范芳洪

（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院車(chē)機(jī)學(xué)院 湖南株洲）

數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)的目的是確定機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)位置，建立機(jī)床坐標(biāo)系，同時(shí)也是軟限位開(kāi)關(guān)及各種補(bǔ)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(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床，一般采用增量式脈沖編碼器，每轉(zhuǎn)產(chǎn)生1個(gè)零脈沖信號(hào)，由于該信號(hào)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置是確定的，可以將某個(gè)零點(diǎn)的位置作為系統(tǒng)的同步基準(zhǔn)。

1.增量式旋轉(zhuǎn)測(cè)量系統(tǒng)返回參考點(diǎn)原理

增量式旋轉(zhuǎn)測(cè)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(diǎn)位置，需要給每個(gè)坐標(biāo)軸安裝1個(gè)參考點(diǎn)減速擋塊。以西門(mén)子840D數(shù)控機(jī)床增量式編碼器返回參考點(diǎn)過(guò)程（圖1）為例，數(shù)控機(jī)床開(kāi)機(jī)執(zhí)行返回參考點(diǎn)操作步驟如下。

圖1 增量式編碼器返參考點(diǎn)過(guò)程

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

（2）第二步——尋找零脈沖。尋找零脈沖信號(hào)的控制方式取決于機(jī)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(diǎn)減速擋塊信號(hào)的下降沿為基準(zhǔn)；MD34050設(shè)置為1，尋找零脈沖以參考點(diǎn)減速擋塊信號(hào)的上升沿為基準(zhǔn)。如果以參考點(diǎn)減速擋塊信號(hào)的下降沿為基準(zhǔn)，坐標(biāo)軸會(huì)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到機(jī)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(dòng)，尋找零脈沖信號(hào)。當(dāng)離開(kāi)參考點(diǎn)減速擋塊時(shí)，即參考點(diǎn)減速擋塊信號(hào)的下降沿出現(xiàn)，“參考點(diǎn)接近延遲”接口信號(hào)復(fù)位，系統(tǒng)與脈沖編碼器的第一個(gè)零點(diǎn)脈沖信號(hào)同步（圖2）。如果以參考點(diǎn)減速擋塊信號(hào)的上升沿為基準(zhǔn)，坐標(biāo)軸會(huì)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到返回參考點(diǎn)速度，向MD34010規(guī)定的相反方向移動(dòng)，尋找零脈沖信號(hào)。當(dāng)離開(kāi)參考點(diǎn)減速擋塊時(shí)，即參考點(diǎn)減速擋塊信號(hào)的下降沿出現(xiàn)，“參考點(diǎn)接近延遲”接口信號(hào)復(fù)位，坐標(biāo)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(dòng)，當(dāng)再次接觸到參考點(diǎn)減速擋塊時(shí)，即參考點(diǎn)減速擋塊信號(hào)的上升沿出現(xiàn)，“參考點(diǎn)接近延遲”接口信號(hào)使能，系統(tǒng)與脈沖編碼器的第一個(gè)零點(diǎn)脈沖信號(hào)同步（圖3）。無(wú)論何種情況，只要找到第一個(gè)零點(diǎn)脈沖信號(hào)，第二步結(jié)束。

圖2 檢測(cè)減速擋塊下降沿返參考點(diǎn)過(guò)程

圖3 檢測(cè)減速擋塊上升沿返參考點(diǎn)過(guò)程

在尋找零點(diǎn)脈沖過(guò)程中，進(jìn)給倍率修調(diào)開(kāi)關(guān)和機(jī)床操作面板上NC啟動(dòng)/停止按鍵均無(wú)效，但進(jìn)給啟動(dòng)/靜止使能有效，如果軸停止，將出現(xiàn)20005#（返回參考點(diǎn)中止）報(bào)警。離開(kāi)參考點(diǎn)減速擋塊后，坐標(biāo)軸移動(dòng)距離大于MD34060設(shè)置距離時(shí)，仍未找到零點(diǎn)脈沖信號(hào)，就會(huì)出現(xiàn)20002#報(bào)警（零點(diǎn)脈沖沒(méi)有找到）報(bào)警，同時(shí)“參考點(diǎn)接近延遲”接口復(fù)位。

（3）第三步——坐標(biāo)軸移動(dòng)到參考點(diǎn)。成功尋找到零點(diǎn)脈沖信號(hào)且無(wú)報(bào)警，才執(zhí)行第三步。在尋找到零點(diǎn)脈沖后，坐標(biāo)軸加速到機(jī)床數(shù)據(jù)MD34070設(shè)定的返回參考點(diǎn)定位速度，移動(dòng)到參考點(diǎn)停止。從零點(diǎn)脈沖上升到參考點(diǎn)移動(dòng)距離，由機(jī)床數(shù)據(jù)MD34080和MD34090決定，這段距離是兩數(shù)據(jù)之和。坐標(biāo)軸到達(dá)參考點(diǎn)后，通過(guò)“參考點(diǎn)值”接口信號(hào)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(jī)床數(shù)據(jù)MD34100中的設(shè)定值賦給參考點(diǎn)。此時(shí)，參考點(diǎn)/同步接口信號(hào)DB31.DBX60.4 ～DB61.DBX60.4、DB31.DBX60.5 ～DB61.DBX60.5使能，位置測(cè)量系統(tǒng)與控制系統(tǒng)同步有效，整個(gè)返回參考點(diǎn)過(guò)程結(jié)束，機(jī)床可以正常工作。

2.返參考點(diǎn)參數(shù)設(shè)置

（1）MD34010定義返回參考點(diǎn)的方向，設(shè)置0時(shí)正方向返回參考點(diǎn)，設(shè)置1時(shí)向負(fù)方向返回參考點(diǎn)。

（2）MD34020定義尋找參考點(diǎn)減速擋塊的速度。執(zhí)行返回參考點(diǎn)操作，系統(tǒng)首先以此參數(shù)設(shè)定的速度尋找參考點(diǎn)減速擋塊。當(dāng)尋找到參考點(diǎn)減速擋塊后，坐標(biāo)軸迅速制動(dòng)停止。設(shè)定速度值時(shí)，應(yīng)考慮機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性，不要設(shè)置過(guò)快或過(guò)慢。

（3）MD34030定義尋找參考點(diǎn)擋塊的最大距離，只要尋找參考點(diǎn)減速擋塊的實(shí)際距離超過(guò)了設(shè)定值，就會(huì)停止返回參考點(diǎn)，并產(chǎn)生20000#報(bào)警（參考點(diǎn)擋塊沒(méi)有找到）。

（4）MD34040定義尋找零脈沖信號(hào)的速度，坐標(biāo)軸以此速度離開(kāi)參考點(diǎn)減速擋塊，尋找測(cè)量系統(tǒng)的第一個(gè)零點(diǎn)脈沖信號(hào)。設(shè)定值要小于MD43020的設(shè)定值。

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

（6）MD34060定義尋找零脈沖的最大距離，如果坐標(biāo)軸移動(dòng)量超過(guò)該距離仍未找到零點(diǎn)脈沖，返回參考點(diǎn)的過(guò)程將自動(dòng)停止，并產(chǎn)生20004#報(bào)警（參考標(biāo)記錯(cuò)誤）。

（7）MD34070定義參考點(diǎn)定位速度，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到零點(diǎn)脈沖信號(hào)后，以此定位速度移動(dòng)一段可設(shè)定距離后停止，返回參考點(diǎn)過(guò)程結(jié)束。

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

（9）MD34090設(shè)置參考點(diǎn)偏移量。

（10）MD43100定義了參考點(diǎn)位置，返回參考后，坐標(biāo)軸的位置就是參考點(diǎn)相對(duì)于機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)的位置。從參考點(diǎn)到機(jī)床原點(diǎn)的距離，設(shè)置在機(jī)床數(shù)據(jù)MD34100中，如果設(shè)置為0，表明參考點(diǎn)的位置就是機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)的位置。

3.返回參考點(diǎn)故障原因及解決方法

參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床上1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，工件坐標(biāo)原點(diǎn)及對(duì)刀點(diǎn)均以其為基準(zhǔn)。返回參考點(diǎn)出現(xiàn)故障將無(wú)法進(jìn)行程序加工，返回參考點(diǎn)的位置不準(zhǔn)確將影響到加工精度，甚至出現(xiàn)撞車(chē)事故。數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)故障有兩種情況：①機(jī)床不能返回參考點(diǎn)或找不到參考點(diǎn)。②機(jī)床能回參考點(diǎn)，但在每次回參考點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)停止時(shí)的漂移。對(duì)于情況①，由于數(shù)控機(jī)床不能成功返回參考點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)不會(huì)執(zhí)行用戶(hù)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(jiàn)表1。對(duì)于情況②，由于機(jī)床每次回參考點(diǎn)時(shí)均未產(chǎn)生報(bào)警，但回參考點(diǎn)出現(xiàn)漂移的故障現(xiàn)象是存在的，而機(jī)床操作人員卻沒(méi)有及時(shí)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(jiàn)表2。

表1 不能返回參考點(diǎn)或找不到參考點(diǎn)故障處理

表2 返回參考誤差故障處理

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

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