在數(shù)控機(jī)床中, CNC系統(tǒng)完成刀具相對(duì)于工件各坐標(biāo)軸幾何運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)字控制, 包括插補(bǔ)運(yùn)算和刀具補(bǔ)償?shù)葦?shù)據(jù)的處理, 另外還有許多輔助功能, 如主軸的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和停止、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)和停止,刀庫(kù)及機(jī)械手換刀控制, 冷卻、排屑裝置和工件的裝夾等許多應(yīng)答式開(kāi)關(guān)量的控制均是由數(shù)控機(jī)床中的可編程控制器完成的。

　　可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC, PLC在數(shù)控機(jī)床上起著連接CNC與機(jī)床的橋梁作用, 一方面, 它接受CNC的控制指令, 并根據(jù)機(jī)床側(cè)的控制信號(hào), 在內(nèi)部順序程序的控制下, 給機(jī)床側(cè)發(fā)出控制指令, 控制電磁閥、繼電器、指示燈, 并將狀態(tài)信號(hào)發(fā)送到CNC;另一方面, 在對(duì)大量開(kāi)關(guān)信號(hào)處理過(guò)程中, 任何一個(gè)信號(hào)不到位, 任何一個(gè)執(zhí)行元件不動(dòng)作, 都會(huì)使機(jī)床出現(xiàn)故障。

　　西門子SINUMER IK810 系統(tǒng)是德國(guó)西門子公司20世紀(jì)80年代中期推出的中檔數(shù)控系統(tǒng)。其后的十幾年中西門子公司相繼推出GA1、GA2、GA3三種型號(hào)的810系列產(chǎn)品。由于系統(tǒng)功能強(qiáng), 使用方便, 硬件采用模塊化結(jié)構(gòu), 系統(tǒng)便于維修, 并且體積小, 因此810系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。810 系統(tǒng)自帶一個(gè)集成式PLC, 用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與機(jī)床的接口和電氣邏輯控制。

　　在數(shù)控機(jī)床的故障中, 輸入/輸出(I/O) 故障是最常見(jiàn)的故障, 通過(guò)對(duì)可編程序控制器PLC的檢查,可以很方便地判斷出810系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的這類故障。

1 根據(jù)PLC的狀態(tài)信息診斷故障

　　西門子810系統(tǒng)的700027063號(hào)顯示的信息是對(duì)操作者的提示和警告, 是機(jī)床制造廠家為特定機(jī)床設(shè)計(jì)的, 狀態(tài)信息來(lái)自機(jī)床制造廠家編寫的、事先存儲(chǔ)在NC系統(tǒng)中的狀態(tài)文本, 指示機(jī)床的狀態(tài), 如液壓或潤(rùn)滑油位不夠、負(fù)載門打開(kāi)、設(shè)定一些開(kāi)關(guān)位置等等。

　　這樣, 可以根據(jù)屏幕上的狀態(tài)信息進(jìn)行機(jī)床維修。應(yīng)用實(shí)例: 采用西門子810系統(tǒng)的數(shù)控磨床, 有一段時(shí)間經(jīng)常出現(xiàn)7000 號(hào)報(bào)警, 出現(xiàn)報(bào)警時(shí), 機(jī)床不能進(jìn)行其他操作。按復(fù)位鍵或者關(guān)機(jī)再開(kāi), 故障有時(shí)會(huì)消除。

　　故障分析與檢查。出現(xiàn)報(bào)警后對(duì)機(jī)床控制部分的熱繼電器進(jìn)行檢查, 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)工作原理, 出現(xiàn)7000 號(hào)報(bào)警, PLC 的相應(yīng)標(biāo)志位F10810應(yīng)該置為“1”。用系統(tǒng)D IAGNOSIS菜單中的PLC STATUS功能檢查F10810狀態(tài), 在出現(xiàn)報(bào)警時(shí)其狀態(tài)確實(shí)變?yōu)椤?”, 查看PLC梯形圖, 有關(guān)標(biāo)志位F10810部分的梯形圖如圖1所示。

圖1　7000報(bào)警梯形圖

　　分析梯形圖, PLC輸入I210的狀態(tài)變?yōu)椤?”是使標(biāo)志位F10810 狀態(tài)置“1 ”的根本原因。只要I210的狀態(tài)變?yōu)椤?”, F10810 狀態(tài)就變?yōu)椤?”并自鎖, 這時(shí)不論I210的狀態(tài)如何, F10810狀態(tài)一直為“1”; 只有I210 的狀態(tài)變?yōu)椤? ”, 按復(fù)位鍵,I9817變?yōu)椤?”后, F10810才能變?yōu)椤?”, 這時(shí)故障報(bào)警才能復(fù)位。

　　根據(jù)電器原理圖, PLC輸入I210 的接法如圖2所示, 是6個(gè)熱繼電器的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)之后接入PLC輸入端子的。在出現(xiàn)報(bào)警時(shí), PLC輸入I210 的狀態(tài)確實(shí)變?yōu)椤?”, 這時(shí)在線測(cè)量熱繼電器常閉觸點(diǎn)接線端子上的電壓, 2MCB6B 上的1107 號(hào)接線端子上有電壓, 而2MCB7 上的1107 號(hào)接線端子卻沒(méi)有電壓, 檢查端子間的連線時(shí)發(fā)現(xiàn), 1107 號(hào)導(dǎo)線在2MCB6B的接線端子上虛接。

　　故障處理: 緊固2MCB6B的接線端子后, 這個(gè)故障不再發(fā)生。

2 使用機(jī)外編程器診斷機(jī)床側(cè)故障

　　對(duì)于810系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床, 有些故障沒(méi)有報(bào)警信息, 只是某些動(dòng)作不執(zhí)行。對(duì)于這類故障, 需要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的工作原理和PLC的梯形圖來(lái)診斷故障。西門子數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有梯形圖顯示功能, 所以在分析這類故障時(shí)需要使用機(jī)外編程器對(duì)梯形圖的運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤, 找出故障原因。

　　應(yīng)用實(shí)例: 采用西門子810系統(tǒng)的數(shù)控磨床加工工件時(shí), 有時(shí)機(jī)械手沒(méi)能把磨削完的工件帶出, 而又送入一個(gè)工件, 兩個(gè)工件都擠到吸盤上, 無(wú)法正常加工。分析這臺(tái)機(jī)床的工作原理, 工件磨削完成后, 機(jī)械手插入環(huán)形工件并帶著工件上滑至出料口, 機(jī)械手退出工件, 磨削完的工件掉入出料口, 而機(jī)械手繼續(xù)上滑至上料口, 完成上料的工作。

　　仔細(xì)觀察故障的發(fā)生過(guò)程發(fā)現(xiàn), 工件磨削完成后, 機(jī)械手插入環(huán)形工件, 之后又馬上退出工件, 接著機(jī)械手經(jīng)過(guò)出料口上滑至上料口, 將機(jī)械手插入未磨削的工件, 帶動(dòng)工件下滑至電磁吸盤與沒(méi)有帶出的工件擠在一起。

　　其故障比較復(fù)雜, 并且不經(jīng)常發(fā)生, 故用機(jī)外編程器在線監(jiān)視PLC程序的運(yùn)行。

圖2　PLC輸入I210電氣連接圖

　　梯形圖在線跟蹤, 從工件磨削完成、機(jī)械手插入工件又馬上退出這一現(xiàn)象入手, 根據(jù)機(jī)床電氣原理, PLC輸出Q211 控制氣缸使機(jī)械手從工件退出。這部分的PLC梯形圖如圖3所示。

圖3　機(jī)械手退出工件控制梯形圖

 　用編程器在線觀察梯形圖的運(yùn)行, 發(fā)現(xiàn)機(jī)械手插入時(shí), 由于Q212 變?yōu)橥姞顟B(tài)(Q212 控制機(jī)械手插入電磁閥) , 其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi), 使Q211 處于斷電狀態(tài)。而插入工件后, Q212馬上斷電, Q212的常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合, 從而使Q211 有電, 控制機(jī)械手退出。根據(jù)電氣原理圖, PLC的輸出Q212 控制氣缸使機(jī)械手進(jìn)入工件。為了確定Q212斷電的原因, 繼續(xù)觀察有關(guān)Q212的梯形圖, 如圖4所示。

圖4　機(jī)械手插入工件控制梯形圖

　　在線跟蹤PLC程序運(yùn)行, 發(fā)現(xiàn)Q212斷電的直接原因是標(biāo)志位F4015的觸點(diǎn)斷開(kāi), F4015是加工程序中的輔助功能指令M53 的譯碼信號(hào), M53 是機(jī)械手插入指令, 標(biāo)志位F4015是由數(shù)控系統(tǒng)把加工程序中的M53 指令譯碼后置位的, 復(fù)位則由PLC程序完成, F4015 復(fù)位梯形圖如圖5所示。

圖5　M53輔助指令復(fù)位梯形圖

　　機(jī)械手插入時(shí)Q212通電, 機(jī)械手到位后, 到位信號(hào)I316的狀態(tài)變?yōu)椤?”, 這時(shí)把F4015 復(fù)位, 應(yīng)該是正常的。因此Q212掉電另有原因, 重新分析圖4, Q212通電后有一支路應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)自鎖, 從在線梯形圖顯示來(lái)看, 由于標(biāo)志位F14015 有電, 其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi), 不能使Q212自鎖。

圖6　標(biāo)志位F14015的控制梯形圖

　　控制標(biāo)志位F14015的梯形圖如圖6 所示,繼續(xù)在線觀察這部分梯形圖, 發(fā)現(xiàn)PLC的標(biāo)志位F13911、F13915 和輸入I312的觸點(diǎn)都閉合, 使標(biāo)志位F14015 的“線圈”有電, 所以3 個(gè)問(wèn)題只能逐個(gè)排除。首先檢查PLC輸入I312的狀態(tài)是否正常, 根據(jù)電氣原理圖, 如圖7所示, PLC輸入I312連接的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)3PX2, 該開(kāi)關(guān)檢測(cè)機(jī)械手是否到達(dá)出料口的信號(hào), 在機(jī)械手到達(dá)出料口時(shí), 它的狀態(tài)應(yīng)該變?yōu)椤?”, 在其他位置它的狀態(tài)都應(yīng)該是“0”。出故障時(shí), 機(jī)械手在磨削位置, 其狀態(tài)應(yīng)該是“0”, 但它的狀態(tài)卻為“1”。在機(jī)械手還沒(méi)有上滑至出料口時(shí)它的狀態(tài)就已經(jīng)為“1 ”, 說(shuō)明這個(gè)開(kāi)關(guān)損壞。

圖7　PLC輸入I312的連接圖

　　故障處理: 更換新的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān), 機(jī)床故障被排除。

3 結(jié)語(yǔ)

　　由以上分析可知, 通過(guò)對(duì)可編程序控制器PLC的檢查, 利用PLC的狀態(tài)信息和在線動(dòng)態(tài)跟蹤PLC梯形圖, 可以很方便地判斷并解決西門子810系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床故障。