加工中心是目前世界上產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。其綜合加工能力較強(qiáng)，工件一次裝夾后，能完成較多的加工內(nèi)容，且加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設(shè)備的5-10倍，特別是它能完成許多普通設(shè)備不能完成的加工，對(duì)形狀復(fù)雜，精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為適用。

　　加工中心是當(dāng)代高新技術(shù)機(jī)、電、光、氣一體化的結(jié)晶，電氣復(fù)雜，管路交叉林立，數(shù)控系統(tǒng)五花八門，產(chǎn)品從上世紀(jì)70年代到如今，不能互換，故障現(xiàn)象也是千奇百怪，各不相同，特別是大型、重型數(shù)控機(jī)床，價(jià)格昂貴，安裝、調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)。數(shù)控機(jī)床內(nèi)有成千上萬(wàn)只元器件，若其中一個(gè)出問(wèn)題，就會(huì)引起機(jī)床的不正常現(xiàn)象，再加上大型、重型數(shù)控機(jī)床體積龐大，在無(wú)恒溫廠房條件下使用，環(huán)境的影響很容易引發(fā)故障，因此目前國(guó)內(nèi)加工中心開動(dòng)率平均僅為20%-30 %，學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床故障診斷、維修有重要意義，掌握故障診斷與維修的技術(shù)，有利于提高數(shù)控機(jī)床的使用效率。

　　本文就利用PLC和萬(wàn)用表對(duì)FANUC-oi系統(tǒng)加工中心典型的回參故障進(jìn)行巧妙維修略作探討分析，僅供同行參考。

1 加工中心結(jié)構(gòu)和回參操作

　　以FANUC一系統(tǒng)的加工中心為例，在介紹基本結(jié)構(gòu)及原理的基礎(chǔ)上，再闡述利用PLC及萬(wàn)用表，對(duì)加工中心回參操作的故障進(jìn)行診斷維修的方法。

　　1.1 加工中心結(jié)構(gòu)

　　加工中心有各種類型，雖然外形結(jié)構(gòu)各異，但總體上是由以下幾大部分組成。

　　(1)基礎(chǔ)部件。由床身、立柱和工作臺(tái)等大件組成，是加工中心結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部件。這些大件有鑄鐵件，也有焊接的鋼結(jié)構(gòu)件，要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)的切削負(fù)載，因此必須具備更高的靜動(dòng)剛度，也是加工中心中質(zhì)量和體積最大的部件。

　　(2)主軸部件。由主軸箱、主袖電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動(dòng)、停止等動(dòng)作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過(guò)裝在主軸上的刀具進(jìn)行切削。主軸部件是切削加工的功率輸出部件，是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的好壞，對(duì)加工中心的性能有很大的影響。

　　(3)數(shù)控系統(tǒng)。由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅(qū)動(dòng)裝置以及電動(dòng)機(jī)等部分組成.是加工中心執(zhí)行順序控制動(dòng)作和控制加工過(guò)程的中心。

　　(4)自動(dòng)換刀裝置(ATC)。加工中心與一般數(shù)控機(jī)床的顯著區(qū)別，是具有對(duì)零件進(jìn)行多工序加工的能力，有一套自動(dòng)換刀裝置

　　1.2 回參操作的動(dòng)作

　　加工中心參考點(diǎn)又名原點(diǎn)或零點(diǎn)，是機(jī)床的機(jī)械原點(diǎn)和電氣原點(diǎn)相重合的點(diǎn)，是原點(diǎn)復(fù)歸后機(jī)械上固定的點(diǎn)。每臺(tái)機(jī)床可以有一個(gè)參考原點(diǎn)，也可以據(jù)需要設(shè)置多個(gè)參考原點(diǎn)，用于自動(dòng)刀具交換〔atc)或自動(dòng)拖盤交換( apc)等。參考點(diǎn)作為工件坐標(biāo)系的原始參照系，機(jī)床參考點(diǎn)確定后，各工件坐標(biāo)系隨之建立。

　　機(jī)械原點(diǎn)，是基本機(jī)械坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)，機(jī)械零部件一旦裝配完畢.機(jī)械原點(diǎn)隨即確立。

　　電氣原點(diǎn)，是由機(jī)床所使用的檢測(cè)反饋元件所發(fā)出的柵點(diǎn)信號(hào)或零標(biāo)志信號(hào)確立的參考點(diǎn)。

　　為了使電氣原點(diǎn)與機(jī)械原點(diǎn)重合，必須將電氣原點(diǎn)到機(jī)械原點(diǎn)的距離，用一個(gè)設(shè)置原點(diǎn)偏移量的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。這個(gè)重合的點(diǎn)就是機(jī)床原點(diǎn)。

　　在加工中心使用過(guò)程中，機(jī)床手動(dòng)或者自動(dòng)回參考點(diǎn)操作是經(jīng)常進(jìn)行動(dòng)作。不管機(jī)床檢測(cè)反饋元件，是配用增量式脈沖編碼器還是絕對(duì)式脈沖編碼器，在某些情況下，如進(jìn)行atc或apc過(guò)程中，機(jī)床某一軸或全部軸都要先回參考原點(diǎn)。

　　手動(dòng)回參考點(diǎn)的動(dòng)作如下:

　　(1)確保機(jī)床通電且與PC電腦聯(lián)機(jī)完成‘已起動(dòng)控制軟件)，將機(jī)床操作面板上的工作方式開關(guān)置于手動(dòng)回參的位置上。

　　(2)分別按壓+Z、+Y、-X軸移動(dòng)方向按鈕一下，則系統(tǒng)既控制機(jī)床往參考點(diǎn)位置處快速移動(dòng)，當(dāng)快到達(dá)參考點(diǎn)附近時(shí)，各軸自動(dòng)減速，再慢慢趨近直至到達(dá)參點(diǎn)后停下。

　　(3)到達(dá)參考點(diǎn)后，機(jī)床面板上回參考點(diǎn)指示燈亮。

　　1.3 回參操作的原理方法。

　按機(jī)床檢測(cè)元件檢測(cè)原點(diǎn)信號(hào)方式的不同，返回機(jī)床參考點(diǎn)的法有兩種。一種為柵點(diǎn)法，另一種為磁開關(guān)法。

　　在柵點(diǎn)法中，檢測(cè)器隨著電機(jī)一轉(zhuǎn)信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)柵點(diǎn)或一個(gè)零位脈沖，在機(jī)械本體上安裝一個(gè)減速撞塊及一個(gè)減速開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到的第一個(gè)柵點(diǎn)或零位信號(hào)即為原點(diǎn)。

　　在磁開關(guān)法中，在機(jī)械本體上安裝磁鐵及磁感應(yīng)原點(diǎn)開關(guān)，當(dāng)磁感應(yīng)原點(diǎn)開關(guān)檢測(cè)到原點(diǎn)信號(hào)后，伺服電機(jī)立即停止，該停止點(diǎn)被認(rèn)作原點(diǎn)。

　　柵點(diǎn)方法的特點(diǎn)是:如果接近原點(diǎn)速度小于某一固定值，則伺服電機(jī)總是停止于同一點(diǎn)，也就是說(shuō)，在進(jìn)行回原點(diǎn)操作后，機(jī)床原點(diǎn)的保持性好。

　　磁開關(guān)法的特點(diǎn)是:軟件及硬件簡(jiǎn)單，但原點(diǎn)位置隨著伺服電機(jī)速度的變化而成比例地漂移，即原點(diǎn)不確定。

　　目前，幾乎所有的機(jī)床都采用柵點(diǎn)法。

2 PLC原理及檢測(cè)故障的思路和方法

　　(1) PLC。全稱是PROGRAMMABLE LOGIC CONTRI-LOR:可編程序邏輯控制器。PLC是用來(lái)控制數(shù)控機(jī)床的順序動(dòng)作的，可完成以下功能。

　　1)編譯功能—對(duì)機(jī)床控制而板的各個(gè)按鍵、旋鈕輸人信號(hào)進(jìn)行編譯處理;對(duì)輔助功能指令進(jìn)行編譯。

　　2)機(jī)床外部輸入/輸出信號(hào)的控制一-將機(jī)床側(cè)的開關(guān)信號(hào)送入PLC，經(jīng)運(yùn)算后，送出運(yùn)算結(jié)果，控制機(jī)床的動(dòng)作。

　　3)伺服控制—控制主軸和伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的使能信號(hào)。

　　4)其他外圍設(shè)備的控制。

　　PLC與機(jī)床及系統(tǒng)之間信號(hào)傳遞(如圖1)oX寄存器為機(jī)床輸出到PLC的開關(guān)信號(hào);Y寄存器為PLC輸出到機(jī)床的開關(guān)信號(hào);R寄存器為PLC內(nèi)部中間寄存器;G寄存器為PLC輸出到計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的的開關(guān)信號(hào);F寄存器為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)輸出到PLC的開關(guān)信號(hào);P寄存器為PLC外部參數(shù)，可由機(jī)床用戶設(shè)置共有100組;B寄存器為斷電保護(hù)信息，共有100組。

　　(2) FANUC oi系統(tǒng)應(yīng)用的PLC (PMC)。 FANUC數(shù)控系統(tǒng)將PLC記為PMC，稱作可編程機(jī)床控制器，即專門用于控制機(jī)床的PLCo。 FANUC系統(tǒng)控制有PMCL和PMCM兩種。PMC-L的處理機(jī)與主機(jī)共用，最大步數(shù)為S 00t)步。PMC-M采用專用處理機(jī)，微處理器為80186，專用一塊板，插在主板上，最大步數(shù)為8 000步。兩種PMC的掃描周期均為16 ms。

　　(3) FANUC of系統(tǒng)PMC與外部信息的交換。PMC , CNC(數(shù)控系統(tǒng))和MT(機(jī)床)三者之間的信息交換，需要通過(guò)三者間的接口進(jìn)行，F(xiàn)ANUC Oi M系統(tǒng)的接口概況如圖2所示。接口包括4部分:機(jī)床至PMC (MT→PMC),PMC至機(jī)床(PMC→MT), CNC至PMC(CNC→PMC), PMC至CNC(PMC→ CNC)。

　　(4)與PLC有關(guān)故障檢測(cè)的思路和方法。

　　1)根拒括交障號(hào)診斷故障—根據(jù)機(jī)床出現(xiàn)的報(bào)普號(hào)及報(bào)警說(shuō)明，找到故障相對(duì)應(yīng)的PLC程序及PLC狀態(tài)，確定故障為PLC內(nèi)部故障還是機(jī)床側(cè)故障。

　　2)根據(jù)動(dòng)作順序診斷故障—數(shù)控機(jī)床上的任何操作，都是按照一定的順序來(lái)完成的，因此觀察機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，比較正常和故障時(shí)的情況，就可診斷出故障。

　　3)根據(jù)控制對(duì)象的工作原理診斷故障—數(shù)控機(jī)床的PLC程序，是按照控制對(duì)象的工作原理設(shè)計(jì)的，通過(guò)控制對(duì)象的工作原理進(jìn)行分析，結(jié)合PLC的I /0口狀態(tài)檢查。

　　4)通過(guò)梯形圖和vo狀態(tài)診斷故障—根據(jù)PLC的梯形圖來(lái)分析和診斷故障，是解決數(shù)控機(jī)床外圍故障的基本方法，首先搞清機(jī)床的工作原理.動(dòng)作順序和連鎖關(guān)系，利用系統(tǒng)的自診斷功能，根據(jù)梯形圖察看相關(guān)的輸人l輸出狀態(tài)，從而確定故障的原因。

　　5)動(dòng)態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障—當(dāng)有些I/O出現(xiàn)故障時(shí)，由于過(guò)程變化過(guò)快，察看I/O及標(biāo)志無(wú)法跟蹤，此時(shí)需要通過(guò)PLC動(dòng)態(tài)跟蹤，觀察I/O及標(biāo)志的瞬間變化，作出診斷。

　　有了PLC和CNC(數(shù)控系統(tǒng))和MT(機(jī)床)三者之間的連接圖，再配合PLC故障檢測(cè)的思路和方法，就可方便地檢修機(jī)床了。

3 檢修的實(shí)施

　　3.1 準(zhǔn)備工作

　　(1)檢修用的器具。萬(wàn)用表一個(gè);35W電烙鐵一把;鉗子、螺絲刀、電工刀等電工工具一套;內(nèi)六角扳手一套;毛巾一條;毛刷一把。

　　(2)檢修前的準(zhǔn)備工作及注意事項(xiàng)。

　　1)了解加工中心的結(jié)構(gòu);
　　2)掌握加工中心的回參操作及原理;
　　3)掌握PLC的常識(shí);
　　4)最好有該加工中心的說(shuō)明書和電氣圖及PLC梯形圖;
　　5)掌握電工電子方面有關(guān)的知識(shí)及技能;
　　6)拆卸、調(diào)整時(shí)應(yīng)記錄原來(lái)的位置，以便復(fù)原;
　　7)檢修時(shí)不要盲目亂敲亂碰，以免擴(kuò)大故障，越修越壞;
　　8)注意安全。設(shè)備電氣用電為380V,注意不要觸電傷害人身和設(shè)備。

　　3.2 檢查修理

　　(1)現(xiàn)象。VMC800加工中心回參考點(diǎn)時(shí)，Y軸向回參的相反方向移動(dòng)，隨后出現(xiàn)報(bào)警，顯示屏上出現(xiàn):500超程:-Y。

　　(2)原因分析。這臺(tái)VMC800加工中心是配備FANUC oi系統(tǒng)，采用半閉環(huán)控制方式，使用增量脈沖編碼器作為檢測(cè)反饋元件。該機(jī)床回參考點(diǎn)采用柵點(diǎn)法回參，開機(jī)Y軸回參考點(diǎn)的過(guò)程為:回參考點(diǎn)軸先以快速移動(dòng)，當(dāng)零點(diǎn)開關(guān)被擋塊壓下時(shí)，PLC輸人點(diǎn)X9.1信號(hào)由1變?yōu)镺,CNC接收到該跳變信號(hào)后輸出減速指令，使Y軸制動(dòng)后并以低速向反方向移動(dòng)，當(dāng)擋塊釋放零點(diǎn)開關(guān)時(shí)，X9.1信號(hào)由0跳變?yōu)?,Y軸制動(dòng)后改變方向，以回參考點(diǎn)速度向參考點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)零點(diǎn)開關(guān)再次被擋塊壓下時(shí)，X9.1信號(hào)由1變?yōu)?。，此時(shí)起，CNC接收到的增量脈沖編碼器發(fā)出的零位標(biāo)志脈沖XO時(shí)，Y軸再繼續(xù)運(yùn)行到參數(shù)設(shè)定的距離后停止，參考點(diǎn)確立，回參過(guò)程結(jié)束。

　　明白了此機(jī)的回參過(guò)程及原理后，根據(jù)上訴的故障現(xiàn)象，判斷故障可能是出在零點(diǎn)開關(guān)、擋塊、系統(tǒng)參數(shù)、軟限位設(shè)定和編碼器上出了問(wèn)題.導(dǎo)至Y軸在回參時(shí)，開關(guān)不能復(fù)位。

　　(3)檢查?，F(xiàn)用PLC的梯形圖和狀態(tài)圖加以檢查，縮小故障范圍:按下面板上的SYSTEM按鍵，再按下PMCLAD按鍵，就看到FLC的梯形圖，輸人Y31.4，按下SEARCH(搜索)就看見(jiàn)Y軸回參梯形圖如圖3所示。

　　當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，F(xiàn)94.1和Y31.4都變紅，表明系統(tǒng)有信號(hào)過(guò)來(lái)，也表明編碼器是好的;查看PLC的狀態(tài)圖:按下面板上的SYSTEM按鍵，再按下PMCDGM按鍵，再按下STATUS就看到PLC的狀態(tài)圖，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，X9.1始終為0，沒(méi)有變化，這樣就把故障點(diǎn)縮小到零點(diǎn)開關(guān)、擋塊、系統(tǒng)參數(shù)、軟限位設(shè)定等，簡(jiǎn)化了修理過(guò)程。

　　(4)修理。把機(jī)床Y軸的蓋拆開，摸一下?lián)鯄K，沒(méi)有松，再拆下零點(diǎn)開關(guān)檢查，發(fā)現(xiàn)其非常臟，鐵屑鋁屑都翰在上面，開關(guān)伸縮不靈活，徹底清理干凈，再裝好，用萬(wàn)用表檢查開關(guān)的通斷，正常;開機(jī)再回參，此時(shí)，回參動(dòng)作基本正常，只是在差不多回參完成時(shí)，又出現(xiàn)超程報(bào)警，顯示屏上出現(xiàn):500超程:+Y，再試二次，故障照舊，這個(gè)時(shí)候，就懷疑是系統(tǒng)參數(shù)和軟限位設(shè)定出現(xiàn)問(wèn)題;首先檢查軟限位設(shè)定，在MDI方式下按下OFS/SET，把參數(shù)寫入由0改為1，按下SYSTEM，點(diǎn)擊參數(shù)，進(jìn)人機(jī)床參數(shù)面版，輸人1320，點(diǎn)擊搜索，可以看到軟限位設(shè)定參數(shù):

　　然后再回參，報(bào)警消除，再回幾次，也正常，最后又把1320和1321中的參數(shù)改回原來(lái)的參數(shù)，故障徹底消除。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文為筆者多年來(lái)在檢修加工中心的各種故障中，最為經(jīng)典的一役。加工中心電氣復(fù)雜，管路交叉林立，數(shù)控系統(tǒng)五花八門，故障現(xiàn)象也是千奇百怪。而回不了參考點(diǎn)的故障，是較常見(jiàn)的故障之一。這種故障一般又是由擋塊的松動(dòng)、零點(diǎn)開關(guān)的失靈、系統(tǒng)參數(shù)的丟失、軟限位設(shè)定不準(zhǔn)等因素引起的。