沈阳机床集团从2007年开始核心技术研发，连续五年累计投入研发资金11.5亿元，i5数控系统研发团队成功攻克了CNC运动控制技术、数字伺服驱动技术、实时数字总线技术等运动控制领域的核心底层技术，彻底突破和掌握了运动控制底层技术，并于2012年诞生了世界上首台具有网络智能功能的i5数控系统。i5是指Industry、Information、Internet、Integrate、Intelligent，即工业化、信息化、网络化、智能化、集成化的有效集成。该系统误差补偿技术领先、控制精度达到纳米级、产品精度在不用光栅尺测量的情况下达到3μm。
2 机床零点
机床的零点也称参考点或基准点。为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床零点是配备i5数控系统的数控机床所必须具有的。
零点在机床坐标系中通常以硬件方式用固定撞块、限位开关或使用光栅尺限制各坐标轴的位置来实现。并通过精确测量系统来指定零点的位置。因此这样的零点也可以称机床坐标系的原点。参考点的位置也可以通过调整固定撞块、限位开关或光栅尺位置来改变。改变后必须重新精确测量并修改机床参数。但也有些数控机床的参考点不用固定挡块或限位开关来设定。它是通过刀具在机床坐标系中的位置设定的，这样的参考点又称为软参考点。机床参考点有两个主要作用。一个是建立机床坐标系，另一个是消除由于漂移、变形等造成的误差。
3 返回参考点的原理
回参考点的方式因数控系统类型和机床生产厂家而异。目前，配备i5数控系统的机床回零方式根据采用的检测装置和检测方法可分为三种：第一种是使用磁感应开关的磁开关法，第二种是脉冲编码器撞块法回零，第三种光栅尺的栅格法。
3.1磁开关法回零
在机床的床身适当位置上安装磁铁及磁感应原点开关，当磁感应原点开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止，该停止点被认作原点，其特点是软件及硬件简单，但原点位置随着伺服电机速度的变化而成比例地漂移，即原点不确定。磁开关法由于存在定位漂移现象，目前已经较少使用。
3.2脉冲编码器撞块法回零
i5数控的撞块回零有两种方式：
（1）在回零循环模式下各个坐标轴以较快速度V1向零点靠近，当轴部撞块压下零点开关后，数控系统控制坐标轴以低速V2向电机旋转的相反方向寻找电机编码器上的标识点标志，当轴部撞块离开零点开关后，数控系统再控制坐标轴以低速V2向电机旋转的回零方向寻找电机编码器上的标识点标志，当数控系统寻找到了一个电机编码器上的标识点，则数控系统认为该轴到达机床零点，同时发出与零标志相对应的栅格脉冲控制信号，坐标轴在此信号作用下制动到为零，然后再前移参考点偏移量而停止，所处位置即为参考点。该回零方式也可称为“之”字型回零。
（2）在回零循环模式下各个坐标轴以较快速度V1向零点靠近，当轴部撞块压下零点开关后，数控系统控制坐标轴以低速V2向电机旋转的相同方向寻找电机编码器上的标识点标志，当轴部撞块离开零点开关后，数控系统再控制坐标轴以低速V2向电机旋转的回零方向寻找电机编码器上的标识点标志，当数控系统寻找到了一个电机编码器上的标识点，则数控系统认为该轴到达机床零点，同时发出与零标志相对应的栅格脉冲控制信号，坐标轴在此信号作用下制动到为零，然后再前移参考点偏移量而停止，所处位置即为参考点。
3.3栅格法回零
根据检测元件的计量方式的不同又可分为绝对栅格法回零和增量栅格法回零。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用绝对栅格法回零的数控机床，在有后备存储器电池支持下，只需在机床第一次上电开机调试时进行回零操作调整，以后每次开机均记录有零点位置数据因而不必再进行回零操作。而增量栅格法回零则每次开机均必须进行回零操作。在栅格法中，检测器随着坐标轴的移动，可以接收到机床导轨上的光栅信号，同时产生一个栅点或一个零位脉冲信号。栅格法回零的特点是如果接近原点速度小于某一固定值，则伺服电机总是停止于同一点，也就是说，在进行回原点操作后，机床原点的保持性好。
4回零故障现象及诊断步骤
回零点的故障可分为找不到参考点和找不准参考点两类。前一类故障主要是回参考点减速开关产生的信号或零标志脉冲信号失效所致。排除故障时先要搞清机床回参考点的方式，再对照故障现象来分析，首先根据CNC系统PLC接口I/O状态指示直接观察信号的有无，来分析安装在机床外部的挡块和参考点开关是否工作正常；其次，用示波器检测脉冲编码器中的零标志位或光栅尺上的零标志位。后一类故障往往是参考点开关挡块位置设置不当引起的，需要重新调整。
下面用一个实际的例子来对i5数控机床回零过程中的故障进行分析诊断及总结
机床基本情况：HMC50E为卧式加工中心，机床X轴为外接直线光栅编码器，回零方式为栅格法回零，回零动作应该为任意位置向左找5个直线光栅尺的标识点，然后再向右找4个标识点，最后向左找3个标识点，此时回零结束。
故障现象：机床X轴回零时一直按一个方向运动直到撞到硬限位。无法完成回零。
解决过程
1，首先检查了一遍有关X轴回零的数控系统参数。对照日志文件，发现从上一次正常回零到出现故障，中间并没有人修改过参数，参数也未丢失。参数问题基本排除。
2，X轴回零的第一个动作首先是找5个标识点，但是X轴一直在向一个方向运动，所以首先怀疑光栅尺有问题，是不是光栅尺找不到标识点。根据经验，检查了一下光栅尺的尺头，并将光栅尺重新擦了一遍。故障依旧。
3，这次怀疑是不是光栅尺编码器线有问题，所以重新更换一根全新编码器线重新接上，但是故障依旧。
4，在更换编码器线的同时，发现了X轴零点撞块信号一直是1，应该是撞块卡住了或者是信号有故障。但是CNC参数中已经将X轴的回零方式选择为光栅尺外部编码器式回零，理论上CNC不应该检测该信号，所以该信号并未引起我们重视。
5，排除了光栅尺和编码器的故障之后，开始排查X轴的数字伺服是否有问题，所以将电气柜中X轴和Z轴的伺服对调，用Z轴伺服控制X轴，X轴伺服控制Z轴。结果Z轴回零正常，X轴依旧无法回零。基本排除是伺服的问题。恢复到原来的接线状态
6，最后将在第4步发现的撞块信号故障修复后，机床回零正常。
基金项目：“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项（2013ZX04001-031）
参考文献：
[1]佟冬，张璐.飞扬C0数控系统在电主轴上的PLC应用[J].制造技术与机床，2011，7（7）：149-151.
[2]徐东毅，佟冬.飞扬F0数控系统在卧式加工中心上的应用 [J].制造技术与机床，2015，10（10）：165-168.
作者简介：
第一作者：闵立，男，1968年生，学士，工程师，负责数控机床PLC编程、调试、技术支持及培训工作，已发表论文3篇。
第二作者：佟冬，男，1984年生，学士，工程师，负责数控机床PLC编程、调试、技术支持及培训工作，已发表论文3篇。
论文作者:闵立,佟冬
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/9
标签：机床论文; 坐标轴论文; 零点论文; 栅格论文; 数控系统论文; 信号论文; 原点论文; 《电力设备》2017年第1期论文;