西門子840D 系統(tǒng)換刀故障診斷與維修

趙明園

（北京航星機(jī)器制造有限公司，北京 100074）

0 引言

隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展，各大制造企業(yè)均采用了數(shù)控機(jī)床加工的模式，數(shù)控加工有著很多的優(yōu)點(diǎn)，例如加工精度高、工藝集成度高等。機(jī)械手換刀裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，同時(shí)也是數(shù)控機(jī)床能夠高精度、高效率工作的重要原因。近年來，借助機(jī)械手換刀裝置，各行業(yè)的細(xì)小、復(fù)雜零部件均得到有效加工，對(duì)于提高零部件加工水平具有重要的意義。但是，機(jī)械手換刀裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可能會(huì)因?yàn)橹T多因素的影響出現(xiàn)各種故障，影響數(shù)控機(jī)床的工作效率。在數(shù)控機(jī)床維修過程中，換刀故障十分常見，因此對(duì)西門子840D 系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床中的機(jī)械手換刀裝置故障及維修方法進(jìn)行分析，對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納總結(jié)。

1 換刀故障描述

公司一臺(tái)國(guó)產(chǎn)臥式加工中心采用西門子公司840D 數(shù)控系統(tǒng)，各進(jìn)給軸為全閉環(huán)控制，反饋配置增量式脈沖編碼器。在執(zhí)行換刀程序時(shí)，機(jī)床各軸按順序回到第二參考點(diǎn)，主軸定向停止后，機(jī)械手不動(dòng)作，數(shù)秒過后機(jī)床報(bào)警“700114，換刀位置錯(cuò)誤”。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解的情況，該設(shè)備有一年多沒有進(jìn)行過自動(dòng)換刀了，這次換刀是因?yàn)楣に囆枰攀褂昧俗詣?dòng)換刀功能。

2 換刀故障原因分析

機(jī)床發(fā)生故障，首先要檢查是否有報(bào)警信息，該報(bào)警是PLC用戶報(bào)警。該報(bào)警信息是由機(jī)床生產(chǎn)廠家自行編寫定義的。根據(jù)報(bào)警信息內(nèi)容了解到應(yīng)該是機(jī)床的換刀位置出現(xiàn)了問題，所以無法進(jìn)行換刀。通過查看換刀宏程序，沒有發(fā)現(xiàn)問題，并且各軸所在的換刀位置也是參數(shù)設(shè)定的位置。初步分析機(jī)床廠家在PLC 程序里添加了檢測(cè)條件，只有當(dāng)所有設(shè)定條件滿足時(shí)，才可以執(zhí)行換刀動(dòng)作，因此需要借助PLC 程序來進(jìn)行故障診斷。既然機(jī)床出現(xiàn)了報(bào)警信號(hào)可以通過700114 這個(gè)報(bào)警號(hào)來對(duì)PLC故障原因進(jìn)行分析。

西門子用戶報(bào)警是在DB2 數(shù)據(jù)區(qū)域。通過查找西門子840D 調(diào)試手冊(cè)PLC 接口信號(hào)部分，經(jīng)過計(jì)算，該報(bào)警信息對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為DB2.DBX189.6，當(dāng)該信號(hào)為1 時(shí)就觸發(fā)700114 號(hào)報(bào)警。使用SIMATIC Manager 軟件，將機(jī)床PLC 程序上載到電腦內(nèi)，點(diǎn)擊選項(xiàng)菜單選擇參考數(shù)據(jù)，進(jìn)入交叉參考界面，搜索DB2.DBX189.6，查找到該信號(hào)線圈位置。查找并提煉出與報(bào)警相關(guān)的PLC 程序如下：

根據(jù)以上程序分析，只有當(dāng)M55.4、M55.5 信號(hào)同時(shí)為0 并且M29.0 為1 時(shí)，經(jīng)過T99 定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間延時(shí)后觸發(fā)DB2.DBX189.6 報(bào)警。

首先對(duì)M29.0 信號(hào)進(jìn)行跟蹤，確認(rèn)該程序段觸發(fā)邏輯，DB21.DBX194.6 也就是執(zhí)行M6 指令后，當(dāng)M54.0、DB200.DBX7.3、DB200.DBX7.7 同時(shí)為0 時(shí)，將M29.0 信號(hào)置1，在T99設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，如果M29.0 不能在這段時(shí)間內(nèi)被復(fù)位掉，那么就會(huì)觸發(fā)報(bào)警。而在下方程序段M29.0、M55.4、M55.5 同時(shí)為1 時(shí)就可將M29.0 復(fù)位掉，很顯然故障點(diǎn)在M55.4 和M55.5 這兩個(gè)中間寄存器這里。跳轉(zhuǎn)到M55.4 和M55.5 這兩個(gè)信號(hào)的應(yīng)用程序段，查看M55.5 信號(hào)，它是由M25.3 寄存器為1 時(shí)接通，M25.3 由M24.3 和M23.3 同時(shí)都為1 時(shí)接通，通過在線診斷功能，查看M23.3 為1 信號(hào)狀態(tài)正常，M24.3 信號(hào)為0，繼續(xù)查找M24.3 觸發(fā)邏輯，根據(jù)程序段分析，DB37.DBX60.5 和DB37.DBX61.4 兩個(gè)信號(hào)都為1，代表主軸停止并且定向完成，DB90.DBD16 和DB90.DBD68 這兩個(gè)是浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換F 格式，數(shù)據(jù)顯示，這兩個(gè)數(shù)據(jù)邏輯判斷錯(cuò)誤，根據(jù)邏輯判斷要求DB90.DBD16≥DB90.DBD68，這樣才能輸出為1。實(shí)際診斷的結(jié)果是DB90.DBD68>DB90.DBD16，其中DBD90.DBD16 是采集主軸編碼器的反饋數(shù)據(jù)，而DBD90.DBD16 是之前出廠設(shè)定的數(shù)據(jù)，因此第一個(gè)故障點(diǎn)確定了。繼續(xù)檢查M55.4 的導(dǎo)通條件是M25.1 和M25.4 都為1 時(shí)導(dǎo)通，根據(jù)在線診斷，發(fā)現(xiàn)M25.4 為0，繼續(xù)向上查找M25.4 導(dǎo)通條件是當(dāng)M23.4 和M24.4 都為1時(shí)導(dǎo)通，根據(jù)診斷信號(hào)，M23.4 為0，查找M23.4 觸發(fā)邏輯，根據(jù)程序段分析DB34.DBX60.5 和DB34.DBX61.4 兩個(gè)信號(hào)都為1代表W 軸到位置，DB90.DBD12 和DB90.DBD72 與上面DB90數(shù)據(jù)類型相同，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)顯示這兩個(gè)信號(hào)邏輯判斷錯(cuò)誤，根據(jù)邏輯要求是DB90.DBD12≥DBD90.DBD72 信號(hào)，實(shí)際診斷是DBD90.DBD12

3 機(jī)床換刀故障處理

根據(jù)PLC 在線診斷的數(shù)據(jù)結(jié)果，首先將DBD90.DBD72 由-12.55 改為-12.75，此時(shí)M23.4 和M24.4 都為1，M55.4 信號(hào)為1；將DBD90.DBD16 由2 改成27，此時(shí)M23.3 和M24.3 都為1，M55.5 信號(hào)為1。再次執(zhí)行換刀程序，此時(shí)換刀動(dòng)作正確，機(jī)床無任何報(bào)警，多次執(zhí)行換刀程序，機(jī)床無異常，故障解除。修改前后數(shù)值見表1。

4 結(jié)語

事后經(jīng)過多方了解，該設(shè)備曾經(jīng)更換過主軸編碼器，但是因?yàn)楫?dāng)時(shí)并沒有換刀的工藝需求，維修人員僅僅是在調(diào)整過定向角度后就結(jié)束了維修工作，當(dāng)時(shí)也并沒有進(jìn)行自動(dòng)換刀測(cè)試。在之前維修過程中，沒有考慮機(jī)床廠家編寫PLC 程序時(shí)，為安全起見在換刀點(diǎn)位置做了邏輯判斷，經(jīng)過此次深入了解和維修后，將其故障分析維修過程進(jìn)行總結(jié)，也是希望這次維修過程能夠?qū)ν瑯I(yè)人員再遇到此類問題時(shí)，提供參考與幫助。

表1 修改前后數(shù)值