數控彎管機控制系統優化及回零故障分析

袁光濱

（中國南車股份有限公司株洲電力機車有限公司機車事業部，湖南株洲412001）

0 前言

數控彎管機為管道加工設備，在進行管道加工時，彎制完一根管件后，數控彎管機各軸都需進行回零。 回零的目的是確定機床原點位置，建立起機床坐標系，同時也是機床各機械限位開關、軟限位開關生效的前提條件。

1 故障現象

數控彎管機在進行管道彎制時， 在完成一根管件加工后，B 軸出現持續緩慢旋轉，無法回零，導致機床無法進入下一個管件的彎制動作。

2 故障分析

數控彎管機B 軸控制系統為半閉環控制系統，由工控機、伺服放大器、伺服電機等組成，其控制原理簡圖如圖1。

圖1 B 軸控制原理簡圖

如圖1 所示，數控彎管機B 軸控制系統由工控機、伺服放大器、伺服電機、運動控制卡等部分組成。當彎管機執行原點回歸操作時，工控機發指令到伺服放大器，伺服放大器接收指令后驅動B 軸電機旋轉，進而帶動B 軸旋轉。 當B 軸旋轉至零點開關時，零點開關發脈沖到運動控制卡，運動控制卡與工控機通訊后，工控機發指令到伺服放大器控制伺服電機停止。

數控彎管機B 軸出現無法回零時，根據數控彎管機回零原理，可以從以下幾點排除故障：

表1 B 軸回零故障一般處理方法

3 B 軸回零控制系統優化

數控彎管機出現B 軸無法回零現象，現場觀察后，發現故障具有一定偶然性，因此可以排除伺服驅動器故障，初步確定故障原因可能為線路故障導致。 確定檢修方案為在故障出現時，測量相應點位電位確定故障原因。 但在故障出現時測量中間轉接點B2與24G1管腳間有低電平，此信號在運動控制卡PCI-1240U B2與24G1管腳間也有低電平，因此可以排除零點感應開關及線纜故障。根據故障排除法，初步確定故障原因可能為工控機內部板卡故障或程序內部問題造成，但將工控機B 軸板卡與Y 軸板卡互換后，故障依舊存在，因此可以排除板卡故障，確定問題原因為程序內部問題導致。對故障現象進行觀察、分析后，發現故障出現時間都是在彎管過程中出現，而在機床啟動進行原點回歸時未出現，為進一步分析故障原因，現將控制系統程序回零原理闡述如下：

圖2 B 軸回零控制系統流程圖

圖3 優化后B 軸控制系統流程圖

（上接第56 頁）根據控制系統流程圖，只有編碼器回零和零點感應器有脈沖時，系統才完成B 軸回零，雖然此種控制模式系統使用范圍廣泛，控制精度高，但在軟件邏輯計算上條件要求非常高，軟件設計非常繁瑣。 結合現有的彎管工藝及加工的產品類型，對B 軸控制系統進行了優化，優化后控制系統流程圖如圖3。

如圖3 所示，系統優化后，在進行管件彎制時，去除了回零時零點感應器脈沖條件， 采用工控機讀編碼器當前位置來確定B 軸是否回零。當工控機接到回零指令后，伺服驅動器驅動伺服電機反向旋轉，當反向旋轉角度與正向旋轉角度相加之和為零時， 伺服電機停止旋轉，B 軸回零完畢。 由于加工的產品是圓管，而B 軸控制的是各個彎角之間的相對角度，因此編碼器及齒輪傳動中的小誤差不會對彎管的精度造成影響。

4 結束語

數控彎管機控制系統優化后，在機床啟動時，只有同時滿足編碼器歸零和零點感應器有脈沖兩個條件才完成數控彎管機的原點回歸。這樣就能大大降低因改變控制系統模式對機床精度的影響，從而在保證機床精度的前提下完成了控制系統的優化。控制系統優化后運行穩定，彎制管件滿足工藝圖紙技術要求。消除了機床不良狀態，保證了設備的正常運行。