回参考点

第一章数控机床返回参考点的必要性

数控机床位置检测装置如果采用绝对编码器时，系统断电后位置检测装置靠电池来维持坐标值实际位置的记忆，所以机床开机时，不需要进行返回参考点操作。目前，大多数数控机床采用增量编码器作为位置检测装置，系统断电后，工件坐标系的坐标值就失去记忆，机械坐标值尽管靠电池维持坐标值的记忆，但只是记忆机床断电前的坐标值而不是机床的实际位置，因此开机后，必须让机床各坐标轴回到一个固定位置点上，既是回到机床的坐标系零点，也称坐标系的原点或参考点，这一过程就称为机床回零或回参考点操作。数控机床的各种刀具补偿、间隙补偿、轴向补偿以及其它精度补偿措施能否发挥正确作用将完全取决于数控机床能否回到正确的零点位置。所以机床首次开机后要进行返回参考点操作。

数控机床的原点是数控机床厂家设定在机床上的一个固定点，作为机床调整的基准点。数控机床参考点也是数控厂家设定的（一般是机床各坐标轴的正极限位置），通过机床正确返回参考点，CNC系统才能确定机床的原点位置。

机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。数控机床开机时，必须先确定机床原点，而确定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。

第二章数控机床返回参考点的原理及常见方式

返回参考点的原理数控机床按照控制理论可分为闭环、半闭环、开环系统。闭环数控系统装有检测最终直线位移的反馈装置，半闭环数控系统的位置测量装置安装在伺服电动机转动轴上或丝杆的端部也就是说反馈信号取自角位移，而开环数控系统不带位置检测反馈装置。对于闭环半闭环数控系统，通常利用位移检测反馈装置脉冲编码器或光栅尺进行回参考点定位，即栅格法回参考点。而开环系统则需另外加装检测元件，通常利用磁感应开关回参考点定位，即磁开关法回参考点。无论采用哪种回参考点操作，为保证准确定位，在到达参考点之前必须使数控机床的伺服系统自动减速，因此在多数数控机床上安装减速挡块及相应的检测元件。栅格法根据检测反馈元件计量方法的不同又可分为绝对栅格法和增量栅格法。采用绝对脉冲编码器或光栅尺回参考点的称为绝对栅格法，在机床调试时，通过参数设置和机床回零操作确定参考点，只要检测反馈元件的后备电池有效，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。采用增量式编码器或光栅尺回参考点的称为增量栅格法，在每次开机时都需要回参考点。不同数控系统返回参考点的动作、细节有所不同。不过回参考点大体可归纳为以下两种方式：

1、开机后在参考点回零模式下各轴手动回原点；

2、在使用过程中，在存储器模式下用G

代码回原点。

下面我将以FANUC-0i系统的数控机床为例，通过回零的两种常见方式来说明数控机床返回参考点的原理。

2.1 增量栅格法（挡块式）回参考点原理

采用增量式编码器或光栅尺回参考点的方法称为增量栅格法。挡块式回零通常应用于机床采用增量式位置检测装置的情况，由于增量式位置检测装置在断电状态时会失去对机床坐标值的记忆，每次机床通电时都要进行返回参考点的操作。由于目前大多数数控机床均采用增量式位置检测装置，挡块式回零方式比无挡块式更为普遍。

下面，我将以FANUC-0i系统的数控机床为例，来简要叙述下增量栅格法（挡块式）回参考点的原理和过程（如图2-1所示）。

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快速进给速度参数、慢速进给速度参数、加减速时间常数、栅格偏移量等参数分别由数控系统的相应参数设定。机床返回参考点的操作步骤为：

A.将方式开关拨到“回零工作方式”档，选择返回参考点的轴，按下该轴正向点动按钮（+J），该轴以快速移动速度（V1）移向参考点；（图2-1中①→②的过程）

B.当与工作台一起运动的减速挡块压下减速开关触点时（图2-1中②→③的过程，减速信号（*DEC）由通(1) 转为断(0) 状态，工作台进给会减速，按参数设定的慢速进给速度（V2）继续移动（减速可削弱运动部件的移动惯量，使零点停留位置准确）；

C.栅格法是采用脉冲编码器上每转出现一次的栅格信号(又称一转信号PCZ) 来确定参考点，当减速挡块释放减速开关（图2-1中③→④的过程），减速信号由断（0）转为通（1）后，数控系统将等待编码器上的第一个栅格信号的出现。该信号一出现，工作台运动就立即停止，以此位置作为机床零点，同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床该轴回参考点成功。

一转信号是编码器产生的信号，编码器除产生反馈位移和速度的脉冲信号外，还每转产生一个基准信号即一转信号。需要注意的是，栅格信号（GRID）并不是编码器直接发出的信号，而是数控系统在一转信号和软件共同作用下产生的信号。FANUC公司使用栅格信号的目的，就是可以通过调整栅格偏移量（FANUC 0i中由1850号系统参数设定），在一定范围内灵活调整机床零点位置。机床使用中，只要不改变脉冲编码器与丝杠间的相对位置或不移动参考点撞块调定的位置，栅格信号就会以很高的重复精度出现。

2.2 绝对栅格法（无挡块式）回参考点原理

无挡块式回零不需要挡块和减速开关，位置检测装置通常采用绝对位置编码器或距离编码光栅尺，无须每次开机都回零操作（使用绝对位置编码器时）或者回零距离短，方便快捷

（使用距离编码光栅尺时），因此目前采用无挡块回零方式的数控机床越来越普遍。

采用无挡块式回零的机床，如果位置检测装置为绝对编码器，则通常在绝对编码器电池电压不足、伺服电机或伺服放大器拆下修复、系统参数初始化操作等情况下，零点位置会丢失，需要重新设定和调整；如果位置检测装置为距离编码的光栅尺，机床零点的位置也需要根据实际情况进行调整，以便更好满足加工需要。下面以FANUC 0i系统为例，结合机床采用绝对编码器和采用距离编码的光栅尺这两种典型情况说明无挡块式回零的调整原理和过程。一、采用绝对编码器时无挡块式回零的设定和调整

当机床采用绝对编码器时，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零点操作调整，此后每次开机均记录有零点位置信息，因而不必再进行回零操作。但是更换伺服电机或伺服放大器后，由于反馈线与电机航空插头脱开或电机反馈线与伺服放大器脱开，必将导致编码器电路与电池脱开，储存在S-RAM中的位置信息即刻丢失。再开机后机床会出现300#报警，需要重新建立零点。回零相关参数设定及建立过程如下所示。 1．回零方式和编码器类型参数设定

机床是挡块式回零还是无挡块式回零由系统参数1002.1（DLZ）、1005.1（DLZX）设定。1002.1（DLZ）设定所有轴，1005.1（DLZX）设定各轴。如果机床所有进给轴回零都为无挡块式，则将1002.1设定为 1即可。如果机床并不是所有轴回零都为无挡块式，则应将1002.1设定为0，同时在1005.1（DLZX）中将无挡块回零的轴设为1，将挡块式回零的轴设为0。如果机床所有轴回零都为挡块方式，则将1002.1（DLZ）、1005.1（DLZX）全部设为0即可。

2．绝对位置编码器建立零点过程

绝对位置编码器建立零点过程如图2-2.1所示。

1、首先将系统参数

1815#5（APCX）设为1（绝对位置编码器），然后再将系统参数1815#4（APZX）置为0。当1815#4（APZX）为0时，表示机床零点需要重新建立；而当1815#4（APZX）为1，表示机床零点已经建立。完成此操作后，系统断电重启。

2、将方式开关打到手动（JOG）方式状态下，手动使轴移动电动机转1转以上的距离，移动速度不得低于300mm/min。只有这样，才能在脉冲编码器内检测到一个以上的一转信号。

3、在手动方式下将轴移动到靠近机床零点（约数毫米)的位置。

4、然后选择回零(ZRN)方式。当ZRN信号由0变成1时，系统开始寻找栅格信号。