巧解辛辛那提加工中心刀具位置錯亂故障

范海龍

(中國北車集團大同電力機車有限責任公司，山西 大同 037038)

1 故障現象

筆者公司一臺FTV-850-1200 辛辛那提立式加工中心在自動換刀時出現刀位錯亂故障，如圖1 所示，左側標識12 號刀具應該正常定位的位置，右側標識故障位置。故障時，應該是抓取12 號刀，可是12 號刀的移動距離卻多出了兩個刀位且不在正常位置，所以導致14號刀被主軸擠掉。屏幕顯示U 軸位置是1200.000，沒有任何報警。

2 故障分析過程

2.1 機床概況

該加工中心的數控系統為GE-FANUC 18i-MB。它有4 個軸，X、Y、Z 和U 軸。其中U 軸是刀庫軸。由圖2 機床俯視圖可知，該機床使用平置鏈式刀庫，刀具鏈條環繞著移動立柱，U 軸電動機隱藏在動立柱的下面，維修空間很小。如果不拆除動立柱，檢查U軸電動機和鏈條很困難。該機床的U 軸是伺服電動機驅動的，它用伺服位置控制方式取代了PLC 的計數控制方式，可以省去大量的梯形圖程序和外部檢測信號，故障點相對要少很多，而且可以使刀具的移動過程更直觀。

2.2 刀庫的運行方式

在JOG 方式下，試用手輪將U 軸開回正確位置，可是沒有找到U 軸手輪操作功能，只好用點動按鈕CHAIN INC 鍵或CHAIN DEC 鍵操作U 軸。發現每點動一次U 軸，鏈條移動一個刀位，屏幕顯示U 軸移動的距離增加或減少100.000，最大移動到3600.000，實際顯示為0.000。由此可見，U 軸的最小指令單位是100.000，即在U 軸的可定位位置中只有0.000、100.000、200.000、…、3500.000 共36 個點。若想將刀具移動到正常位置，就要移動一段小于100.000 的距離，就好比要讓X 軸移動小于最小指令單位0.001 mm的距離，從數控的角度講，是不能實現的。

在MDI 方式下，執行換刀指令T14 M6。在此要特別注意，一定要在主軸抓刀之前，將程序復位，放棄換刀指令，以免主軸再次碰掉刀具。屏幕顯示U 軸位置如圖3 所示。可見，系統的位置反饋和發出的指令是一致的，這就是為什么系統沒有報警。

2.3 刀庫的基準位置

2.3.1 了解硬件配置

如圖4 所示，電氣柜內配有分離型檢測器接口單元SDU1，且JA4A 接口接了電池，說明機床各軸都使用了分離型絕對位置檢測器，靠電池記憶參考位置。機床的基準位置是在初次調試時確定的。從操作的角度講，就是每次上電后不用再進行回參考點操作。

2.3.2 查看參數設置

根據參數1006#0(圖5)和參數1260(圖6)的設置，U 軸被作為回轉軸控制，回轉一周為3600000。

硬件配置情況從1815 號參數的設置得到了印證。查FANUC18i 參數說明書得到1815 的解釋如下:

OPT=1 使用分離式位置檢測器。

APC=1 使用絕對式位置檢測器。

APZ=1 當使用絕對式位置檢測器時，機床位置與絕對位置檢測器的對應已經完成。

如圖7 中1815 號參數第4 位(APZ)的設置情況可以說明機床位置與檢測器對應已經完成，并沒有丟失。但是很明顯，目前刀具位置是錯亂的，因此必須重新完成機床位置與檢測器的對應。

2.3.3 弄清參考位置之所在

根據FANUC 系統參數手冊的解釋，如果有電池記憶數據，可以手動將APZ 改成1，那么數控系統即視為完成了機床位置與檢測器的對應。于是，筆者試著將U 軸的1815#4 即APZ 改成0，此時，出現報警“300 APC ALARM:U AXIS NEED ZRN”，出現此報警說明U 軸的參考位置已經丟失。然后再改APZ=1，會出現報警“000 PLEASE TURN OFF POWER”。按照報警提示，斷電重啟之后，屏幕顯示如圖8 中U 軸位置變為0.000，而不再是更改參數前圖3 中顯示的1400.000。從此參數更改過程發現規律，即APZ 由0 變1 后，系統默認處在抓刀位置(圖2 所示)的是0 號刀位，也就是參考位置或者說基準位置。

3 故障解決方案

3.1 找正刀具位置

經過之前的分析，筆者想到了兩個找正刀具位置的辦法:(1)脫開電動機，如果屏幕上顯示某號刀位，就將該刀位盤回到抓刀位置，再裝回電動機。此方法工作量大，且由于機床的U 軸電動機隱藏在動立柱的下面，拆裝電動機和盤動鏈條的工作都不好實施，所以不可取。(2)想辦法利用系統指令讓U 軸在移動過程中，某號刀具位置對正主軸抓刀位置時立即停止，然后利用1815 號參數重新進行刀具基準位置的調試，具體步驟如下:

第一步，在MDI 方式執行換刀指令T## M6，U 軸轉動時將倍率調整到較低檔位，當所選刀具轉動到抓刀位置時，將倍率打到0，讓刀庫停止轉動，按RESET鍵終止換刀指令。本操作技巧，可以輕而易舉地將刀具對準抓刀位置，而不必使用拆卸電動機，盤動鏈條的笨辦法。

第二步，把參數1815 的APZ 由1 改成0，出現報警“300 APC ALARM:U AXIS NEED ZRN”后，再把APZ 改回1，出現報警“000 PLEASE TURN OFF POWER”，斷電重啟。

第三步，調整主軸抓刀。轉換到MDI 方式，再次執行換刀指令，并仔細觀察抓刀時主軸錐孔與刀柄是否能夠對正，如果發現仍有偏差，可以重復步驟一、二的操作，直到主軸錐孔可以對正刀柄時，即視為刀具位置已經調整完成。

3.2 找回參考位置

轉換到JOG 方式，按CHAIN INC 或CHAIN DEC鍵，點動U 軸，將0 號刀具轉動到主軸抓刀位置，再執行上面的步驟二。

此時，0 號刀具停在抓刀位置，屏幕顯示如圖8中U 軸位置。然后，執行自動換刀指令T12 M6，12號刀具按預期正確停在了圖1 左側12 所指的位置。至此，說明已經找回了刀具的參考位置，機床恢復正常了。

4 結語

該加工中心出現的刀具錯亂故障并不常見，因此，處理故障時，筆者只能憑借著對FANUC 系統參數的理解，邊熟悉設備，邊整理思路，然后找出參考位置的復歸辦法。這次刀具位置錯亂故障的順利解決，得益于倍率開關的操作技巧。只有熟悉機床的操作，了解其運行方式，才能夠順利解決故障。本實例中，故障的分析思路和處理方法對大家解決同類問題頗有借鑒意義。

［1］FANUC B-63530CM-0216i 18i-B 參數說明書［Z］.

［2］FTV-850-1200 Maintenance manual［Z］.

［3］秦曉陽，周欽河.數控銑床、加工中心維修［M］.北京:中國水利水電出版社，2011.

［4］徐建高.FANUC 系統數控銑床(加工中心)編程與操作實用教程［M］.北京:化學工業出版社，2010.