CA20 精密數控慢走絲線切割機故障維修

劉 盛，馬 慧

（中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900）

0 引言

慢走絲線切割放電加工機床是以工件為一個電極，以金屬線為另一電極，在兩個電極（正、負電極）之間加上高頻脈沖電壓，并澆注礦物油、乳化液或者是去離子水等工作液，通過不斷產生的火花放電，使得工件不斷地被燒蝕，同時通過數控系統控制金屬絲與工件的相對運動，按照所要求的形狀和尺寸對工件進行加工。它能彌補傳統機械加工方法的不足，加工高硬度、高韌性、高強度、高脆性等難加工材料制成的工件，以及精密細小、形態復雜和結構特殊的工件，被廣泛應用于航空航天、汽車以及模具加工等行業。北京阿奇夏米爾工業電子有限責任公司生產的CA20 浸水式精密數控慢走絲線切割放電加工機，采用瑞士原裝進口脈沖電源、電機驅動單元，具有成熟的運絲控制系統，運絲穩定且張力恒定[1]。針對該機型1 例系統開關機奇異故障的診斷與處理進行分析，可為瑞士阿奇夏米爾公司同類產品CUT20 提供參考。

1 故障現象

生產車間一臺CA20 浸水式精密數控慢走絲線切割放電加工機床正常關機后，再無法正常開機，其故障前無異常情況，且表現為按開機按鈕，機床HMI PC 操作平臺與CNC PC 無法得電開機，再按關機按鈕反而HMI PC 操作平臺與CNC PC 得電，開機延時一段時間后又掉電的奇異現象。

2 故障診斷與分析

通過查閱機床維護手冊強電控制功能[2]，如圖1 所示，可知CA20 浸水式精密數控慢走絲線切割放電加工機床系統開關機控制功能主要由SUS-B03 強電控制模塊完成，其包含開、關機繼電控制回路與開、關機邏輯控制電路。根據由簡入繁思路依次檢查開、關機繼電控制回路開機與關機按鈕、急停按鈕及電纜連接、繼電器等均正常。開、關機繼電控制原理如圖2 所示，機床主開關合閘后控制變壓器TC1 副邊繞組輸出一組AC 19 V 電源經保險FUS1 到BR1 整流橋AC/DC 變換，K1 繼電器吸合，GL2綠色指示燈點亮，若未按下急停按鈕則K2 繼電器吸合，按下開機按鈕K3 繼電器吸合并自鎖，K4 繼電器、K5 繼電器及主接觸器KM1 同時得電吸合，K6 繼電器則延時得電吸合控制UPS 電源輸出。以上繼電器—接觸器控制過程經檢查均正常，故障診斷范圍深入到開關機邏輯控制電路。

圖1 機床強電控制功能

圖2 開、關機繼電控制原理

機床系統開、關機邏輯控制核心是一塊通用陣列可編程邏輯器件（PAL，Programmable Array Logic），其具體型號為GAL16V8D-15LP，開關機邏輯控制原理如圖3 所示，開機邏輯運算表達式為O5=I3+I5·，正常關機邏輯運算表達式為O2=，控制開關機過程簡述如下：

圖3 開關機邏輯控制原理

（1）開機時，主開關閉合，按下開機按鈕，K1/K2/K3/K4/K5/K6 繼電器及主接觸器KM1 得電吸合，K6 觸點閉合UPS 被高電平上升沿開啟，輸出220VAC 電源，ACDC1 電源模塊輸出DC5V電源PAL 可編程邏輯器件得電，GL3 指示燈亮，K8 吸合，K6 斷開，因PAL 的I3 輸入為高電平則O5 輸出高電平，K7 吸合后HMI 與CNC PC 開關電源得電系統開機。

（2）關機時，按下關機按鈕，K3/K4/K5 繼電器與主接觸器KM1 失電斷開，因I3 輸入變為低電平，I1 與I2 輸入維持高電平則PAL 可編程邏輯器件O2 輸出變低電平形成灌電流，共陽極隔離光耦導通正常停信號傳遞給CNC PC，CNC PC 報告HMI PC 啟動關機流程，關機過程HMI PC 將保存加工信息、軸位置信息等各類數據，HMI PC 保存完數據后關閉系統，CNC PC 收到HMI PC 的系統關機信號后輸出數據存儲完畢信號給PAL，PAL 使得K9 吸合，K9 觸點閉合時間大于1 s 則UPS 將輸出關閉，HMI PC、CNC PC、PAL 都掉電，GL3 指示燈滅，K7/K9 失電復位，完成關機。

開、關機繼電控制回路正常，UPS 在按下開機按鈕后正常輸出了AC 220 V 電源，GL3 指示燈亮，但K7 繼電器未得電吸合。而經檢測PAL 可編程邏輯器件I3 輸入為高電平正常，可O5輸出為低電平，再按下關機按鈕后，I3 輸入變為低電平，反而O5輸出變高電平，K7 繼電器得電吸合，HMI 與CNC PC 異常得電系統開機，但同時PAL 的O2 輸出由高電平變低電平，正常發出關機信號，從而產生系統剛開機又立即執行關機程序。至此可確定為通用陣列可編程邏輯器件GAL16V8D-15LP 損壞，邏輯功能錯誤導致了奇異故障。

3 故障處理

由于邏輯功能錯誤需更換GAL16V8D-15LP 芯片并燒錄邏輯控制程序。GAL16V8D 作為通用的可編程邏輯器件，可選程序開發軟件較多，如Protel 99 SE、WinCupl 及ABEL，采用Protel 99 SE 中集成的Advanced PLD 99 編輯開發環境可支持基于原理圖和基于CUPL 語言的PLD 設計。而基于原理圖設計直觀形象、操作簡便，適用于小規模程序設計。基于原理圖設計編輯邏輯控制程序如圖4 所示，編譯輸出JEDEC 格式的下載文件，采用通用編程器燒錄到目標器件中即可。最后離線測試正常，再上機測試恢復設備運行。

圖4 PAL 邏輯控制原理

4 結束語

可編程邏輯器件與傳統邏輯器件的主要區別是它的可編程性，它的邏輯功能是由用戶構成的。使用可編程邏輯器件，可以使系統設計非常靈活，并極大的提高系統的集成度。因此替換損壞可編程邏輯器件相較與傳統邏輯器件，具有更高層次的難度，但掌握其接口定義與控制邏輯，替換仍是可行的，此例故障處理可有一定的借鑒意義。