潘曉貝

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，河南 三門峽 472000)

0 引言

數(shù)控機(jī)床中出現(xiàn)的大多數(shù)故障都能夠通過PLC程序檢查出來的，或者在屏幕顯示報(bào)警信息，或者不產(chǎn)生報(bào)警信息。因此使用PLC功能進(jìn)行處理解決數(shù)控機(jī)床的故障在處理國內(nèi)外的研究也比較多，但是研究資料表明大多是Fanuc系統(tǒng)和西門子系統(tǒng)，對(duì)華中的高端系統(tǒng)，如818系統(tǒng)的研究甚少。

本文就PLC功能的靈活與便捷性為切入點(diǎn)，將HNC-818加工中心的機(jī)械手換刀時(shí)出現(xiàn)的故障問題方面，在進(jìn)一步分析818型數(shù)控機(jī)床PLC功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確有效的消除故障，恢復(fù)機(jī)床的功能。

1 HNC-818加工中心PLC 結(jié)構(gòu)

HNC-818型數(shù)控系統(tǒng) PMC，采用了內(nèi)置式軟 PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的順序控制，根據(jù)用戶對(duì)機(jī)床實(shí)際控制需要，采用 PLC程序語言梯形圖進(jìn)行編制的。HNC-818型數(shù)控系統(tǒng)PLC用戶程序是通過梯形圖的編輯界面，進(jìn)行在線的編輯，或者通過電腦裝載華中梯形圖專用軟件LADDER進(jìn)行編輯。

華中梯形圖采用循環(huán)掃描的方式。程序開始執(zhí)行時(shí)會(huì)運(yùn)行一次初始化，以后就把所有輸入的狀態(tài)發(fā)送到輸入映象寄存器，然后開始順序調(diào)用用戶程序。當(dāng)一個(gè)掃描周期完成的時(shí)候，就把所有的結(jié)果都傳送到輸出映象寄存器，用以控制 PLC 的實(shí)際輸出，如此循環(huán)往復(fù)。其系統(tǒng)的 PLC規(guī)格如表1所示。

表1 HNC-818型數(shù)控系統(tǒng)PLC規(guī)格

2 斗笠式刀庫的PLC控制換刀過程

HNC-818型數(shù)控機(jī)床的刀庫形式如圖1所示，是斗笠式刀庫。

圖1 機(jī)床的刀庫形式

該刀庫在換刀時(shí)，開始向主軸方向平行移動(dòng)。

首先，取下主軸上面的原有刀具。使主軸上的刀具進(jìn)入到刀庫的卡槽里，此時(shí)主軸向上移動(dòng)開始脫離刀具。

其次，對(duì)主軸安裝新的刀具。刀庫開始轉(zhuǎn)動(dòng)尋找新的刀具號(hào)位置，當(dāng)新的刀具正對(duì)主軸正下方時(shí)，主軸開始下移，使新的刀具進(jìn)入到主軸錐孔內(nèi)并夾緊。

最后，待裝完新刀具，刀庫開始退回到原來的位置，此時(shí)刀庫換刀結(jié)束。

其刀庫選刀的流程圖如圖2所示。

圖2 華中8型刀庫選刀的流程圖

3 斗笠式刀庫換刀時(shí)刀庫不動(dòng)的故障及處理

HNC-818加工中心具有24刀位的刀庫。在換刀時(shí)，數(shù)控CNC報(bào)警提示ATC NOT READY 。針對(duì)該問題對(duì)機(jī)器的線路及PLC控制部分進(jìn)行檢查，以便于消除故障。

根據(jù)圖2所示的選刀流程圖可知，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令，如M06 T3時(shí)，刀庫不動(dòng)作并發(fā)出報(bào)警信息，此時(shí)，對(duì)機(jī)床的操作模式、氣泵及刀庫的狀態(tài)進(jìn)行檢查。

(1)對(duì)機(jī)床的操作模式進(jìn)行檢查

確保機(jī)床的操作模式在自動(dòng)狀態(tài)下，機(jī)床也沒有處于被鎖住的狀態(tài)，其換刀指令輸入正確，所更換的刀具也安裝在刀庫中并且位置正確，此項(xiàng)目檢查無誤，不存在故障。

(2)對(duì)數(shù)控機(jī)床的氣泵進(jìn)行檢查

查看數(shù)控機(jī)床氣泵的壓縮空氣氣壓數(shù)值，經(jīng)過查看說明書，其氣壓值在要求范圍內(nèi)是0.55 MPa。符合數(shù)控機(jī)床的壓縮空氣壓力在0.5MPa～0.6MPa之間的范圍值。因?yàn)樘峁┑膲嚎s空氣壓力值低于范圍值時(shí)，刀庫會(huì)因在換刀過程中壓力不夠而造成不動(dòng)作，而此時(shí)的壓力是滿足的，該項(xiàng)目檢查無誤，也不存在故障。

(3)對(duì)刀庫的初始狀態(tài)進(jìn)行檢查

檢查刀庫的初始狀態(tài)以及傳感器的狀態(tài)，通過數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)提供的PLC地址診斷功能幫助檢查，查看輸送到數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)PLC的入口信號(hào)正確與否。進(jìn)入“診斷”下的梯形圖“監(jiān)控”界面，查看是否有輸出信號(hào)，其梯形圖診斷界面如圖3所示。

圖3 梯形圖診斷界面

根據(jù)如圖4所示輸出模塊HIO-1021N，Y1.6和Y1.7的刀庫旋轉(zhuǎn)信號(hào)輸出正常，檢查刀庫進(jìn)退信號(hào)Y1.4和Y1.5的輸出信號(hào)正常，系統(tǒng)的PLC邏輯順序滿足條件。

于是根據(jù)表1所示輸入輸出接口，對(duì)刀庫進(jìn)到位信號(hào)X3.0、刀庫退到位信號(hào)X3.1、主軸緊刀到位信號(hào)X3.2、主軸松刀到位信號(hào)X3.3進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其控制信號(hào)線路及元器件都沒有問題。

圖4 所示輸出模塊HIO-1021N

最后，檢查刀庫的刀位計(jì)數(shù)信號(hào)及中間繼電器。查看X1.7的信號(hào)，等于1則沒有問題，排除了線路和刀庫計(jì)數(shù)開關(guān)的問題，其刀庫計(jì)數(shù)的PLC如圖5所示。此時(shí)，按下刀庫正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，刀盤卻不能轉(zhuǎn)動(dòng)并且出現(xiàn)了刀庫計(jì)數(shù)報(bào)警的信息，再按下正轉(zhuǎn)的繼電器KA25和反轉(zhuǎn)的繼電器KA26，并查看正轉(zhuǎn)的接觸器KM5或反轉(zhuǎn)的接觸器KM6，發(fā)現(xiàn)接觸器KM5和 KM6的吸力不好，不能正常吸合。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)短路環(huán)斷路，于是更換了兩個(gè)接觸器，刀庫運(yùn)轉(zhuǎn)正常了。

圖5 刀庫計(jì)數(shù)的PLC

4 常見的其它換刀問題及解決對(duì)策

(1)刀庫進(jìn)出不正常

刀庫進(jìn)出不正常時(shí)與刀庫相關(guān)的元器件有電機(jī)、繼電器、換刀接近開關(guān)等有關(guān)系。

首先，檢查電機(jī)的電源是否正常工作，電機(jī)能否轉(zhuǎn)動(dòng)，繼電器的線路有無虛接現(xiàn)象，檢測(cè)觸電有無熔接或熔化現(xiàn)象；

其次，還可以根據(jù)機(jī)床的接口信號(hào)和PLC控制，進(jìn)入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)調(diào)用PLC，查看PLC的運(yùn)行狀況，以判定有無故障點(diǎn)；

最后，檢查換刀的接近開關(guān)工作是否正常、刀庫準(zhǔn)備信號(hào)與換刀信號(hào)有無線路虛接的現(xiàn)象，信號(hào)是否正常工作等以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及刀庫的轉(zhuǎn)盤是否靈活，有無

卡死的故障現(xiàn)象。

(2)數(shù)控機(jī)床撞刀故障

數(shù)控機(jī)床在換刀時(shí)出現(xiàn)撞刀故障，需要對(duì)機(jī)床的電磁閥和主軸的緊刀信號(hào)進(jìn)行檢查。

首先，在排除用戶程序無誤的情況下，要檢查緊刀電磁閥是否正常工作。

其次，根據(jù)輸入輸出接口和機(jī)床PLC控制，進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用PLC，以觀察此循環(huán)是否正常，不正常則說明電磁閥的工作有問題，對(duì)電磁閥進(jìn)行檢查與更換。

最后，檢查主軸的緊刀信號(hào)丟失會(huì)導(dǎo)致主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但是X與Y坐標(biāo)依然走動(dòng)。此時(shí)可進(jìn)行修改PLC的控制程序或者調(diào)整緊刀開關(guān)使其壓合正常。

5 結(jié)論

作者在熟練掌握HNC-818加工中心換刀的原理與過程的基礎(chǔ)上，快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了維修機(jī)床換刀故障。尤其對(duì)刀庫不動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的故障，采用了調(diào)用PLC梯形圖，分析梯形圖的運(yùn)行狀況，快速的發(fā)現(xiàn)故障的所在位置，仔細(xì)的分析故障發(fā)生的原因，很好的消除了機(jī)床換刀時(shí)故障，為安全生產(chǎn)提供可靠的保障。

[參考文獻(xiàn)]

[1] E N Popov,A L Komkov,S L Ivanov. Modernization of the Control Systems of High-Frequency, Brush-Free, and Collector Exciters of Turbogenerators[J].Power Technology and Engineering,2016,50(4):447-45.

[2] Qi-huai Chen,Qing-feng Wang,Tao Wang.Optimization design of an interior permanent-magnet synchronous machine for a hybrid hydraulic excavator[J].Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering，2015,16(11):957-968.

[3] Shih-Ming Wang,Chien-Da Ho,Po-Cheng Tsai,et al.Study of an efficient real-time monitoring and control system for BUE and cutter breakage for CNC machine tools[J].International Journal of Precision Engineering and Manufacturing,2014,15(6):1109-1115.

[4] 陳金英.基于BV75數(shù)控銑床熱誤差的檢測(cè)與分析[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2015(4):101-103,114.

[5] 姜康,張騰,馮忠祥.半主動(dòng)磁流變阻尼器懸架的一種ANFIS-PID控制策略[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2016(4):80-82,88.

[6] 陳金英,郭勇,史利娟.提高“數(shù)控銑削編程操作與加工”課程教學(xué)質(zhì)量的措施與方法[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2016,15(3):66-69.

[7] 余容,孫浩然,何朝明.伺服控制系統(tǒng)的復(fù)合模糊自適應(yīng)PID控制[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2017(4):75-77,81.

[8] 張江華.直流電機(jī)無抖動(dòng)滑模位置控制[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2017(2):89-93.

[9] 史利娟.模擬主軸速度不匹配故障分析與診斷[J].機(jī)床與液壓,2017,45(4):202-204.

[10] 王淑貞,高曉輝,王玉婷.基于LabWindows/CVI和PLC自由口編程的串口實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2017(4):153-156.

[11] 王瀚博,羅亮,劉知貴,等. 基于嵌入式軟PLC技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制功能塊的研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2017(2):94-97.

[12] 史秀玉,何平,王志成,等. 嵌入式伺服控制器調(diào)試軟件的研究[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2017(1):85-88.