數(shù)控機(jī)床急停和超程故障診斷與維修

何彩穎，楊金鵬

(四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川廣元628017)

0 引言

現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床逐步向高速、高效、高精、復(fù)合等功能的方向發(fā)展。在一臺(tái)高速和復(fù)雜的機(jī)床中保證高效生產(chǎn)，安全可靠性是一個(gè)必要條件。所以，評(píng)價(jià)一臺(tái)機(jī)床的優(yōu)劣，不僅需要看其功能有多強(qiáng)大，同時(shí)也需要關(guān)注其安全性能有多高。提高數(shù)控機(jī)床的安全性能，既可以減少生產(chǎn)事故、保護(hù)人員和機(jī)器安全，提高自身產(chǎn)品附加值。

1 數(shù)控機(jī)床急停和超程電路分析

數(shù)控機(jī)床常采用緊急停止按鈕和超程處理方式，保證在危險(xiǎn)的情況下，使數(shù)控機(jī)床能夠快速的停止;可以采用安全門防護(hù)裝置，如帶閉鎖的或不帶閉鎖的機(jī)械式插片開(kāi)關(guān)，防止人員隨意進(jìn)入危險(xiǎn)的區(qū)域，保證維修人員在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)安全地進(jìn)行操作;可以使用安全監(jiān)控速度功能、調(diào)試使用按鈕和電子手輪，監(jiān)控機(jī)器的超速和停止?fàn)顟B(tài)，并且保證人員在打開(kāi)安全門的情況下安全地調(diào)試機(jī)器。

數(shù)控機(jī)床急停和超程處理是數(shù)控機(jī)床安全性的重要內(nèi)容，一臺(tái)機(jī)床在驗(yàn)收和使用時(shí)肯定涉及這兩方面的內(nèi)容。在FANUC數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用中，急停和超程有以下幾種常規(guī)處理方法。

急停按鈕和超程開(kāi)關(guān)串接外圍硬件處理，急停按鈕和超程開(kāi)關(guān)硬件連接可以參考CONNECTION MANUAL(HARDWARE)(B－64303EN)，以 0i－D 系統(tǒng)配置 ai伺服單元為例，急停按鈕和超程開(kāi)關(guān)硬件連接示意圖如圖1所示。

圖1 急停按鈕與超程開(kāi)關(guān)硬件連接示意圖

進(jìn)給軸超程開(kāi)關(guān)為動(dòng)斷觸點(diǎn)，急停按鈕與每個(gè)進(jìn)給軸的超程開(kāi)關(guān)串接，當(dāng)沒(méi)有按急停按鈕或進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)沒(méi)有超程時(shí)，KA1繼電器吸合，相應(yīng)的KA1觸點(diǎn)閉合，則0i－D系統(tǒng)的I/O模塊X8.4處信號(hào)為1，同時(shí)另一個(gè)KA1觸點(diǎn)一閉合。ai伺服單元的電源模塊CX4插座的2、3管腳接收急停信號(hào)，閉合為沒(méi)有急停信號(hào)。

KA1觸點(diǎn)閉合后，若0i－D系統(tǒng)和ai伺服單元本身以及之間的連接沒(méi)有故障，則ai電源模塊內(nèi)部的MCC觸點(diǎn)閉合，即CX3的管腳1、3接通，如圖1所示。使用該伺服單元內(nèi)部的MCC觸點(diǎn)來(lái)控制外部交流接觸器吸合，當(dāng)外部交流接觸器KM吸合，三相交流220V電源模塊就施加到了伺服單元的主電源輸入端(L1，L2，L3)，數(shù)控系統(tǒng)和伺服單元就能正常工作。

根據(jù)CNC，PMC、機(jī)床三者之間的關(guān)系，雖然X8.4為1，但真正要使系統(tǒng)無(wú)急停報(bào)警，還要取決于G8.4是否為1，G8.4處信號(hào)用符號(hào)表示為*ESP。

從符號(hào)功能可以看出，要使系統(tǒng)不急停，*ESP(G8.4)必須為1，若為0，系統(tǒng)就會(huì)急停。在維修當(dāng)中還需要結(jié)合PMC梯形圖，具體分析產(chǎn)生急停的原因，因?yàn)槌蓖０粹o和超程開(kāi)關(guān)引起系統(tǒng)急停外，可能還有其他原因引起系統(tǒng)急停。

通過(guò)圖1可以看出，當(dāng)按下急停按鈕或軸運(yùn)動(dòng)到超程位置時(shí)，KA1繼電器斷開(kāi)(急停繼電器)，0i－D系統(tǒng)I/O模塊的X8.4為低電平，系統(tǒng)急停，同時(shí)電源模塊連接的KA1也斷開(kāi)，伺服單元的內(nèi)部觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部交流接觸器斷電，主電源斷開(kāi)。若由于急停按鈕斷開(kāi)導(dǎo)致急停，只要松開(kāi)急停按鈕，使其閉合即可解除急停，若由于超程開(kāi)關(guān)斷開(kāi)導(dǎo)致急停，則在電路設(shè)計(jì)中要求必須有超程解除按鈕，如圖1中的SB1所示。

2 數(shù)控機(jī)床超程開(kāi)關(guān)軟件控制處理

數(shù)控機(jī)床超程開(kāi)關(guān)既可以利用上面介紹的與急停按鈕串聯(lián)硬件保護(hù)外，也可以利用數(shù)控系統(tǒng)提供的專門G地址信號(hào)來(lái)進(jìn)行超程保護(hù)，還可以由機(jī)床制造商自行對(duì)超程開(kāi)關(guān)編制軟件進(jìn)行保護(hù)和報(bào)警。但后兩種方式有一個(gè)前提條件，即相應(yīng)的超程開(kāi)關(guān)必須分別作為1路輸入I/O模塊的硬件輸入信號(hào)。

a)數(shù)控系統(tǒng)提供專門G地址信號(hào)控制處理

FANUC數(shù)控系統(tǒng)提供了專門的G地址信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件超程保護(hù)，專門的G地址信號(hào)如下所示。

當(dāng)?shù)毒叱^(guò)機(jī)床超程開(kāi)關(guān)設(shè)定的行程終點(diǎn)后試圖繼續(xù)移動(dòng)時(shí)，超程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，刀具減速并停止移動(dòng)，并且顯示超程報(bào)警。當(dāng)系統(tǒng)提供的專門G地址信號(hào)(*+Ln或*－Ln)變?yōu)?時(shí)，控制裝置執(zhí)行如下動(dòng)作：

1)在自動(dòng)運(yùn)行情況下，即使只有其中的1個(gè)軸的G地址信號(hào)變?yōu)?，系統(tǒng)也會(huì)使所有軸都減速停止，發(fā)出報(bào)警，進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行停止?fàn)顟B(tài)。

2)在手動(dòng)運(yùn)行情況下，系統(tǒng)僅使G地址信號(hào)變?yōu)?的軸方向信號(hào)變?yōu)?的方向的移動(dòng)減速停止，已停止的軸可以向相反方向移動(dòng)。

3)存儲(chǔ)變?yōu)?的軸方向信號(hào)。即使信號(hào)恢復(fù)為1，在解除報(bào)警之前，仍然無(wú)法使該軸向該方向移動(dòng)。通過(guò)手動(dòng)運(yùn)行把刀具反方向移動(dòng)到安全位置，而后按下RESET鍵即可解除報(bào)警。

4)當(dāng)硬件正向超程時(shí)，*+Ln信號(hào)為0，顯示屏顯示“OY0506軸正向超程(硬限位)”，當(dāng)硬件負(fù)向超程時(shí)，*－Ln信號(hào)為0，顯示屏顯示“OT0506軸負(fù)向超程(硬限位)”。

5)是否使用數(shù)控系統(tǒng)提供的專門G地址信號(hào)實(shí)現(xiàn)硬件超程保護(hù)取決于參數(shù)3004#5(OTH)，OTH設(shè)置為0，使用專門G地址信號(hào);OTH設(shè)置為1，不使用專門G地址信號(hào)。

b)機(jī)床制造商編制軟件控制處理

當(dāng)機(jī)床超程開(kāi)關(guān)作為普通輸入信號(hào)進(jìn)入I/O模塊后，機(jī)床制造商可以自行編制機(jī)床超程報(bào)警PMC程序。超程報(bào)警號(hào)定義為EX1000～EX1999，當(dāng)機(jī)床有硬件超程后，顯示屏顯示超程信息以及系統(tǒng)急停?；舅悸肥?，編制梯形圖程序把機(jī)床超程信號(hào)送給PMC的A地址，A地址信號(hào)激活信息顯示區(qū)的顯示內(nèi)容。軟件程序編制見(jiàn)后面案例分析。

3 數(shù)控機(jī)床軟件超程保護(hù)處理

數(shù)控機(jī)床軟件超程指機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)超過(guò)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的行程極限，就是一般統(tǒng)稱的軟件限位，一般數(shù)控機(jī)床軟件限位在數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)后才起作用。

FANUC數(shù)控系統(tǒng)提供的軟件限位的參數(shù)有三組，分別是存儲(chǔ)行程檢測(cè)1、存儲(chǔ)行程檢測(cè)2和存儲(chǔ)行程檢測(cè)3。一般使用存儲(chǔ)行程檢測(cè)1，存儲(chǔ)行程檢測(cè)2和存儲(chǔ)行程檢測(cè)3可以通過(guò)參數(shù)8134#1確定是否使用。以機(jī)床坐標(biāo)系的值在參數(shù)中設(shè)定機(jī)械的可移動(dòng)范圍，當(dāng)機(jī)床移動(dòng)超過(guò)該設(shè)定的范圍時(shí)，機(jī)床減速停止，并顯示報(bào)警。接通電源，在執(zhí)行手動(dòng)返回參考點(diǎn)操作后軟件限位功能有效，可以取代硬件的超程開(kāi)關(guān)。兩者都安裝的情況下，兩者都有效。軟件限位工作示意圖如圖2所示。

圖2 軟件限位工作示意圖

以存儲(chǔ)行程檢測(cè)1為例，圖2中間的空白區(qū)域就是存儲(chǔ)行程檢測(cè)1有效范圍。各軸的存儲(chǔ)行程檢測(cè)1的正方向坐標(biāo)值設(shè)置在參數(shù)1320中，各軸的存儲(chǔ)行程檢測(cè)1的負(fù)方向坐標(biāo)值設(shè)置在參數(shù)1321中，設(shè)置單位為mm或(°)，數(shù)據(jù)類型為軸參數(shù)，最小設(shè)置單位為系統(tǒng)檢測(cè)單位。

正向出現(xiàn)超程時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生OT0500系統(tǒng)超程報(bào)警信息;負(fù)向出現(xiàn)超程時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生0系統(tǒng)超程報(bào)警信息。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)軟件超程報(bào)警時(shí)，可以選擇JPG方式，按下超程軸相反方向的按鍵，使數(shù)控機(jī)床反方向退出超程范圍，當(dāng)數(shù)控機(jī)床退出超程范圍后，按下RESET鍵后，使系統(tǒng)復(fù)位就可以解除軟件超程報(bào)警。維修數(shù)控機(jī)床時(shí)可能會(huì)根據(jù)操作需要修改合理的運(yùn)行行程范圍。

4 實(shí)例分析

在維修與急停和超程有關(guān)的故障時(shí)，必須對(duì)照數(shù)控機(jī)床電氣原理圖以及上述處理方法，確認(rèn)超程開(kāi)關(guān)和急停按鈕的電氣連接以及超程參數(shù)設(shè)置，分析按上述介紹的哪一種方法才能快速進(jìn)行故障診斷與維修。下面一個(gè)案例說(shuō)明急停和超程故障診斷和維修過(guò)程。

某0i－TD系統(tǒng)數(shù)控車床，四個(gè)方向超程開(kāi)關(guān)硬件接線如圖3所示，x軸正、負(fù)超程信號(hào)輸入地址分別為X8.0，X8.1，z軸正、負(fù)超程信號(hào)輸入地址分別為 X8.2，X8.3，超程開(kāi)關(guān)都是動(dòng)斷的，數(shù)控系統(tǒng)提供的專門G地址信號(hào)是：x軸正、負(fù)超程信號(hào)(G114.0和 G116.0)，z軸正、負(fù)超程信號(hào)(G114.1和 G116.1)。編制的局部梯形圖如圖4所示。

圖3 數(shù)控車床超程開(kāi)關(guān)硬件連線

圖4 數(shù)控系統(tǒng)提供專門G地址信號(hào)局部梯形圖

在JOG方式下，z軸正方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)z軸機(jī)械擋塊壓到z軸正方向超程開(kāi)關(guān)時(shí)，超程開(kāi)關(guān)X8.2斷開(kāi)，經(jīng)PMC梯形圖處理后，G114.1為0，顯示屏上顯示“OT0506z軸正方向超程”，z軸停止正方向運(yùn)動(dòng)。然后在JOG方式下，使z軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)z軸退出z軸正方向超程范圍后，按RESET鍵后消除超程報(bào)警。這種超程處理方法不涉及超程解除按鈕，也不會(huì)引起系統(tǒng)急停報(bào)警，但必須設(shè)置參數(shù)3004#5(OTH)，OTH設(shè)置為0。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)指出要維修FANUC數(shù)控系統(tǒng)故障，必須熟悉FANUC數(shù)控系統(tǒng)提供的故障診斷與維修信息，熟悉豐富的技術(shù)資料，再熟悉一些典型故障現(xiàn)象，找FANCU數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品是有共性，在維修當(dāng)中，可以舉一反三，借鑒經(jīng)驗(yàn)，少走彎路，提高故障診斷和維修的能力。

［1］湯彩萍.配置FANUC系統(tǒng)的調(diào)試與維護(hù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［2］FANUC 公司.FANUC0iMate－D 參數(shù)說(shuō)明書(B－64310CM)［M］.日本，2010.

［3］FANUC公司.簡(jiǎn)明聯(lián)機(jī)調(diào)試手冊(cè)(dwxc2008014)［M］.日本，2011.

［4］FANUC 公司.FANUC0iMate－D 維修說(shuō)明書(B－64305)［M］.日本，2010.