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数控机床返回参考点故障维修
摘 要: 介绍了数控加工中心（增量式编码器反馈装置）实际生产使用中，返回参考点的几个故障现象并进行了故障原因分析，给出了诊断过程以及解决问题的办法。通过对典型故障的详细描述，便于维修人员理解，并为解决该类故障提供参考。
关键词：数控机床 返回参考点 故障 诊断
返回参考点（回零）故障是数控机床常见的故障之一，直接影响机床使用。一般有以下几种形式：
（1）手动回零时不减速，并伴随超程报警；
（2）手动回零有减速动作，但减速后轴运动不停止直至 90# 报警——伺服轴找不到零点；
（3）手动回零方式下根本没有轴移动。
下面就工作中的几个故障的现象及分析、排除的过程对回零故障加以说明。
1 、自动回零正常，手动返回参考点出现 90#报警
1.1 故障现象
数控龙门镗铣床 FANUC16i M 系统，半闭环控制，每天开机手动返回参考点时 X 轴偶尔会出现90#报警，找不到参考点，返回参考点时工作台有减速动作，但是一旦手动回参考点**，重复用 G28 方式回零没有任何问题。
1.2 分析判定
大多数机床制造商设置在手动返回参考点时，寻找并读取 PCZ 信号（物理栅格信号）建立参考点，而在 G28 方式下使用计数器清零的方式返回参考点，不寻找物理栅格信号。
伺服轴在通常的运动时，位置环和速度环主要PCA/*PCA,PCB/*PCB 以及格雷码信号，而仅在寻找参考点的时候才采集 PCZ 信号，另外由于 PCZ 是窄脉冲，所以在同样的污染条件下，有时候PCA/*PCA，PCB/*PCB 可以正常工作，但是 PCZ信号已经达不到门槛电压，或波形严重失真。造成脉冲编码器或光栅尺其它信号可以正常工作，唯独“栅格”信号不好的原因，如图 1 所示。
图 1 编码器反馈信号波形图
1.3 维修过程
从故障描述来看重点应该检查一转信号。首先采用*简便易行的方法，检查反馈电缆，用万用表电阻挡测量电缆两端通断，结果没有问题。
接下来更换脉冲编码器，将 X 轴编码器与另一个可以回参考点的轴（Y 轴）编码器互换，结果没有任何变化，即：X 轴仍然不能够每次找到零点，而 Y 轴回零正常，说明脉冲编码器良好。之后更换伺服放大器，仍然没有效果。说明相关的硬件均已更换，仍然没有找到故障点。
仔细分析大型机床的结构，发现 X 轴反馈电缆拖链距离伺服放大器有 50 余米，初步判断可能是由于信号衰减造成的一转信号不好，*后将 5V 及0V 线脚与电缆中多余的备用线并联加粗，降低线间电阻，提高信号幅值，*终排除了故障。
注意 FANUC α 系列驱动的反馈装置采用的是高速串行传送，用传统的示波器无法观测波形，所以更多的是采用替代法或者借助系统界面诊断排查故障。
2 、 找不到零点，出现 90#报警故障
2.1 故障现象
辛辛那提 T30 加工中心，采用 FANUC 11M 系统，全闭环，Z 轴手动返回参考点时找不到零点。
2.2 故障分析
当选择了回参考点方式后，按下某个轴的方向按钮，如果机床能够快速向参考点方向移动时，则说明方式选择信号通过 PMC 接口通知了 CNC。此后如果没有减速现象出现，并且还伴随超程报警，则说明减速开关信号*DECn 没有通知到 CNC，这时请关注下面两个环节：一是减速开关进油或进水，信号失效，I/O 单元之前就没有信号；二是减速开关 OK，但 PMC 诊断画面没有反应，虽然信号已经输入到系统接口板，但由于 I/O 接口板或输入模块已经损坏。
FANUC 数控系统寻找参考点一般是在减速开关抬起后寻找**个一转信号或物理栅格，此时如果一转信号或物理栅格信号缺失，则就会出现 90#报警——找不到参考点。可能的原因有：
（1）编码器或光栅尺被污染，如进水进油。
（2）反馈信号线或光栅适配器受外部信号干扰。
（3）反馈电缆信号衰减。
（4）编码器或光栅尺接口电路故障、器件老化。
（5）伺服放大器接口电路故障。
这些情况都是维修中常遇到的现象，分析这一故障的关键点是“一转信号”或“栅格信号”。数控系统一旦找到这一信号，返回参考点即告完成。
2.3 维修过程
由于该机床是全闭环控制，所以物理栅格位置是在光栅上面，工作重点应该放在光栅上。将光栅用无水酒精擦干净后可以找到零点，但是，信号时有时无，**比率占到 70%左右，仍旧不能满足正常生产要求，初步判断原参考点栅格有损伤，由于光栅尺的栅格是由一定间距的多个栅格组成的，具体读取哪一个栅格作为零点，取决于减速档块的位置和减速开关信号的触发。往往某一个栅格损坏了，其他栅格却完好无损，所以将减速档块前移一个（或n 个）栅格位置，手动回零**。
注意这时候的参考点已经和机床出厂时的完全不同，换刀用的**参考点和工件零点已经改变了，所以维修人员一定要将这些点重新调整.
3 、回零不稳定故障
3.1 故障现象
某森精机数控车床 FANUC 21T 系统，增量回零方式，Z 返回参考点可以完成，不报警，但偶尔会差一个丝杠螺距。
3.2 故障分析
这种现象是数控机床非常典型的故障之一。其原因是减速档块位置距离栅格位置太近或太靠近参考点时，处于一种“临界状态”，导致了离散误差。
由于触电开关信号通、断的精度比较差，所以信号触发的时间不很准确，当信号来早时，就找到栅格①。当信号来迟时，就找到信号②，如图 2所示。或者时而找到栅格②，时而找到栅格③，如图 3 所示。
图 2 离散误差 1
图 3 离散误差 2
3.3 解决方案
（1）调整档块位置。
（2）通过参数 1850#栅格偏移量，调整栅格位置处于合理位置。调整档块的具体调整方法：
(1)手动返回参考点。
(2)选择诊断画面，读取诊断号 0302 的值。（0302 的含义——从档块脱离的位置到读取到**个栅格信号时的距离）
(3)纪录参数 1821 的值，1821#参数中设定的是参考计数器容量。
(4)微调减速档块，使诊断号 0302 中的值等于1821 设定值的一半。（1/2 栅格）
(5)之后，一面多次重复进行手动回参考点，一面确认诊断号 0302 上显示的值每次为 1/2 栅格左右，而且变化幅度不大。
4、数控车床回零不准确故障
4.1 故障现象
某数控车床，FANUC 0i-TB 数控系统，半闭环，增量编码器。X 轴每次回零点位置不准确，但是不 发生报警，误差没有规律，有时 3mm 左右，有时 7mm 左右。操作者每天开机回零点后通过刀补校正工件零点，在不关机的情况下加工尺寸准确。但是一旦关电，重新回零后，工件坐标尺寸不准确，实际上是零点不准确。
4.2 故障分析
这种故障很少发生，一般是由于栅格位置不稳定所造成。增量编码器返回零点实际上是在找到物 理栅格后，再移动一个 “偏移量”后形成的栅格停止作为零点，这个经过偏移后的栅格实际上是电气栅格，那么电气栅格是由一组溢出脉冲发出的，每相隔一定容量值产生一个溢出脉冲。这个容量值是通过参数 1821“参考计数器容量”决定的。当参考计数器容量设置错误，电气栅格的“溢出”是不规律的，从而造成每次回零不准。
4.3 维修过程
查看参数 1821—参考计数器容量设置值为3600，核算设置是否正确，测量 X 轴丝杠螺距为10 mm，并且确认电机与丝杠的传动链是直连的，对于 10 mm 直连丝杠，参考计数器容量应设置10000，表明原参数设置错误。修改参考计数器容量值后，X 轴回零正常。
