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技师论文 姓名：李军
FANUC 0系统进给轴返回基准点操作
的基本原理和故障处理方法
李军
（包钢钢联无缝钢管厂，内蒙古 包头 014010）

摘要： 本文以无缝厂管加工作业区大线车丝机为例，首先介绍了FANUC 0系统数控机床进给轴以栅格方式手动返回基准点的基本工作原理（包括减速撞块的长度如何选择）；其次，详细阐述了机床不能返回参考点的三种情况和返回参考点位置异常报警（90号报警）的处理方法及参考位置出现偏差造成的返回基准点操作失败的诊断方法和处理方法；最后以FANUC 0系统T系列车床为例说明了超程报警（510号到581号报警）故障的解决方法。
关键词：FANUC、基准点、栅格偏移量、一转信号、减速信号

Abstract: This article is based on the threading machine of the tubeless plant working line. Firstly, it’s about the basic working principle that the feeding shaft returns to the reference point manually，including how to select the length of reduce speed piece. Then, the article introduces the three situations that the threading machine being unable to return to the reference point, and how to solve the 90# alarm, the alarm of the machine returning to the wrong position. The article also shows how to diagnose and solve the problem that the machine can’t return to the reference point casing by the reference point is error. Finally, the article illustrates the overdistance alarm (from the 510# to the 581# alarm) and the way how to solve the alarm basing on the FANUC 0 system T series threading machine.
Keywords: FUNAC、the reference point、Z axis signal、 speed reduce signal

在自动加工过程中，机床在停止加工或交换刀具时，机床坐标轴需要移动到一个预先指定的准确位置，这一位置称为机床的参考点。数控机床启动后首先必须进行机床返回参考点操作，执行返回参考点操作是为了建立机床坐标系。机床通电后刀具的位置是随机的，因此CRT显示的坐标值也是随机的，必须进行手动返回参考点操作，系统才能捕捉到刀具的位置。然后机床才能转入正常工作。
机床不能正确返回参考点是数控机床常见故障之一。机床返回参考点的方式随机床所配用的数控系统不同而异。无缝厂管加工作业区大线车丝机数控系统采用了FANUC 0系统，位置检测元件采用的是分离型增量式脉冲编码器，归零点采用栅格方式。
1.进给轴返回基准点的基本工作原理图
1.1数控机床的每一个进给轴都有自己的固定基准点，如果把该点的坐标值设定为零，则该点就是进给轴的机械坐标系原点，也是数控机床其他坐标系的基准点，也是数控机床的第二、第三基准点的基准点。在采用分离型增量式脉冲编码器作为位置反馈元件时，每次接通电源或紧急停机（伺服电源断开）后，都要必须通过返回基准点操作重新建立机械坐标系原点，否则其他工件坐标系和基准点就可能发生变化。数控系统的丝杠螺距误差补偿功能也将不起作用，所以直接影响零件的加工精度。

A返回基准点方式

B进给速度 快速进给速度（PRM518）
低速FL（PRM534）
C一转信号

D基准计数器 基准计数器容量（PRM004）
（容量=1转脉冲数）
E栅格 基准点
（间距=1转脉冲数）
F基准计数器 基准计数器容量（PRM004）
（偏移量=1/2 转）
G栅格 基准点
（间距=1转脉冲数）
H基准计数器 基准计数器（PRM004）
（容量=1/2转脉冲数）
I栅格 基准点
（间距=1/2转脉冲数）
J减速开关状态
通 断 通

图1 返回基准点的基本工作原理图

1.2在相对位置编码器的反馈信号中，除一组用于位置测量的A、B和他们各自的反相信号，还有一组用于建立基准点的信号Z和它的反相信号（也就是图1中的“一转信号”）。在采用栅格方式返回基准点时，进给轴以指定的快速（此速度必须使进给轴运动时产生的位置跟随位差大于128个位置检测单位）向该轴的减速开关方向运动。“一转信号”使基准计数器复位为0（如果设定了栅格偏移值，则复位为栅格偏移值）。基准计数器是一个环形计数器，它对位置编码器的位置反馈信号脉冲计数，当基准计数器的计数值等于它的容量设定值时，基准计数器被复位为零，同时产生一个栅格点。随着进给电机的转动，连续不断的产生间距等于基准计数器容量的栅格点。在进给电机带动的运动部件上的撞块压上减速开关时，进给电机开始减速，直到零速以后再上升到由参数设定的返回基准点低速FL，当运动部件上的撞块离开减速开关时，减速开关重新闭合。数控系统把此后出现的第一栅格点认定为该轴的基准点。因此只要电机轴与丝杠的连接没有松动，减速开关和撞块的位置也没有变动，机械坐标系原点的位置总是固定不变的。
在图1中的F行可以看到，由于设定了栅格偏移量以后，基准计数器提前到达设定的容量值，所以由“一转信号”产生的栅格点相对于偏移量为零时提前了，从而导致基准点的位置也相应前移。这就是利用改变栅格偏移量来对进给轴的基准点位置进行微调的原理。
为了保证返回基准点操作正常的进行，除了要保证它的起始速度能使进给速度产生的位置跟随误差大于128个检测单位外，还必须正确计算减速撞块的长度。
减速撞块的长度LDOW计算公式如下：
LDOW＞[UR（TR/2+TS+30）+4FLTS]/60000
UR——快速进给速度（mm/min）(参数518)
TR——快速进给自动加减数时间常数（ms）（参数522）
TS——伺服时间常数(ms)
FL——返回基准点低速（mm/min）
TS=100000/G（参数534）
G——位置环增益（1/100s）(参数517)
LDW

减速撞块. 减速撞块长度

减速开关状态.
通 断 通

LDOW H2LS 1/2栅格间距
栅格点位置.

LS

图2减速撞块安装位置与栅格点的位置关系

从图1可知在返回基准点操作过程中，数控系统是以减速开关从断开到再接通后出现的第一个栅格点的位置作为基准点的。而通常机床厂家是采用机械触点式行程开关作为减速开关的，这种开关的重复定位精度较优，如果减速开关的再接通点离栅格点太低，就容易漏过第一个栅格点，使基准点位置推后一个栅格距离，造成基准点位置的不稳定性。所以，减速开关安装位置应使上述“再接通点”尽可能位于二个栅格点的中间。（图2中1/2LS处）。
此外，减速挡块长度过短会使进给速度还未从快速降到零时，因减速开关就再接通而漏过第一个栅格点。返回基准点FL设定过高也会引起第一个栅格点漏过，造成基准点位置的不稳定性。
从图1 可知，想利用改变减速撞块安装位置来连续调节基准点的位置是不可行的，它只可能引起基准点位置发生一个栅格距离的突变。
从图1 还可知，可以通过栅格点偏移参数来改变栅格点的位置，但它也改变了栅格点和减速开关“再接通点”的位置，所以使用这个方法时应在保证基准点位置稳定性的前提下来微量的连续调节栅格点的位置，否则会造成基准点位置的不稳定性。
2.进给轴返回基准点操作时的故障和处理方法
2.1机床不能返回参考点，一般又分三种情况：偏离参考点一个栅格距离；偏离参考点任一位置；微小偏移。
2.1.1偏离参考点一个栅格距离，造成这种故障的原因有三种：
①减速挡块位置不正确；
②减速挡块的长度太短；
③参考点用的接近开关的位置不当。
该故障一般在机床大修后发生，可通过重新调整挡块来解决。
2.1.2偏离参考点任一位置，即偏离一个随即值。这种故障与下列因素有关：
①外界干扰，如电缆屏蔽层接地不良，脉冲编码器的信号线与强电电缆靠得太近。
②脉冲编码器用的电源电压太低(低于4.75V)或有故障。
③数控系统主板的位置控制部分不良。
④进给轴与伺服电机之间的联轴器松动。
2.1.3微小偏移其原因有两个：
①电缆连接器接触不良或电缆损坏。
②漂移补偿电压变化或主板不良。
2.2返回参考点位置异常（90号报警）
系统在返回参考点操作过程中，屏幕显示界面上出现90号报警，即返回参考点位置异常报警。返回参考点位置异常是指不满足下述条件，即在返回参考点的方向上，机床坐标轴以相当于位置偏移量（大于128岁外脉冲当量）的速度返回参考点时，电机回转大于1转（CNC收到了至少1转信号）。在参数“DGN0800”中存储位置偏移量，要求位置偏移量大于128个脉冲当量时，电机1转信号散乱，不能进行正确的位置检测。
处理出现90号报警的步骤，如图3所示，首先要确认在机床返回参考点过程中，或返回之前，在返回方向上的位置偏差量是否大于128。由于在返回参考点操作过程中，位置偏差量存储在参数“DGN800”中，所以要调出参数诊断界面，查看“DGN800”中的值，看是否大于128，如果在大于128的情况下发生返回参考点位置异常报警，则可能是某个硬件不良引起报警；否则，在“DGN800”中的值不大于128时，发生90号报警是快速进给速度太慢引起的，处理方法如下:
2.2.1硬件不良引起90号报警处理
首先通过对“DGN800”的检查，确认在位置偏差量大于128个脉冲下，是否收到1转信号，然后分别采取处理措施。
①如果电机没能转一转，则是返回参考点的起始位置太近，解决的措施：
变更返回的起始位置（离远些）；
加快快速进给速度，在位置偏移量大于128时，在返回参考点的方向电机快速进给1转以上。
②如果电机转过1转以上，应确认编码器的电源电压是否大于4.75V。测此电压时，要把伺服电机的罩子拆下来，检测编码器印刷板，并检测电源+5V和0V电压是否正常。如果电源提供的电压大于4.75V，则可能是硬件不良，编码器不良。要更换编码器和电机，如果电源提供的电压小雨4.75V，则编码器电源电压不足。
2.2.2快速进给速度太慢时引起90号报警处理
①因快速进给速度太慢，发生报警，应提高快速进给速度。“DGN800”中的位置偏差量计算公式是：

F×5000/3
位置偏差量=————————
G
式中：F——快速进给速度（mm/min）,该F值存储于参数PRM518中；手动快速进给速度（mm/min）,该值存储于参数PRM559中。
G——伺服回路增益（0.01/s），该G值存储于参数PRM517中。
检测单位：相对指定脉冲的移动量，即脉冲当量，通常为1mm。对公制系机床，位置显示界面的小数点以后的显示为四位数时，监测单位0.1mm.
由公式可知，提高快速进给速度F，可以使位置偏差量大于128，即可取消报警。
②确认快速进给倍率
ROV1在CGN116.7，ROV2在DGN11707中，F0在PRM553中。

ROV1
ROV2
倍率值
0
0
100%
0
1
50%
1
0
25%
1
1
F0

③返回参考点减速信号的确认
DECX DGN016.5 DEC2 DGN017.5 DEC3 DGN019.7 DEC4 DGN019.5 为减速信号，减速信号为“0”，开始返回参考点时，符号FL代表进给速度。
诊断流程如下：

（开始）

确定返回基准点的进给方向是否正确
检查位置偏差量是否大于128个脉冲

检查返回基准点进给方向系统参数：
X轴.2MX（003.0）
Z轴.2MX（003.1）
0为正方向，1为负方向

方向正确？

NO
YES
位置偏差大于或等于128？

YES （1）

NO
检查位置偏差诊断窗口
DGN800 X轴
DGN801 Z轴

提高速度

检查进给速度指令
X轴 Z轴
PRM 518/PRM559 PRM519/PRM560
自动快速进给速度 手动快速进给速度（mm/min）
PRM517 G伺服环增益（0.01 sec-1）
FX5000/3
位置偏差=—————————————
GX检测单位（微米/脉冲）
检测单位：移动量和指令脉冲比（通常为1mm）
在公制机床中，位置显示画面上小数点为4位，检测单位为0.1mm

检查快速进给倍率信号
ROV1 DGN 116.7 ROV1 ROV2 倍率
ROV2 DGN 117.7 0 0 100%
F0 速度 PRM 553 0 1 50%
如果PRM 003.4=0，则倍率为右表. 1 0 25%
如果PRM 003.4=1，则倍率值为右表中的相反值. 1 1 F0速度

检查返回基准点减速信号
DECX 016.5 DECZ 017.5 DEC3 019.7 DEC4 019.5
返回参考位置从减速信号0 状态开始时，进给速度为FL速度
FL速度存储在PRM534中
减速信号根据PRM0001#5设为“1”/“0”,减速信号就为“1”/“0”有效

（a）返回参考点位置异常报警处理流程（一）

查看电机是否以大于位置误差为128个脉冲的速度转1转以上（发出1转信号）

返回起始位置太近

有1转信号？
NO
改变返回起始位置
将机床以快于128个脉冲的速度返回参考点运行1转以上

YES
检查脉冲编码器的电压是否高于4.75V，在脉冲编码器印刷电路板的＋和－端或+5V和0V端之间测量

大于4.75V？

脉冲编码器电源电压太低

由线材电阻引起的压降.
检查导线材料.
脉冲编码器电源电压异常.
更换电源.
硬件故障
脉冲编码器出故障.
更换编码器轴卡出故障.
更换轴卡.

（b）返回参考点位置异常报警处理流程（二）

3.无故障报警信息（返回基准点操作失败）
故障现象：返回基准点操作时，参考位置出现偏差。诊断方法如下：

(开始)
是否有1个栅格？
减速挡块的长度够用了吗？
减速信号※DECa在栅格间是否变化？
更换挡块作为临时措施，降低返回参考位置的快速进给速度PRM518/PRM 559
安装位置错误
※DECa的限位开关出故障（变化太大），作为临时措施，降低返回参考位置的FL速度PRM534
断开电源时机床是否返回到原位？
确认伺服电机与机床之间的连接正确
确认电缆屏蔽是否良好
脉冲编码器出故障，伺服控制模块或伺服接口模块出故障

YES

NO
NO

YES

YES

NO

NO

YES
脉冲编码器的5V是否正确？

NO

YES

4.510到581号报警（软限位超程）
报警内容：机床位置超出某一软限位点或软限位超程信号接通。
故障检查：
软限位点位置参数：
系统参数：700.X轴+方向行程软限位位置设定值
701.Z轴+方向行程软限位位置设定值
704.X轴-方向
705.Z轴-方向
软限位超程信号：+L2（DGN018.5）Z轴+方向超程信号
系统参数L2信号有效或无效使能
在返回基准点过程中，也会出现因为超程报警而使返回基准点操作失败的故障。这种情况可能发生在总电源突然切断时（非正常停机），使机床的实际位置与数控系统的记忆位置有较大的差别（经常发生在垂直坐标轴，因垂直运动部件的自重而使它在突然断电时下滑，数控系统无法过时记忆），以至使数控系统记忆的软限位位置在机床的真正零点位置前面，出现一种假超程报警。这就需要重心找回零点。
以FANUC 0系统T系列车床为例，操作步骤如下：
以头1X轴 为例：
① 选定头1轴，在JOG状态下，开伺服电机，向X+方向移动，将产生一转信号，使基准计数器复位为零，同时产生一个栅格点，当撞块离开减速开关时，减速开关重新闭合，此时把出现的第一个栅格点定为该轴的基准点。
② 在MDI状态下，在参数画面里，使PWE=“0”改为“1”，参数号X700Z701里输入8个“9”。
③ 在JOG状态下，使X-方向运动，大约在离开减速开关60mm左右，选定“Home”键，按X+方向运动，机床自动找回零点。
④ 零点归回后，把X700Z701号原值再输进去，把PWE=“1”改回为“0”。
总之，数控机床的基准点非常重要，它将直接影响机床车出零件的加工精度。自入厂以来，我就开始维护FANUC 0系统机床，并且在业余时不断地学习有关该系统的知识，才有了以上的认识和处理经验。希望各位领导和评委能够指出我的不足，以便我在今后的工作中不断完善自我，在技术上更加成熟，为以后更好的工作奠定良好的基础！

参考文献：
1. FANUC数控机床维修 徐衡编著 辽宁科学技术出版社
2. 北京FANUC 0系统维修说明书
3. 数控机床故障诊断及维护 王侃夫主编 机械工业出版社

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