河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 楚雪平

FANUCPMC在數(shù)控機(jī)床故障診斷中的應(yīng)用

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FANUC數(shù)控系統(tǒng)的工作過(guò)程包括對(duì)主軸運(yùn)動(dòng)的控制、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制和輔助電氣的控制。坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)位置的控制由計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）實(shí)現(xiàn)，主軸的轉(zhuǎn)向和啟停、進(jìn)給軸選擇、方向及倍率、急停與外部報(bào)警、硬件超程、輔助電機(jī)等，都由可編程機(jī)床控制器（PMC）完成。PMC就是內(nèi)置于CNC、用于執(zhí)行數(shù)控機(jī)床順序、控制操作的可編程機(jī)床控制器，是CNC和PMC及數(shù)控機(jī)床三者之間的雙向信息交換中心。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在數(shù)控機(jī)床的故障維修中，PMC部分的故障占大多數(shù)，所以利用PMC進(jìn)行故障診斷顯得尤為重要。本文，筆者立足于FANUC 0iD系統(tǒng)，根據(jù)FAUNC PMC的控制對(duì)象和控制功能，總結(jié)了數(shù)控機(jī)床PMC故障的表現(xiàn)形式和易出現(xiàn)部位，并針對(duì)每種故障形式，結(jié)合實(shí)例提出了運(yùn)用FANUC PMC進(jìn)行故障診斷的方法。

一、FANUC PMC的控制對(duì)象和控制功能

1.FANUC PMC的控制對(duì)象。FANUC PMC的控制對(duì)象是機(jī)床，包括機(jī)床機(jī)械部分及其液壓、氣壓、冷卻、潤(rùn)滑、排屑等輔助裝置，以及機(jī)床操作面板、繼電器線路、機(jī)床強(qiáng)電線路等。機(jī)床操作面板上的所有按鈕、開(kāi)關(guān)，機(jī)床外圍的所有行程開(kāi)關(guān)、繼電器開(kāi)關(guān)、傳感器等，都是PMC的控制對(duì)象。對(duì)于數(shù)控加工的指令而言，PMC主要用于處理M，S，T指令。

2.FANUC PMC的控制功能。FANUC PMC的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程的順序控制。在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器開(kāi)關(guān)等的開(kāi)關(guān)量信號(hào)狀態(tài)為條件，按照預(yù)先設(shè)定的邏輯順序?qū)崿F(xiàn)一定的控制，如主軸的啟停與換向、刀具的更換、工件的加緊與松開(kāi)、冷卻與潤(rùn)滑等。PMC在數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)的功能主要包括工作方式控制、速度倍率控制、自動(dòng)運(yùn)行控制、手動(dòng)運(yùn)行控制、主軸控制、機(jī)床鎖住控制、程序校驗(yàn)控制、硬件超程和急?？刂啤⑤o助電機(jī)控制、外部報(bào)警和操作信息控制等。

二、利用PMC進(jìn)行數(shù)控機(jī)床故障診斷的方法

利用PMC進(jìn)行數(shù)控機(jī)床故障診斷，必須清楚地認(rèn)識(shí)到FANUC PMC本身的故障率很低，故障大部分出現(xiàn)在PMC的外圍輸入/輸出環(huán)節(jié)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)。PMC部分的故障主要有3種表現(xiàn)形式，應(yīng)采用不同的方法進(jìn)行診斷和排除。

1.CNC報(bào)警顯示真正原因的故障診斷方法。這類故障可以利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能，并能隨時(shí)監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件的工作狀態(tài)，一般情況下發(fā)生故障時(shí)會(huì)有報(bào)警信息出現(xiàn)在CRT上，并顯示出故障的大體部位，按說(shuō)明書中的故障處理方法檢查，大多數(shù)的故障都能找到解決方法。這種自診斷功能還能將故障分類報(bào)警，如，SV+報(bào)警號(hào)表示與伺服有關(guān)的報(bào)警，OT+報(bào)警號(hào)表示與超程報(bào)警，PS+報(bào)警號(hào)表示程序操作相關(guān)的報(bào)警等。

例如，配有FANUC 0iD系統(tǒng)的加工中心在執(zhí)行換刀時(shí)，出現(xiàn)撞刀故障并產(chǎn)生2004號(hào)報(bào)警。CRT上顯示“NO.2004 A2.4 SPINDLE CAN NOT RUN，BECAUSE JIND-I X3.0 IS 0!”，三色報(bào)警燈的紅色燈閃爍。直接查看報(bào)警提示或查維修手冊(cè)，故障原因是沒(méi)有緊刀信號(hào)，主軸不能旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)報(bào)警，可診斷故障發(fā)生在主軸緊刀部位。換刀時(shí)，由于主軸緊刀信號(hào)突然丟失導(dǎo)致主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但X軸和Y軸仍然在進(jìn)給，導(dǎo)致撞刀故障。

根據(jù)提示首先應(yīng)檢查緊刀電磁閥的工作狀態(tài)是否正常。然后，調(diào)整緊刀開(kāi)關(guān)，使其壓合正常。而后，故障排除，同時(shí)報(bào)警消失，三色報(bào)警燈的綠燈常亮。

2.CNC報(bào)警，但不反映真正原因的故障診斷方法。例如，配有FANUC 0iD系統(tǒng)的加工中心，其系統(tǒng)狀態(tài)欄顯示“EMG ALM”，即機(jī)床處于急停狀態(tài)。但是按下急停按鈕和壓下限位開(kāi)關(guān)都可能使機(jī)床處于急停狀態(tài)，系統(tǒng)不能診斷出故障出現(xiàn)的具體部位。對(duì)于這種故障，系統(tǒng)已經(jīng)明確顯示機(jī)床的故障現(xiàn)象，可采取以下方法解決。

根據(jù)急停PMC控制原理和電路圖分析可知，按下急停按鈕和壓硬件超程都能引起機(jī)床的急停。首先，觀察機(jī)床操作面板上的急停按鈕狀態(tài)和硬件超程指示燈，排除急停按鈕被按下和硬件超程的故障原因。然后，進(jìn)入信號(hào)狀態(tài)顯示畫面，逐一檢查與急停和硬件超程相關(guān)的信號(hào)狀態(tài)。FANUC 0iD系統(tǒng)提供指示CNC、PMC、機(jī)床三者之間接口的I/O信號(hào)狀態(tài)的顯示畫面，可以檢查信號(hào)在三者之間的通信情況。據(jù)此，可以判斷故障是在機(jī)床側(cè)、PMC側(cè)還是CNC側(cè)，進(jìn)而確定故障的具體部位。

在信號(hào)狀態(tài)顯示畫面內(nèi)，如果有狀態(tài)不正確的信號(hào)，進(jìn)入梯形圖動(dòng)態(tài)顯示畫面，查看相關(guān)信號(hào)狀態(tài)。按下急停按鈕或限位開(kāi)關(guān)，觀察梯形圖中對(duì)應(yīng)地址的信號(hào)狀態(tài)是否發(fā)生改變，信號(hào)狀態(tài)不發(fā)生改變的就可能是錯(cuò)誤部分。退出梯形圖動(dòng)態(tài)顯示畫面，查看梯形圖是否出錯(cuò)。將梯形圖按照實(shí)現(xiàn)的功能劃分，只需要查看與錯(cuò)誤信號(hào)相關(guān)的部分。停止梯形圖的運(yùn)行，并根據(jù)正確的邏輯關(guān)系修改梯形圖。重啟系統(tǒng)，觀察故障是否消失。

在信號(hào)狀態(tài)顯示畫面內(nèi)，如果相關(guān)信號(hào)的狀態(tài)均正確，則不必查看梯形圖，而要查看機(jī)床上的I/O接口狀態(tài)。由于FANUC 0iD系統(tǒng)每個(gè)按鈕、行程開(kāi)關(guān)、繼電器等外部電氣元件在PMC內(nèi)部都設(shè)置有狀態(tài)指示燈，因此，可以通過(guò)指示燈的亮與滅來(lái)顯示故障的所在位置。如果I/O接口狀態(tài)正常，說(shuō)明信號(hào)對(duì)應(yīng)外圍電路的連接和硬件方面沒(méi)有問(wèn)題，那么就只有一種可能，就是機(jī)床和CNC之間的通信出現(xiàn)了問(wèn)題，使信號(hào)不能正確地傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的地址。在FANUC 0iD系統(tǒng)中，外部I/O信號(hào)通過(guò)PMC I/O單元以LINK串行總線的方式與系統(tǒng)通信，反映外圍電路狀態(tài)的信號(hào)與I/O LINK串行總線上的信號(hào)接口一一對(duì)應(yīng)，CNC通過(guò)其內(nèi)部某信號(hào)地址位的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍電路工作狀態(tài)的識(shí)別，從而采取相應(yīng)的控制。這就是PMC I/O LINK地址分配的目的。不進(jìn)行PMC I/O LINK地址的分配，或者由于誤操作等原因造成分配的錯(cuò)誤，都會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不能正確傳輸。

經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)確實(shí)沒(méi)有進(jìn)行I/O LINK地址分配。重新分配并重啟系統(tǒng)后，故障消失。如果FANUC PMC I/O LINK地址已經(jīng)分配，I/O接口狀態(tài)也正常，但是機(jī)床出現(xiàn)“EMG ALM”提示，重啟系統(tǒng)即可。如果I/O接口狀態(tài)不正常，則需要檢查I/O LINK的硬件連接是否錯(cuò)誤、是否存在松動(dòng)等現(xiàn)象。

3.無(wú)CNC報(bào)警的故障診斷方法。有時(shí)故障的現(xiàn)象并不明顯，且無(wú)CNC報(bào)警提示，這類故障在PMC部分最難診斷和排除。

全面地分析一個(gè)故障現(xiàn)象是決定判斷是否正確的重要因素。因此，診斷這類故障最關(guān)鍵的是要對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析。分析故障現(xiàn)象的基本原則是從功能入手。首先，要仔細(xì)觀察機(jī)床各功能的實(shí)現(xiàn)情況，判斷機(jī)床功能不能正常執(zhí)行的部位。然后，詳細(xì)了解故障發(fā)生的時(shí)間、進(jìn)行何種操作引起了故障、加工程序是否正確、出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象、出現(xiàn)的頻率及執(zhí)行相同操作時(shí)故障是否重復(fù)出現(xiàn)等情況，大致確定可能存在故障的區(qū)域。最后，進(jìn)行故障診斷，其方法與上述第2種故障的方法大致相同。

例如，配有FANUC 0iD系統(tǒng)的加工中心出現(xiàn)了主軸不能停止的故障，但系統(tǒng)沒(méi)有任何的提示。FANUC 0iD系統(tǒng)主軸的啟動(dòng)、停止與轉(zhuǎn)向完全由PMC控制實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速可由CNC直接控制或經(jīng)PMC控制，該例中采用CNC直接控制。根據(jù)FANUC主軸PMC控制的原理可知，在自動(dòng)、遠(yuǎn)程運(yùn)行和手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入任一工作方式下執(zhí)行M05，M00，M01指令，或在手動(dòng)方式下的操作都能使主軸停止。但是M00和M01與M05指令執(zhí)行的操作不同，執(zhí)行后的現(xiàn)象也不相同。因此出現(xiàn)主軸不能停止的故障時(shí)，一定要區(qū)分是在執(zhí)行什么操作時(shí)出現(xiàn)的，以及機(jī)床表現(xiàn)出來(lái)的不同現(xiàn)象等，以確定故障出現(xiàn)的部位。確定了故障的具體位置后，可以采用上述第2種故障診斷方法進(jìn)行診斷。

三、結(jié)論

數(shù)控機(jī)床故障的診斷過(guò)程較為復(fù)雜，運(yùn)用FANUC PMC進(jìn)行故障診斷是一種常用的、有效的方法。但是，運(yùn)用該方法要把握以下3個(gè)要點(diǎn)。

1.熟練掌握數(shù)控機(jī)床的工作原理、編程與操作、各動(dòng)作的順序及功能劃分等。

2.學(xué)會(huì)看電氣原理圖，理解FANUC PMC的控制原理以及梯形圖的設(shè)計(jì)思想，并能將電氣原理圖與梯形圖相互結(jié)合起來(lái)。

3.熟悉機(jī)床各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器開(kāi)關(guān)等的安裝位置，熟悉機(jī)床的各種信號(hào)、參數(shù)及其正確的狀態(tài)。