數控機床回參考點的故障分析和排除

張穎

摘 要：數控機床參考點又名原點或零點，是機床的機械原點和電氣原點相重合的點，是原點復歸后機械上固定的點。機床參考點確立后，各工件坐標系隨之確立，即參考點為工件坐標系的原始參照系。文章通過對數控機床回參考點的確立，并結合回參考點的故障維修實例，從而歸納總結出回參考的故障排除方法。

關鍵詞：數控機床；參考點；測量反饋元件

1 參考點的確立

數控系統按檢測反饋元件測量方式的不同分為絕對脈沖編碼器方式和增量脈沖編碼器方式兩種。數控系統反饋元件采用絕對脈沖編碼器，坐標值實際位置是靠位置檢測裝置的電池來維持，因此系統斷電后，絕對脈沖編碼器會記住當前位置。在數控機床正常使用過程中，只要保證絕對脈沖編碼器的后備電池有效，機床開機就不需要再進行回參考點操作。而采用增量脈沖編碼器的數控系統，系統斷電后，工件坐標系的坐標值就會消失，因此機床每次開機后都必須先進行回參考點操作，通過參考點來確定機床的坐標原點，從而建立正確的機床坐標系。除此之外，機床在按下急停開關及機床出現故障并修復后都需要進行一次手動回參考點的操作。

數控機床各軸回參考點的運動中，各軸的運動速度是在機床參數中設定的，并且數控系統是通過PLC的程序編制和數控系統的參數設定決定的，因此，數控機床各軸回參考點是通過PLC和數控系統配合完成的。

2 數控機床回參考點的故障維修實例

下面介紹幾個第一重型機械集團公司的數控機床回參考點的故障維修實例：

例1軍工分廠一臺型號為TK6516數控銑鏜床，數控系統為SIEMENS840D，Y軸出現回參考點位置的準確性差的故障，從而影響加工精度的故障。

維修人員首先檢查該機床Y軸測量編碼器的+5V電壓是正常的，并且該軸在手動方式下能正常工作，回參考點的動作過程也正常，再檢查參考點減速速度參數MD34040、位置環增益參數MD32200設置也都正確。

分析可能是由于編碼器“零脈沖”受到干擾而引起的此故障，再經過仔細檢查該故障軸后，發現該軸編碼器的連接電纜的屏蔽線脫落，重新連接脫落的屏蔽線后，該故障軸回參考點位置準確，機床加工精度恢復。

例2天津重型裝備工程研究有限公司實驗基地的一臺型號為TH6516數控銑鏜床，數控系統為SIEMENS840D，Y軸在回參考點的過程中，找不到參考點，出現20005報警，Y軸逼近參考點失敗。

首先檢查并確定了系統與回參考點有關的全部參數設定無誤，然后向下、向上來回開動Y軸，發現Y軸向上運動時，數顯顯示的運動的距離數據不穩定，與實際Y軸運動距離不相符。由此，可以初步判斷故障是由于系統光柵尺不良引起的。

該機床使用的是海德漢光柵尺，維修人員拆下光柵尺，進行檢查后，發現該光柵尺由于經過較長時間的使用，它的內部已被油污和細小的鐵屑嚴重污染。用無水酒精和脫脂棉擦拭讀數頭和光柵尺內部，把油污和鐵屑擦拭掉后，重新安裝、固定好光柵尺，再安裝、調整好讀數頭的位置。機床重新送電，Y軸重新回參考點，找到參考點，此故障排除，機床恢復正常工作。

例3天津重型裝備工程研究有限公司實驗基地的一臺型號為TH6516數控銑鏜床，數控系統為SIEMENS840D，Z軸在回參考點的過程中，發生超程報警。

維修人員檢查該機床的故障軸回參考點減速擋塊后，發現減速擋塊放開位置發生移動，處在該軸行程極限開關之后，根據此現象判斷該軸超程保護信號在參考點減速擋塊還沒有脫開時就已經發出了，從而導致了Z軸在回參考點的過程中，發生超程報警。

分析此故障的原因是由于該軸頻繁的進行回參考點動作，加上該軸減速擋塊固定不牢固，使它沒有固定在卡軌內，與行程極限開關經過長期頻繁接觸后，使該減速擋塊位置產生了移動，重新把該減速擋塊固定在卡軌內，該故障軸回參考點恢復正常。

例4天津重型裝備工程研究有限公司實驗基地的一臺型號為TH6516數控銑鏜床，數控系統為SIEMENS840D，Y軸在回參考點時，出現超程報警。

維修人員經過初步檢查，發現該機床Y軸回參考點的減速擋塊壓上后，沒有減速過程，經過分析，導致此故障的原因可能是減速信號。接下來再通過調出數控系統的診斷顯示觀察，在該軸回參考點減速擋塊壓上或松開后，減速信號的狀態都沒有產生變化。

維修人員查閱了此數控機床的電器原理圖后，最后判斷該軸的回參考點減速開關損壞，導致此故障原因是由于切削液進入該減速開關。更換此減速開關后，該軸回參考點正常，此故障排除。

例5大型裝備制造廠的波蘭WHC160數控鏜床，SIEMENS810

M數控系統，在回參考點時發現：機床在參考點位置停止后，“未到位”燈不熄滅，機床無法進行下一步操作；機床關機后，可手動操作回參考點，但回參考點后上述現象又出現。

該數控機床的各軸在參考點位置能夠停止，這說明各軸的參考點減速擋塊安裝位置正確、固定可靠、減速信號無誤。維修人員通過數控機床的診斷功能，在軸診斷頁面下檢查系統各坐標軸的“位置跟隨誤差”，發現Z軸的跟隨誤差超過了定位精度的允許范圍。

在系統軟功能鍵中找到參數NC-MD2722，由于SIEMENS810系統可以進行自動漂移補償，可按操作面板上的程序編輯“修改”鍵，系統就會對Z軸進行自動漂移補償，使“位置跟隨誤差”的值接近“0”，維修人員進行了以上操作后，該軸回參考點正常，此故障排除。

3 回參考點的故障排除方法

根據以上幾個在工作中遇到的數控機床回參考點故障的維修實例，從而總結得出了回參考點的故障一般有以下幾種情況：編碼器或光柵尺損壞；減速擋塊松動；參考點限位出現故障；參考點限位與硬（軟）限位位置距離太近；系統測量板出現故障；系統參數丟失等等。具體有以下幾種故障排除方法：

（1）當機床軸回參考點時出現報警，顯示報警號和報警信息時，報警信息說明此故障可能為：屏蔽線不良、信號線斷路、系統光柵尺不良、編碼器的“零脈沖”不良、系統參數設置不正確等。如果是由于硬件故障引起的報警，則需要對硬件進行維修或更換；如果是由于參數設置不正確引起的故障報警，則需要按備份參數的數據重新設置數。

（2）當機床出現超程報警時，有兩種原因會引起此報警：一種原因是參考點減速擋塊松動或位置發生了變化引起的故障，另一種原因是機床軸回參考點前，坐標軸的位置離參考點距離過小造成的。排除第一種故障的方法是固定或重新調整擋塊，排除第二種故障的方法需要在解除超程報警后，將坐標軸移動到與參考點方向相反并與參考點的距離較遠的行程范圍內，進行重新回參考點的操作過程。

（3）當減速擋塊脫開時，編碼器恰巧在附近，出現整螺距偏移，這時，需要重新調整減速擋塊位置，并且應該盡量使減速擋塊脫開位置與編碼器“零脈沖”位置相差半個螺距。對于SIEMENS840D系統來說，如果機床軸回參考點欠量，參考點指示燈不亮，那么應該通過機床的診斷功能，在診斷頁面下檢查對應的“位置跟隨誤差”，若跟隨誤差超出了定位精度的允許范圍，應調整伺服驅動器的“偏移”電位器，使“位移跟隨誤差”的值接近“0”，從而排除故障；對于SIEMENS810系統來說，可按維修實例5的故障處理過程操作。

4 結束語

數控機床回參考點時出現的各種故障是數控機床非常常見的故障現象，維修人員在遇到此類故障時，要對故障現象作相應的分析，按故障排除規律、方法分步驟地進行排查，就一定能分析并找到故障的原因所在，從而應用正確的方法排除此類故障。

參考文獻

[1]西門子840D簡明調試手冊[M].2006.

[2]龔仲華.數控機床故障診斷與維修500例[M].機械工業出版社，2004.