利用機外編程器排除數控機床故障

李成華

(河南省鶴壁市電工機械廠，河南鶴壁 458030)

數控機床出現的絕大部分故障都可以通過PLC程序檢查出來，有些故障可在屏幕上直接顯示出報警原因；有些故障在屏幕上有報警信息，但沒有直接反映報警的原因；有些故障不產生報警信息，只是有些動作不執行。遇到后兩種情況，跟蹤PLC梯形圖的運行是確診故障很有效的方法：簡單些的故障，可根據梯形圖通過PLC的狀態顯示信息監視相關的輸入、輸出及標志位的狀態，跟蹤程序的運行；復雜些的故障，必須使用編程器來跟蹤梯形圖的運行。下面用實例介紹利用機外編程器來排除數控機床故障的。

例1 一臺裝有西門子3M系統的數控球道磨床，在開機回參考點時，X軸和Y軸回參考點時沒問題，Z軸回參考點不走，手動也不走

故障分析與檢測 兩個軸運動沒有問題，僅Z軸不動，這說明系統沒有問題，可能是Z軸的使用條件沒有滿足。

根據西門子3M系統的工作原理，PLC輸出Q73.2是Z軸進給使能信號(圖1)，檢查這個信號為0 V，確實有問題。

結合B軸進給使能信號Q73.2的梯形圖分析，用機外編程器監視梯形圖的運行，發現是因為標志位F122.4觸點沒有閉合導致Z軸進給使能條件Q73.2沒有滿足。關于標志位F122.4的梯形圖在PB3的15中，相關梯形圖如圖2所示。

用編程器繼續監視梯形圖的運行，發現圖2中標志位F105.6的觸點沒有閉合。關于標志位F105.6的梯形圖(圖3)在PB3的13中，監視梯形圖圖3的運行，發現標志位F105.6無電是因為定時器T8的觸點沒有閉合。

用編程器監視圖4所示的關于定時器T8的梯形圖，發現定時器T8的輸入信號端T1連接的觸點I3.6沒有閉合，致使定時器T8沒有得電。

根據數控機床的控制原理，PLC輸入端信號I3.6是分度裝置的在位信號(圖5)，它來自于接近開關B36，屬于檢測分度裝置是否到位的反饋信號。測量I3.6的信號為0 V，至此懷疑分度裝置沒安裝到位，但檢查分度裝置已經安裝到位了；接著檢查接近開關B36，發現B36的感應端頭位置有問題：感應頭與檢測目標的距離有些遠，檢測不到分度裝置已到位信號。

故障處理 將B36接近開關位置調整好，緊固后，機床Z軸正常回參考點沒有問題，機床故障被排除。

例2 一臺裝有西門子3TT系統的數控球道銑床工作臺不旋轉。這臺機床是一臺三工位的數控銑床，在1工位裝、卸工件，2工位粗銑，3工位精銑，正常時工作臺可以旋轉

故障分析與檢查 根據工作臺的控制原理，旋轉時首先將工作臺浮起，這個動作是氣動的，浮起之后才能由液壓系統控制旋轉。工作臺浮起是氣動電磁閥Y1.2由PLC輸出Q1.2控制。利用系統PC功能下的PLC STATUS(PLC狀態)功能檢查PLC輸出Q1.2狀態，在旋轉時為“0”，沒有變為“1”。為此以Q1.2為線索，用機外編程器在線跟蹤相關梯形圖的運行狀態。

梯形圖在線跟蹤：將編程器PC685連接到數控系統上，查找關于Q1.2的梯形圖，在PB20的第2段中(圖6)，標志位F97.0的觸點沒有閉合是PLC輸出Q1.2沒電的原因。

繼續觀察PB20的9段中關于標志位F97.0的梯形圖(圖7)，發現標志位F120.6的觸點沒有閉合，使F97.0沒有置位。

繼續觀察PB20的3段中關于F120.6的梯形圖(圖 8)，發現標志位 F120.6沒電是因為標志位F120.4的觸點沒有閉合。

故障根本原因尚未找到，繼續跟蹤梯形圖PB20的3段，發現工作臺旋轉的先決條件標志位F120.3的觸點沒有閉合是標志位F120.4沒電的原因(圖9)。向下查看PB15的5段中關于F120.3的梯形圖(圖10)，標志位 F122.3和 F121.5觸點都未閉合，導致F120.3沒電。根據機床工作原理，標志位F121.5是工作臺到位信號，斷開是正常的，只有分度頭都在起始位置的標志位F122.3觸點沒有閉合而影響了F120.3得電。

因機床安全的要求，只有兩個加工工位的分度頭都在起始位置時，工作臺才能旋轉。但分度頭無論怎樣分度，這個標志位都是“0”，為此繼續跟蹤PB21的4段關于F122.3的梯形圖(圖11)，發現PLC輸入I9.7的觸點沒有閉合，故標志位F122.3總是沒電。PLC輸入I9.7和I10.6連接的接近開關用來檢測反應2、3工位分度頭是否在起始位置，正常情況下兩者應該同步動作，但分度時I9.7和I10.6狀態總是相反。進一步檢查發現3工位分度頭產生機械錯位，是機械問題引起機床不能正常工作。

故障處理 調整3工位分度機械機構，使兩個工位分度同步進行，這時機床恢復正常使用。

結語

現代數控系統的可靠性越來越高，數控系統本身的故障率越來越低，而大部分故障的發生則是非系統本身原因引起的。系統外部的故障主要指由于檢測開關、液壓元件、氣動元件、電氣執行元件、機械裝置等出現問題而引起的。數控設備的外部故障可以分為軟故障和外部硬件損壞引起的硬故障。軟故障是指由于操作、調整處理不當引起的，這類故障多發生在設備使用前期或設備使用人員調整時期。

對于數控系統來說，另一個易出故障的地方為伺服單元。由于各軸的運動是靠伺服單元控制伺服電動機帶動滾珠絲杠來實現的。用旋轉編碼器作速度反饋，用光柵尺作位置反饋。一般易出故障的地方為旋轉編碼器與伺服單元的驅動模塊。也有個別的是由于電源原因而引起的系統混亂，特別是對那些帶計算機硬盤保存數據的系統，例如德國西門子系統840C。

［1］谷清賢.數控編程與數值計算.上海：上海交通大學出版社，2006.