FANUC数控机床回参考点故障分析与排除

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0 前言

        配置FANUC 数控系统的机床可以实现增量式编码器返回参考点， 绝对值编码器返回参考点和距离式编码器返回参考点等几种方式。目前大多数数控机床采用增量式编码器作为位置检测元件，系统断电后，工件坐标系坐标值就失去记忆，所以机床开机后要进行返回坐标系参考点操作。

        1、 数控机床参考点与机械原点的去别及作用

        参考点作为工件坐标系的原始参照点， 机床参考点确定后各工件坐标系随之确立。机械原点是基本机械坐标系的基准点，机械部件一旦装配完毕，机械原点随之确立。电气原点是以机床检测反馈元件发出的栅点信号或零标志信号确立的参考点。为了使电气原点到机械原点的距离用一个原点偏移量参数进行设罩。这个重合的点就是机床原点。

        对于数控机床，一旦参考点确立后，有3 个功能即可生效。

        ①机械零点（#1240参数值）、坐标系零点（G54）。
        ②可使螺距补偿功能生效， 用于消除丝杠间隙的累积误差及丝杆螺距误差对加工的影响。
        ③可使数控机床行程软限位功能生效即修改参数#1300 行程检测。

        2 、数控机床回参考点方式

        现代数控机床一般都采用增量式旋转编码器或增量式光栅尺作为位置反馈元件， 因而机床在每次开机后都必须首先进行回参考点的操作，以确定机床的坐标原点，寻栈参考点主要与零点开关、编码器或者光栅尺的零点脉冲有关，一般有2 种方式。

        （1）轴向预定方向快速运动，压下零点开关后减速向前继续运动，直到数控系统收到第一个零点脉冲轴停止远动，数控系统自动设定坐标值。在这种方式下， 停机时轴恰好压在零点开关上，如果采用自动回参考点，轴的运动方向与上述的预定方向相反，离开零点后，轴再反向运行，当又压上零点开关后，PLC 产生减速信号，使数控准备接收第一个零点脉冲，以确定参考考点。

        （2）轴快速按预定方同运动，压上零点开关后，反向减速运动，当又脱离零点开关后，数控系统接收到第一个零点脉冲确定参考点，在这种方式下停机时，轴恰好压在零点开关上，当自动回参考点时，轴运动方向与上述的预定方向相反，离开零点开关后，PLC 产生减速信号，使数控系统在接收到第一个零点脉冲时确认参考点。

        采用何种方式运行，系统都是通过PLC 的程序编制和数控系统的机床参数设定来决定， 轴的运动速度也是由机床参数#1425 设定的， 数控系统回参考点的过程是PLC 系统与数控系统配合完成的，由数控系统给出回参考点的命令（轴和方向地址信号G100～102）， 然后轴按预定的方向运动， 压上零点开关X1009.0～X1009.3（或离开零点开关）后PLC 向数控系统发出减速信号G196，数控系统按照预定的方向减速运动，由测量系统接收零点脉冲，接收到第一个脉冲后，再找到第一个电气栅格点参数#1850 电子栅格点偏移量，设定坐标值。所有的轴都找到参考点后，将发出参考点回零结束信号（F094）和参考点确立信号（F120），回参考点的过程结束。

        3 、回不了参考点的故障原因与维修实例介绍

        数控机床开机后回不了参考点的故障一般有以下几种情况，一是由零点开关出现问题，PLC 没有产生减速信号。二是编码器或光栅尺的零点脉冲出现问题。三是数控系统的测量板出现问题，没有接收到零点脉冲。

        3.1 南通714 立式数控铣床加工中心，X 轴不能回参考点

        启动数控机床X 轴返回参考点操作，按回零键时有减速现象，在寻找机床参考点时出现急停报警，导致X 轴无法返回参考点。该数控机床配置FANUC-0iA 系统，X 轴在返回参考点时产生硬限位报警，返回参考点失败，经PLC 梯形图诊断，Y 轴在回参考点操作时减速信号X1009.0 由“1-0-”，少了一步减速信号再次变为“1”的过程。更换一个行程开关后故障依旧，说明减速开关正常。经检查零限位与硬限位挡铁块， 发现数控机床Z轴的零限位和硬限位挡块距离太近，怀疑X 轴限位挡块的位置是因为工时的振动或撞击使两者之间位置发生改变。当数控机床回参考点减速后就碰到硬限位挡铁造成超程报警。

        打开数控机床X 轴外护罩， 找到X 轴限位挡块卸下来，调整硬限位挡块与零限位挡块之间的距离即可。应先安装零限位挡块，再安装硬限位挡块。挡块安装时，应先用手轮上下移动来确定是否和行程开关的触点相对应， 安装完后应在低速挡位回参考点确认。系统参数#1320、#1321用于调整各轴正负软行程参数。硬限位开关、零点开关、零点限位挡铁和硬限位挡铁位置见图1。


        3.2 南通600立式数控铣床加工中心Y 轴不能返回参考点

        数控机床Y轴返回参考点时， 坐标值过零后产生软限位报警。参数#1300第6位设定“0”时，机床上电后执行上次存储的行程限位，所以机床在未回参考点之前软限位有效。将参数#1320的Y轴正向软限位参数增大后，返回参考点产生超程报警。经l/O状态表诊断，Y 轴减速信号X1009.1 在返回参考点操作时能由“1-0-1”跳变，说明减速开关正常。怀疑Y轴减速信号在经过“1-0-1”跳变，刚好错过了编码器发出的一转零脉冲信号，在寻找第2个脉冲信号时碰到硬限位开关造成超程报警。检查参数#1850电子栅格点偏移量，Y轴栅格偏移量为零， 将此参数Y轴的栅格偏移量由零改为4.5 mm后开机运行，Y轴返回参考点正常。

        3.3 系统经常发生死机现象无法自动返回参考点

        南通立式数控铣床加工中心，因经常发现系统死机现象，将机床系统重装后。发现此机床各轴手动返回参考点时，点轴选通按键后无法自动返回参考点， 此前点轴选通按键后可以自动返回参考点。在REF 方式下按回参考点键（按“X+”、“Y+”、“Z+”键）坐标轴不能连续运动回参考点，后发现必须一直按着轴选通键才能返回参考点。

        用FANUC 的状态表去查各个地址的状态，根据这些地址，在PLC 梯形图中查找控制返回参考点的梯形图，在图中找出是哪些结点完成回参考点连续操作的，以便并判断故障产生原因。用FANUC 的状态表查X 坐标轴的地址是X30.4（方向移动），通过此地址在PMC 梯形图中查到是接通G100.0 线圈（回参考点的轴和方向地址）， 查看哪些结点是完成G100.0 接通后保持的，发现当按下“X+”坐标轴键，梯形图中X30.4 闭1 合，G100.0线圈接通，松开X 坐标轴键，触点X30.4 断开，G100.0 线圈也断开。说明这个点动控制回路不能自锁，不能自锁的原因是k1.1 是断开的。

        查看k 地址参数表中发现k1.1 为“0”状态，可能是因为在传输过程中造成参数丢失。www.vtoall.com将k1.1改为“1”状态，k1.1 接通。再按各轴选通键，实现机床自动回零。

        4 结论

        首先知道数控机床返回参考点工作方式和动作过程， 根据出现的故障现象判断哪个环节出现了问题， 将重点放在检查返回参考点的行程开关、检测元件编码器以及接口电路的工作状态上。掌握了解FANUC 的状态表、PMC 梯形图，学会观察NC、PMC 及I/O 接口电路的状态指示信号。对机床返回参考点的工作原理应有更进一步的掌握， 以便在工作过程中快速分析判断故障，直至排除故障。