數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的探索

史曉龍 洪超

摘要：本文闡述了什么是參考點(diǎn)，參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)（零點(diǎn)）之間的關(guān)系，回參考點(diǎn)的作用與意義，參考點(diǎn)與位置編碼器的之間的關(guān)系，針對使用FANUC系統(tǒng)，不同位置編碼器的數(shù)控機(jī)床而采用的有擋塊、無擋塊和標(biāo)記點(diǎn)三種設(shè)置參考點(diǎn)的方式，給出了具體的設(shè)置參數(shù)、設(shè)置方法和操作步驟，為數(shù)控機(jī)床操作和調(diào)試提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：參考點(diǎn)；機(jī)床原點(diǎn)；位置編碼器；有擋塊無擋塊標(biāo)記點(diǎn)

1 參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)

參考點(diǎn)是指數(shù)控機(jī)床上某一固定位置的特定點(diǎn)。通常數(shù)控系統(tǒng)啟動后，首先要做的工作就是回參考點(diǎn)操作，也稱回機(jī)床原點(diǎn)或回零操作。回參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床的重要功能，也是機(jī)床操作人員操作數(shù)控機(jī)床時(shí)最常見的操作。

數(shù)控機(jī)床在加工零件時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)通過發(fā)出各種程序指令來控制刀具和機(jī)床的運(yùn)動。為了準(zhǔn)確地控制運(yùn)動的方向和移動的距離，就有必要在機(jī)床上建立一坐標(biāo)系作為加工的基準(zhǔn)，這個(gè)加工基準(zhǔn)就是機(jī)床坐標(biāo)系。因?yàn)闄C(jī)床各軸的正方向是統(tǒng)一規(guī)定好的，所以只要確定了機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)（零點(diǎn)）的位置，也就確定了機(jī)床坐標(biāo)系的位置。機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系，是制造和調(diào)整機(jī)床的基礎(chǔ)，坐標(biāo)系的原點(diǎn)是機(jī)床生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)就已經(jīng)確定好的，用戶不能隨意更改，且機(jī)床原點(diǎn)只是一個(gè)設(shè)計(jì)定義的點(diǎn)，不方便被直接測量定位。那怎樣才能找到機(jī)床原點(diǎn)的準(zhǔn)確位置呢？方法是通過回參考點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床上人為設(shè)置的一個(gè)固定位置的點(diǎn)，通常是設(shè)在各個(gè)軸正方向行程的極限位置處。這樣，只要通過指定機(jī)床參考點(diǎn)到機(jī)床原點(diǎn)之間的距離，并始終保持二者之間的固定位置關(guān)系，就可以通過直接定位參考點(diǎn)位置的同時(shí)間接確定機(jī)床原點(diǎn)的位置。確定了機(jī)床原點(diǎn)（零點(diǎn)），也就確定了機(jī)床坐標(biāo)系和加工的基準(zhǔn)。

機(jī)床參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)可以是同一點(diǎn)，也可以不是。通常數(shù)控銑削類機(jī)床的參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)是重合的，分別在 X軸、Y軸和Z軸的正向行程最大極限處。而數(shù)控車床上的參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)就不在同一點(diǎn).機(jī)床原點(diǎn)位于卡盤回轉(zhuǎn)中心與端面相交的中心。例如：在CAK63型數(shù)控車床上，執(zhí)行回參考點(diǎn)操作后，顯示參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中（即距離機(jī)床原點(diǎn)）的坐標(biāo)值為X650、Z700。

因?yàn)椴糠诸愋偷臄?shù)控機(jī)床，機(jī)床原點(diǎn)（零點(diǎn)）與參考點(diǎn)是同一點(diǎn)的緣故，所以回參考點(diǎn)也被稱為回零。

2 回參考點(diǎn)的作用

數(shù)控機(jī)床為什么要回參考點(diǎn)？首先是因?yàn)樵缙谑褂迷隽渴轿恢镁幋a器的數(shù)控機(jī)床在斷電后，數(shù)控系統(tǒng)就失去了對所有坐標(biāo)位置的記憶，包括參考點(diǎn)的位置。一旦參考點(diǎn)位置丟失，機(jī)床原點(diǎn)（零點(diǎn)）、坐標(biāo)系也隨之丟失。即使重新供電后，數(shù)控系統(tǒng)也不再識別加工刀具、坐標(biāo)工作臺當(dāng)前的位置，無法繼續(xù)進(jìn)行定位與跟蹤。其次，數(shù)控機(jī)床會同時(shí)安裝多把刀具，每一把刀具形狀、大小和安裝位置都不一樣，刀位點(diǎn)也不在同一點(diǎn)上，這就需要用刀具偏置補(bǔ)償來進(jìn)行校正，如銑刀刀具的長度補(bǔ)償、車刀刀尖的位置補(bǔ)償。而刀具偏置的補(bǔ)償量就是通過不同刀具刀位點(diǎn)，在參考點(diǎn)所確立的機(jī)床坐標(biāo)系里的實(shí)際位置，進(jìn)行比較后得到的。所以因斷電重啟機(jī)床、緊急制動等原因后，都需重回參考點(diǎn)。第三、參考點(diǎn)不僅僅是用于確定機(jī)床原點(diǎn)，同時(shí)它也是對各運(yùn)動部件的機(jī)械位置進(jìn)行校準(zhǔn)的基準(zhǔn)點(diǎn)。在對同一工件進(jìn)行連續(xù)重復(fù)的加工以后 ，由于各個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動的誤差，如反向間隙誤差、螺距積累誤差或運(yùn)動部件的坐標(biāo)累積誤差，都會造成加工工件尺寸超差，這時(shí)就有必要再次對機(jī)床進(jìn)行回參考點(diǎn)的操作，對各軸位置進(jìn)行重新校準(zhǔn)來減少誤差。

所以回參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床正常工作的前提和重要保障。

3 回參考點(diǎn)與位置編碼器

位置編碼器是數(shù)控機(jī)床上用來檢測和反饋工作臺位移和速度的位置檢測裝置。按照信號輸出的形式可以分為：增量式位置編碼器和絕對式位置編碼器二種。

增量式位置編碼器利用坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動編碼器同步輸出測量脈沖，并使用計(jì)數(shù)器記數(shù)從一點(diǎn)移動到另一點(diǎn)的脈沖數(shù)，再乘以每個(gè)脈沖所對應(yīng)的位移距離得到兩點(diǎn)間的位置增量。因?yàn)槭窍鄬y量，所以它必須有一個(gè)總的計(jì)數(shù)起始點(diǎn)，才能計(jì)算坐標(biāo)軸所對應(yīng)的每個(gè)點(diǎn)的確切位置，這個(gè)起始點(diǎn)就是機(jī)床參考點(diǎn)。所以機(jī)床參考點(diǎn)一旦丟失，所有的位置信息就全部丟失了，數(shù)控機(jī)床就只能重新回到參考點(diǎn)，重新開始。它的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，脈沖計(jì)數(shù)方便，機(jī)械壽命長。

絕對式位置編碼器作為一種直接編碼，直接測量的檢測裝置，它為坐標(biāo)軸的每一個(gè)位置都提供了一個(gè)相對應(yīng)的、獨(dú)一無二的數(shù)字編碼值（二進(jìn)制碼、BCD碼等），包括絕對零位代碼（相當(dāng)于參考點(diǎn)）在第一次初始化位置后，就不再改變。數(shù)控系統(tǒng)需要識別什么位置，直接讀取位置代碼就知道了。所有這些位置代碼信息，利用安裝在伺服放大器（例如βi系列CX5X接口）上備份電池單元供電存貯。即使機(jī)床斷電后，只要備份電池有電，重新啟動后數(shù)控系統(tǒng)就可以立刻準(zhǔn)確地讀出斷電時(shí)的位置代碼，識別出相應(yīng)的位置。這樣，就有效地提高了數(shù)據(jù)的可靠性、抗干擾性。

所以對于使用增量編碼器的機(jī)床開機(jī)后首要做的工作就是先回機(jī)床參考點(diǎn)（原點(diǎn)），而使用絕對式編碼器的數(shù)控機(jī)床就不再需要了。

4 參考點(diǎn)的設(shè)置

FANUC系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床常用的有：有擋塊式、無擋塊式和標(biāo)記點(diǎn)式三種參考點(diǎn)設(shè)置方式（表1）。

有擋塊式在機(jī)床上安裝有減速擋塊，而無擋塊式和標(biāo)記點(diǎn)式?jīng)]有。有擋塊式和無擋塊式可以使用絕對式或增量式位置編碼器，而標(biāo)記點(diǎn)式只能使用絕對式位置編碼器。有擋塊式和無擋塊式均以柵格為基準(zhǔn)來設(shè)置參考點(diǎn)，而標(biāo)記點(diǎn)式是在標(biāo)記點(diǎn)處建立參考點(diǎn)，可以是任意位置，不一定在柵格上。相關(guān)參數(shù)設(shè)置見表2。

4.1 有擋塊方式

有擋塊方式下，回參考點(diǎn)分為快、慢、停三步。首先工作臺快速向設(shè)定參考點(diǎn)的方向移動，當(dāng)系統(tǒng)接收到安裝在機(jī)床上的減速開關(guān)發(fā)出的減速信號（*DEC）后，移動減速，最后系統(tǒng)檢測位置編碼器產(chǎn)生的一轉(zhuǎn)信號（PCZ）后停止移動，并將該點(diǎn)定為機(jī)床參考點(diǎn)，參考點(diǎn)建立在柵格上。設(shè)置步驟如下。

（1）將參數(shù)1005#1（DLZ）設(shè)為0、參數(shù)1815#5（APC）設(shè)為0。

（2）在手動REF方式下，選擇回參考點(diǎn)的軸，按下移動按鍵，工作臺以（參數(shù)1424中設(shè)定）速度，快速向參考點(diǎn)設(shè)定方向移動。

（3）當(dāng)擋塊壓到減速開關(guān)后，開關(guān)觸點(diǎn)斷開，減速信號X9（*DEC變?yōu)?），進(jìn)給減速。機(jī)床以（參數(shù)1425中設(shè)定的FL速度）向參考點(diǎn)設(shè)定方向慢速繼續(xù)移動。

（4）當(dāng)擋塊離開減速開關(guān)后，開關(guān)觸點(diǎn)閉合，減速信號X9（*DEC變?yōu)?）。系統(tǒng)檢測到位置編碼器產(chǎn)生的一轉(zhuǎn)信號（PCZ），停止移動。工作臺停在脫開減速擋塊后，系統(tǒng)檢測到的第一個(gè)柵格點(diǎn)處。

（5）參考點(diǎn)完成信號F94（ZP）變?yōu)?，參考點(diǎn)建立。

（6）當(dāng)參考點(diǎn)位置需要細(xì)微調(diào)整時(shí)，可使用參數(shù)1850，對柵格進(jìn)行偏移調(diào)整。

4.2 無擋塊方式

無擋塊方式，不使用減速擋塊，參考點(diǎn)建立在柵格上。設(shè)置步驟如下。

（1）將參數(shù)1005#1（DLZ）設(shè)為1、參數(shù)1815#5（APC）設(shè)為1，關(guān)機(jī)重啟。

（2）在手動方式下，按照參數(shù)1006#5（ZMI）設(shè)定的方向，手動將軸移動到預(yù)設(shè)定為參考點(diǎn)位置點(diǎn)之前大約1/2柵格距離處。

（3）切換到手動REF方式，選擇回參考點(diǎn)的軸，按下移動按鍵，工作臺以（參數(shù)1425中設(shè)定的FL速度）向參考點(diǎn)設(shè)定方向慢速移動。

（4）當(dāng)系統(tǒng)檢測到一轉(zhuǎn)信號（PCZ）到達(dá)柵格位置時(shí)，軸停止移動，參考點(diǎn)建立。

（5）參考點(diǎn)完成信號F94（ZP）變?yōu)?，1815#4（APZ）自動變?yōu)?。

（6）當(dāng)參考點(diǎn)位置需要細(xì)微調(diào)整時(shí)，可使用參數(shù)1850，對柵格進(jìn)行偏移調(diào)整。

4.3 標(biāo)記點(diǎn)方式

標(biāo)記點(diǎn)方式，是一種將機(jī)床工作臺移動到某一標(biāo)記點(diǎn)位置后，即將該點(diǎn)位置設(shè)定為參考點(diǎn)。這種方式可將參考點(diǎn)設(shè)在機(jī)床任意一點(diǎn)位置上，但不一定在柵格上。設(shè)置步驟如下。

（1）將參數(shù)1005#1（DLZ）設(shè)為1、參數(shù)1815#5（APC）設(shè)為1，關(guān)機(jī)重啟。

（2）在手動方式下移動各工作臺，并通過手輪微調(diào)，使之與機(jī)床的參考點(diǎn)標(biāo)記位置重合。

（3）設(shè)定參數(shù)1815#4（APZ）為1，再次關(guān)機(jī)重啟。

（4）查看參考點(diǎn)建立完成信號F94（ZP）變?yōu)?，參考點(diǎn)建立。

在實(shí)際工作中，使用絕對位置編碼器的數(shù)控機(jī)床，位置信息的存儲都依賴于外接的備用電池，所以要注意備用電池的使用情況，及時(shí)更換電量不足的電池，避免因電池失電而造成參考點(diǎn)丟失。

5 結(jié)語

回參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床最基本也是最重要的功能之一，有擋塊方式回參考點(diǎn)，每次執(zhí)行回參考點(diǎn)操作時(shí)，不僅僅是回到參考點(diǎn)位置，同時(shí)也會再次定義設(shè)置參考點(diǎn)。而無擋塊和標(biāo)記點(diǎn)方式的回參考點(diǎn)，就只是回到參考點(diǎn)位置。只有在正確理解參考點(diǎn)并且設(shè)置參考點(diǎn)的基礎(chǔ)上，才能加工出精度更高，誤差更小，符合圖紙要求的合格零件。

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