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丝杆的端部，即反馈信号取自角位移；开环数控系统不带位置检测反馈装置。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；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，在到达零点之前，数控机床的伺服系统必须自动减速，因此在多数数控机床上安装减速撞块及相应的检测元件。

栅格法中，按照检测元件测量方式的不同可以分为以绝对脉冲编码器方式回参

考点和以增量脉冲编码器方式回参考点。在使用绝对脉冲编码器作为测量反馈元件的系统中，调试机床时第一次开机，通过参数设置配合机床回参考点操作调整到合适的参考点，只要绝对脉冲编码器的后备电池有效，此后每次开机，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下各轴手动回原点，每一次开机后都要进行手动回原点操作。另一种为采用存储器模式，第一次开机手动回原点，以后均可用G代码指令回原点。参考文献[4] 图2-3中采用FUNUC-0i系统数控铣床为例，下面简要给出增量栅格法返回参考点的原理和过程：（采用方式三回参考点）

在图2-3中，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：

(1)将方式开关拔到“回参

考点”档，选择返回参考点的轴， 图2-3 增量栅格法返回参考点原理 按下该轴点动按钮，该轴以快速移动速度（v1）移向参考点。

(2)当与工作台一起运动的减速撞块压下减速开关触点时，减速信号由通(0N)转为断(OFF)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。

(3)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，当减速撞块释放减速开关，触点状态由断转为通后，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， 同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床回该轴参考点成功。有的数控机床在减速信号由通(ON)转为断(OFF)后，减速向前继续运动，当又脱开

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开关后，轴的运动方向与机床会向相反的进给方向运动， 直到数控系统接受到第一个零点脉冲，轴停止运动。同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床回该轴参考点成功。

根据数控机床栅格法回参考点动作过程引起回参考点故障原因有：编码器故障和位置环故障：

2.3.1.1 编码器故障

在数控机床中，光电脉冲编码器作为速度和位置检测的元件，故障发生率较高。 首先对光电脉冲编码器作一下简介。光电脉冲编码器可分为增量式和绝对式所谓增量式即编码器转过角度就发出脉冲，查不出轴处于什么位置，只能记录得电后的脉冲数。机床失电后，不能记忆轴的位置。 绝对式则能够记忆轴转过的角度和空间位置。这依赖于一组或一个备用电池的支持，使机床失电后仍能保持记忆。当然编码器依据安装位置不同又可分为内装式和外装式，内装式和伺服电动机同轴安装，外装式则安装在传动链末端。编码器输出信号通常有两组相位差90°的方波信号用于辨向，一个零标志位（又称一 转信号）+5v电源和接地端。绝对式还有备用电池连接端。 编码器故障分类如下：

①编码器本身故障是指编码器本身元器件出现故障，导致其不能产生和输出正确的波形。这种情况下需更换编码器或维修其内部器件。

②编码器连接电缆故障这种故障出现的几率最高，维修中经常遇到，应是优先考虑的因素。通常为编码器电缆断路、短路或接触不良，这时需更换电缆或接头。还应特别注意是否是由于电缆固定不紧，造成松动引起开焊或断路，这时需卡紧电缆。 ③编码器 +5v 电源下降是指+5v 电源过低，通常不能低于4.75v，造成过低的原因是供电电源故障或电源传送电缆阻值偏大而引起损耗，这时需检修电源或更换电缆。 ④绝对式编码器电池电压下降这种故障通常有含义明确的报警，这时需更换电池，如果参考点位置记忆丢失，还须执行重回参考点操作。

⑤编码器电缆屏蔽线未接或脱落这会引入干扰信号，使波形不稳定，影响通信的准确性，必须保证屏蔽线可靠的焊接及接地。

⑥编码器安装松动这种故障会影响位置控制精度，造成停止和移动中位置偏差量超差，甚至刚一开机即产生伺服系统过载报警，请特别注意。

⑦光栅污染这会使信号输出幅度下降，必须用脱脂棉沾无水酒精轻轻擦除油污。 下面以FANUC - 0i数控系统两例故障予以说明：

1）实例一 故障现象：加工中心主轴定向时一直低速旋转。故障分析和处理：这很

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显然是机床接收不到零标志信号，即一转信号。打开机床侧盖，拆下脉冲编码器，发现脉冲编码器底部有一层粉末。完全拆开编码器后发现圆光栅上的条纹已全部被磨光，当然发不出信号。更换新编码器后，一切正常。此时需修改主轴准停时停止位置偏移量参数，使定向位置与更换前相同。

2）实例二故障现象：开机后出现APC（绝对脉冲编码器）电压低故障。故障分析和处理：该机床已闲置5年，采用FANUC 0i系统，电池应该失效。更换4节1号碱性干电池后，机床又显示请求回参考点故障。此时在手动状态将机床移动到参考点附近，再将参数 1815 ＃5（APCx ）#4（APZx）全部置 0，关断一次电源后重新启动，坐标值全部显示为0。再将参数 1815# 5（APCx ）#4（APZx）全部置 1，关断一次电源，再重启，一切正常。这样便给机床重新建立了参考点。 综上所述，脉冲编码器故障总体而言可分为编码器本身故障和外围输入、输出故障，明确这两点许多问题就清晰了。 2.3.1.2 位置环故障：

装 位置环这是数控系统发出控制指令，并与位置检测系统的反馈值相比较，进一步完成控制任务的关键环节。它具有很高的工作频度，并与外设相联接，所以容易发生故障。 常见的故障如下：

① 位置控制环报警：可能是测量回路开路；测量系统损坏，位控单元内部损坏。 ② 不发指令就运动，可能是漂移过高，正反馈，位控单元故障；测量元件损坏。 ③ 测量元件故障，一般表现为无反馈值；机床回不了基准点；高速时漏脉冲产生报

警可能的原因是光栅或读头脏了或光栅坏了。 2.3.2、磁开关法

磁开关法是在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关或者接近开关，当磁感应原点开关或接近开关检测到原点信号后，进给电机立即停止，该停止点被认作为原点。磁开关法常用于开环系统，由于开环系统没有位移检测反馈装置脉冲编码器或光栅尺，所以不会产生栅格信号，通常利用磁感应开关回参考点定位。

下面以某数控车床为例简要叙述：

返回参考点的原理和过程。在图2-4中，快速进给速度参数、慢速进给速度参数、加减速时间常数、偏移量等参数分别由数控系统的相应参数设定。返回参考点的操作步骤为：

(1)将方式开关拔到回参考点档，选择返回参考点的轴，按下该轴点动按钮，该轴以快速移动速度移向参考点。

(2)当与工作台一起运动的减速撞块压下减速开关触点时，减速信号由通(0N)转为

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断(OFF)状态，工作台进给会减速，按参数设定的慢速进给速度继续移动。减速可削弱运动部件的移动惯量，使零点停留位置准确。

(3)当减速撞块释放减速开关，触点状态由断转为通后，数控系统将等待感应开关信号的出现。

该信号一出现，工作台运动就立即 停止，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

床回该轴参考点成功。 图2-4 磁开关法回参考点原理

2.4回参考点的方式

装 订 回参考点的方式将因数控系统的类型和机床生产厂家而异。一台FUNUC Oi系统数控铣床是采用增量栅格法来确定机床的参考点的。采用这种增量式检测装置的数控机床一般有以下四种回参考点的方式。参考文献[8] 2.4.1.方 式 一

回参考点前，先用手动方式以速度v1快速将轴移到参考点附近，然后启动回参考点操作，轴便以速度v2慢速向参考点移动。碰到参考点开关后，数控系统即开始寻找位置检测装置上的零标志。当到达零标志时，发出与零标志脉冲相对应的栅格信号，轴速度

图2-5 回参考点方式一

线 即在此信号作用下制动到零，然后再前移参考点偏移量而停止，所停位置即为参考点。偏移量的大小通过测量由参数设定。如(图2-5)

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