多軸數控機床的加工程序設計及PLC報警原因分析

范鳳娥，阮啟偉，余成良

(南京數控機床有限公司，江蘇 南京211100)

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多軸數控機床的加工程序設計及PLC報警原因分析

范鳳娥，阮啟偉，余成良

(南京數控機床有限公司，江蘇 南京211100)

摘要：數控機床是電子信息技術與傳統機床技術相結合的機床一體化產品，融合了機、電、液、氣等工程學科，是系統性工程。發展機床首先是穩定單機產品質量、提升品質，中國機床在加工精度、可靠性、自動化等方面還存在差距。立足市場，開發了一種大負荷、高強度、高效率的多軸數控機床，該機床由一個Z軸三個X軸連續控制?？梢耘渲萌齻€X向刀夾，同時切削。能對回轉直徑280以下的零件進行外圓、端面、割槽的車削加工，也可鉆中心孔。介紹了一種多軸數控機床加工程序的設計以及出現報警信息，從而導致機床故障的狀況，做了原因分析并給出了相應的處理辦法。

關鍵詞：數控機床；編程；報警；處理

0引言

目前中外企業的中高檔數控機床，尤其是多軸數控機床的機構和總體參數相差不大，同質化競爭激烈。但是與國際先進水平相比，國內機床在價格、精度、可靠性、機床平均無故障時間方面還有差距。因此，對于電氣控制方面的功能部件研究，尤其是掌握加工程序的編程、分析處理PLC報警信息顯得尤為重要，只有掌握了關鍵技術，才能穩定機床的品質，促進機床的發展。

1加工程序編制說明

1) 本機床由3個X軸和1個Z軸組成，3個X軸都被定義為半徑值，所以編程時只能以半徑值編程。

2) 因為使用了模擬主軸，所以主軸正反轉和停止指令只能使用M13、M14和M15。

3) 3個X軸中只有X2軸與Z軸被定義為插補軸，所以只有X2軸才能和Z軸進行圓弧插補，像程序G0X1=100X2=100Z=300 ； G03X1=150Z=250CR=50 并不能運行出一個X1軸和Z軸的圓弧，而是運行了一個X2軸和Z軸的半徑是50的園弧，X1軸只是以一個恒定的速度在X2軸和Z軸運行到圓弧終點時同時到達150這個坐標。運行軌跡如圖1。

圖1　軌跡圖

4) 因為只有X2軸與Z軸被定義為插補軸，所以只要程序段中含有X2或Z軸，所有的進給速度都只能由X2和Z軸合成。如起點坐標是X1=200，X2=200，X3=200，Z=200; 表1是運行軌跡為30°斜線 時各軸的速度。因此在編制零件程序時，有時需要考慮各軸切削軌跡變化后的切削速度。

表1　運行軌跡為30°時各軸的速度

5)R參數編程：因為X1、X3軸不能與Z軸進行圓弧插補，所以只能用中間變量R參數模擬出圓弧插補。如用R參數描述半徑為1500mm的圓弧，起點坐標X1=100，Z=550，相對于圓心的坐標是1446.9678，395.328,終點坐標X1=150，Z=250, 相對于圓心的坐標是1496.9678，95.328 (圖2) 。

圖2　圓弧

G0 X1=100 Z300；起點

R0=0 R1=0 R2=0 R3=0; 初始化，以圓心為原點，R4是Z向尺寸，R1是X向尺寸

LAB1：；程序段標號

R0=R0+0.05；步進尺寸是0.05 mm

R10=395.328-R0;

R11=SQRT(2250000-R10*R10)；計算X向尺寸

R4=550-R0；計算Z軸坐標

R1=R11-1446.9678+100；計算X軸坐標

G1 X1=R1 Z=R4F1；運行坐標

IF R4 > 250 GOTOB LAB1; 循環計算，直到圓弧終點

可以將終點的計算值即R0=300放入程序中，通過計算實際的終點坐標來驗證程序的正確與否。用這種方式編程，理論上步進尺寸設定的越小，切削精度就越高，但越小，程序運行時系統CPU承受的負擔就越重，有時反而會嚴重影響切削精度，甚至報警，所以不能設的太小，滿足要求即可。

6) G64的使用：G64是軌跡控制運行,刀具在切向上盡可能的按照恒定軌跡速度進行輪廓過渡(在程序段轉換處沒有制動)。在上面的例子中，G1X1=R3Z=R2F1被執行了2000次，也就是相當于2000個程序段，如果沒有執行G64，則每段的軸速度都是從0開始加速然后再減速到0，從而極大的影響加工精度和加工時間，而且有可能引起機床振動，損傷刀具和機床。所以必須執行G64。

7) 下面是一個如圖3所示零件的程序編制過程,三把刀具中X1與X2的間隔是170mm,X2與X3的間隔是260mm。

圖3　零件圖

首先確認三把刀具的加工輪廓，確認零件零點，這是編程和對刀的零點。所有的輪廓都已經完成，下面就可以開始編程：

G54G64G95G90F0.5;運行環境確認

G0 X1=200 X2=200 X3=200;回到安全位置

M14 S250;轉速

G0 Z50;Z向起點

G0 X1=100 X2=100;入切點

G1 X2=80 Z0;開始切削

X1=80 X3=77.5 Z-70

X1=78 X3=60 Z-80

X1=72 Z-110

R0=0 R1=72 R2=80 R3=60 R4=-110 ;初始化，R4是Z尺寸，R1是X1尺寸，R2是X2尺寸，R3是X3尺寸

LAB1：;程序段標號

R0=R0+0.05;步進尺寸是0.05mm

R10=194.6257-R0 ;相對于圓心的Z尺寸

R11=SQRT(2250000-R10*R10);相對于圓心的X尺寸

R4=R4-R0;計算Z軸坐標

R3=R3+R11-1487.32;計算X3軸坐標

R1=R1-0.01;計算X1軸坐標,-0.01=(70-72)/(10/0.05)

G1 X1=R1 X2=R2 X3=R3 Z=R4;運行坐標

IF R4 > -120 GOTOBLAB1;循環計算，直到下一起點

R0=0 R1=70 R2=80 R3=61.2744 R4=-120

LAB2：

R0=R0+0.05

R10=184.6257-R0;相對于圓心的Z尺寸

R11=SQRT(2250000-R10*R10);相對于圓心的X尺寸

R4=R4-R0;計算Z軸坐標

R3=R3+R11-(1487.32+1.2744);計算X3軸坐標

R2=R2-0.025;計算X2軸坐標,-0.025=(70-80)/(20/0.05)

G1 X1=R1 X2=R2 X3=R3 Z=R4;運行坐標

IF R4 > -140 GOTOBLAB2

R0=0 R1=70 R2=70 R3=63.6187 R4=-140

LAB3：

R0=R0+0.05

R10=164.6257-R0;相對于圓心的Z尺寸

R11=SQRT(2250000-R10*R10);相對于圓心的X尺寸

R3=R3+R11-(1487.32+3.6187) ;計算X3軸坐標

R12=199.1718-R0;相對于圓心的Z尺寸

R13=SQRT(2250000-R10*R10);相對于圓心的X尺寸

R2=R2+R13-1486.7181;計算X2軸坐標

R4=R4-R0;計算Z軸坐標

G1 X1=R1 X2=R2 X3=R3 Z=R4 ;運行坐標

IF R4 > -200 GOTOBLAB3

R0=0 R1=70 R2=76.8117 R3=69.0267 R4=-200

LAB4：

R0=R0+0.05

R10=104.6257-R0 ;相對于圓心的Z尺寸

R11=SQRT(2250000-R10*R10);相對于圓心的X尺寸

R3=R3+R11-(1487.32+9.0267) ;計算X3軸坐標

R12=139.1718-R0;相對于圓心的Z尺寸

R13=SQRT(2250000-R12*R12);相對于圓心的X尺寸

R2=R2+R13-(1486.7181+6.8117);計算X2軸坐標

R4=R4-R0;計算Z軸坐標

R1=R1+0.1625;計算X1軸坐標,0.1625=(118.75-70)/(15/0.05)

G1 X1=R1 X2=R2 X3=R3 Z=R4 ;運行坐標

IF R4 > -215 GOTOBLAB4

R0=0 R1=118.75 R2=78.1336 R3=70 R4=-215

LAB5：

R0=R0+0.05

R12=124.1718-R0 ;相對于圓心的Z尺寸

R13=SQRT(2250000-R12*R12);相對于圓心的X尺寸

R2=R2+R13-(1486.7181+8.1336);計算X2軸坐標

R1=R1+0.1625 ;計算X1軸坐標,

0.1625=(200-118.75)/(25/0.05)

R3=R3+0.0111112;計算X1軸坐標,

0.0111112=(75.5556-70)/(25/0.05)

G1 X1=R1 X2=R2 X3=R3 Z=R4 ;運行坐標

IF R4 > -240 GOTOBLAB5

G1 X3=82.2222 Z-270;退出點

M15 ;主軸停止

G0 X1=200 X2=200 X3=200;結束切削

M30

8) 程序編輯完成后，可以拷貝到機床上進行試運行，用來驗證程序的正確性。驗證程序時，可以把程序運行環境改為G54G64G94G90F300。在分進給的環境下主軸可以不啟動而運行程序，工件也可以暫不安裝，觀察每個軸的行程是否正確，觀察每個軸會不會與機床其他部件干涉。完成后還必須裝上工件，根據軌跡圖單獨編輯一把刀的空運行程序，觀察在進刀時有無干涉發生。

2M功能

M00程序停止(無條件)M22尾架前進M01程序停止(有條件)M23尾架后退M02程序結束M27自動門開M08冷卻M09斷開冷卻M50中心鉆拖板下移M10卡盤夾緊M51中心鉆拖板上行M11卡盤松開M52中心鉆電機啟動M53中心鉆電機停止M13主軸正轉M14主軸反轉M55下拖板上行M15主軸停止M56下拖板下移M57下拖板自動M17子程序結束M20尾架套筒頂緊M58吸霧器啟動M21尾架套筒松開M59吸霧器停止

3PLC報警

3.1　機床報警

內容分為NC報警和PLC報警。前者是由數控系統生成的，可以直接查閱隨機資料，后者由PLC生成的，并且在系統上有中文顯示報警內容。當報警產生后可以通過系統診斷畫面，查看具體的報警號和報警信息。其中700xxx為PLC報警。一些報警在故障排除后自行消失，而另一些則需在故障排除后，并得到相應回答后才消失。

3.2　PLC報警號及處理方法

報警編號報警內容報警原因及處理報警解除700033防護門被打開,請關門運行1)自動方式下非單段時,防護門被打開。2)主軸停止,進給保持,刀具自動退回。關閉防護門或檢查門開關(*I34.4,*I34.5)。700034保護開關跳閘1)電機的保護開關因其過載或短路而動作。2)主軸停止,進給保持,刀具自動退回。檢查保護開關(*I32.4),清除故障后合上開關。700035潤滑油不足1)潤滑油箱中油位過低。2)加工下一工件時,NC不能啟動。添加潤滑油或檢查油箱內液位計(I33.0)。700038伺服電源模塊過流過熱1)伺服電源模塊故障。2)主軸停止,進給保持,刀具自動退回。1)檢查伺服電源模塊指示燈顯示。2)檢查輸入電源。3)檢查信號*I32.2。700039伺服電源模塊無使能1)伺服電源模塊準備好信號為0。2)主軸停止,進給保持,刀具自動退回。1)檢查伺服電源模塊指示燈顯示。2)檢查電源模塊使能信號。3)檢查信號*I32.3。4)參考電路圖冊第4頁。700040主電機變頻器報警1)變頻器報警信號為1。2)主軸停止,進給保持,刀具自動退回。1)根據變頻器使用說明書檢查變頻器。2)檢查信號*I33.1。700044卡盤失壓1)卡盤夾緊電磁閥Q42.0通電6秒后,壓力信號為0。2)主軸停止,進給保持,刀具自動退回。1)檢查壓力信號I35.0。2)調整壓力繼電器檢測壓力。3)檢查電磁閥或油路。700045卡盤需夾緊卡盤未夾緊時,企圖啟動主軸。夾緊卡盤。700046套筒失壓1)套筒頂緊電磁閥Q42.3通電8秒后,壓力信號為0。2)主軸停止,進給保持,刀具自動退回。1)檢查壓力信號I35.2。2)調整壓力繼電器檢測壓力。3)檢查電磁閥或油路。700047套筒需頂緊套筒未頂緊時,企圖啟動主軸。頂緊套筒700048套筒前限位套筒伸出到達機械限位,無法頂緊工件。調整尾架位置,檢查套筒前限位信號*I35.3。700050尾架壓板失壓1)尾架壓板壓緊電磁閥Q42.5通電2秒后,壓力信號為0。2)主軸停止,進給保持,刀具自動退回。1)檢查壓力信號I35.5。2)調整壓力繼電器檢測壓力。3)檢查電磁閥或油路。700051尾架壓板未松開1)尾架壓板壓緊電磁閥Q42.5斷電2秒后,壓力信號為1。2)程序停止運行700052套筒抱閘失壓1)套筒抱閘電磁閥Q42.4通電2秒后,壓力信號為0。2)主軸停止,進給保持,刀具自動退回。1)檢查壓力信號I35.4。2)調整壓力繼電器檢測壓力。3)檢查電磁閥或油路。700053套筒抱閘未松開1)套筒抱閘電磁閥Q42.4斷電2秒后,壓力信號為1。2)程序停止運行700055中心鉆拖板無法到達前限位1)中心鉆拖板下移前進電磁閥Q42.6通電7秒后,限位信號為0。2)程序停止運行。1)檢查限位開關I37.1和擋塊。2)檢查電磁閥或油路。700056中心鉆拖板無法到達后限位1)中心鉆拖板上行后退電磁閥Q42.7通電7秒后,限位信號為0。2)程序停止運行。700058尾架無法到達前限位1)尾架前進電磁閥Q43.0通電5秒后,限位信號為0。2)程序停止運行。1)檢查前限位開關I35.6和后限位開關I35.7。2)檢查電磁閥或油路。700059尾架無法到達后限位1)尾架后退電磁閥Q43.1通電8秒后,限位信號為0。2)程序停止運行。700061下切拖板不在后限位上當下切拖板后限位標志M0.2為1時,限位開關信號為0。檢查限位開關I37.5。

4故障維修

當故障發生后，可以根據本文提供的PLC報警信息進行查找和排除。電氣故障排除后，應通電試運行一段時間確認正常后方可轉入正常運行。

5結論

對一種多軸數控機床的加工程序進行了詳細的編程設計，并對經常出現的PLC報警信息，做了原因分析并給出了相應的處理辦法。為更好地使用和維護此類的數控機床提供了借鑒，對提高數控機床的品質，降低故障率也起到了一定的作用。

參考文獻:

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[4]王愛玲. 數控機床故障診斷與維修[M]. 北京：機械工業出版社，2009.

Processing Program Design of Multi Axis CNC Machine Tool and

Reason Analysis of PLC Alarm

FAN Feng-e,RUAN Qi-wei,YU Cheng-liang

(Nanjing CNC Machine Tool Co.,Ltd., Nanjing 211100, China)

Abstract:CNC machine tool is the tool in which the electronic information technology is integrated with the traditional machine tool technology. Its integration of the machine, electricity, liquid, gas and other engineering is a systems engineering. The development of the machine tool aims at stable single product quality and improving quality. The difference of precision, reliability, automation etc. exists in the machine tool in out eountry. According to market supply and demand, multi axis NC machine tool high load, strength and efficiency is developed with by our compancy, This tool is controlled continuously by a Z axis three axis X. Three knives in X direction is configured to cut at the same time and outer circle. face and groove of the parts with turning diameter below 280° can be cut and center holes can also be drilled. This paper introduces the design of a multi axis NC machining program and alarm information, which is use to diagnose the machine fault condition, analyze the reasons and gives out the corresponding solution.

Keywords:CNC machine tool; programming; alarm; treatment

中圖分類號：TG659

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)02-0118-05

作者簡介：范鳳娥(1975-)，女，河南商丘人，工程師，本科，研究方向為機電一體化。

收稿日期：2014-11-11 2014-09-09