基于FANUC故障診斷設(shè)備的PMC調(diào)試案例研究

劉 玲

（湖北廣播電視大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢430074）

FANUC數(shù)控故障診斷設(shè)備是一個(gè)多元化、多模塊的設(shè)備，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)的診斷、電氣部分的鏈接、加工的精度測(cè)量等。通過觀察PMC參數(shù)，工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)床的電氣故障發(fā)生位置，全面了解機(jī)床工作狀態(tài)。電氣故障也是數(shù)控機(jī)床最容易發(fā)生的問題，數(shù)控機(jī)床電器件之間的接線十分復(fù)雜，如果只用普通萬用表等電子工具去檢測(cè)，勢(shì)必會(huì)耗費(fèi)工作人員的精力和時(shí)間，而通過查看PMC的工作狀態(tài)找出問題的發(fā)生段，再與傳統(tǒng)檢測(cè)方式結(jié)合起來以排除機(jī)床的電氣故障，可達(dá)到事半功倍的效果［1－2］。

1 數(shù)控故障診斷設(shè)備中PMC故障的設(shè)計(jì)思想

要正確的定位數(shù)控機(jī)床的電氣故障部位，需要采取正確的方法和手段，通過PMC梯形圖查找是數(shù)控機(jī)床維修常用的方法，這需要學(xué)習(xí)者掌握完整的數(shù)控機(jī)床電氣硬件組成、電氣之間的線路連接。

1.1 數(shù)控機(jī)床CNC和PMC關(guān)系

FANUC系統(tǒng)中的PLC均為內(nèi)裝PMC［5］。內(nèi)裝型的PMC性能指標(biāo)由所屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、使用機(jī)床的類型等確定。其硬件和軟件都被作為CNC系統(tǒng)的基本組成與CNC系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分緊湊（圖1）。

圖1 FANUC 0i－Mate系統(tǒng)單元配置圖

1.2 PMC的結(jié)構(gòu)和控制信號(hào)工作流程

在PMC中，地址為G和F的信號(hào)，由CNC控制軟件決定其地址。例如，自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)信號(hào)ST的地址是G7.2。機(jī)床和PMC之間的接口信號(hào)（地址X和Y）是由機(jī)床廠家設(shè)計(jì)人員分配的。急停信號(hào)（＊ESP）和跳轉(zhuǎn)信號(hào)（SKIP）等高速信號(hào)由CNC直接進(jìn)行讀取。這些直接輸入信號(hào)的X地址是確定的［3］。其他信號(hào)的X和Y地址可根據(jù)實(shí)際情況任意定義［3］（圖2）。

圖2 PMC信號(hào)工作流程

1.3 PMC常見故障

數(shù)控機(jī)床中輔助功能實(shí)現(xiàn)需要以PMC為中心，在CNC、PMC、機(jī)床三者之間進(jìn)行信息交換，數(shù)控系統(tǒng)需要對(duì)機(jī)床主軸正反轉(zhuǎn)與啟停、工件的夾緊與松開、刀具更換、工位工作臺(tái)交換、液壓與氣動(dòng)、切削液開關(guān)、潤(rùn)滑等輔助工作進(jìn)行順序控制，這些都需要采用 PMC完成［4］。

PMC和CNC之間的信息交換分為兩部分，其中CNC傳送給PMC的信息主要包括各種功能代碼M、S、T的信息，手動(dòng)／自動(dòng)方式信息及各種使能信息等；PMC傳送給CNC的信息主要包括M、S、T的應(yīng)答信息和各坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)的機(jī)床參考點(diǎn)等。所有CNC送至PMC或PMC送至CNC的信息含義和地址均由FANUC廠家決定好了，PMC編程者只可使用，不可改變和增加刪除。

PMC和機(jī)床之間的信息交換也分為兩部分，其中PMC向機(jī)床發(fā)送的信息主要是控制機(jī)床的執(zhí)行元件，如電磁閥、繼電器、接觸器以及各種狀態(tài)指標(biāo)和故障報(bào)警等；由機(jī)床傳送給PMC的信息主要是機(jī)床操作面板輸入信息和其上各種開關(guān)、按鈕的信息，如機(jī)床啟停、主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、停止、各坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)、刀架卡盤的夾緊與松開、切削液的開關(guān)、倍率選擇及運(yùn)動(dòng)部件的限位開關(guān)信號(hào)等信息。圖3為FANUC系統(tǒng)PMC的信息交換流程圖。X信號(hào)為機(jī)床到PMC的信號(hào)；Y為PMC到機(jī)床的信號(hào)；G為PMC到CNC的信號(hào)；F為CNC系統(tǒng)到PMC的信號(hào)。

圖3 PMC信息交換流程圖

2 典型PMC案例應(yīng)用

2.1 機(jī)床工作狀態(tài)PMC故障

數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)開關(guān)是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床的編輯狀態(tài)、存儲(chǔ)運(yùn)行狀態(tài)、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)、手輪進(jìn)給狀態(tài)、手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給狀態(tài)、返回參考點(diǎn)、DNC狀態(tài)等［4］。

圖4 系統(tǒng)工作狀態(tài)的PMC梯形圖

圖4 各參數(shù)含義詳見FANUC 0i簡(jiǎn)明聯(lián)機(jī)調(diào)試手冊(cè)，圖中G代碼是PMC傳給CNC的，F(xiàn)代碼是CNC傳給PMC的，可以通過修改G代碼來設(shè)置故障，讓學(xué)習(xí)者去查找工作狀態(tài)的哪部分出現(xiàn)故障，例如，將G43.2改成0，其手輪狀態(tài)則失效，學(xué)習(xí)者在使用機(jī)床手輪工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)手輪搖動(dòng)的時(shí)候機(jī)床沒有移動(dòng)，首先可以查找G43.2是不是為1，可以很快發(fā)現(xiàn)已經(jīng)被出題人修改成0，只需將其改成1，手輪狀態(tài)即可以恢復(fù)。

此例僅僅是眾多故障設(shè)置中的一個(gè)，后面不僅可以通過修改位參數(shù)來改變PMC中的參數(shù)，還可以通過改變PMC和機(jī)床之間的硬件連線來改變X位的值來判定故障的發(fā)生點(diǎn)，例如，故意將手輪控制面板后面的接線松開，達(dá)到斷路的效果，然后運(yùn)行FANUC系統(tǒng)CNC，利用手輪方式調(diào)節(jié)機(jī)床位置，可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)時(shí)候手輪也會(huì)失去作用，但是使用者并不知道到底是哪里出了問題，那么最行之有效的方式就是通過查看PMC的X＼G參數(shù)值，發(fā)現(xiàn)X4.0值任何時(shí)候都是為0的，這就說明外部根本沒有得電，可以比較快、準(zhǔn)地確定故障一定發(fā)生在外部硬件部分，然后通過萬用表去測(cè)量電路的通斷，發(fā)現(xiàn)連線沒有連接好，接完線，再試，手輪正常工作，故障排除，這種方式解決起來可以說是有的放矢［5］。

2.2 車床自動(dòng)換刀PMC故障

數(shù)控車床應(yīng)用最多的是轉(zhuǎn)塔式刀架（又稱電動(dòng)刀架）。轉(zhuǎn)塔式刀架是用磚塔刀頭座安裝或夾持各種不同用途的刀具，通過轉(zhuǎn)塔的旋轉(zhuǎn)分度定位來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的換刀動(dòng)作。數(shù)控車床電動(dòng)刀架PMC控制梯形圖中的 X2.1、X2.2、X2.3為角度編碼器的實(shí)際刀號(hào)檢測(cè)輸入信號(hào)地址，X2.6為角度編碼器位置選通信號(hào)地址，通過常數(shù)定義指令把轉(zhuǎn)塔當(dāng)前實(shí)際位置的刀號(hào)寫入地址D302中。詳細(xì)工作過程可參見文獻(xiàn)［6］，設(shè)備故障可以設(shè)置在多處，通過改變參數(shù)來設(shè)置故障。

圖5 數(shù)控車床電動(dòng)刀架控制梯形圖

圖5 中，R值是不能改變的，可通過改變X、D302、F26的值來設(shè)置刀架轉(zhuǎn)動(dòng)故障，例如直接設(shè)置D302中的值為00001000，系統(tǒng)辨別為8號(hào)刀具，通過梯形圖的判斷，機(jī)床8號(hào)刀具不存在，所以在換刀的過程中，刀架是不做任何動(dòng)作的。又或者設(shè)置F26的值為4，PMC執(zhí)行時(shí)默認(rèn)的最大刀具號(hào)就是4，當(dāng)選擇5號(hào)或者6號(hào)刀具時(shí)，機(jī)床刀架不會(huì)轉(zhuǎn)到相應(yīng)的刀具，因?yàn)镕26的值限制了最大的刀具號(hào)，一旦超過的最大刀具號(hào)的刀架被選中，PMC梯形圖工作時(shí)自動(dòng)去掉了5號(hào)和6號(hào)刀具，使其刀架轉(zhuǎn)換的時(shí)候不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)到位，故障排除人員首先就得去看看F26的值是不是被限制住，只需要將其改為比最大刀具號(hào)大一個(gè)的數(shù)字7，就可以選擇5、6號(hào)刀具。

硬件方面，可改變角度編碼器和外部保護(hù)措施等X的值，把熱繼電器X2.4對(duì)應(yīng)的線路斷路，那梯形圖在工作時(shí)將會(huì)不執(zhí)行刀具轉(zhuǎn)換，即使其他參數(shù)都是正確的，再去看這個(gè)梯形圖工作時(shí)候的狀態(tài)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)X2.4沒有亮影，說明其根本沒有接通而導(dǎo)致?lián)Q刀不正常，很快發(fā)現(xiàn)是其接線端沒有通電，工作人員只需將其接通即可。

2.3 輔助功能程序代碼故障

數(shù)控機(jī)床的功能代碼包括 M代碼、T代碼、S代碼。以M代碼為例，M代碼用來指定主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、主軸停止及主軸定向停止，冷卻液的供給和關(guān)閉，工件或刀具的夾緊和松開，刀具自動(dòng)更換等功能的控制，圖6是輔助功能M代碼PMC控制。

通過設(shè)置G的值來設(shè)置故障，例如將G70.5和G70.4梯形圖換位，那在實(shí)際編程的時(shí)候 M03和M04就分別變成了主軸的反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)，和原來主軸的正反轉(zhuǎn)正好相反，學(xué)習(xí)者在了解故障時(shí)也會(huì)覺得正反轉(zhuǎn)反過來了，首先去查找是不是接線主軸電機(jī)的接線反了，按照說明書的接線完全正確，下一步就會(huì)想到是不是PMC的原因，打開PMC的梯形圖，很明顯地看到這兩個(gè)輸出線圈畫錯(cuò)位置，只需將其修改為原來的正確放置位置，故障即排除。這一部分故障讓學(xué)習(xí)者了解功能代碼部分的軟件和硬件工作原理，熟練掌握其工作過程，對(duì)于故障診斷和排除有很大幫助。

圖6 輔助功能M代碼PMC控制

［1］ 韓 江.基于FANUC系統(tǒng)STAR206T數(shù)控綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007（07）：38－39.

［2］ 尹志強(qiáng).基于FANUC 0i—Mate系統(tǒng)數(shù)控車床綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究與開發(fā)［J］.控制與檢測(cè).2009（07）：57－59.

［3］ 黃文廣.FANUC數(shù)控系統(tǒng)連接與調(diào)試 ［M］.北京：高等教育出版社，2011：4－5.

［4］ 涂家海.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修 ［M］.武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2009：163－164.

［5］ 羅永新.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修 ［M］.長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2008：52－53.

［6］ 劉 江.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修 ［M］.北京：高等教育出版社，2007：94－98.