立式加工中心回参考点及其故障诊断

所谓立式加工中心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。每台机床可以有一个参考原点，也可以据需要设置多个参考原点，用于自动刀具交换（ATC）或自动拖盘交换（APC）等。参考点作为工件坐标系的原始参照系，机床参考点确定后，各工件坐标系随之建立。所谓机械原点，是基本机械坐标系的基准点，机械零部件一旦装配完毕，机械原点随即确立。所谓电气原点，是由机床所使用的检测反馈元件所发出的栅点信号或零标志信号确立的参考点。为了使电气原点与机械原点重合，必须将电气原点到机械原点的距离用一个设置原点偏移量的参数进行设置。这个重合的点就是机床原点。在加工中心使用过程中，机床手动或者自动回参考点操作是经常进行的动作。不管机床检测反馈元件是配用增量式脉冲编码器还是绝对式脉冲编码器，在某些情况下，如进行ATC或APC过程中，机床某一轴或全部轴都要先回参考原点。

按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种。一种为栅点法，另一种为磁开关法。在栅点法中，检测器随着电机一转信号同时产生一个栅点或一个零位脉冲，在机械本体上安装一个减速撞块及一个减速开关后，数控系统检测到的第一个栅点或零位信号即为原点。在磁开关法中，在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关，当磁感应原点开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。栅点方法的特点是如果接近原点速度小于某一固定值，则伺服电机总是停止于同一点，也就是说，在进行回原点操作后，机床原点的保持性好。磁开关法的特点是软件及硬件简单，但原点位置随着伺服电机速度的变化而成比例地漂移，即原点不确定。目前，几乎所有的机床都采用栅点法。

使用栅点法回机床原点的几种情形如下：

1． 使用增量检测反馈元件的机床开机后的第一次回机床原点；

2． 使用绝对式检测反馈元件的机床安装后调试时第一次机床开机回原点；

3． 栅点偏移量参数设置调整后机床第一次手动回原点。

按照检测元件测量方式的不同分为以绝对脉冲编码器方式归零和以增量脉冲编码器方式归零。在使用绝对脉冲编码器作为测量反馈元件的系统中，机床调试前第一次开机后，通过参数设置配合机床回零操作调整到合适的参考点后，只要绝对脉冲编码器的后备电池有效，此后的每次开机，不必进行回参考点操作。在使用增量脉冲编码器的系统中，回参考点有两种模式，一种为开机后在参考点回零模式各轴手动回原点，每一次开机后都要进行手动回原点操作；另一种为使用过程中，在存储器模式下的用G代码指令回原点。

使用增量式脉冲编码器作为测量反馈元件的机床开机手动回原点的动作过程一般有以下三种：

１．手动回原点时，回原点轴先以参数设置的快速进给速度向原点方向移动，当原点减速撞块压下原点减速开关时，伺服电机减速至由参数设置的原点接近速度继续向前移动，当减速撞块释放原点减速开关后，数控系统检测到编码器发出的第一个栅点或零标志信号时，归零轴停止，此停止点即为机床参考点。

２．回原点轴先以快速进给速度向原点方向移动，当原点减速开关被减速撞块压下时，回原点轴制动到速度为零，在以接近原点速度向相反方向移动，当减速撞块释放原点接近开关后，数控系统检测到检测反馈元件发出的第一个栅点或零标志信号时，回零轴停止，该点即机床原点。

３．回原点时，回原点轴先以快速进给速度向原点方向移动，当原点减速撞块压下原点减速开关时，回归原点轴制动到速度为零，再向相反方向微动，当减速撞块释放原点减速开关时，归零轴又反向沿原快速进给方向移动，当减速撞块再次压下原点减速开关时，归零轴以接近原点速度前移，减速撞块释放减速开关后，数控系统检测到第一个栅点或零标志信号时，归零轴停止，机床原点随之确立。

使用增量式检测反馈元件的机床开机第一次各伺服轴手动回原点大多采用撞块式复归，其后各次的原点复归可以用G代码指令以快速进给速度高速复归至第一次原点复归时记忆的参考点位置。

进一步从数控系统控制过程来分析机床原点的复归，机床在回机床原点模式下，伺服电机以大于某一固定速度的进给速度向原点方向旋转，当数控系统检测到电机一转信号时，数控系统内的参考计数器被清零。如果通过参数设置了栅点偏移量，则参考计数器内也自动被设定为和栅点偏移量相等的值。此后，参考计数器就成为一个环行计数器。当计数器对移动指令脉冲计数到参考计数器设定的值时被复位，随着一转信号的出现产生一个栅点。当减速撞块压下原点减速开关时，电机减速到接近原点速度运行，撞块释放原点减速开关后，电机在下一个栅点停止，产生一个回原点完成标志信号，参考位置被复位。电源开启后第二次返回原点，由于参考计数器已设置，栅点已建立，因此可以直接返回原点位置。使用绝对检测反馈元件的机床第一次回原点时，首先数控系统与绝对式检测反馈元件进行数据通信以建立当前的位置，并计算当前位置到机床原点的距离及当前位置到最近栅点的距离，将计算值赋给计数器，栅点被确立。

当加工中心回参考点出现故障时，首先由简单到复杂进行检查。先检查原点减速憧块是否松动，减速开关固定是否牢固，开关是否损坏，若无问题，应进一步用百分表或激光测量仪检查机械相对位置的漂移量，检查减速撞块的长度，检查回原点起始位置、减速开关位置与原点位置的关系，检查回原点模式，是否是在开机后的第一次回原点，是否采用绝对脉冲编码器，伺服电机每转的运动量、指令倍比及检测倍乘比，检查回原点快速迸给速度的参数设置、接近原点速度的参数设置及快速进给时间常数的参数设置是否合适，检查系统是全闭环还是半闭环，检查参考计数器设置是否适当等。

回原点故障现象及诊断调整步骤如下：

1．机床回原点后原点漂移检查是否采用绝对脉冲编码器，如果采用，诊断及调整步骤见使用绝对脉冲编码器的机床回原点时的原点漂移；若是采用增量脉冲编码器的机床，应确定系统是全闭环还是半闭环，若为全闭环系统，诊断调整步骤见全闭环系统中的原点偏移；若为半闭环系统，用百分表或激光测量仪检查机械相对位置是否漂移。若不漂移，只是位置显示有偏差，检查是否为工件坐标系偏置无效。在机床回原点后，机床CRT位置显示为一非零值，该值取决于某些诸如工件坐标系偏置一类的参数设置。若机械相对位置偏移，确定偏移量。若偏移量为一栅格，诊断方法见原点漂移一栅点的处理步骤。若漂移量为数个脉冲，见原点漂移数个脉冲的诊断步骤。否则检查脉冲数量和参考计数器的值是否匹配。如不匹配，修正参考计数器的值使之匹配；如果匹配，则脉冲编码器坏，需要更换。