項(xiàng)目5　數(shù)控系統(tǒng)典型報(bào)警故障處理

知識(shí)目標(biāo)

1.熟悉數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)的工作原理；

2.了解機(jī)床返回參考點(diǎn)的工作方式；

3.掌握機(jī)床回參考點(diǎn)的操作過程；

4.熟悉機(jī)床發(fā)回參考點(diǎn)常見故障分析。

技能目標(biāo)

1.會(huì)排除機(jī)床常見不回參考點(diǎn)的故障；

2.能掌握機(jī)床5種未找到參考點(diǎn)故障的維修與排除；

3.能對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)以及相關(guān)資料的查閱。

任務(wù)1　數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)常見故障現(xiàn)象及排除

◎任務(wù)提出

MVC400加工中心在返回參考點(diǎn)時(shí)未找到參考點(diǎn)，出現(xiàn)超程報(bào)警（OVER TROVERL現(xiàn)+ X或+ Y + Z），回參考點(diǎn)綠燈不亮。

有兩臺(tái)數(shù)控機(jī)床（FANUC 0i）不能正?；亓?，其中1臺(tái)為數(shù)控車床電機(jī)編碼器為增量，其故障表現(xiàn)形式為：X軸手動(dòng)回零過程中，沒有減速，直到壓到限位開關(guān)出現(xiàn)急停報(bào)警，其他軸回零正常。另一個(gè)為數(shù)控銑床并且電機(jī)編碼器為絕對(duì)值，開機(jī)出現(xiàn)#300報(bào)警（絕對(duì)位置丟失）。從機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)3個(gè)方面對(duì)故障現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進(jìn)行全面分析，并排除故障。

◎任務(wù)目標(biāo)

1.會(huì)排除機(jī)床常見不回參考點(diǎn)的故障；

2.能掌握機(jī)床5種未找到參考點(diǎn)故障的維修與排除；

3.能對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)以及相關(guān)資料的查閱。

◎相關(guān)知識(shí)

一、數(shù)控返回參考點(diǎn)的必要性

數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)裝置如果采用絕對(duì)編碼器時(shí)，由于系統(tǒng)斷電后位置檢測(cè)裝置靠電池來維持坐標(biāo)值實(shí)際位置的記憶，所以機(jī)床開機(jī)時(shí)，不需要進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。但是目前，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用增量編碼器作為位置檢測(cè)裝置，系統(tǒng)斷電后，工作坐標(biāo)系的坐標(biāo)值就失去記憶，機(jī)械坐標(biāo)值盡管靠電池維持坐標(biāo)值的記憶，但只是記憶機(jī)床斷電前的坐標(biāo)值而不是機(jī)床的實(shí)際坐標(biāo)，所以機(jī)床首次啟動(dòng)系統(tǒng)或在執(zhí)行了系統(tǒng)“急停”或“復(fù)位”操作后，要進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作，是系統(tǒng)的位置記數(shù)與脈沖編碼器的零位脈沖同步。機(jī)床執(zhí)行返回參考點(diǎn)操作具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①系統(tǒng)通過參考點(diǎn)來確定機(jī)床的原點(diǎn)位置，以正確建立機(jī)床坐標(biāo)系。

②可以消除絲杠間隙的累計(jì)誤差及絲杠螺距誤差補(bǔ)償對(duì)加工的影響。

二、機(jī)床回參考點(diǎn)的操作過程

下面以FANUC 0i系統(tǒng)MVC400加工中心為例，說明數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的操作過程，其他系統(tǒng)與之類似。

①在手動(dòng)模式（JOG）下，選擇“Ref”操作方式。

②按對(duì)應(yīng)軸運(yùn)動(dòng)方向鍵，如+ Z，+ X，+ Y鍵。被選擇的坐標(biāo)軸以快速移動(dòng)速度移向參考點(diǎn)。

③當(dāng)與工作臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)的減速擋塊壓下減速開關(guān)接觸點(diǎn)時(shí)，減速信號(hào)由通（ON）轉(zhuǎn)斷（OFF），工作臺(tái)進(jìn)給減速，按參數(shù)設(shè)定的慢速進(jìn)給速度繼續(xù)移動(dòng)。減速可削弱運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)慣性，使零點(diǎn)停留位置準(zhǔn)確。

④柵格法是采用脈沖編碼器上每轉(zhuǎn)出現(xiàn)一次的柵格信號(hào)（又稱一轉(zhuǎn)信號(hào)）來確定參考點(diǎn)的，當(dāng)減速擋塊釋放減速開關(guān)觸點(diǎn)。觸點(diǎn)狀態(tài)由斷轉(zhuǎn)為通后，F(xiàn)ANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)將等待編碼器的第一個(gè)柵格信號(hào)出現(xiàn)。該信號(hào)一出現(xiàn)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)就立即停止，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出參考點(diǎn)返回完成信號(hào)，參考點(diǎn)燈亮，表明MVC400加工中心回參考點(diǎn)成功。

有的數(shù)控機(jī)床在減速信號(hào)由通（ON）轉(zhuǎn)斷（OFF）后，減速向前繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)脫開開關(guān)后，軸則向相反的進(jìn)給方向運(yùn)動(dòng)，直到數(shù)控系統(tǒng)接收到第1個(gè)零點(diǎn)脈沖，軸停止運(yùn)動(dòng)。

三、數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)的方式

返回參考點(diǎn)的方式分為如下4種方式：

①手動(dòng)回原點(diǎn)，回原點(diǎn)軸以快速移動(dòng)速度向原點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)減速擋塊壓下原點(diǎn)減速開關(guān)時(shí)，回原點(diǎn)軸減速到較慢采參考點(diǎn)定位速度，繼續(xù)向前移動(dòng)；當(dāng)減速開關(guān)被釋放后，系統(tǒng)開始檢測(cè)編碼器的柵點(diǎn)或零脈沖；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到第1個(gè)柵點(diǎn)或零脈沖后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)前位置為機(jī)床零點(diǎn)，如圖5. 1所示。

②回原點(diǎn)軸先以快速移動(dòng)速度向原點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)減速擋塊壓下原點(diǎn)減速開關(guān)時(shí)，回零軸減速到較慢的參考點(diǎn)定為速度，軸向相反方向移動(dòng)；當(dāng)減速開關(guān)被釋放后，系統(tǒng)開始檢測(cè)編碼器的柵點(diǎn)或零脈沖；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到第1個(gè)柵點(diǎn)或零脈沖后，電機(jī)停止，當(dāng)前位置即為機(jī)床零點(diǎn)，如圖5. 2所示。

③回原點(diǎn)軸先以快速移動(dòng)速度向原點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)減速擋塊壓下原點(diǎn)減速開關(guān)時(shí)，回零軸減速到較慢的參考點(diǎn)定位速度，軸向相反方向移動(dòng)；當(dāng)減速開關(guān)被釋放后，回零軸再次反向；當(dāng)減速開關(guān)在此被壓下后，系統(tǒng)開始檢測(cè)編碼器的柵點(diǎn)或零脈沖；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到第1個(gè)柵點(diǎn)或零脈沖點(diǎn)后，電機(jī)停止，當(dāng)前位置即為機(jī)床零點(diǎn)，如圖5. 3所示。

圖5.1

圖5.2

圖5.3

圖5.4

④回原點(diǎn)軸接到回零點(diǎn)信號(hào)后，就在當(dāng)前位置以一個(gè)較慢的速度向固定的方向移動(dòng)，同時(shí)系統(tǒng)開始檢測(cè)編碼器的柵點(diǎn)或零脈沖；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到第1個(gè)柵點(diǎn)或零脈沖后，電機(jī)停止，當(dāng)前位置即為機(jī)床零點(diǎn)，如圖5. 4所示。

一般FANUC系統(tǒng)的機(jī)床采用①或②回參考點(diǎn)。

采用何種方式是通過PLC的程序編制和數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床參數(shù)設(shè)定決定的。軸的運(yùn)動(dòng)速度也是在機(jī)床參數(shù)中設(shè)定的，數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的過程是PLC系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)配合完成的，有數(shù)控系統(tǒng)給出回命令，然后軸按預(yù)定方向運(yùn)動(dòng)壓向零點(diǎn)開關(guān)（或脫離零點(diǎn)開關(guān)）后，PLC向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出減速信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)按照預(yù)定方向減速運(yùn)動(dòng)，由測(cè)量系統(tǒng)接收零點(diǎn)脈沖，接到第一個(gè)脈沖后，設(shè)計(jì)坐標(biāo)值。所有的軸都找到參考點(diǎn)后，回參考點(diǎn)的過程結(jié)束。

四、機(jī)床返回參考點(diǎn)的原理

圖5.5　磁感應(yīng)開關(guān)

數(shù)控機(jī)床按照控制理論可分為全閉環(huán)、半閉環(huán)、開環(huán)系統(tǒng)。全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)裝有檢測(cè)最終直線位移合角位移的反饋裝置，半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置測(cè)量裝置安裝在伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上或絲杠的端部，也就是說反饋信號(hào)取自角位移，而開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)不帶位置檢測(cè)反饋裝置。對(duì)于閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，通常利用位移檢測(cè)反饋裝置脈沖編碼器或光柵尺進(jìn)行回參考點(diǎn)定位，即柵格法回參考點(diǎn)。而開環(huán)系統(tǒng)則需另外加裝檢測(cè)元件，通常利用磁感應(yīng)開關(guān)回參考點(diǎn)定位，即磁開關(guān)返回參考點(diǎn)如圖5. 6所示。

為保證準(zhǔn)確定位，在到達(dá)參考點(diǎn)之前必須使數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)自動(dòng)減速，因此在多數(shù)數(shù)控機(jī)床上安裝減速擋塊及相應(yīng)的檢測(cè)元件。柵格法根據(jù)檢測(cè)反饋元件計(jì)量方法的不同又可分為絕對(duì)柵格法和增量柵格法。采用絕對(duì)脈沖編碼器或光柵尺回參考點(diǎn)的稱為絕對(duì)柵格法，在機(jī)床調(diào)試時(shí)，通過參數(shù)設(shè)置和機(jī)床回零操作確定參考點(diǎn)，只要檢測(cè)反饋元件的后備電池有效，此后每次開機(jī)，均記錄有參考點(diǎn)位置信息，因而不必再進(jìn)行回參考點(diǎn)操作。

采用增量式編碼器或光柵尺回參考點(diǎn)的稱為增量柵格法，每次開機(jī)時(shí)都需要回參考點(diǎn)。不同數(shù)控系統(tǒng)返回參考點(diǎn)的動(dòng)作、細(xì)節(jié)有所不同，如圖5. 7所示。其中以某數(shù)控銑床（采用FANUC 0i系統(tǒng)）為例，簡(jiǎn)要敘述增量柵格法返回零點(diǎn)。

圖5.6　磁開關(guān)法回參考點(diǎn)原理

圖5.7　增量柵格法回參考點(diǎn)原理

◎任務(wù)實(shí)施

一、MVC400加工中心機(jī)床回參考點(diǎn)故障原因

1.故障類型

針對(duì)不同型號(hào)、不同系統(tǒng)的加工中心，出現(xiàn)此類回參考點(diǎn)故障主要有以下3種情況：

①出現(xiàn)超程報(bào)警。

②回不到參考點(diǎn)，參考點(diǎn)指示燈不亮。

③回參考點(diǎn)時(shí)報(bào)警，并有報(bào)警信息。

本任務(wù)中，具備以上故障類型，兼有3種類型的特征，即出現(xiàn)超程報(bào)警，參考點(diǎn)指示燈不亮，有報(bào)警信息。

2.故障原因

通常情況下，找不到參考點(diǎn)主要表現(xiàn)為機(jī)床超程報(bào)警，其主要原因見表5. 1。

表5.1

續(xù)表

3.故障分析點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)常見故障的檢查關(guān)鍵點(diǎn)：

①檢查減速擋塊和減速開關(guān)的狀態(tài)。如減速擋塊有無松動(dòng)現(xiàn)象，減速開關(guān)是否牢固、有無損壞；減速擋塊的長度是否合適；移動(dòng)部件回原點(diǎn)的起始位置、接近原點(diǎn)速度的參數(shù)設(shè)置?？焖龠M(jìn)給時(shí)間常數(shù)的參數(shù)設(shè)置以及參考計(jì)數(shù)器的設(shè)置是否合適等。

②檢查減速開關(guān)導(dǎo)線是否有老化、斷裂現(xiàn)象。

③檢查回原點(diǎn)模式。檢查是否開機(jī)后的第1次回原點(diǎn)，是否采用絕對(duì)式位置檢測(cè)裝置。

④檢查各種參數(shù)設(shè)置。檢查伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)量指令倍乘比及倍乘比的設(shè)置；檢查回原點(diǎn)快速進(jìn)給速度的參數(shù)設(shè)置、接近原點(diǎn)速度的參數(shù)設(shè)置、快速進(jìn)給時(shí)間常數(shù)的參數(shù)設(shè)置以及參考計(jì)數(shù)器的設(shè)置是否合適等。

⑤檢查I/ O LINK和監(jiān)控I/ O點(diǎn)。首先檢查I/ O LINK是否正常運(yùn)行，然后在系統(tǒng)I/ O監(jiān)控畫面查看回參考點(diǎn)狀態(tài)。

4.返回參考點(diǎn)故障診斷與維修一般流程

①機(jī)床停止?fàn)顟B(tài)下，先檢查原點(diǎn)減速擋塊是否松動(dòng)、減速開關(guān)固定是否牢固、開關(guān)是否損壞，如果減速擋塊松動(dòng)、減速開關(guān)固定不牢固，則擰緊即可；若開關(guān)損壞，則更換開關(guān)。

②檢查導(dǎo)線并測(cè)量導(dǎo)線。檢查導(dǎo)線絕緣皮是否有無破皮、斷裂，并用萬用表測(cè)量導(dǎo)線有無短路或斷路現(xiàn)象。

③檢查I/ O LINK的回參考點(diǎn)是否損壞。

④如果上步不存在問題，應(yīng)進(jìn)一步用千分表或激光測(cè)量?jī)x檢查機(jī)械零部件相對(duì)位置的漂移量，若多次測(cè)量漂移量不在允許范圍內(nèi)則需檢查修光柵尺或編碼器。

⑤如果上步不存在，則檢查伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)量、指令倍率比（CMR）及檢測(cè)倍乘比（DMR）是否與廠家設(shè)定相同，若不同需修改。

⑥如果上步不存在問題，則檢查回原點(diǎn)快速進(jìn)給速度的參數(shù)及接近原點(diǎn)的減速速度的參數(shù)是否設(shè)定一致，若不同需修改。

⑦如果以上步驟檢查正常，則診斷結(jié)束。

二、MVC400加工中心機(jī)床回參考點(diǎn)故障排除

對(duì)于回參考點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)超程報(bào)警的故障，針對(duì)報(bào)警信息，應(yīng)首先查看機(jī)床說明書，了解返回參考點(diǎn)控制原理，并作相應(yīng)處理。對(duì)于硬度不良，需要維修或更換；對(duì)于參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，需要按備份參數(shù)重新設(shè)置。任務(wù)故障一般有5種情況：

第1種：機(jī)床回參考點(diǎn)時(shí)無減速動(dòng)作，一直運(yùn)動(dòng)到觸及限位開關(guān)超程而停機(jī)。

診斷：這種情況是因?yàn)榉祷貐⒖键c(diǎn)減速開關(guān)失效，接觸開關(guān)壓下后不能復(fù)位，或減速擋塊松動(dòng)而位移，機(jī)床回參考點(diǎn)時(shí)零點(diǎn)脈沖不起作用，致使減速信號(hào)沒有輸入到數(shù)控系統(tǒng)所致。

維修：使用“超程解除”功能按鈕，解除機(jī)床的坐標(biāo)超程報(bào)警，并將機(jī)床坐標(biāo)移回行程范圍內(nèi)，然后檢查減速擋塊和回參考點(diǎn)減速開關(guān)是否松動(dòng)及相應(yīng)的行程開關(guān)減速信號(hào)是否有短路現(xiàn)象。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床在回參考點(diǎn)時(shí)，當(dāng)壓下減速開關(guān)后，坐標(biāo)軸無減速動(dòng)作，由此判斷故障原因應(yīng)在減速檢測(cè)信號(hào)上。通過系統(tǒng)的輸入狀態(tài)顯示，發(fā)現(xiàn)該信號(hào)在回參考點(diǎn)減速擋塊壓下與松開情況下狀態(tài)均無變化。對(duì)照原理圖檢查線路，確認(rèn)該軸的回參考點(diǎn)減速開關(guān)由于切削液的浸入而損壞。更換開關(guān)，機(jī)床恢復(fù)正常。

第2種：返回參考點(diǎn)過程有減速，但直到觸及極限開關(guān)報(bào)警而停機(jī)，沒有找到參考點(diǎn)，回參考點(diǎn)操作失敗。

診斷：產(chǎn)生該故障可能是由于減速后參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào)未出現(xiàn)，這有4種可能。

①編碼器（或光柵尺）在回參考點(diǎn)操作中沒有發(fā)出已經(jīng)回參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào)。

②回參考點(diǎn)零標(biāo)志位置失效。

③回參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào)在傳輸或處理過程中丟失。

④測(cè)量系統(tǒng)硬件故障，不識(shí)別回參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào)。

維修：首先懸掛“正在維修，嚴(yán)禁合閘”“請(qǐng)勿靠近”警示牌。軸能減速運(yùn)動(dòng)，說明零點(diǎn)開關(guān)沒有問題，主要是回參考點(diǎn)減速開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)或零標(biāo)志位脈沖信號(hào)失效（包括信號(hào)未產(chǎn)生或在傳輸處理中丟失），使得數(shù)控系統(tǒng)接收不到信號(hào)。如果采用脈沖編碼器作為位置檢測(cè)裝置，則表現(xiàn)為脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)信號(hào)（零標(biāo)志位信號(hào)）沒有輸入到主印制電路板，其原因常常是因?yàn)槊}沖編碼器斷線或脈沖編碼器的連接電纜、抽頭斷線。

排除方法：可通過先外后內(nèi)的方式和接口的I/ O狀態(tài)指示直接觀察信號(hào)的有無。所謂“內(nèi)”，是指脈沖編碼器中的零標(biāo)志位或光信號(hào)跟蹤法；所謂“外”，是指安裝在機(jī)床上的減速擋塊和回參考點(diǎn)減速開關(guān)?？梢杂肅NC系統(tǒng)PLC柵尺上的零標(biāo)志位，采用示波器檢測(cè)零標(biāo)志位脈沖信號(hào)。使用信號(hào)跟蹤法，是指用示波器檢查編碼器回參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào)。若沒發(fā)現(xiàn)信號(hào)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)編碼器內(nèi)有油污，使零標(biāo)志位信號(hào)不能輸出，則將編碼器取下清洗并重新安裝，故障即可排除。如果故障仍未排除，則可能是編碼器出現(xiàn)故障，應(yīng)考慮維修或更換編碼器。

第3種：回參考點(diǎn)過程有減速，且有回參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào)出現(xiàn)，也有制動(dòng)到零的過程，但參考點(diǎn)的位置不正確，即返回參考點(diǎn)操作失敗。

診斷：經(jīng)分析，產(chǎn)生回參考點(diǎn)位置不正確（或找不到參考點(diǎn)）故障有4種可能。

①減速擋塊離參考點(diǎn)位置太近，坐標(biāo)軸未移動(dòng)到指定距離就接觸到極限開關(guān)而停機(jī)。

②回參考點(diǎn)的零標(biāo)志位信號(hào)已被錯(cuò)過，只能等待脈沖編碼器再轉(zhuǎn)1周后，測(cè)量系統(tǒng)才能找到該信號(hào)而停機(jī)，使工作臺(tái)停在距參考點(diǎn)1個(gè)選定間距位置（相當(dāng)于編碼器1轉(zhuǎn)的機(jī)床位移量）。

③由于信號(hào)干擾、減速擋塊松動(dòng)、回參考點(diǎn)零標(biāo)志位信號(hào)電壓過低等因素致使工作臺(tái)停機(jī)的位置不準(zhǔn)確，且無規(guī)律性。

④CNC的后備電池失效，造成參數(shù)丟失，重新將備份參數(shù)裝入后，再回參考點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)各軸在行程范圍中間位置處發(fā)生軟限位超程報(bào)警，此時(shí)用手動(dòng)方式移動(dòng)各軸，即使其機(jī)械位置在行程范圍內(nèi)，CRT也顯示各軸位置坐標(biāo)軟限位超程報(bào)警，這是因?yàn)橹匮b電池開機(jī)時(shí)CNC把此時(shí)的機(jī)械位置當(dāng)作參考點(diǎn)的位置了。

維修：首先懸掛“正在維修，嚴(yán)禁合閘”“請(qǐng)勿靠近”警示牌。對(duì)于此類故障，多數(shù)情況是由減速擋塊安裝位置不正確或減速擋塊太短所致。

對(duì)于第1種可能的維修方法是：先調(diào)整減速擋塊的位置或減速開關(guān)的位置，或適當(dāng)增加減速擋塊長度即可解決此故障。若重試結(jié)果不正常，則減小快速進(jìn)給速度或快速進(jìn)給時(shí)間常數(shù)的設(shè)置值，重回參考點(diǎn)。減速擋塊調(diào)整步驟一般為：

①用手動(dòng)方式回參考點(diǎn)，記錄停在參考點(diǎn)時(shí)的位置顯示值。

②以低速反向移動(dòng)軸，直到碰上減速擋塊，記下此時(shí)的位置顯示值。

③求出上述兩個(gè)位置顯示值之差。

④調(diào)整減速擋塊位置使該差值約為半個(gè)絲杠螺距。

如上述辦法用過后仍有偏離，則應(yīng)檢查參考計(jì)數(shù)器設(shè)置的值是否有效，修正參數(shù)設(shè)置。

對(duì)于第2、第3種可能的維修方法主要是檢查排除外界干擾。如屏蔽線接觸不良、檢測(cè)反饋元件的通信電纜與電源電纜靠得太近、脈沖編碼器的電源電壓過低、脈沖編碼器的損壞、數(shù)控系統(tǒng)的主印制電路板接觸不良、伺服電動(dòng)機(jī)與工作臺(tái)聯(lián)軸器連接松動(dòng)、伺服軸電路板或伺服放大器板接觸不良等，在排除此類故障時(shí)，應(yīng)有開闊的思路和足夠的耐心，逐個(gè)原因進(jìn)行檢查、排除，直到排除故障。

對(duì)于第4種可能的維修方法是：應(yīng)先將各個(gè)軸正向軟限位值設(shè)成最大值，再將三軸回參考點(diǎn)，建立正確的機(jī)床零點(diǎn)，然后再將三軸軟限位改為原值。具體操作步驟如下：

第1步：在MDI模式下、按OFFSET鍵，在OFFSET菜單下，設(shè)置PWE = 1（參數(shù)設(shè)定允許）。

第2步：將CNC參數(shù)No. 700、No. 702、No. 704（X，Y，Z）三軸分別設(shè)為最大值。

第3步：將X，Y，Z軸手動(dòng)移開機(jī)械原點(diǎn)一定距離。

第4步：在參考點(diǎn)回零模式下，將各軸手動(dòng)回參考點(diǎn)。

第5步：仔細(xì)觀察各軸是否在回參考點(diǎn)位置上，特別是與ATC（刀庫）有關(guān)的Z軸。若位置不準(zhǔn)確，重復(fù)第3步、第4步直至準(zhǔn)確。

第6步：將第2步中改過的參數(shù)重新改回來。

第7步：將PWE（參數(shù)設(shè)定允許）重新設(shè)置為零。

這樣，回參考點(diǎn)出現(xiàn)超程報(bào)警的問題解決了。

第4種：機(jī)床再返回參考點(diǎn)時(shí)，發(fā)出“未返回參考點(diǎn)”報(bào)警，不執(zhí)行返回參考點(diǎn)動(dòng)作。

診斷：其原因可能是因?yàn)楦淖兞嗽O(shè)定參數(shù)所致。

維修：首先懸掛“正在維修，嚴(yán)禁合閘”警示牌。出現(xiàn)這種情況應(yīng)該考慮檢查數(shù)控機(jī)床的如下參數(shù)：

①指令倍率比（CMR）是否設(shè)為零。

②檢測(cè)倍乘比（DMR）是否設(shè)為零。

③回參考點(diǎn)快速進(jìn)給速度是否設(shè)為零。

④接近原點(diǎn)的減速速度是否設(shè)為零。

⑤機(jī)床操作面板快速倍乘率開關(guān)及進(jìn)給倍率開關(guān)是否設(shè)置了0擋。

如果上述參數(shù)中有的設(shè)為零，則需按照原參數(shù)進(jìn)行修改，重新執(zhí)行返回參考點(diǎn)操作即可。

對(duì)于這4種情況，由于有報(bào)警存在，數(shù)控系統(tǒng)不會(huì)執(zhí)行用戶所編輯的任何加工程序，及時(shí)排除即可，從而避免了批量廢品產(chǎn)生。

第5種：對(duì)于絕對(duì)編碼器#300的故障處理，絕對(duì)值編碼器是有電池記錄當(dāng)前開機(jī)位置斷電以后并記錄。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警#300時(shí)，說明電池記錄的當(dāng)前位置丟失。方法是將相關(guān)的絕對(duì)值參數(shù)進(jìn)行修改，并且重新回參考點(diǎn)。

◎思考題

1.為什么要設(shè)置機(jī)床回參考點(diǎn)？

2.如何消除回參考點(diǎn)出現(xiàn)超程報(bào)警？并思考回參考點(diǎn)原理。

3.怎樣監(jiān)控I/ O？

任務(wù)2　數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中限位報(bào)警的處理

◎任務(wù)提出

數(shù)控機(jī)床（FANUC 0i MC）工作中突然斷電，重新啟動(dòng)后出現(xiàn)類似#500報(bào)警，提示X軸正向發(fā)生軟超程，從X軸位置看，并不在行程之外，復(fù)位后X軸只能負(fù)方向移動(dòng)，正方向一移動(dòng)就出現(xiàn)正方向超程報(bào)警。排除該故障。另一數(shù)控銑床（FANUC 0i MC），工作臺(tái)行程（X，Y）向X為250 mm，Y為200 mm，Z為500 mm，完成機(jī)床軟限位設(shè)置調(diào)整。

◎任務(wù)目標(biāo)

1.排除機(jī)床的限位報(bào)警；

2.熟悉限位開關(guān)的接線原理；

3.了解限位開關(guān)的作用。

◎相關(guān)知識(shí)

一、軟件限位、硬件限位設(shè)置方法（軟件限位一般在有絕對(duì)值編碼器電機(jī)時(shí)設(shè)置）

1.軟件限位和硬件限位的含義

自動(dòng)進(jìn)行超程檢測(cè)，是數(shù)控系統(tǒng)的基本功能。當(dāng)機(jī)床位置超出機(jī)床參數(shù)設(shè)定的范圍時(shí)（一般設(shè)在機(jī)床最大行程處），機(jī)床將自動(dòng)減速并停止移動(dòng)，并出現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警。這種靠參數(shù)設(shè)定、CNC自動(dòng)判斷進(jìn)行超程檢測(cè)的方法稱為軟件限位。

如果伺服反饋系統(tǒng)發(fā)生故障，CNC無法檢測(cè)到實(shí)際位置，則機(jī)床將超出軟件限位值而繼續(xù)移動(dòng)，將會(huì)發(fā)生機(jī)械碰撞，這是不允許的，為此必須安裝行程限位開關(guān)，作為超程信號(hào)，迫使機(jī)床停下來，這稱為硬件限位。

2.軟件限位和硬件限位的設(shè)置

如圖5. 8所示SQ1為機(jī)床X軸方向的硬件限位保護(hù)行程開關(guān)，SQ4為機(jī)床X軸正向返回參考點(diǎn)的減速開關(guān)（參考點(diǎn)的位置通常都設(shè)在各個(gè)軸正向行程極限附近，也有廠家將個(gè)別軸設(shè)在負(fù)向極限附近）。軟件限位中參數(shù)設(shè)定的行程極限值不能超過機(jī)床的硬件限位保護(hù)范圍，否則軟件限位功能不起作用。

圖5.8

3.硬件限位的電氣控制

將硬件限位開關(guān)與急停信號(hào)串聯(lián)，當(dāng)開關(guān)被擋塊壓上后，CNC復(fù)位并進(jìn)入急停狀態(tài)，伺服電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)立即減速停止，機(jī)床立刻停止移動(dòng)。這個(gè)狀態(tài)與按下面板上急停按鈕的狀態(tài)是一樣的，如圖5. 9所示。KA1的一對(duì)接觸點(diǎn)被接入伺服放大器PSM電源模塊的CX4端子（i）或者第一個(gè)放大器CX30接口，另一對(duì)接觸點(diǎn)接到I/ O模塊的急停輸入（X8. 4）上。

圖5.9

4.軟、硬限位的設(shè)置條件

軟件限位點(diǎn)、硬件限位點(diǎn)、機(jī)械式擋塊點(diǎn)（機(jī)械碰撞位置）的相對(duì)位置關(guān)系如圖5. 10所示。

圖5.10

①硬件超程急停生效時(shí)，應(yīng)保證在機(jī)械式擋塊產(chǎn)生碰撞前，坐標(biāo)軸能夠緊急制動(dòng)并停止，因此，動(dòng)作點(diǎn)與坐標(biāo)軸產(chǎn)生機(jī)械碰撞的距離最好大于緊急制動(dòng)所需的減速距離，見式（5. 1）。

式中 L1——硬件限位開關(guān)離機(jī)械碰撞區(qū)的距離，mm；

　t1——行程開關(guān)發(fā)信延時(shí)，ms；

　Ts——伺服時(shí)間常數(shù)，ms；

　vR——快移速度，mm/ min；

　t2——系統(tǒng)信號(hào)接收電路的固定延時(shí)，ms。②正常情況下，應(yīng)保證在軟件限位起作用時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致硬件限位開關(guān)動(dòng)作。軟件限位作用時(shí)，實(shí)際的停止點(diǎn)可能超過參數(shù)設(shè)定的位置，超過距離見式（5. 2）。

式中 L2——軟件限位設(shè)定點(diǎn)離硬件限位開關(guān)的距離，mm；

　vR——快移速度，mm/ min。

③設(shè)置舉例

vR=15 000 mm/ min（PRM1420），Ts=33 ms（PRM1825），t1=15 ms，t1=30 ms，則

由此可見，如果在行程保護(hù)到達(dá)前不對(duì)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)速度加以限制，則必須留有較大的行程余量。因此，在實(shí)際機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)一般需要通過外部減速、軟件限位等措施將運(yùn)動(dòng)速度限制在某一較小的值上，以減小行程余量。

5.軟、硬件限位點(diǎn)的設(shè)定和調(diào)整

首先按照機(jī)床安裝圖紙裝好行程開關(guān)、擋板與槽板。各軸的硬件限位點(diǎn)有正、負(fù)向兩個(gè)，調(diào)整硬件限位開關(guān)和擋塊位置時(shí)，應(yīng)確保開關(guān)動(dòng)作點(diǎn)距離機(jī)械碰撞區(qū)達(dá)到20 mm以上。

在確定了各軸硬限位點(diǎn)和零點(diǎn)位置后，對(duì)各軸的軟限位點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整前將參數(shù)1320（各軸正向軟件限位，單位μm）設(shè)定為99999999，參數(shù)1321（各軸負(fù)向軟件限位，單位μm）設(shè)定為99999999，即先使軟限位無效。調(diào)整時(shí)使用手輪或在手動(dòng)寸進(jìn)的方式下使所調(diào)軸到達(dá)距離硬件限位點(diǎn)2～3 mm處，將該點(diǎn)設(shè)為軟限位點(diǎn)（如圖5. 8中的T1，T2），將該點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)的檢測(cè)單位后，分別輸入到系統(tǒng)參數(shù)1320和1321中。

如一數(shù)控銑床，工作臺(tái)行程（X，Y向）X方向?yàn)?00 mm，Y方向?yàn)?50 mm，主軸頭垂直行程（Z向）為520 mm。該機(jī)床軟件限位和硬件限位的相對(duì)位置關(guān)系如圖5. 11所示（以X軸為例）。在參數(shù)1320中，X，Y，Z均設(shè)為1000，在參數(shù)1321中，X，Y，Z分別設(shè)為- 601000，-451000，-521000（單位為μm）。

圖5.11

二、軸超程故障分析處理

如果軸在運(yùn)動(dòng)過程中碰到軟件極限，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出類似#500、#501號(hào)報(bào)警信息，提示操作者軸已運(yùn)動(dòng)至軟件極限值，此時(shí)操作者只需在JOG方式下，反方向退出極限區(qū)。按下RESET鍵使系統(tǒng)復(fù)位，消除超程報(bào)警。

如果軸由于運(yùn)動(dòng)速度過快而越過軟件極限，到達(dá)硬件極限，系統(tǒng)會(huì)顯示緊急停止報(bào)警信息或者超程（EMERGENCY STOP），此時(shí)機(jī)床在任何操作方式下都不能運(yùn)動(dòng)。要退出超程狀態(tài)，操作者必須在JOG方式下，同時(shí)按下“超程解除”按鈕（如圖5. 12中的SB6）和方向鍵，反方向退出。

圖5.12

如果機(jī)床出現(xiàn)軟件超程而系統(tǒng)處于死機(jī)狀態(tài)時(shí)（重新啟動(dòng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)軟件限位無效），首先把存儲(chǔ)行程極限參數(shù)設(shè)定為無效，即參數(shù)1320設(shè)定為99999999，參數(shù)1321設(shè)定為-99999999，然后系統(tǒng)斷電再重新通電，進(jìn)行機(jī)床返回參考點(diǎn)操作后再設(shè)定系統(tǒng)的存儲(chǔ)行程極限參數(shù)。如果機(jī)床還出現(xiàn)超程報(bào)警或系統(tǒng)死機(jī)，則必須把系統(tǒng)參數(shù)全部清除，并重新恢復(fù)參數(shù)。

如果系統(tǒng)存儲(chǔ)行程極限值設(shè)定在機(jī)床返回參考點(diǎn)之前（為了避免加工時(shí)刀具超過指定范圍），那么機(jī)床首次開機(jī)時(shí)，返回參考點(diǎn)操作就會(huì)出現(xiàn)超程報(bào)警。解決辦法是：同時(shí)按下系統(tǒng)MDI鍵盤的P和CAN鍵后，系統(tǒng)通電。這樣操作的目的是：系統(tǒng)開機(jī)首次返回參考點(diǎn)不進(jìn)行存儲(chǔ)行程極限值的檢測(cè)，機(jī)床返回參考點(diǎn)之后，系統(tǒng)行程極限值檢測(cè)才有效。

◎任務(wù)實(shí)施

1.故障原因

操作中突然斷電，造成系統(tǒng)內(nèi)軟限位參數(shù)丟失。系統(tǒng)默認(rèn)為參數(shù)1320為零，使得系統(tǒng)認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)X軸處于超程狀態(tài)，故出現(xiàn)#500報(bào)警。

（1）加工中心超行程故障分析

該任務(wù)故障為機(jī)床正在加工時(shí)斷電所致，從X軸停的位置看，此軸未超出行程范圍，檢查機(jī)床軟件限位參數(shù)，發(fā)現(xiàn)沒有變化，正向移動(dòng)就出現(xiàn)正向超程報(bào)警，判斷是零點(diǎn)丟失。

（2）加工中心超行程故障排除

將機(jī)床的軟極限位參數(shù)全部設(shè)為極限值，即1320中X軸設(shè)為99999999，1321中X軸設(shè)為-99999999，故障隨之消除。重新回零后，再把參數(shù)1320和1321恢復(fù)到正常數(shù)據(jù)，移動(dòng)各軸，軸行程正常。

2.機(jī)床軟限位設(shè)置調(diào)整

第1步：在MDI模式下、按OFFSET鍵，在OFFSET菜單下，設(shè)置PWE =1。

第2步：將參數(shù)1320（各軸正向軟件限位，單位μm）設(shè)定為99999999，參數(shù)1321（各軸負(fù)向軟件限位，單位μm）設(shè)定為-99999999，即先使軟限位無效。

第3步：各軸回零。

第4步：用手輪方式下，使X軸超過零點(diǎn)繼續(xù)向正方向移動(dòng)，在正向硬限位點(diǎn)前2～3 mm處停下，將此處的機(jī)床坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)的檢測(cè)單位后，輸入到系統(tǒng)參數(shù)1320中。如X軸機(jī)械坐標(biāo)為4 mm，則參數(shù)1320中X值設(shè)置為4000，負(fù)方向移動(dòng)X軸，在負(fù)向硬限位點(diǎn)前2～3 mm處停下，將此處的機(jī)床坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)的檢測(cè)單位后，輸入到系統(tǒng)參數(shù)1321中。如X軸機(jī)械坐標(biāo)為-254 mm，則參數(shù)1321中X值設(shè)置為-2544000。

第5步：同樣完成Y、Z軸的軟限位點(diǎn)的設(shè)定。

第6步：各軸軟限位檢查，確定軟限位設(shè)定準(zhǔn)確有效。

◎思考題

1.機(jī)床為什么要設(shè)置軟件、硬件限位？

2.軟件、硬件限位的區(qū)別是什么？

3.分析硬件限位的原理。

任務(wù)3　數(shù)控加工中心換刀裝置的常見故障處理

子任務(wù)1　斗笠式刀庫亂刀故障及處理方法實(shí)例

◎任務(wù)提出

以MVC400數(shù)控加工中心為例，分析加工中心在換刀過程中出現(xiàn)亂刀現(xiàn)象，并伴隨有主軸上的刀裝不到位現(xiàn)象。試對(duì)帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)的故障、產(chǎn)生原因等方面進(jìn)行分析，并排除故障。

◎任務(wù)目標(biāo)

掌握加工中心刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)換刀時(shí)掉刀故障及排除方法。

◎相關(guān)知識(shí)

（1）加工中心采用的換刀裝置為帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)，它有效實(shí)現(xiàn)了“多種工序集中”的功能，零件裝夾后便能一次完成鉆、鏜、锪、攻螺紋等多種工序加工。

（2）加工中心的刀庫按其形式可分為盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁斓?，按換刀方法不同分為有機(jī)械手換刀和無機(jī)械手換刀兩種。選用何種結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)工藝、刀具數(shù)量、主機(jī)結(jié)構(gòu)、總體布局等多種因素決定。

（3）帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。使用時(shí)，首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上，在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)整后，按一定的方式放入刀庫中。換刀時(shí)先在刀庫選刀，并由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，在交換刀具之后，將新刀具裝入主軸，把舊刀具放在刀庫。

（4）加工中心的一個(gè)很大優(yōu)勢(shì)在于它有ATC裝置，使加工變得更具有柔性化。加工中心常用的刀庫有斗笠式、凸輪式、鏈條式等，其中斗笠式刀庫由于其形狀像個(gè)大斗笠而得名，一般存儲(chǔ)刀具數(shù)量不能太多，10～24把刀具為宜，具有體積小、安裝方便等特點(diǎn)，在立式加工中心中應(yīng)用較多。

（5）斗笠式刀庫的動(dòng)作過程。斗笠式刀庫在換刀時(shí)整個(gè)刀庫向主軸平行移動(dòng)，首先，取下主軸上原有刀具，當(dāng)主軸上的刀具進(jìn)入刀庫的卡槽時(shí)，主軸向上移動(dòng)脫離刀具；其次，主軸安裝新刀具，這時(shí)刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)目標(biāo)刀具對(duì)正主軸正下方時(shí)，主軸下移，使刀具進(jìn)入主軸錐孔內(nèi)，刀具夾緊后，刀庫退回原來的位置，換刀結(jié)束。刀庫具體動(dòng)作過程如下：

①刀庫處于正常狀態(tài)，此時(shí)刀庫停留在遠(yuǎn)離主軸中心的位置。此位置一般安裝有信號(hào)傳感器（為了方便理解，定義為A），傳感器A發(fā)送信號(hào)輸送到數(shù)控機(jī)床的PLC中，對(duì)刀庫狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。

②數(shù)控系統(tǒng)對(duì)指令的目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前主軸的刀具號(hào)進(jìn)行分析。如果目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前主軸刀具號(hào)一致，直接發(fā)出換刀完成信號(hào)。如果目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前主軸刀具號(hào)不一致，啟動(dòng)換刀程序，進(jìn)入下一步。

③主軸沿Z方向移動(dòng)到安全位置。一般安全位置定義為Z軸的第1參考點(diǎn)位置，同時(shí)主軸完成定位動(dòng)作，并保持定位狀態(tài)；主軸定位常常通過檢測(cè)主軸所帶的位置編碼器一轉(zhuǎn)信號(hào)來完成。

④刀庫平行向主軸位置移動(dòng)。刀庫刀具中心和主軸中心線在一條直線上時(shí)為換刀位置，位置到達(dá)通過信號(hào)傳感器B反饋信號(hào)到數(shù)控系統(tǒng)PLC進(jìn)行確認(rèn)。

⑤主軸向下移動(dòng)到刀具交換位置。一般刀具交換位置定義為Z軸的第2參考點(diǎn)，在此位置將當(dāng)前主軸上的刀具還回到刀庫中。

⑥刀庫抓刀確認(rèn)后，主軸吹氣松刀。機(jī)床在主軸部分安裝松刀確認(rèn)傳感器C，數(shù)控機(jī)床PLC接收到傳感器C發(fā)送的反饋信號(hào)后，確認(rèn)本步動(dòng)作執(zhí)行完成，允許下一步動(dòng)作開始。

⑦主軸抬起到Z軸第1參考點(diǎn)位置。此操作目的是防止刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刀庫和主軸發(fā)生干涉。

⑧刀庫旋轉(zhuǎn)使能。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀庫電機(jī)正/反轉(zhuǎn)啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)刀庫電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，找到指令要求更換的目標(biāo)刀具，并使此刀具位置的中心與主軸中心在一條直線上。

⑨主軸沿下移到Z軸的第2參考點(diǎn)位置，進(jìn)行抓刀動(dòng)作。

⑩主軸刀具加緊。加緊傳感器D發(fā)出確認(rèn)信號(hào)。

刀庫向遠(yuǎn)離主軸中心位置側(cè)平移，直到PLC接收到傳感器A發(fā)出的反饋確認(rèn)信號(hào)。

主軸定位解除，換刀操作完成。

刀庫僅有以上4個(gè)傳感器是不夠的，為了保證數(shù)控機(jī)床的安全，保證刀庫的換刀順利完成，在斗笠式刀庫中一般還安裝刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)到位確認(rèn)傳感器E，保證刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)，刀具中心線位置和主軸中心線在一條直線上。

圖5.13

◎任務(wù)實(shí)施

斗笠式刀庫換刀過程常見故障分析。斗笠室刀庫如圖5. 14所示。

圖5.14　斗笠室刀庫

數(shù)控機(jī)床刀庫部分故障率相對(duì)較高，對(duì)斗笠式刀庫在換刀過程中常見故障現(xiàn)象及原因總結(jié)以下幾條：

【例1】 故障現(xiàn)象：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令，刀庫不動(dòng)作。

原因分析：

①檢查機(jī)床的操作模式是否正確？機(jī)床是否鎖住狀態(tài)？指令是否正確？這些原因雖然簡(jiǎn)單，但也是初學(xué)者容易犯的錯(cuò)誤。

②檢查數(shù)控機(jī)床的壓縮空氣，檢查空氣的氣壓是否在要求范圍內(nèi)？一般數(shù)控機(jī)床常用的壓縮空氣壓力在0. 5～0. 6 MPa之間，如果所提供的壓縮空氣壓力低于這個(gè)范圍，刀庫在換刀過程中由于壓力不夠，造成不動(dòng)作。

③檢查刀庫的初始狀態(tài)是否正常，即檢查傳感器A、E的狀態(tài)是否良好？輸送到數(shù)控系統(tǒng)PLC的入口信號(hào)是否正確？可以通過數(shù)控系統(tǒng)提供的PLC地址診斷功能幫助檢查。

【例2】 故障現(xiàn)象：刀庫移動(dòng)到主軸中心位置，但不進(jìn)行接下的動(dòng)作。

原因分析：

①檢查刀庫到主軸側(cè)的確認(rèn)信號(hào)傳感器B、E是否良好？發(fā)送到數(shù)控系統(tǒng)PLC中的信號(hào)狀態(tài)是否正常？此故障現(xiàn)象多由于傳感器不良造成。

②如果傳感器狀態(tài)及信號(hào)都正常，請(qǐng)檢查主軸刀具是否加緊？

③檢查主軸定位是否完成？

④確認(rèn)第一參考點(diǎn)返回是否完成？

【例3】 故障現(xiàn)象：刀庫從主軸取完刀，不旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)刀位。

原因分析：

一般刀庫的旋轉(zhuǎn)電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，如果發(fā)生以上故障，要進(jìn)行以下檢查：

①參照機(jī)床的電氣圖紙，利用萬用表等檢測(cè)工具檢查電機(jī)的啟動(dòng)電路是否正常？

②檢查刀庫部分的電源是否正常？交流接觸器與開關(guān)是否正常？一般刀庫主電路部分的動(dòng)力電源為三相交流380 V電壓，交流接觸器線圈控制部分的電源為交流110 V或直流24 V，檢查此部分的電路并保證電路正常。

③如果在保證以上部分都正常的情況下，檢查刀庫驅(qū)動(dòng)電機(jī)是否正常？

④如果以上故障都排除，請(qǐng)考慮刀庫機(jī)械部分是否有干涉的地方？刀庫旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和刀庫的連接是否脫離？

【例4】 故障現(xiàn)象：主軸抓刀后，刀庫不移回初始位置。

原因分析：

①檢查氣源壓力是否在要求范圍？

②檢查刀庫驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制回路是否正常？刀庫控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)刀庫的左、右平移，如果反轉(zhuǎn)控制部分故障，容易出現(xiàn)以上故障。

③檢查刀庫控制電機(jī)。

③檢查主軸刀具抓緊情況，主軸刀具抓緊通過加緊傳感器D發(fā)出回饋信號(hào)到數(shù)控系統(tǒng)，如果數(shù)控系統(tǒng)接收不到傳感器D發(fā)送的加緊確認(rèn)信號(hào)，刀庫不執(zhí)行下面的動(dòng)作。

④檢查刀庫部分是否存在機(jī)械干涉現(xiàn)象。

加工中心采用斗笠式刀庫換刀，一般刀庫的平移過程通過汽缸動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)，所以在刀庫動(dòng)作過程中，保證氣壓的充足與穩(wěn)定非常重要，操作者開機(jī)前首先要檢查機(jī)床的壓縮空氣壓力，保證壓力穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)。對(duì)于刀庫出現(xiàn)的其他電氣問題，維修人員參照機(jī)床的電氣圖冊(cè)，通過分析斗笠式刀庫的動(dòng)作過程，一定能找出原因，解決問題，保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

子任務(wù)2　機(jī)械手刀庫換刀掉刀故障分析及處理

◎任務(wù)提出

1.以MVC400數(shù)控加工中心為例，分析加工中心在換刀過程中出現(xiàn)掉刀現(xiàn)象，并伴隨有主軸上的刀裝不到位現(xiàn)象；

2.加工中心在換刀過程中出現(xiàn)掉刀故障發(fā)生在工件加工之后；

3.試分析帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)的故障、產(chǎn)生原因等方面進(jìn)行分析，并排除故障。

◎任務(wù)目標(biāo)

掌握加工中心刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)換刀時(shí)亂刀、掉刀故障及排除方法。

◎相關(guān)知識(shí)

一、機(jī)械手刀庫的動(dòng)作過程。機(jī)械手換刀裝置如圖5. 15所示。

圖5.15　機(jī)械手換刀裝置

1.抓刀

當(dāng)程序執(zhí)行換刀指令M06時(shí)，刀庫的刀套翻下，機(jī)械手逆時(shí)針方向回轉(zhuǎn)90°，其兩端的手爪同時(shí)分別抓住刀庫上的刀和主軸上已用過的刀。

2.拔刀

機(jī)械手沿主軸軸向同時(shí)將所抓的兩把刀拔出。

3.換刀

機(jī)械手順時(shí)針回轉(zhuǎn)180°，兩把刀交換位置。

4.插刀

機(jī)械手沿主軸軸向向里移動(dòng)，將刀具插入主軸和刀庫上的刀夾中。刀具在主軸內(nèi)定位夾緊，插入刀庫的刀也應(yīng)被鎖住，以防掉刀。

5.復(fù)位

機(jī)械手逆時(shí)針回轉(zhuǎn)90°，回到水平原始位置。

二、刀庫及換刀機(jī)械手的維護(hù)

在刀庫與換刀機(jī)械手的維護(hù)中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

①不能把超重、超長的刀具裝入刀庫，防止在機(jī)械手換刀時(shí)掉刀或刀具與工件、夾具等發(fā)生碰撞。

②順序選刀方式必須注意刀具放置在刀庫中的順序要正確。其他選刀方式也要注意所換刀具是否與所需刀具一致，防止換錯(cuò)刀具導(dǎo)致事故發(fā)生。

③用手動(dòng)方式往刀庫上裝刀時(shí)，要確保裝到位、裝牢靠，并檢查刀座上的鎖緊是否可靠。

④經(jīng)常檢查刀庫的回零位置是否正確，檢查機(jī)床主軸回?fù)Q刀點(diǎn)位置是否到位，并及時(shí)調(diào)整，否則不能完成換刀動(dòng)作。

⑤要注意保持刀具刀柄和刀套的清潔。

⑥開機(jī)時(shí)，應(yīng)先使刀庫和機(jī)械手空運(yùn)行，檢查各部分工作是否正常，特別是各行程開關(guān)和電磁閥能否正常動(dòng)作。檢查機(jī)械手液壓系統(tǒng)的壓力是否正常，刀具在機(jī)械手上的鎖緊是否可靠，發(fā)現(xiàn)不正常時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。

三、數(shù)控加工中心氣壓傳動(dòng)控制換刀系統(tǒng)

圖5. 16所示為MVC數(shù)控加工中心氣壓傳動(dòng)控制換刀系統(tǒng)原理圖。利用該系統(tǒng)可以在換刀過程中完成主軸定位、主軸送刀、拔刀、向主軸錐孔吹氣和插刀等一系列加工時(shí)的必要?jiǎng)幼?。氣壓傳?dòng)系統(tǒng)的工作原理如下：當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令時(shí)，主軸即停止旋轉(zhuǎn)，同時(shí)5YA通電，閥3右位處于工作狀態(tài)，壓縮空氣經(jīng)氣壓傳動(dòng)三聯(lián)件1、換向閥3右位、單向節(jié)流閥7進(jìn)入主軸定位缸B無桿腔，活塞桿向外伸出，使主軸自動(dòng)定位。定位后壓下無觸點(diǎn)開關(guān)，使3YA通電，閥4右位處于工作狀態(tài)，壓縮空氣經(jīng)換向閥4右位、快速排氣閥31011進(jìn)入氣液增壓缸C的上腔，增壓腔的高壓油推動(dòng)活塞桿向外伸出，實(shí)現(xiàn)主軸松刀，同時(shí)1YA通電，閥5右位處于工作狀態(tài)，壓縮空氣經(jīng)換向閥5右位、單向節(jié)流閥9進(jìn)入缸A無桿腔，推動(dòng)活塞桿向外伸出，實(shí)現(xiàn)拔刀。然后由回轉(zhuǎn)刀庫交換刀具，同時(shí)8YA通電，閥2左位處于工作狀態(tài)，壓縮空氣經(jīng)換向閥2左位、單向節(jié)流閥6向主軸錐孔吹氣。稍后8YA斷電、7YA通電，停止吹氣，IYA斷電、2YA通電，閥5左位處于工作狀態(tài)，壓縮空氣經(jīng)換向閥5左位，單向節(jié)流閥8進(jìn)入缸A有桿腔，推動(dòng)活塞桿上移，實(shí)現(xiàn)插刀動(dòng)作。隨后3YA斷電、4YA通電，閥4左位處于工作狀態(tài)，壓縮空氣經(jīng)閥4左位進(jìn)入氣液增壓缸C下腔，使活塞桿縮回，通過主軸的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)夾緊刀具。最后5YA斷電、6YA通電，閥6左位處于工作狀態(tài)，缸B無桿腔經(jīng)閥6左位排氣，缸B的活塞桿在彈簧力的作用下復(fù)位，恢復(fù)到開始狀態(tài)，至此完整的換刀動(dòng)作循環(huán)結(jié)束。

圖5.16

◎任務(wù)實(shí)施

1.刀庫亂刀故障原因分析

所謂亂刀故障現(xiàn)象就是指指令的刀具不是實(shí)際選擇的刀具，如果出現(xiàn)亂刀故障將會(huì)損壞刀具并使加工工件報(bào)廢，嚴(yán)重時(shí)將損壞機(jī)床。

亂刀的產(chǎn)生原因大體有以下幾個(gè)方面：

①在正常換刀時(shí)由于換刀氣壓不足，導(dǎo)致?lián)Q刀過程卡住。在手動(dòng)刀庫復(fù)位后可能產(chǎn)生刀庫亂刀。

②在加工中心機(jī)械手換刀時(shí)，由于操作人員按下了RESET復(fù)位鍵，或者急停鍵，導(dǎo)致?lián)Q刀意外終止，可能產(chǎn)生刀庫亂刀。

③由于機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的損壞，或者數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)丟失，混亂的故障導(dǎo)致的亂刀現(xiàn)象。

④其他原因造成的刀庫亂刀。

⑤系統(tǒng)PMC參數(shù)和實(shí)際刀庫的道具記憶值不符。

⑥刀庫計(jì)數(shù)器開關(guān)故障或與實(shí)際刀庫位置不一致。

⑦刀庫拆裝修復(fù)。

⑧操作者裝刀過程中刀具混亂。

2.處理方法

①排除故障，取消機(jī)床的報(bào)警，手動(dòng)盤刀，讓機(jī)械臂復(fù)位、刀庫復(fù)位、機(jī)床執(zhí)行回零方式一次（返回參考點(diǎn)）。

②手動(dòng)方式下取下刀庫中的所有刀具，然后在手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入MDI方式下執(zhí)行：

TO；

M06；（把刀安裝到主軸上）

③選擇方式功能至手動(dòng)方式JOG，通過機(jī)床面板上的刀庫管理鍵，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手動(dòng)調(diào)整刀庫，讓刀盤上的一號(hào)刀座處于刀盤最下方，即換刀過程中刀庫刀座的位置。切換方式功能至手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入MDI方式，輸入M33指令，點(diǎn)擊機(jī)床上的程序啟動(dòng)鍵，當(dāng)聽見機(jī)床PLC工作產(chǎn)生“嘟”聲，機(jī)床刀具清空復(fù)位。

④選擇手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入MDI方式，進(jìn)入刀具表查看刀具表信息，可以看見刀具表內(nèi)的表內(nèi)值是雜亂無序的。手動(dòng)輸入表內(nèi)值，讓表內(nèi)值與序號(hào)、表內(nèi)號(hào)相同，如表5. 2所示。

表5.2　刀具表

用光標(biāo)鍵選擇D0000對(duì)應(yīng)的表內(nèi)值在輸入欄中輸入0，然后點(diǎn)擊MDI面板上INPUT鍵。

⑤參看D357號(hào)參數(shù)（D357表示當(dāng)前刀座號(hào)所存的刀具號(hào)）查是否為數(shù)字1，若不是，點(diǎn)擊MDI 面板，點(diǎn)擊CRT 屏幕下的鍵，然后依次點(diǎn)擊→→查看，如表5. 3所示。

表5.3

這時(shí)，查看01號(hào)參數(shù)的內(nèi)容可以看到，CURRENT中的參數(shù)為任意值。此時(shí)，如表5. 3所示其值為4。之前由于刀庫回零后刀座1號(hào)座處于刀庫最下端，換刀位置上。這個(gè)4代表的意思就是刀庫1號(hào)刀座中存放的是T4刀，我們可以手動(dòng)更改這個(gè)數(shù)值。用光標(biāo)鍵選擇到數(shù)字4的位置上，輸入數(shù)字1，然后點(diǎn)擊MDI面板上INPUT鍵，這時(shí)數(shù)值就由4更改為1，其意思代表為刀座1號(hào)座里存放的刀號(hào)為T1刀。到這里，就完成了刀庫回零及刀具表復(fù)位的操作。

⑥檢查一下機(jī)床刀庫是否正確，刀庫是否與刀具表位置一一對(duì)應(yīng)。在MDI方式下，依次執(zhí)行T1；M06；及T2；M06；及T3；M06；…；T16；M06；仔細(xì)觀察到庫中的位置，依次是在1號(hào)刀座、2號(hào)刀座、3號(hào)刀座至21號(hào)刀座處換刀，由此判斷刀庫正常。

3.刀庫掉刀故障原因分析

按照換刀順序的逆過程，進(jìn)行分析。排除故障。加工中心過程：CNC換刀指令—刀套下降—下降到位—機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)—轉(zhuǎn)動(dòng)減速—轉(zhuǎn)動(dòng)到位—主軸刀松開—松開到位—機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)—轉(zhuǎn)動(dòng)減速—轉(zhuǎn)動(dòng)到位—主軸刀夾緊—加緊到位—機(jī)械手逆轉(zhuǎn)—機(jī)械復(fù)位—換刀完成。

故障原因：

①機(jī)械手扣刀位置出現(xiàn)偏差。此故障有兩種情況發(fā)生：一是機(jī)械手加持刀具的情況，二是主軸夾持刀具的情況，三是檢查有關(guān)扣刀剎車信號(hào)是否正常。

檢查機(jī)械手手臂上的兩個(gè)卡爪及支持卡爪的彈簧、螺母、卡緊鎖等附件。若卡緊爪彈簧壓力過小，卡緊爪彈簧后面的螺母松動(dòng)，刀具超重，機(jī)械手卡緊鎖不起作用，都會(huì)導(dǎo)致在機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)情況下出現(xiàn)掉刀現(xiàn)象。

檢查主軸內(nèi)刀具夾緊裝置中的蝶形彈簧等附件。若沒有發(fā)現(xiàn)問題，主軸夾持刀具緊固，不會(huì)出現(xiàn)掉刀現(xiàn)象。若蝶形螺母等損壞，就會(huì)出現(xiàn)刀裝不到位，甚至裝不上而掉刀現(xiàn)象。

檢查有關(guān)扣刀剎車信號(hào)線是否脫落或者損壞，PLC處理是否正常。

②加工時(shí)掉刀故障的狀態(tài)情況。觀察掉刀現(xiàn)象是出現(xiàn)在工件加工完成之后，還是本工件根本沒有加工刀具就落在工作臺(tái)上。此故障有兩種情況發(fā)生：一是機(jī)械手沒有把刀裝上，二是機(jī)械手沒有接住松開的刀具。

檢查換刀程序，若發(fā)現(xiàn)如下情況：主軸刀具夾緊沒有到位，甚至在沒有夾緊動(dòng)作的情況下機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)，于是發(fā)生掉刀故障。經(jīng)分析，是主軸刀具夾緊到位行程開關(guān)及其連接線路存在問題。

檢查換刀程序，若發(fā)現(xiàn)如下情況：在機(jī)械手沒有到位的情況下，主軸上的刀具松開，機(jī)械手沒有抓住刀，于是發(fā)生掉刀故障。經(jīng)分析，是機(jī)械手到位磁感應(yīng)開關(guān)及其連接線路存在問題。

故障的處理：

①調(diào)整機(jī)械手的位置與機(jī)械手位置檢測(cè)開關(guān)位置相對(duì)應(yīng)。

②更換機(jī)械手鎖緊彈簧。

案例中加工中心1的掉刀故障伴隨有主軸刀具裝不到位的現(xiàn)象，故診斷為主軸內(nèi)刀具夾緊裝置中的蝶形螺母等附件存在問題。檢查發(fā)現(xiàn)，幾處蝶形螺母損壞，具體維修方法如下：

①拆下主軸外面的護(hù)罩。

②拆下主軸上端的氣缸。

③拆下主軸拉刀趕上的鎖緊螺母。

④取出拉刀桿和蝶形彈簧。

⑤更換損壞的蝶形彈簧。

加工中心2換刀過程出現(xiàn)的掉刀故障發(fā)生在工件加工完成之后，并發(fā)生在本工件沒加工的情況下。同時(shí)沒有“刀裝不到位”的現(xiàn)象伴隨發(fā)生，因此屬于機(jī)械手到位磁感應(yīng)開關(guān)及其連接線路的問題。更換機(jī)械手到位磁感應(yīng)開關(guān)，故障消除。

◎思考題

1.自動(dòng)換刀裝置有哪幾種形式？各有何特點(diǎn)？

2.刀庫有哪幾種形式？各適用于什么場(chǎng)合？

3.刀具的選擇方式有幾種？各適用于何種場(chǎng)合？