CK0625 數控車床超程檢測程序改進

李 虹 王洪義 陸 江

作者通聯：沈陽航空職業技術學院電工電子系 沈陽市大東區和睦路12號 110043

E-mail：LH670201@163.com

一般情況下，數控機床生產廠家為防止伺服軸的滾珠絲杠螺母脫落，會在伺服軸的兩個行程末端各安裝一個限位開關，進行正、負兩個方向的硬件超程檢測，并且編制超程檢測的控制程序，以便發生超程時系統能立即終止超程軸或機床的所有運動，并給出報警提示。CK0625 數控車床因其伺服軸的行程較短，廠家在每個軸上各只安裝一個防止超程的限位檢測開關。正常情況下，這種設計可起到超程保護的作用，但當操作者誤操作時，這種保護設施就會形同虛設，出現絲杠螺母脫落的現象。

一、CK0625 數控車床

1.超程保護措施

圖1 CK0625 數控車床超程保護

該數控車床配備FANUC-0i-mate-TD 系統，伺服驅動為FANUC βi 系列伺服單元，主軸采用三菱D700 變頻器進行驅動。為防止硬件超程，機床廠家采用以下雙重保護措施。

（1）硬件保護。機床廠家在X和Z 兩個伺服軸上各安裝1個限位開關，硬件連線見圖1a，其中SQ1 檢測X 軸的超程，SQ2檢測Z 軸的超程。廠家在每個軸的正、負方向上各安裝了1個撞塊，開關靜止不動，撞塊隨著伺服軸運動。因此，若兩者安裝位置恰當，X 軸正向運行并到達極限位置時，其中的一個撞塊（X軸的正向限位撞塊）就會撞擊SQ1，起到該軸正向超程檢測的作用，反之，當軸向反向運行至極限位置時，另一個撞塊（X 軸的負向限位撞塊）則會撞擊SQ1，Z 軸同理。SQ1和SQ2 只是起到超程檢測的作用，至于伺服軸超程后能否立即停下來，則完全由數控系統控制。

（2）軟件保護。將各軸限位開關的接口信號X8.5和X8.6 與急停按鈕的接口信號X8.4 串聯，共同影響數控系統的急停信號（圖1b），其中X12.7 是超程釋放按鈕的接口信號地址，G8.4 是數控系統急停信號（*ESP）的接口地址。只要X8.5、X8.6和X8.43個信號中的任一信號的狀態為0（某軸硬件超程或按下急停按鈕），都會使G8.4 變成0，數控系統就會令數控機床立即停止所有運動，同時顯示器出現EMG 閃爍的急停報警信息。

根據圖1b 程序，一旦某軸硬件超程引起機床出現急停情況，就要通過按住機床操作面板上的“超程釋放”按鈕，使其對應的接口信號X12.7 變為1，進而使G8.4 重新恢復成1。此時，數控系統將自動脫離急停狀態，“EMG”閃爍的急停報警信息也會自動消失，系統允許機床的各種運動。若按住機床操作面板上反方向的軸運行按鈕，將軸向超程反方向移動至安全區域后，再松開“超程釋放”按鈕即可。

2.存在的問題

（1）超程時，系統只能給出“EMG”閃爍的急停報警信息，并不提示引起急停的原因，操作者往往需要自行判斷原因，如是急停按鈕被按下還是某軸超程，難度大、效率低。

（2）根據上述工作原理及超程解除的過程可知，某軸超程后，若失誤按錯方向按鈕，將導致超程軸繼續向超程方向移動，易造成螺母從絲杠上脫落（該機床已發生多次）。

二、改進措施

1.FANUC 系統超程檢測功能

FANUC 0i mate-TD 系統具有完善的超程檢測功能，系統自身具有超程檢測信號（軸超程信號）。技術改進的思路是在原梯形圖中加入系統的超程檢測信號，利用檢測信號進行控制。機床每個伺服軸正、負兩個方向若均配備超程檢測開關，則技術改進容易實現。但該機床每個伺服軸只有1個限位開關，改進工作難度較大（機床廠家也因此未利用數控系統超程檢測功能）。

FANUC 系統的超程檢測信號及接口地址為*+L1～*+L4＜G114＞和*-L1～*-L4＜G116＞，+/-表明方向，數字與伺服軸相對應。由于每個控制軸的每個方向都具有該信號，因此，數控系統可通過這些信號的狀態判斷每個伺服軸在哪個方向上已到達行程極限。超程檢測信號為0 時，系統控制單元動作如下。

（1）自動操作時，即使只有1個軸超程信號變為0，所有軸均減速停止，產生“超程”報警且運行停止。

（2）手動操作時，僅移動信號為0的軸減速停止，產生“超程”報警，停止后的軸可向反方向移動。

（3）一旦超程信號變為0，其移動方向被存儲，即使信號變為1，在報警清除前，該軸將不能再向超程方向運動。

利用上述數控系統對超程檢測信號的3個反應，尤其是反應（3），無需改動硬件，只要在梯形圖中增設超程檢測程序，即可有效防止超程后因誤操作造成絲杠螺母的脫落。

2.程序改進（圖2）

圖2 改進后的超程保護梯形圖

G114和G116為軸超檢測程信號，F106 是伺服軸移動方向信號，FANUC系統共有4個這類信號，F106.0、F106.1、F106.2和F106.3 分別為第1、2、3和4 軸移動方向信號。當此類信號的狀態為1 時，表示相應軸在負方向移動，0 表示相應軸在正方向移動。K3.0～K3.3為PLC 內的保持型繼電器，其功能是即使系統下電，它們的狀態也會保持為下電前的狀態。改進后控制程序具有以下特點。

（1）解除超程時，即使按錯方向鍵，數控系統也不允許超程軸繼續向超程方向運行，從根本上杜絕滾珠絲杠螺母脫落。

（2）超程時，數控系統會在顯示器上顯示“506#超程：+XX軸”或“507#超程：-XX 軸”的報警信息，操作者可很快了解故障原因。

程序修改后，經過反復超程驗證，改進效果理想。