（3）电气参考点
电气参考点是由机床使用的检测反馈元件发出的栅格信号或零标志信号确立的参考点。电气参考点一般与机床参考点是重合的，根据用户需要，电气参考点可以偏移机床参考点，偏移量可以通过参数设定。从严格意义讲，数控机床返回参考点是返回电气参考点。实际返回参考点是通过系统得到减速开关信号后，在检测伺服电机编码器栅格信号，栅格就是电气参考点。
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。数控机床在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。
二、返回参考点的类型
按机床检测元件检测参考点信号方式的不一样，数控机床回参考点的方式有两种：一种为磁感应开关的磁开关方式，一种为使用脉冲编码器或光栅尺的栅格法方式。
（1）磁开关方式
在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关，当磁感应原点開关检测到原点信号后，伺服电机立即停止，该停止点被认作原点，其特点是软件及硬件简单，但原点位置随着伺服电机速度的边或而成比例地漂移，即原点漂移。磁开关方式由于存在定位漂移现象，因此较少使用。
（2）栅格方式
在栅格方式中，检测反馈元件随着伺服电机一转信号同时产生一个栅格信号或一个零点标志信号。在机械本体上安装一个机械挡块及一个减速开关后，数控系统检测到的第一个栅格信号或零标志信号即为参考点。
栅格方式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。采用绝对栅格法回参考点的数控机床在后备存储器电池支持下，只需在机床第一次开机调试时进行回参考点操作调整，此后每次开机均记录有参考点位置信息，因而不必再进行回参考点操作。采用增量式编码器做位置环反馈的机床应用增量栅格法来确定参考点，其反馈元件为脉冲编码器，在每次开机时都需要回参考点。
三、返回回参考点方式
（1）回参考点的Z脉冲控制方式
回参考点时，轴先以速度V1向参考点快速移动，碰到参考点开关后，在减速信号的控制下，减速到速度V2并继续前移，脱开挡块后，再找零标志。当轴到达测量系统零标志发出栅格信号时，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。
（2）回参考点的“+-”控制方式
回参考点时，轴先以速度V1快速向参考点移动，碰到参考点开关后速度制动到零，然后反向以速度V2慢速移动，到达测量系统零标志产生栅格信号时，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。
（3）回参考点的“+-+”控制方式
回参考点时，轴先以速度V1向参考点快速移动，碰到参考点开关后制动到速度为零，再反向微动直至脱离参考点开关，然后又沿原方向微动撞上参考点开关，并且以速度V2慢速前移，到达测量系统零标志产生栅格信号时，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。
四、返回参考点常见故障及其诊断
在实际生产加工中，数控机床返回参考点的常见故障现象可归纳为三大类，引起故障的原因归纳如下：
（1）不能返回参考点或找不到参考点（通常会导致机床超程报警）
①机床回零过程无减速动作或一直以减速回零，多数原因为减速开关及接线故障。
②机床回零动作正常，但系统得不到一转信号。原因可能是电动机编码器及电缆线或系统轴板故障（工厂中多数采用交换法来判别故障具体部位）。
③减速开关偏移。
④检测元件被污染。当采用全闭环控制时光栅尺沾了油污，不能采集信号。排除方法是清洗光栅尺。
（2）找不准参考点（即返回参考点有偏差）
①减速挡块偏移。
栅格偏移量参数设定不当。
②参考计数器容量参数设定不当。
③位置环增益设定过大。
④编码器或轴板不良。
（3）回参考点位置随机性变化故障
①零脉冲信号受到干扰。可检查脉冲编码器反馈电缆、屏蔽线连接是否正确，接地是否良好。
②编码器的供电电压过低。
③电动机与丝杠的联轴器松动。
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。可调节伺服参数，改变其运动特性。
⑤零脉冲不良。利用示波器检查编码器的输出脉冲，确认全部信号是否输出正常；否则对编码器进行清洗或更换。
⑥滚珠丝杠间隙增大。
五、数控机床返回参考点维修实例
例1 数控铣床，Z轴找不到参考点，观察寻找参考点过程，Z轴首先快速移动，然后减速运动，一直压到极限开关，产生报警。
分析与处理：Z轴能减速运动，说明零点开关没有问题，可能是数控系统接收不到零标志信号。经检查，编码器内部有油污，使零标志信号不能输出。将编码器取下清洗，重新安装，故障消除。
例2 数控铣床，X轴经常出现原点漂移，且每次漂移量为10mm左右。
分析与处理：由于每次漂移量基本固定，怀疑与X轴回参考点有关。经检查，相关的参数没有问题，检查安装在机床上的金阿苏挡块及接近开关是，发现挡块与接近开关的距离太近。重新调整减速挡块位置，将其控制在该轴丝攻螺距的半，故障则排除。
六、结语
FANUC数控系统返回参考点的方式是多样的，返回参考点的主要故障点包括减速开关信号或机械挡块、编码器、反馈电缆、伺服放大器控制电路板、绝对式编码器使用的电池等。在维修当中，首先需要了解该设备是何种反馈参考点方式，才能为后续的维修做好知识准备，才能分析故障原因，找到故障点。
参考文献：
[1]孙汉卿.数控机床维修技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2] BEIJING—FANUC Oi-A MAINTENANCE MANUAL
[3]李军.数控机床参考点的设定[J].制造技术与机床，1994，（5）
[4]曲海波数控机床返回参考点的控制方式及常见故障检修[J].机床电器，2009，（3）
[5]刘永久数控机床故障诊断与维修技术.北京：机械工业出版社，2009.
【关键词】 参考点；栅格法；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、数控机床返回参考点的意义
数控机床要实现在固定点交换刀具以及机床停机在固定点，要实现自动加工，必须要知道刀具位移计算的依据，即在数控机床上必须建立机床坐标系，确定机床原点。数控系统通过返回数控机床参考点来确定机床原点。
（1）机床原点
机床原点是机床坐标系的基准点，机械零部件一旦装配完毕，机床原点随即确定。机床原点由机床厂家设定。
（2）机床参考点
机床参考点又名参考点或零点，与电气参考点相重合。
（3）电气参考点
电气参考点是由机床使用的检测反馈元件发出的栅格信号或零标志信号确立的参考点。电气参考点一般与机床参考点是重合的，根据用户需要，电气参考点可以偏移机床参考点，偏移量可以通过参数设定。从严格意义讲，数控机床返回参考点是返回电气参考点。实际返回参考点是通过系统得到减速开关信号后，在检测伺服电机编码器栅格信号，栅格就是电气参考点。
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。数控机床在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。
二、返回参考点的类型
按机床检测元件检测参考点信号方式的不一样，数控机床回参考点的方式有两种：一种为磁感应开关的磁开关方式，一种为使用脉冲编码器或光栅尺的栅格法方式。
（1）磁开关方式
在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关，当磁感应原点開关检测到原点信号后，伺服电机立即停止，该停止点被认作原点，其特点是软件及硬件简单，但原点位置随着伺服电机速度的边或而成比例地漂移，即原点漂移。磁开关方式由于存在定位漂移现象，因此较少使用。
（2）栅格方式
在栅格方式中，检测反馈元件随着伺服电机一转信号同时产生一个栅格信号或一个零点标志信号。在机械本体上安装一个机械挡块及一个减速开关后，数控系统检测到的第一个栅格信号或零标志信号即为参考点。
栅格方式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。采用绝对栅格法回参考点的数控机床在后备存储器电池支持下，只需在机床第一次开机调试时进行回参考点操作调整，此后每次开机均记录有参考点位置信息，因而不必再进行回参考点操作。采用增量式编码器做位置环反馈的机床应用增量栅格法来确定参考点，其反馈元件为脉冲编码器，在每次开机时都需要回参考点。
三、返回回参考点方式
（1）回参考点的Z脉冲控制方式
回参考点时，轴先以速度V1向参考点快速移动，碰到参考点开关后，在减速信号的控制下，减速到速度V2并继续前移，脱开挡块后，再找零标志。当轴到达测量系统零标志发出栅格信号时，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。
（2）回参考点的“+-”控制方式
回参考点时，轴先以速度V1快速向参考点移动，碰到参考点开关后速度制动到零，然后反向以速度V2慢速移动，到达测量系统零标志产生栅格信号时，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。
（3）回参考点的“+-+”控制方式
回参考点时，轴先以速度V1向参考点快速移动，碰到参考点开关后制动到速度为零，再反向微动直至脱离参考点开关，然后又沿原方向微动撞上参考点开关，并且以速度V2慢速前移，到达测量系统零标志产生栅格信号时，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。
四、返回参考点常见故障及其诊断
在实际生产加工中，数控机床返回参考点的常见故障现象可归纳为三大类，引起故障的原因归纳如下：
（1）不能返回参考点或找不到参考点（通常会导致机床超程报警）
①机床回零过程无减速动作或一直以减速回零，多数原因为减速开关及接线故障。
②机床回零动作正常，但系统得不到一转信号。原因可能是电动机编码器及电缆线或系统轴板故障（工厂中多数采用交换法来判别故障具体部位）。
③减速开关偏移。
④检测元件被污染。当采用全闭环控制时光栅尺沾了油污，不能采集信号。排除方法是清洗光栅尺。
（2）找不准参考点（即返回参考点有偏差）
①减速挡块偏移。
栅格偏移量参数设定不当。
②参考计数器容量参数设定不当。
③位置环增益设定过大。
④编码器或轴板不良。
（3）回参考点位置随机性变化故障
①零脉冲信号受到干扰。可检查脉冲编码器反馈电缆、屏蔽线连接是否正确，接地是否良好。
②编码器的供电电压过低。
③电动机与丝杠的联轴器松动。
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。可调节伺服参数，改变其运动特性。
⑤零脉冲不良。利用示波器检查编码器的输出脉冲，确认全部信号是否输出正常；否则对编码器进行清洗或更换。
⑥滚珠丝杠间隙增大。
五、数控机床返回参考点维修实例
例1 数控铣床，Z轴找不到参考点，观察寻找参考点过程，Z轴首先快速移动，然后减速运动，一直压到极限开关，产生报警。
分析与处理：Z轴能减速运动，说明零点开关没有问题，可能是数控系统接收不到零标志信号。经检查，编码器内部有油污，使零标志信号不能输出。将编码器取下清洗，重新安装，故障消除。
例2 数控铣床，X轴经常出现原点漂移，且每次漂移量为10mm左右。
分析与处理：由于每次漂移量基本固定，怀疑与X轴回参考点有关。经检查，相关的参数没有问题，检查安装在机床上的金阿苏挡块及接近开关是，发现挡块与接近开关的距离太近。重新调整减速挡块位置，将其控制在该轴丝攻螺距的半，故障则排除。
六、结语
FANUC数控系统返回参考点的方式是多样的，返回参考点的主要故障点包括减速开关信号或机械挡块、编码器、反馈电缆、伺服放大器控制电路板、绝对式编码器使用的电池等。在维修当中，首先需要了解该设备是何种反馈参考点方式，才能为后续的维修做好知识准备，才能分析故障原因，找到故障点。
参考文献：
[1]孙汉卿.数控机床维修技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2] BEIJING—FANUC Oi-A MAINTENANCE MANUAL
[3]李军.数控机床参考点的设定[J].制造技术与机床，1994，（5）
[4]曲海波数控机床返回参考点的控制方式及常见故障检修[J].机床电器，2009，（3）
[5]刘永久数控机床故障诊断与维修技术.北京：机械工业出版社，2009.