范芳洪

（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院車機學(xué)院 湖南株洲）

數(shù)控機床返回參考點的目的是確定機床坐標原點位置，建立機床坐標系，同時也是軟限位開關(guān)及各種補償生效的前提條件。因此，數(shù)控系統(tǒng)在執(zhí)行程序前必須進行返回參考點操作。半閉環(huán)控制的數(shù)控機床，一般采用增量式脈沖編碼器，每轉(zhuǎn)產(chǎn)生1個零脈沖信號，由于該信號在機床坐標系中的位置是確定的，可以將某個零點的位置作為系統(tǒng)的同步基準。

1.增量式旋轉(zhuǎn)測量系統(tǒng)返回參考點原理

增量式旋轉(zhuǎn)測量系統(tǒng)多采用增量式脈沖編碼器作為位置或速度反饋元件，為具體確定參考點位置，需要給每個坐標軸安裝1個參考點減速擋塊。以西門子840D數(shù)控機床增量式編碼器返回參考點過程（圖1）為例，數(shù)控機床開機執(zhí)行返回參考點操作步驟如下。

圖1 增量式編碼器返參考點過程

（1）第一步——尋找參考點減速擋塊。在機床操作面板上選擇返回參考點功能，按下軸移動鍵啟動后，若坐標軸位于減速擋塊前面，坐標軸自動按機床數(shù)據(jù)MD34020設(shè)定的返參考點速度，向機床數(shù)據(jù)MD34010設(shè)定方向移動（一般為坐標軸正方向），尋找參考點減速擋塊；若坐標軸位于減速擋塊上面，則不需要執(zhí)行尋找參考點擋塊的過程。找到參考點減速擋塊后，坐標軸在減速信號控制下減速，移動一小段距離后停止，這段距離與設(shè)置的返回參考點速度和最大加速度有關(guān)。參考點減速擋塊的長度，一定要確保大于坐標軸減速移動的距離，否則坐標軸減速停止點就可能不在擋塊上，發(fā)生20001#報警，即沒有參考點減速擋塊信號。觸點開關(guān)接觸到減速擋塊，便通過“參考點接近延遲”接口信號DB31.DBX12.7～DB61.DBX12.7告之系統(tǒng)，已經(jīng)找到參考點減速擋塊，第一步工作結(jié)束，此時坐標軸位于減速擋塊之上。在尋找參考點減速擋塊過程中，進給倍率修調(diào)開關(guān)和進給啟動/禁止使能按鍵有效。若坐標軸移動距離大于MD34030設(shè)置距離，仍未找到參考點減速擋塊，就會產(chǎn)生20000#報警（參考點擋塊未找到），同時“參考點接近延遲”接口信號復(fù)位。

（2）第二步——尋找零脈沖。尋找零脈沖信號的控制方式取決于機床數(shù)據(jù)MD34050的設(shè)置，MD34050設(shè)置為0，尋找零脈沖以參考點減速擋塊信號的下降沿為基準；MD34050設(shè)置為1，尋找零脈沖以參考點減速擋塊信號的上升沿為基準。如果以參考點減速擋塊信號的下降沿為基準，坐標軸會從靜止狀態(tài)加速到機床數(shù)據(jù)MD34040設(shè)定尋找零脈沖的速度，向MD34010規(guī)定的相反方向移動，尋找零脈沖信號。當離開參考點減速擋塊時，即參考點減速擋塊信號的下降沿出現(xiàn)，“參考點接近延遲”接口信號復(fù)位，系統(tǒng)與脈沖編碼器的第一個零點脈沖信號同步（圖2）。如果以參考點減速擋塊信號的上升沿為基準，坐標軸會從靜止狀態(tài)加速到返回參考點速度，向MD34010規(guī)定的相反方向移動，尋找零脈沖信號。當離開參考點減速擋塊時，即參考點減速擋塊信號的下降沿出現(xiàn)，“參考點接近延遲”接口信號復(fù)位，坐標軸減速停止，然后再加速到尋找零脈沖的速度，向相反方向移動，當再次接觸到參考點減速擋塊時，即參考點減速擋塊信號的上升沿出現(xiàn)，“參考點接近延遲”接口信號使能，系統(tǒng)與脈沖編碼器的第一個零點脈沖信號同步（圖3）。無論何種情況，只要找到第一個零點脈沖信號，第二步結(jié)束。

圖2 檢測減速擋塊下降沿返參考點過程

圖3 檢測減速擋塊上升沿返參考點過程

在尋找零點脈沖過程中，進給倍率修調(diào)開關(guān)和機床操作面板上NC啟動/停止按鍵均無效，但進給啟動/靜止使能有效，如果軸停止，將出現(xiàn)20005#（返回參考點中止）報警。離開參考點減速擋塊后，坐標軸移動距離大于MD34060設(shè)置距離時，仍未找到零點脈沖信號，就會出現(xiàn)20002#報警（零點脈沖沒有找到）報警，同時“參考點接近延遲”接口復(fù)位。

（3）第三步——坐標軸移動到參考點。成功尋找到零點脈沖信號且無報警，才執(zhí)行第三步。在尋找到零點脈沖后，坐標軸加速到機床數(shù)據(jù)MD34070設(shè)定的返回參考點定位速度，移動到參考點停止。從零點脈沖上升到參考點移動距離，由機床數(shù)據(jù)MD34080和MD34090決定，這段距離是兩數(shù)據(jù)之和。坐標軸到達參考點后，通過“參考點值”接口信號DB31.DBX2.4～DB61.DBX2.4、DB31.DBX2.5 ～DB61.DBX2.5、DB31.DBX2.6 ～DB61.DBX2.6和DB31.DBX2.7～DB61.DBX2.7的選擇，將機床數(shù)據(jù)MD34100中的設(shè)定值賦給參考點。此時，參考點/同步接口信號DB31.DBX60.4 ～DB61.DBX60.4、DB31.DBX60.5 ～DB61.DBX60.5使能，位置測量系統(tǒng)與控制系統(tǒng)同步有效，整個返回參考點過程結(jié)束，機床可以正常工作。

2.返參考點參數(shù)設(shè)置

（1）MD34010定義返回參考點的方向，設(shè)置0時正方向返回參考點，設(shè)置1時向負方向返回參考點。

（2）MD34020定義尋找參考點減速擋塊的速度。執(zhí)行返回參考點操作，系統(tǒng)首先以此參數(shù)設(shè)定的速度尋找參考點減速擋塊。當尋找到參考點減速擋塊后，坐標軸迅速制動停止。設(shè)定速度值時，應(yīng)考慮機床的動態(tài)特性，不要設(shè)置過快或過慢。

（3）MD34030定義尋找參考點擋塊的最大距離，只要尋找參考點減速擋塊的實際距離超過了設(shè)定值，就會停止返回參考點，并產(chǎn)生20000#報警（參考點擋塊沒有找到）。

（4）MD34040定義尋找零脈沖信號的速度，坐標軸以此速度離開參考點減速擋塊，尋找測量系統(tǒng)的第一個零點脈沖信號。設(shè)定值要小于MD43020的設(shè)定值。

（5）MD34050定義參考點減速擋塊信號上升沿/下降沿的同步方向。設(shè)置為0檢索參考點減速擋塊信號的下降沿，設(shè)置為1檢索參考點減速擋塊信號的上升沿。

（6）MD34060定義尋找零脈沖的最大距離，如果坐標軸移動量超過該距離仍未找到零點脈沖，返回參考點的過程將自動停止，并產(chǎn)生20004#報警（參考標記錯誤）。

（7）MD34070定義參考點定位速度，當系統(tǒng)檢測到零點脈沖信號后，以此定位速度移動一段可設(shè)定距離后停止，返回參考點過程結(jié)束。

（8）MD34080設(shè)置參考點移動距離，找到零點脈沖后，該參數(shù)確定以參考點定位速度移動的距離。若MD34080設(shè)置為負數(shù)，表明是正向定位參考點，若設(shè)置為正數(shù)，則是負數(shù)定位參考點。

（9）MD34090設(shè)置參考點偏移量。

（10）MD43100定義了參考點位置，返回參考后，坐標軸的位置就是參考點相對于機床坐標原點的位置。從參考點到機床原點的距離，設(shè)置在機床數(shù)據(jù)MD34100中，如果設(shè)置為0，表明參考點的位置就是機床坐標原點的位置。

3.返回參考點故障原因及解決方法

參考點是數(shù)控機床上1個基準點，工件坐標原點及對刀點均以其為基準。返回參考點出現(xiàn)故障將無法進行程序加工，返回參考點的位置不準確將影響到加工精度，甚至出現(xiàn)撞車事故。數(shù)控機床返回參考點故障有兩種情況：①機床不能返回參考點或找不到參考點。②機床能回參考點，但在每次回參考點時出現(xiàn)停止時的漂移。對于情況①，由于數(shù)控機床不能成功返回參考點，數(shù)控系統(tǒng)不會執(zhí)行用戶所編輯的任何加工程序，避免產(chǎn)生批量廢品，其故障產(chǎn)生原因及處理措施見表1。對于情況②，由于機床每次回參考點時均未產(chǎn)生報警，但回參考點出現(xiàn)漂移的故障現(xiàn)象是存在的，而機床操作人員卻沒有及時發(fā)現(xiàn)，造成加工件廢品，甚至是批量廢品，其故障產(chǎn)生的原因及處理措施見表2。

表1 不能返回參考點或找不到參考點故障處理

表2 返回參考誤差故障處理

1 朱自勤.數(shù)控機床電氣控制技術(shù)[M].中國林業(yè)出版社，2006，1

2 廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用教程[M].機械出版社，2009，1