3.1.1 机床参考点的设置

1.机床参考点

参考点（如下图）又叫原点、零点、基准点，是机床上的固定点，加工轴的测量系统以此为基准。在数控机床中定义了不同的零点和基准点，分机械零点和电气零点，数控机床一经制造，即可产生并确认机械零点所在，所有测量系统均可以以机械零点为出发点，通过凸轮和测量系统来确定电气参考点，这些参考点可以是机床能够返回的基准点，也可以是工件尺寸编程的基准点。参考点作为工件坐标系的原始参照系原点，机床参考点确定后，各工件坐标系也随之建立了。

数控车床的参考点

数控铣床的参考点

2.参考点的建立

如果所使用的位移测量系统没有绝对式编码器（光栅尺），那么，机床在停电后并不能识别机床各轴的移动，则重新通电后，必须要做返回参考点运行，其目的就是让机床的机械零点和电气零点相关联，从而保证测量系统所提供的实际值与机床坐标值相一致，并为建立各坐标系提供参照。当手动或自动回机床参考点时，首先，回归轴以正向快速移动，当行程开关（或接近开关）碰上（或接近）撞块（即参考点）时，开始减速运行。当行程开关（或接近开关）离开撞块（参考点）时，继续以F_L的速度移动，当走到相对编码器的零位时，回参考点电动机停止，并将此零点作为机床的参考点，其建立过程如下图所示。

参考点的建立过程

3.检测位移的测量系统

光栅尺与编码器（圆光栅）都是检测位移量的测量系统，按形状分，光栅尺是直线型，编码器是旋转型，光栅尺与编码器两者输出的信号既可以是增量型的，也可以是绝对型的。

光栅位移传感器的工作原理：一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形（称之为莫尔条纹），经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90°的正弦波或方波，送入光栅数显表以计数显示。

光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，是目前应用最多的传感器。在伺服系统中，由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号。通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90°的两个通道的光码输出，根据双通道光码的状态变化确定电动机的转向。

（1）光栅尺类型（见下表）

（2）光电编码器（旋转型圆光栅）根据旋转型光电编码器（圆光栅）刻度方法及信号输出形式不同，可分为增量式、绝对式两种，见下表。

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（续）(https://www.daowen.com)

如果所使用的位移测量系统是绝对值编码器（光栅尺），则在机床安装后第一次或更换编码器（光栅尺）时需要调整及设置，设置好后不再需要回零。这种方式成本较高，中低档机床较少使用。西门子840D数控系统与返回参考点过程相关的参数见下表。

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小提示

参考点挡块（也称撞块、看门狗、狗）的长度要根据MD34020定义的速度确定，即要求在该速度下碰到挡块后减速到“0”速时，坐标轴刚好停在挡块之上（不能冲过挡块）。发那科数控系统回参考点也同样需要对参数进行设置，见下表。

4.返回参考点的方式

返回参考点采用哪种方式，与机床的测量系统配置有关系。如果机床位置检测系统使用的是增量编码器（光栅尺），则一般使用挡块式回原点方法；如果机床位置检测系统使用的是绝对编码器（光栅尺），则采用直接读数法。还有一种回零方式，称为三点回原点方式。它配置的位置检测系统是距离编码器（光栅尺），因此，既不像增量式需要使用挡块，也不像绝对式那样直接读数，这种系统的回零，只需机床短距离移动3次，即可计算出机床的位置。

（1）增量编码器（光栅尺）+挡块回参考点需要设定一定的参数后方可进行，需设定的参数见下表。

完成上述参数设置后，即可以实现回零动作。

1）当参数34050设定为0时，需回参考点的轴以参数设置的速度v_C（就是常说的快速）向参考点方向移动，当撞上减速挡块时，伺服电动机减速至由参数34040设置的检测零脉冲的速度v_M（就是常说的慢速）继续向前移动，当离开减速挡块后，数控系统检测到编码器发出第一个栅点或零标志信号时，回参考点的轴的电动机停止运行，此停止点即为该轴的机床参考点。其原理如下图所示。

回参考点原理

2）当参数34050设定为1时，需回参考点的轴以参数设置的速度v_C（就是常说的快速）向参考点方向移动。当撞上减速挡块时，伺服电动机减速至由参数34040设置的检测零脉冲的速度v_M（就是常说的慢速）向相反方向移动；当离开减速挡块后，数控系统检测到编码器发出第一个栅点或零标志信号时，回参考点的轴的电动机停止运行，此停止点即为该轴的机床参考点。

（2）绝对编码器（光栅尺）绝对位置检测系统即使在电源切断时也能检测机械的移动量，所以，机床每次开机后不需要进行参考点回归。由于在关机后位置数据不会丢失，并且绝对位置检测功能执行各种数据的核对，如检测器的回馈量相互核对、机械固有点上的绝对位置核对，因此，具有很高的可信性。当更换绝对位置检测器或绝对位置丢失时，应设定参考点。绝对位置检测系统一般使用无挡块式零点回归，绝对位置检测系统一般不需要进行返回参考点，因此没有挡块。

（3）采用距离编码器（光栅尺）的半绝对式回原点方式这种回原点方式介于第一种与第二种之间，之所以说是两者之间，是因为这种方式不同于第一种增量式那样需要挡块回参考点，也不像第二种那样，直接读出位置值，它不需要返回参考点，但它需通过移动一定距离，并经过系统计算出确定的位置，称为半绝对式回原点方式，这种方法回参考点，只需移动很短的距离，即可实现回零动作。

小提示

HEIDENHAIN公司的直线光栅尺后面带“C”的都是距离编码器，如LS6XXC、LS3XXC。