基于流程圖的數(shù)控機(jī)床輔助功能相關(guān)故障診斷方法探析

摘 要：文章建立了一種數(shù)控機(jī)床輔助功能相關(guān)故障診斷流程圖，并以此流程圖為基礎(chǔ)，以YL-569型HNC-818B數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備刀庫(kù)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)為例，分析故障原因。

關(guān)鍵詞：輔助功能；流程圖；故障診斷

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）30-0094-02

為了盡可能地提升機(jī)床加工精度與加工效率，現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床上都加載了大量的輔助功能，如自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)換刀、自動(dòng)夾緊、自動(dòng)排屑、自動(dòng)冷卻、自動(dòng)潤(rùn)滑等。這些功能大都通過(guò)PLC進(jìn)行處理，它們的控制信號(hào)都是開關(guān)量信號(hào)，對(duì)于這類故障的維修往往不僅要解決機(jī)械方面的問(wèn)題，而且要從電氣方面入手，特別是通過(guò)PLC狀態(tài)來(lái)快速的判斷、確定故障的位置及解決方法。

1 數(shù)控機(jī)床輔助功能相關(guān)故障診斷流程

數(shù)控機(jī)床輔助功能相關(guān)故障診斷的流程圖如圖1所示，其描述了故障判斷的一般思維過(guò)程。

在流程圖中，故障現(xiàn)象是指數(shù)控機(jī)床故障狀態(tài)下的各種外部表現(xiàn)，其主要包括各種報(bào)警（機(jī)床報(bào)警指示燈或者是系統(tǒng)報(bào)警號(hào)）、機(jī)床動(dòng)作（主要是與正常狀態(tài)下不同的）以及從機(jī)床外部能觀察到的各種現(xiàn)象，這是分析故障原因的基礎(chǔ)。一般來(lái)說(shuō)，使用中的數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)問(wèn)題，人為因素居多，因此在分析故障前，一定要充分搜集來(lái)自操作人員的各種信息，包括：故障前操作、故障的具體表現(xiàn)等。同時(shí)，還應(yīng)充分收集機(jī)床的各種報(bào)警信息，包括：各種報(bào)警指示燈、系統(tǒng)報(bào)警及PLC報(bào)警等。只有清楚這些信息后，才能做到有的放矢。

因?yàn)楝F(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床輔助控制多為開關(guān)量控制，其動(dòng)作執(zhí)行為PLC接收來(lái)自機(jī)床的各種輸入信號(hào)（主要為各種按鍵、行程開關(guān)、傳感器），通過(guò)梯形圖的描述，控制相應(yīng)輸出驅(qū)動(dòng)元件（主要為繼電器、電磁閥、接觸器）動(dòng)作，接通主運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)傳動(dòng)鏈帶動(dòng)執(zhí)行部件完成相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。所以，在流程圖中進(jìn)行故障分析時(shí)可以分別從機(jī)械、電氣及PLC三個(gè)方面著手，用單因素分析的方法，快速確定各種可能原因，然后再把各種影響因素綜合起來(lái)進(jìn)行分析，找出關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)，進(jìn)而最終確定故障的原因，并予以排除。

2 具體故障原因分析

下面以YL-569型HNC-818B數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備刀庫(kù)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)為例，進(jìn)行具體故障原因分析。刀庫(kù)電路圖如圖2所示，刀庫(kù)輸入如圖3所示，刀庫(kù)輸出圖如圖4所示。

2.1 故障現(xiàn)象

數(shù)控機(jī)床在執(zhí)行自動(dòng)換刀指令T01M06后，主軸定位到第二參考點(diǎn)（換刀點(diǎn)），主軸定向后整個(gè)換刀動(dòng)作便停止下來(lái)無(wú)法向后進(jìn)行，此時(shí)循環(huán)啟動(dòng)燈持續(xù)亮起。

2.2 斗笠刀庫(kù)換刀動(dòng)作分析

刀庫(kù)自動(dòng)換刀指令M06的固定循環(huán)如下：

%1006

G10L53P010332R7

G10L53P102021R8

G10L53P102022R9

G11

IF [[#7] EQ 1]

M98P0001 ；斗笠式刀庫(kù)（加工中心式）

ENDIF

IF [[#7] EQ 2]

M98P0002 ；機(jī)械手刀庫(kù)

ENDIF

IF [[#7] EQ 4]

M98P0003 ；斗笠式刀庫(kù)（鉆攻中心式）

ENDIF

M99 ；M06子程序返回

%0001

G04P20

G40

IF [#190189 EQ #100026]

M99

ENDIF

M35 ；換刀開始標(biāo)記

M32 ；換刀檢查

G53G49G90G0Z[#8] ；定位到換刀位置

M33 ；第二參考點(diǎn)到位檢查

M05 ；主軸停止

M19 ；主軸定向開

IF [#190188 NE #190189]

M26

ENDIF

M23 ； 刀庫(kù)進(jìn)

G4P1000

M21 ； 刀具松

G4P1000

G53G90G0Z[#9] ； Z抬刀

M34 ；第三參考點(diǎn)到位檢查

G4P1000

M25 ； 選刀

G4P1000

G53G90G0Z[#8] ； 定位到換刀位置

M33

G4P1000

M22 ； 刀具緊

M24 ； 刀庫(kù)退

G4P1000

M20 ； 主軸定向關(guān)

M36 ；換刀結(jié)束標(biāo)記

M99 ；子程序結(jié)束

2.3 分析步驟

2.3.1 故障現(xiàn)象的收集與分析、報(bào)警信息

機(jī)床動(dòng)作：主軸定位到第二參考點(diǎn)（換刀點(diǎn)），主軸定向后整個(gè)換刀動(dòng)作便停止下來(lái)無(wú)法向后進(jìn)行。分析：結(jié)合自動(dòng)換刀固定循環(huán)，主軸定向后即執(zhí)行M23刀庫(kù)進(jìn)動(dòng)作，而此時(shí)無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行，因此初步判斷為刀庫(kù)進(jìn)存在故障。機(jī)床信息：循環(huán)啟動(dòng)燈持續(xù)亮起，無(wú)報(bào)警顯示。分析：無(wú)報(bào)警顯示證明機(jī)床運(yùn)行無(wú)錯(cuò)誤；循環(huán)啟動(dòng)燈持續(xù)亮起，說(shuō)明數(shù)控機(jī)床此時(shí)正在執(zhí)行相關(guān)指令，進(jìn)一步將故障指向M23刀庫(kù)進(jìn)這一動(dòng)作。

2.3.2 故障判斷

①機(jī)械原因。該型號(hào)設(shè)備刀庫(kù)前進(jìn)動(dòng)作由氣缸推動(dòng)刀庫(kù)沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此應(yīng)重點(diǎn)檢查氣缸活塞桿與刀庫(kù)本體的連接是否正常，刀庫(kù)與導(dǎo)軌的配合是否正常。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即解決，如果不存在上述問(wèn)題，還應(yīng)手動(dòng)操作控制氣缸動(dòng)作的電磁閥，確定機(jī)械結(jié)構(gòu)能正常動(dòng)作。

②電氣原因。通過(guò)查看機(jī)床電氣原理圖可以發(fā)現(xiàn)控制刀庫(kù)前進(jìn)信號(hào)為Y3.0信號(hào)，Y3.0控制繼電器KA15的線圈，KA15的輔助常開觸電控制相應(yīng)電磁閥直流24V電源線202和200的導(dǎo)通。在進(jìn)行檢查的時(shí)候，先斷電檢查各段信號(hào)線的通斷情況，判斷是否存在斷路或虛接的情況，如果存在立即解決，如果不存在上述問(wèn)題，那么上電后再測(cè)量各電源的輸入情況，如：Y3.0在執(zhí)行M23指令時(shí)，是否為低電平；202、200是否為直流24 V等。有問(wèn)題立即解決，如果不存在問(wèn)題，再檢查電器元件，如I/0模塊、繼電器等，在檢查電器元件時(shí)，可以通過(guò)替換法來(lái)進(jìn)行。

③控制程序。主要包括兩個(gè)方面，一個(gè)是固定循環(huán)，另一個(gè)是PLC梯形圖。對(duì)于升級(jí)改造后的數(shù)控機(jī)床，一般需要重點(diǎn)關(guān)注這兩部分內(nèi)容，看是否存在邏輯結(jié)構(gòu)上的不合理。對(duì)于一般使用的數(shù)控機(jī)床，這兩塊內(nèi)容可以對(duì)故障診斷起到輔助判斷的作用。如通過(guò)固定循環(huán)可以知道機(jī)床輔助動(dòng)作的具體執(zhí)行順序，從而結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)床動(dòng)作有針對(duì)性的作出判斷。通過(guò)梯形圖的相關(guān)功能，我們可以判斷PLC的輸入、輸出狀態(tài)以及運(yùn)行條件。通過(guò)梯形圖對(duì)刀庫(kù)進(jìn)輸出控制信號(hào)Y3.0進(jìn)行搜索，可以知道其啟動(dòng)條件為循環(huán)啟動(dòng)燈亮R231.0、執(zhí)行M23指令MGET23、機(jī)床處于正常狀態(tài)R29.0、刀庫(kù)前位信號(hào)X3.4不接通。然后，就可以通過(guò)從后向前的逐步檢查找到動(dòng)作無(wú)法進(jìn)行的原因，梯形圖如圖5所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)本次故障，首先通過(guò)機(jī)械部分的觀察及手動(dòng)控制排除了刀庫(kù)的機(jī)械原因；然后通過(guò)查看梯形圖，發(fā)現(xiàn)Y3.0輸出正常，排除了控制程序上可能出現(xiàn)的問(wèn)題；通過(guò)觀察電器元件上的指示燈，排除了I/O繼電器存在的問(wèn)題；最后通過(guò)電氣部分的線路通斷、電源測(cè)量，找到了問(wèn)題所在，故障為202、200所在的24 V直流電源不正常。對(duì)于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床的故障診斷來(lái)說(shuō)，均可使用上述流程圖的邏輯思維方法來(lái)進(jìn)行分析，但不能僅進(jìn)行單因素分析，還必須考慮各種因素復(fù)合作用的結(jié)果，因此，只有進(jìn)行充分的分析，才能既快速又準(zhǔn)確地判斷出各種故障，并及時(shí)維修。

參考文獻(xiàn)：

[1] 安偉，肖兵兵.關(guān)于數(shù)控機(jī)床流程圖的故障維修與診斷[J].大觀周刊，2012，（32）.