數(shù)控機床故障分類及利用PMC進行故障診斷

盧彥峰　呂岑

隨著數(shù)控技術(shù)在機械加工行業(yè)的廣泛推廣和應(yīng)用，數(shù)控維修技術(shù)的地位越來越重要，同時市場對數(shù)控機床故障診斷與維修的高素質(zhì)人才的需求也越來越迫切。由此可見，熟練掌握數(shù)控機床故障診斷維修技術(shù)與方法已經(jīng)成為機電數(shù)控類學生必須具備的技能之一，因此，開展基于系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)控機床故障診斷與維修教學實驗平臺，對提高學生的數(shù)控機床故障診斷維修技術(shù)水平具有重要意義。

數(shù)控機床發(fā)生故障的原因多、而且比較復(fù)雜，現(xiàn)針對數(shù)控機床故障診斷與維修教學實驗平臺將設(shè)置常見的故障分為以下幾類：

（1）電氣及機械故障

數(shù)控機床的電氣故障主要包括強電故障與弱電故障兩種故障模式，強電部分是指接觸器、繼電器、熔斷器、開關(guān)、電動機、電源變壓器、電磁鐵、行程開關(guān)等電氣元器件及其所組成的電路，弱電部分主要有PMC控制器、CNC裝置、伺服裝置、顯示器以及I/O裝置等電路。

數(shù)控機床的機械故障主要表現(xiàn)在以下幾個方面：導(dǎo)軌運動摩擦與機械傳動誤差過大，故障表現(xiàn)為加工精度差，傳動噪聲大，運行阻力大。通過在PMC中設(shè)置故障可進行故障診斷的訓(xùn)練，在PMC中增加故障程序段常用的有兩種方法，分別是串聯(lián)、并聯(lián)觸點。通過在無故障PMC上串聯(lián)己定義好的常閉或常開觸點，使其輸入進CNC的信號得出相反的值，可達到設(shè)置故障的目的。為了使故障診斷實驗臺的故障指示燈亮，可在該段增加的程序后，并聯(lián)一條語句，將地址送入故障設(shè)置對應(yīng)的PMC輸出。還可以設(shè)置主軸、刀架上的一些機械故障。

（2）無報警顯示及報警顯示故障

無報警顯示故障發(fā)生時，就是指無任何硬件或軟件的報警顯示。例如機床通電后，在手動方式或自動方式運行時，X軸出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，無任何報警顯示。對于此類故障需具體問題具體分析，即根據(jù)故障發(fā)生的前后狀態(tài)進行診斷。報警顯示故障可以區(qū)分為硬件報警顯示與軟件報警顯示兩種類型。其中，硬件報警顯示是指數(shù)控系統(tǒng)各組成單元裝置由小型指示燈或者LED發(fā)光管組成的顯示狀態(tài)指示器。軟件報警顯示是指CRT顯示器上顯示出來的報警號和報警信息。

（3）軟件故障、硬件故障

軟件故障指CNC數(shù)控系統(tǒng)加工程序出錯、系統(tǒng)程序和參數(shù)設(shè)置出錯或者缺損等，一般通過認真修改參數(shù)和檢查程序可以解決這類故障。硬件故障是指數(shù)控裝置的印制電路板上集成電路芯片、接插件和外部連接組件發(fā)生的故障，例如集成電路短路、輸入輸出接口損壞等人為的故障，通過故障診斷實驗平臺設(shè)置故障，學生通過仔細觀察故障信息，分析判斷故障原因，使用排除法確定是否為人為故障。

CNC數(shù)控機床的PMC程序，屬于機床生產(chǎn)廠家的第二次開發(fā)產(chǎn)品，也就是生產(chǎn)廠家根據(jù)用戶對機床的功能需求和機床自身的特點，編制了機床運行控制程序，對運行過程進行監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常情況時，報警信息便會發(fā)出。因此，在現(xiàn)場故障診斷與維修中，應(yīng)充分利用采集的各種報警信息，這樣以利于我們迅速排除故障。

在PMC正常運行情況下，分析與PMC相關(guān)的故障時，應(yīng)先定位不正常的輸出結(jié)果，例如機床進給停止是因為PMC向系統(tǒng)發(fā)出了進給保持的信號；機床潤滑報警是因為PMC輸出了潤滑監(jiān)控的狀態(tài)；換刀中間停止，是某一動作的執(zhí)行元件沒有接受到PMC的輸出信號。數(shù)控機床的PMC程序?qū)儆跈C床廠的二次開發(fā)，即他們根據(jù)機床的功能和特點，編制相應(yīng)得動作順序以及報警文本，對控制過程進行監(jiān)控，當出現(xiàn)異常情況時，會發(fā)出相應(yīng)得報警，我們在維修過程中，要充分利用這些信息。

（1）根據(jù)故障號診斷故障

應(yīng)用實例：某數(shù)控機床的換刀系統(tǒng)，換刀指令不動作，在顯示器上顯示報警號，通過查手冊得知該報警號對應(yīng)的是“刀庫換刀謂之錯誤”。通過分析，可初步判斷故障發(fā)生在換刀裝置和刀庫兩部分上，位置檢測信號為“0”，即無信號送至PMC，可能的原因是：一是機械問題造成的動作不到位而使開關(guān)感應(yīng)不到；二是接近開關(guān)失效。首先檢查機械部分，手動控制機械臂的電磁閥，機械運轉(zhuǎn)正常，從而排除機械及液壓上的故障。其次檢查接近開關(guān)，用一金屬片接近接近開關(guān)，發(fā)現(xiàn)其開關(guān)正常。經(jīng)檢查，該故障與其上兩點分析無關(guān)。經(jīng)過操作觀察，兩次換刀時間的間隔小于PMC所規(guī)定的時間，從而造成程序執(zhí)行錯誤，引起報警。

（2）依據(jù)控制對象工作原理診斷故障

數(shù)控機床PMC的程序是按照對象控制的原理來設(shè)計的，通過對控制對象工作原理的分析，結(jié)合PMC的I/O狀態(tài)檢測故障。在FANUC0iMate-TD系統(tǒng)中，梯形圖編程語言G則是由PMC輸出到NC的信號，F(xiàn)則是來自CNC側(cè)的輸入信號。

應(yīng)用實例：某一數(shù)控車床使用FANUC-OT系統(tǒng)，當腳踏尾座開關(guān)使套筒頂尖頂緊工件時，系統(tǒng)產(chǎn)生報警。故障診斷排除：在系統(tǒng)診斷狀態(tài)下，調(diào)出PMC輸入信號，發(fā)現(xiàn)腳踏尾座開關(guān)輸入X04.2為“1”，尾座套筒轉(zhuǎn)換開關(guān)X17.3為“1”，，潤滑油液面開關(guān)X17.6為“1”。調(diào)出PMC輸出信號，當腳踏尾座開關(guān)被壓下時，輸出Y49.0為“1”，同時電磁閥也得電。這說明系統(tǒng)PMC輸入/輸出狀態(tài)均正常，分析尾座套筒液壓系統(tǒng)的故障可能性較大。由于單向閥的作用，尾座套筒向前時的油壓得到保持，該油壓使壓力繼電器常開觸點接通，在系統(tǒng)PMC輸入信號中XO.2為“l(fā)”，但檢查系統(tǒng)PMC輸入信號XO.2為“O”，說明壓力繼電器有問題，經(jīng)進一步檢查發(fā)現(xiàn)其觸點損壞。

（3）基于PMC的I/O狀態(tài)診斷故障

在CNC數(shù)控機床中，輸入/輸出信號傳遞一般都要通過PMC接口來實現(xiàn)，因此，許多故障都可以從PMC的I/O接口表現(xiàn)出來。利用數(shù)控機床的這個特點，能夠為故障診斷提供方便，即使不用萬用表也可以知道信號的狀態(tài)信息，但有一個前提，必須要熟練掌握故障狀態(tài)和控制對象正常狀態(tài)的有關(guān)知識。

（4）動態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障

利用PMC的梯形圖開展故障診斷是進行數(shù)控機床外圍故障診斷的基本方法，通過這種方法診斷機床故障，首先必須要搞清機床的動作順序、工作原理和連鎖關(guān)系，然后通過機外編程器或者結(jié)合系統(tǒng)的診斷功能，利用PMC梯形圖，查看標志位和相關(guān)輸入/輸出狀態(tài)，診斷故障原因。有些數(shù)控系統(tǒng)帶客隊梯形圖進行監(jiān)控，調(diào)出梯形圖界面，即可以看到I/O點的通斷狀態(tài)和整個梯形圖的執(zhí)行過程，有的系統(tǒng)則無法通過數(shù)控系統(tǒng)進行檢測，必須通過機外編程器才能監(jiān)控梯形圖程序的運行。有些PMC在發(fā)生故障時，因過程變化快，可查看1/0及標志位狀態(tài)的瞬間變化，根據(jù)PMC的工作原理作出診斷。

（5）利用PMC對數(shù)控機床進行故障診斷應(yīng)注意的方面

通過以上思路我們從中可以看出，要利用好PMC對CNC數(shù)控機床實施故障檢測需要注意以下幾個方面內(nèi)容：了解牢記機床各組成部分檢測開關(guān)的安裝位置，例如加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺、刀庫和機械手，數(shù)控車床的尾架和旋轉(zhuǎn)刀架，機床的氣、液壓系統(tǒng)中接近開關(guān)、壓力開關(guān)和限位開關(guān)等；了解執(zhí)行機構(gòu)部件的先后動作順序，如氣缸、液壓缸的電磁換向閥等，弄清其相對應(yīng)的PMC輸出信號標志；了解各種條件標志，如停止、夾緊、啟動、放松和限位等標志信號；借助必要的診斷功能，必要時可用編程器跟蹤梯形圖的動態(tài)變化，搞清故障原因，根據(jù)機床的工作原理作出判斷。

近20年來，隨著數(shù)控技術(shù)在機床業(yè)的廣泛應(yīng)用，數(shù)控機床作為一種自動化程度高、可靠性和穩(wěn)定性優(yōu)、加工作業(yè)精度高的機床，具有高質(zhì)量、柔性好、高效率和高可靠性等多種特點，能夠有效滿足現(xiàn)代加工生產(chǎn)的迫切需要。但是當數(shù)控機床發(fā)生故障時，一般的維修保障人員無法準確地進行故障診斷，需要生產(chǎn)廠家專業(yè)技術(shù)人員提供現(xiàn)場服務(wù)，這樣不但需要花費大量金錢和時間，而且還會嚴重制約著數(shù)控機床的維修效率。因此，為了顯著提高故障診斷實驗平臺的實用性，使其做到“實用、管用、可用”必須進一步完善其功能，建立一個服務(wù)于數(shù)控機床的遠程故障診斷服務(wù)平臺具有非常重要的意義。

建立這樣一個故障診斷服務(wù)平臺，就是通過Internet將數(shù)控機床技術(shù)支持與服務(wù)等相關(guān)數(shù)控機床診斷信息、用戶信息等有效組織在一起，構(gòu)建一個基于Internet的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控機床故障診斷與服務(wù)保障體系。在這種服務(wù)保障體系條件下，運用可重構(gòu)技術(shù)，使分布在不地域的數(shù)控機床診斷資源實現(xiàn)有效組合，以便能夠根據(jù)不同的數(shù)控機床機型、不同的應(yīng)用情況快速重構(gòu)相應(yīng)的故障診斷服務(wù)平臺，從而有效提高服務(wù)平臺的通用性和可重用性。

[責任編輯：許麗]