基于FANUC的數(shù)控車床電動(dòng)四方刀架電氣故障診斷研究

楊丁，劉帥

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，四川遂寧629000）

基于FANUC的數(shù)控車床電動(dòng)四方刀架電氣故障診斷研究

楊丁，劉帥

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，四川遂寧629000）

結(jié)合我單位CKA6132數(shù)控車床的實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn)，分析了數(shù)控車床電動(dòng)四方刀架的工作原理和使用過程中出現(xiàn)的故障，提出了基于FANUCPMC信號(hào)追蹤和PMC程序改進(jìn)的故障診斷與維修方法，為類似刀架電氣故障的診斷與維修提供了更高效、方便、快捷的參考.

FANUC；電動(dòng)刀架；PMC；故障；維修

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床是目前國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機(jī)床，這類機(jī)床多配置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、維護(hù)成本低、通用性強(qiáng)的電動(dòng)四方刀架作為其換刀系統(tǒng)［1］.通過大量的維修實(shí)踐表明，刀架故障是數(shù)控車床最常見的故障之一，約占數(shù)控車床故障的半數(shù)以上.同時(shí)，電動(dòng)刀架的正常運(yùn)轉(zhuǎn)直接影響到機(jī)床的加工效率和穩(wěn)定性，一旦出現(xiàn)故障，輕則機(jī)床不能加工工件，重則造成工件廢品甚至出現(xiàn)重大安全事故.因此，當(dāng)電動(dòng)刀架出現(xiàn)故障時(shí)，能夠準(zhǔn)確迅速地排除故障顯得尤為重要.

1 電動(dòng)四方刀架的結(jié)構(gòu)及其控制原理

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

目前，電動(dòng)四方刀架雖然品牌和型號(hào)繁多，但是控制原理卻基本相同，機(jī)械結(jié)構(gòu)也基本類似，主要由電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿換刀機(jī)構(gòu)、霍爾元件發(fā)信盤等組成，其機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)際是一種蝸輪蝸桿減速器，可以實(shí)現(xiàn)減速及增大輸出轉(zhuǎn)矩的目的.刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1.

圖1 電動(dòng)四方刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 電氣原理

在F A N U C數(shù)控車床中電動(dòng)四方刀架的動(dòng)作是通過P M C控制來實(shí)現(xiàn)的，并由發(fā)信盤作為刀位號(hào)檢測(cè)元件，見圖2.發(fā)信盤是固定在刀架內(nèi)部中心固定軸上由尼龍材料作為封裝的圓盤部件，發(fā)信盤的內(nèi)部設(shè)有四個(gè)霍爾元件，分別對(duì)應(yīng)刀具號(hào)T1～T4.當(dāng)數(shù)控車床需要換刀時(shí)，由數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行T代碼指令，并將其刀位信號(hào)F26和選通信號(hào)F7.3發(fā)送給P M C，然后P M C對(duì)刀位信號(hào)進(jìn)行譯碼、比較判斷，然后再輸出電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)控制信號(hào)［2］.

四方刀架的上刀體開始旋轉(zhuǎn)換刀，同時(shí)也帶動(dòng)固定在刀架上的磁鋼旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鋼轉(zhuǎn)到與發(fā)信盤內(nèi)部某一霍爾元件相對(duì)時(shí)，發(fā)信盤就將這個(gè)信號(hào)發(fā)給P M C，P M C再輸出電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)控制信號(hào)，這時(shí)四方刀架再通過其機(jī)械結(jié)構(gòu)完成定位和鎖緊等功能.

圖2 電動(dòng)四方刀架發(fā)信盤與磁鋼的結(jié)構(gòu)

在換刀時(shí)P M C輸出Y2.5高電平信號(hào)，中間繼電器K A5得電，于是接觸器KM2線圈通電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)動(dòng)到T1～T4的某刀位時(shí)，該刀位上霍爾元件向數(shù)控系統(tǒng)輸入低電平，而其他刀位霍爾元件輸入高電平，通過分線器模塊送給數(shù)控系統(tǒng)的P M C。當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)到所選刀號(hào)時(shí)P M C輸出Y2.6高電平信號(hào)，中間繼電器K A6得電，于是接觸器KM3線圈通電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電動(dòng)四方刀架的電氣控制原理見圖3。

圖3 電動(dòng)四方刀架的電氣控制原理圖

1.3 PMC控制原理

在P M C接收到C N C發(fā)出的換刀指令后，首先對(duì)當(dāng)前刀號(hào)與指令刀號(hào)進(jìn)行比較，如果二者不相同，則進(jìn)行換刀操作［3］。在刀架轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，發(fā)信盤的4個(gè)霍爾元件不斷檢測(cè)刀架的位置并向P M C反饋刀位信號(hào)。P M C實(shí)時(shí)地將反饋刀位信號(hào)（當(dāng)前刀位信號(hào)）與指令刀位（需換刀刀位）相比較，當(dāng)兩信號(hào)相同時(shí)，說明刀架已在所選刀位，則發(fā)出反轉(zhuǎn)信號(hào)，否則繼續(xù)正轉(zhuǎn)，電動(dòng)四方刀架的P M C控制框圖如圖4。

2 電動(dòng)四方刀架的故障診斷與維修

2.1 電動(dòng)四方刀架的故障種類

從前面的分析可以看出，電動(dòng)四方刀架的故障主要分為兩類：一是機(jī)械故障，二是電氣故障。對(duì)于機(jī)械故障的診斷一般比較簡(jiǎn)單，機(jī)械故障一般多為卡死或鎖不緊等現(xiàn)象，可以使用內(nèi)六角扳手轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿端部的一個(gè)6mm內(nèi)六角孔，手動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)位和鎖緊測(cè)試，若存在故障只需更換或修配相應(yīng)零部件即可。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)看電動(dòng)四方刀架的電氣故障占絕大多數(shù)，例如常見的故障表現(xiàn)有：①某一把（或幾把）刀找不到刀位，刀架轉(zhuǎn)動(dòng)不停；②刀架不轉(zhuǎn)動(dòng)；③刀

圖4 電動(dòng)四方刀架的PMC控制框圖

架不反轉(zhuǎn)鎖緊；④刀位號(hào)不正確；⑤其它。

2.2 FANUCPMC信號(hào)追蹤功能

F A N U CP M C信號(hào)追蹤功能可以對(duì)設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于掌控信號(hào)的瞬間變化和信號(hào)與信號(hào)之間的相互關(guān)系。追蹤的結(jié)果作為信號(hào)的時(shí)間表顯示，同時(shí)動(dòng)態(tài)顯示信號(hào)采樣波形，追蹤點(diǎn)最多32點(diǎn)，采樣分辨率可精確到8ms。對(duì)于輔助診斷疑難故障十分方便。F A N U CP M C信號(hào)追蹤畫面如圖5。

圖5 FANUCPMC信號(hào)追蹤畫面

2.3 刀架常轉(zhuǎn)不停故障分析與處理

2.3.1 故障現(xiàn)象

M DI或A UT O方式執(zhí)行程序更換任何一把刀具時(shí)，刀架均一直轉(zhuǎn)動(dòng)不停，找不到刀位號(hào)。

2.3.2 故障診斷

調(diào)出P M C程序信號(hào)追蹤畫面，設(shè)定刀架正轉(zhuǎn)（Y2.5）、刀架反轉(zhuǎn)（Y2.6）、T1～T4檢測(cè)（X4.6、X4.7、X5.0、X5.1）為監(jiān)控信號(hào)。

通過對(duì)換刀信號(hào)的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)刀架在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，刀架正轉(zhuǎn)輸出繼電器Y2.5一直有輸出，刀位號(hào)T2的輸出信號(hào)X4.7一直輸出“1”，而T1、T3、T4的輸出信號(hào)X4.6、X5.0、X5.1會(huì)隨著刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)周期性到位信號(hào)“0”。由此判斷可能是T2刀位檢測(cè)信號(hào)線路或霍爾元件出了問題，將T2刀位號(hào)的信號(hào)線直接與“0V”短接，發(fā)現(xiàn)信號(hào)追蹤畫面的X4.7發(fā)生了變化，由此可判斷線路不存在故障，而是霍爾元件出了問題，它的T2刀位無法輸出狀態(tài)“0”。

2.3.3 故障處理

上述故障在沒有霍爾元件及時(shí)更換時(shí)，可以通過改進(jìn)P M C程序?qū)2號(hào)刀進(jìn)行屏蔽。調(diào)出P M C程序進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)刀位檢測(cè)使用了P M C的負(fù)邏輯信號(hào)，T1～T4換刀到位的檢測(cè)信號(hào)地址狀態(tài)如表1所示。原P M C梯形程序如圖6所示。

為了實(shí)現(xiàn)所需功能，通過增加P M C的K1.1～K1.4參數(shù)來設(shè)定需要屏蔽的刀位號(hào)。改進(jìn)后，如果T1～T4的某刀位檢測(cè)元件出現(xiàn)故障，只需要將與之對(duì)應(yīng)的P M C參數(shù)K1.1～K1.4的某位設(shè)置為“1”即可，改進(jìn)后的梯形圖程序如圖7。

表1 換刀到位的檢測(cè)信號(hào)地址狀態(tài)

圖6 原PMC梯形圖程序

圖7 改進(jìn)后的PMC梯形圖程序

2.3.4 試驗(yàn)結(jié)果

將P M C參數(shù)中的K1.2設(shè)置為“1”，然后分別在M DI與A UT O方式下執(zhí)行T1、T3、T4刀位的換刀程序，四方刀架工作恢復(fù)正常，達(dá)到預(yù)期目的。

3 結(jié)束語

本文分析了數(shù)控車床電動(dòng)四方刀架的結(jié)構(gòu)和控制原理，介紹了一種電動(dòng)四方刀架故障診斷與維修的新的方法，通過對(duì)P M C程序的改進(jìn)優(yōu)化，使得某個(gè)刀位檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)可以很方便地對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)屏蔽，從而不影響其他刀位的正常工作。該方法經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，效果非常良好，為類似問題的解決提供了更高效、方便、快捷的參考。

［1］劉安寧，王曉東.數(shù)控車床四工位電動(dòng)刀架的故障分析及維修［J］.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2011，（6）：78-79.

［2］北京F A N U C公司.F A N U CP M C梯形圖語言編程說明書［E B/O L］. http：//www.docin.com/p-286899832.html.

［3］喻步賢.數(shù)控車床的電動(dòng)刀架故障診斷與維修［J］.機(jī)床與液壓，2013，（11）：160-162.

TheResearchon FaultDiagnosisofElectrical4-position TurretofNCLatheBasedon FANUCSystem

Y A N G D ing，L I U S huai
（S ichuan Vocational and Technical C ol lege，S uining S ichuan 629000）

A ccording to the practical repair e x perienceof C K A6132N C lathe，the principleof operation and faul t of the elect rical 4-position turret of N C lathe have been analy z ed，and themethod of faul t diagnosis and repair to improve the P M C programbased on F A N U CP M C signal t racing has been proposed.I t hasgreat reference value to the faul t diagnosis and repair of identical or simi lar elect rical tur ret.

F A N U C；E lect rical Tur ret；P M C；F aul t；R epair

TG519.1

A

1672-2094（2015）03-0159-04

責(zé)任編輯：張隆輝

2015-05-05

楊?。?975-），男，四川遂寧人，四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士.研究方向：數(shù)控技術(shù)、CA D/CA M.