基于流程圖的數(shù)控機床輔助功能相關(guān)故障診斷方法探析

摘 要：文章建立了一種數(shù)控機床輔助功能相關(guān)故障診斷流程圖，并以此流程圖為基礎(chǔ)，以YL-569型HNC-818B數(shù)控實訓設(shè)備刀庫無法正常運轉(zhuǎn)為例，分析故障原因。

關(guān)鍵詞：輔助功能；流程圖；故障診斷

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）30-0094-02

為了盡可能地提升機床加工精度與加工效率，現(xiàn)在的數(shù)控機床上都加載了大量的輔助功能，如自動對刀、自動換刀、自動夾緊、自動排屑、自動冷卻、自動潤滑等。這些功能大都通過PLC進行處理，它們的控制信號都是開關(guān)量信號，對于這類故障的維修往往不僅要解決機械方面的問題，而且要從電氣方面入手，特別是通過PLC狀態(tài)來快速的判斷、確定故障的位置及解決方法。

1 數(shù)控機床輔助功能相關(guān)故障診斷流程

數(shù)控機床輔助功能相關(guān)故障診斷的流程圖如圖1所示，其描述了故障判斷的一般思維過程。

在流程圖中，故障現(xiàn)象是指數(shù)控機床故障狀態(tài)下的各種外部表現(xiàn)，其主要包括各種報警（機床報警指示燈或者是系統(tǒng)報警號）、機床動作（主要是與正常狀態(tài)下不同的）以及從機床外部能觀察到的各種現(xiàn)象，這是分析故障原因的基礎(chǔ)。一般來說，使用中的數(shù)控機床出現(xiàn)問題，人為因素居多，因此在分析故障前，一定要充分搜集來自操作人員的各種信息，包括：故障前操作、故障的具體表現(xiàn)等。同時，還應(yīng)充分收集機床的各種報警信息，包括：各種報警指示燈、系統(tǒng)報警及PLC報警等。只有清楚這些信息后，才能做到有的放矢。

因為現(xiàn)在的數(shù)控機床輔助控制多為開關(guān)量控制，其動作執(zhí)行為PLC接收來自機床的各種輸入信號（主要為各種按鍵、行程開關(guān)、傳感器），通過梯形圖的描述，控制相應(yīng)輸出驅(qū)動元件（主要為繼電器、電磁閥、接觸器）動作，接通主運動，再通過傳動鏈帶動執(zhí)行部件完成相應(yīng)運動。所以，在流程圖中進行故障分析時可以分別從機械、電氣及PLC三個方面著手，用單因素分析的方法，快速確定各種可能原因，然后再把各種影響因素綜合起來進行分析，找出關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)，進而最終確定故障的原因，并予以排除。

2 具體故障原因分析

下面以YL-569型HNC-818B數(shù)控實訓設(shè)備刀庫無法正常運轉(zhuǎn)為例，進行具體故障原因分析。刀庫電路圖如圖2所示，刀庫輸入如圖3所示，刀庫輸出圖如圖4所示。

2.1 故障現(xiàn)象

數(shù)控機床在執(zhí)行自動換刀指令T01M06后，主軸定位到第二參考點（換刀點），主軸定向后整個換刀動作便停止下來無法向后進行，此時循環(huán)啟動燈持續(xù)亮起。

2.2 斗笠刀庫換刀動作分析

刀庫自動換刀指令M06的固定循環(huán)如下：

%1006

G10L53P010332R7

G10L53P102021R8

G10L53P102022R9

G11

IF [[#7] EQ 1]

M98P0001 ；斗笠式刀庫（加工中心式）

ENDIF

IF [[#7] EQ 2]

M98P0002 ；機械手刀庫

ENDIF

IF [[#7] EQ 4]

M98P0003 ；斗笠式刀庫（鉆攻中心式）

ENDIF

M99 ；M06子程序返回

%0001

G04P20

G40

IF [#190189 EQ #100026]

M99

ENDIF

M35 ；換刀開始標記

M32 ；換刀檢查

G53G49G90G0Z[#8] ；定位到換刀位置

M33 ；第二參考點到位檢查

M05 ；主軸停止

M19 ；主軸定向開

IF [#190188 NE #190189]

M26

ENDIF

M23 ； 刀庫進

G4P1000

M21 ； 刀具松

G4P1000

G53G90G0Z[#9] ； Z抬刀

M34 ；第三參考點到位檢查

G4P1000

M25 ； 選刀

G4P1000

G53G90G0Z[#8] ； 定位到換刀位置

M33

G4P1000

M22 ； 刀具緊

M24 ； 刀庫退

G4P1000

M20 ； 主軸定向關(guān)

M36 ；換刀結(jié)束標記

M99 ；子程序結(jié)束

2.3 分析步驟

2.3.1 故障現(xiàn)象的收集與分析、報警信息

機床動作：主軸定位到第二參考點（換刀點），主軸定向后整個換刀動作便停止下來無法向后進行。分析：結(jié)合自動換刀固定循環(huán)，主軸定向后即執(zhí)行M23刀庫進動作，而此時無法繼續(xù)執(zhí)行，因此初步判斷為刀庫進存在故障。機床信息：循環(huán)啟動燈持續(xù)亮起，無報警顯示。分析：無報警顯示證明機床運行無錯誤；循環(huán)啟動燈持續(xù)亮起，說明數(shù)控機床此時正在執(zhí)行相關(guān)指令，進一步將故障指向M23刀庫進這一動作。

2.3.2 故障判斷

①機械原因。該型號設(shè)備刀庫前進動作由氣缸推動刀庫沿導軌運動來實現(xiàn)，因此應(yīng)重點檢查氣缸活塞桿與刀庫本體的連接是否正常，刀庫與導軌的配合是否正常。發(fā)現(xiàn)問題立即解決，如果不存在上述問題，還應(yīng)手動操作控制氣缸動作的電磁閥，確定機械結(jié)構(gòu)能正常動作。

②電氣原因。通過查看機床電氣原理圖可以發(fā)現(xiàn)控制刀庫前進信號為Y3.0信號，Y3.0控制繼電器KA15的線圈，KA15的輔助常開觸電控制相應(yīng)電磁閥直流24V電源線202和200的導通。在進行檢查的時候，先斷電檢查各段信號線的通斷情況，判斷是否存在斷路或虛接的情況，如果存在立即解決，如果不存在上述問題，那么上電后再測量各電源的輸入情況，如：Y3.0在執(zhí)行M23指令時，是否為低電平；202、200是否為直流24 V等。有問題立即解決，如果不存在問題，再檢查電器元件，如I/0模塊、繼電器等，在檢查電器元件時，可以通過替換法來進行。

③控制程序。主要包括兩個方面，一個是固定循環(huán)，另一個是PLC梯形圖。對于升級改造后的數(shù)控機床，一般需要重點關(guān)注這兩部分內(nèi)容，看是否存在邏輯結(jié)構(gòu)上的不合理。對于一般使用的數(shù)控機床，這兩塊內(nèi)容可以對故障診斷起到輔助判斷的作用。如通過固定循環(huán)可以知道機床輔助動作的具體執(zhí)行順序，從而結(jié)合現(xiàn)場的機床動作有針對性的作出判斷。通過梯形圖的相關(guān)功能，我們可以判斷PLC的輸入、輸出狀態(tài)以及運行條件。通過梯形圖對刀庫進輸出控制信號Y3.0進行搜索，可以知道其啟動條件為循環(huán)啟動燈亮R231.0、執(zhí)行M23指令MGET23、機床處于正常狀態(tài)R29.0、刀庫前位信號X3.4不接通。然后，就可以通過從后向前的逐步檢查找到動作無法進行的原因，梯形圖如圖5所示。

4 結(jié) 語

針對本次故障，首先通過機械部分的觀察及手動控制排除了刀庫的機械原因；然后通過查看梯形圖，發(fā)現(xiàn)Y3.0輸出正常，排除了控制程序上可能出現(xiàn)的問題；通過觀察電器元件上的指示燈，排除了I/O繼電器存在的問題；最后通過電氣部分的線路通斷、電源測量，找到了問題所在，故障為202、200所在的24 V直流電源不正常。對于大多數(shù)數(shù)控機床的故障診斷來說，均可使用上述流程圖的邏輯思維方法來進行分析，但不能僅進行單因素分析，還必須考慮各種因素復合作用的結(jié)果，因此，只有進行充分的分析，才能既快速又準確地判斷出各種故障，并及時維修。

參考文獻：

[1] 安偉，肖兵兵.關(guān)于數(shù)控機床流程圖的故障維修與診斷[J].大觀周刊，2012，（32）.