加工中心是目前世界上產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機床之一。其綜合加工能力較強，工件一次裝夾后，能完成較多的加工內(nèi)容，且加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設(shè)備的5-10倍，特別是它能完成許多普通設(shè)備不能完成的加工，對形狀復(fù)雜，精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為適用。

　　加工中心是當(dāng)代高新技術(shù)機、電、光、氣一體化的結(jié)晶，電氣復(fù)雜，管路交叉林立，數(shù)控系統(tǒng)五花八門，產(chǎn)品從上世紀(jì)70年代到如今，不能互換，故障現(xiàn)象也是千奇百怪，各不相同，特別是大型、重型數(shù)控機床，價格昂貴，安裝、調(diào)整時間長。數(shù)控機床內(nèi)有成千上萬只元器件，若其中一個出問題，就會引起機床的不正常現(xiàn)象，再加上大型、重型數(shù)控機床體積龐大，在無恒溫廠房條件下使用，環(huán)境的影響很容易引發(fā)故障，因此目前國內(nèi)加工中心開動率平均僅為20%-30 %，學(xué)習(xí)數(shù)控機床故障診斷、維修有重要意義，掌握故障診斷與維修的技術(shù)，有利于提高數(shù)控機床的使用效率。

　　本文就利用PLC和萬用表對FANUC-oi系統(tǒng)加工中心典型的回參故障進行巧妙維修略作探討分析，僅供同行參考。

1 加工中心結(jié)構(gòu)和回參操作

　　以FANUC一系統(tǒng)的加工中心為例，在介紹基本結(jié)構(gòu)及原理的基礎(chǔ)上，再闡述利用PLC及萬用表，對加工中心回參操作的故障進行診斷維修的方法。

　　1.1 加工中心結(jié)構(gòu)

　　加工中心有各種類型，雖然外形結(jié)構(gòu)各異，但總體上是由以下幾大部分組成。

　　(1)基礎(chǔ)部件。由床身、立柱和工作臺等大件組成，是加工中心結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部件。這些大件有鑄鐵件，也有焊接的鋼結(jié)構(gòu)件，要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削負(fù)載，因此必須具備更高的靜動剛度，也是加工中心中質(zhì)量和體積最大的部件。

　　(2)主軸部件。由主軸箱、主袖電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動、停止等動作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具進行切削。主軸部件是切削加工的功率輸出部件，是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的好壞，對加工中心的性能有很大的影響。

　　(3)數(shù)控系統(tǒng)。由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅(qū)動裝置以及電動機等部分組成.是加工中心執(zhí)行順序控制動作和控制加工過程的中心。

　　(4)自動換刀裝置(ATC)。加工中心與一般數(shù)控機床的顯著區(qū)別，是具有對零件進行多工序加工的能力，有一套自動換刀裝置

　　1.2 回參操作的動作

　　加工中心參考點又名原點或零點，是機床的機械原點和電氣原點相重合的點，是原點復(fù)歸后機械上固定的點。每臺機床可以有一個參考原點，也可以據(jù)需要設(shè)置多個參考原點，用于自動刀具交換〔atc)或自動拖盤交換( apc)等。參考點作為工件坐標(biāo)系的原始參照系，機床參考點確定后，各工件坐標(biāo)系隨之建立。

　　機械原點，是基本機械坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點，機械零部件一旦裝配完畢.機械原點隨即確立。

　　電氣原點，是由機床所使用的檢測反饋元件所發(fā)出的柵點信號或零標(biāo)志信號確立的參考點。

　　為了使電氣原點與機械原點重合，必須將電氣原點到機械原點的距離，用一個設(shè)置原點偏移量的參數(shù)進行設(shè)置。這個重合的點就是機床原點。

　　在加工中心使用過程中，機床手動或者自動回參考點操作是經(jīng)常進行動作。不管機床檢測反饋元件，是配用增量式脈沖編碼器還是絕對式脈沖編碼器，在某些情況下，如進行atc或apc過程中，機床某一軸或全部軸都要先回參考原點。

　　手動回參考點的動作如下:

　　(1)確保機床通電且與PC電腦聯(lián)機完成‘已起動控制軟件)，將機床操作面板上的工作方式開關(guān)置于手動回參的位置上。

　　(2)分別按壓+Z、+Y、-X軸移動方向按鈕一下，則系統(tǒng)既控制機床往參考點位置處快速移動，當(dāng)快到達(dá)參考點附近時，各軸自動減速，再慢慢趨近直至到達(dá)參點后停下。

　　(3)到達(dá)參考點后，機床面板上回參考點指示燈亮。

　　1.3 回參操作的原理方法。

　按機床檢測元件檢測原點信號方式的不同，返回機床參考點的法有兩種。一種為柵點法，另一種為磁開關(guān)法。

　　在柵點法中，檢測器隨著電機一轉(zhuǎn)信號同時產(chǎn)生一個柵點或一個零位脈沖，在機械本體上安裝一個減速撞塊及一個減速開關(guān)后，數(shù)控系統(tǒng)檢測到的第一個柵點或零位信號即為原點。

　　在磁開關(guān)法中，在機械本體上安裝磁鐵及磁感應(yīng)原點開關(guān)，當(dāng)磁感應(yīng)原點開關(guān)檢測到原點信號后，伺服電機立即停止，該停止點被認(rèn)作原點。

　　柵點方法的特點是:如果接近原點速度小于某一固定值，則伺服電機總是停止于同一點，也就是說，在進行回原點操作后，機床原點的保持性好。

　　磁開關(guān)法的特點是:軟件及硬件簡單，但原點位置隨著伺服電機速度的變化而成比例地漂移，即原點不確定。

　　目前，幾乎所有的機床都采用柵點法。

2 PLC原理及檢測故障的思路和方法

　　(1) PLC。全稱是PROGRAMMABLE LOGIC CONTRI-LOR:可編程序邏輯控制器。PLC是用來控制數(shù)控機床的順序動作的，可完成以下功能。

　　1)編譯功能—對機床控制而板的各個按鍵、旋鈕輸人信號進行編譯處理;對輔助功能指令進行編譯。

　　2)機床外部輸入/輸出信號的控制一-將機床側(cè)的開關(guān)信號送入PLC，經(jīng)運算后，送出運算結(jié)果，控制機床的動作。

　　3)伺服控制—控制主軸和伺服進給驅(qū)動裝置的使能信號。

　　4)其他外圍設(shè)備的控制。

　　PLC與機床及系統(tǒng)之間信號傳遞(如圖1)oX寄存器為機床輸出到PLC的開關(guān)信號;Y寄存器為PLC輸出到機床的開關(guān)信號;R寄存器為PLC內(nèi)部中間寄存器;G寄存器為PLC輸出到計算機數(shù)控系統(tǒng)的的開關(guān)信號;F寄存器為計算機數(shù)控系統(tǒng)輸出到PLC的開關(guān)信號;P寄存器為PLC外部參數(shù)，可由機床用戶設(shè)置共有100組;B寄存器為斷電保護信息，共有100組。

　　(2) FANUC oi系統(tǒng)應(yīng)用的PLC (PMC)。 FANUC數(shù)控系統(tǒng)將PLC記為PMC，稱作可編程機床控制器，即專門用于控制機床的PLCo。 FANUC系統(tǒng)控制有PMCL和PMCM兩種。PMC-L的處理機與主機共用，最大步數(shù)為S 00t)步。PMC-M采用專用處理機，微處理器為80186，專用一塊板，插在主板上，最大步數(shù)為8 000步。兩種PMC的掃描周期均為16 ms。

　　(3) FANUC of系統(tǒng)PMC與外部信息的交換。PMC , CNC(數(shù)控系統(tǒng))和MT(機床)三者之間的信息交換，需要通過三者間的接口進行，F(xiàn)ANUC Oi M系統(tǒng)的接口概況如圖2所示。接口包括4部分:機床至PMC (MT→PMC),PMC至機床(PMC→MT), CNC至PMC(CNC→PMC), PMC至CNC(PMC→ CNC)。

　　(4)與PLC有關(guān)故障檢測的思路和方法。

　　1)根拒括交障號診斷故障—根據(jù)機床出現(xiàn)的報普號及報警說明，找到故障相對應(yīng)的PLC程序及PLC狀態(tài)，確定故障為PLC內(nèi)部故障還是機床側(cè)故障。

　　2)根據(jù)動作順序診斷故障—數(shù)控機床上的任何操作，都是按照一定的順序來完成的，因此觀察機械裝置的運動過程，比較正常和故障時的情況，就可診斷出故障。

　　3)根據(jù)控制對象的工作原理診斷故障—數(shù)控機床的PLC程序，是按照控制對象的工作原理設(shè)計的，通過控制對象的工作原理進行分析，結(jié)合PLC的I /0口狀態(tài)檢查。

　　4)通過梯形圖和vo狀態(tài)診斷故障—根據(jù)PLC的梯形圖來分析和診斷故障，是解決數(shù)控機床外圍故障的基本方法，首先搞清機床的工作原理.動作順序和連鎖關(guān)系，利用系統(tǒng)的自診斷功能，根據(jù)梯形圖察看相關(guān)的輸人l輸出狀態(tài)，從而確定故障的原因。

　　5)動態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障—當(dāng)有些I/O出現(xiàn)故障時，由于過程變化過快，察看I/O及標(biāo)志無法跟蹤，此時需要通過PLC動態(tài)跟蹤，觀察I/O及標(biāo)志的瞬間變化，作出診斷。

　　有了PLC和CNC(數(shù)控系統(tǒng))和MT(機床)三者之間的連接圖，再配合PLC故障檢測的思路和方法，就可方便地檢修機床了。

3 檢修的實施

　　3.1 準(zhǔn)備工作

　　(1)檢修用的器具。萬用表一個;35W電烙鐵一把;鉗子、螺絲刀、電工刀等電工工具一套;內(nèi)六角扳手一套;毛巾一條;毛刷一把。

　　(2)檢修前的準(zhǔn)備工作及注意事項。

　　1)了解加工中心的結(jié)構(gòu);
　　2)掌握加工中心的回參操作及原理;
　　3)掌握PLC的常識;
　　4)最好有該加工中心的說明書和電氣圖及PLC梯形圖;
　　5)掌握電工電子方面有關(guān)的知識及技能;
　　6)拆卸、調(diào)整時應(yīng)記錄原來的位置，以便復(fù)原;
　　7)檢修時不要盲目亂敲亂碰，以免擴大故障，越修越壞;
　　8)注意安全。設(shè)備電氣用電為380V,注意不要觸電傷害人身和設(shè)備。

　　3.2 檢查修理

　　(1)現(xiàn)象。VMC800加工中心回參考點時，Y軸向回參的相反方向移動，隨后出現(xiàn)報警，顯示屏上出現(xiàn):500超程:-Y。

　　(2)原因分析。這臺VMC800加工中心是配備FANUC oi系統(tǒng)，采用半閉環(huán)控制方式，使用增量脈沖編碼器作為檢測反饋元件。該機床回參考點采用柵點法回參，開機Y軸回參考點的過程為:回參考點軸先以快速移動，當(dāng)零點開關(guān)被擋塊壓下時，PLC輸人點X9.1信號由1變?yōu)镺,CNC接收到該跳變信號后輸出減速指令，使Y軸制動后并以低速向反方向移動，當(dāng)擋塊釋放零點開關(guān)時，X9.1信號由0跳變?yōu)?,Y軸制動后改變方向，以回參考點速度向參考點移動，當(dāng)零點開關(guān)再次被擋塊壓下時，X9.1信號由1變?yōu)?。，此時起，CNC接收到的增量脈沖編碼器發(fā)出的零位標(biāo)志脈沖XO時，Y軸再繼續(xù)運行到參數(shù)設(shè)定的距離后停止，參考點確立，回參過程結(jié)束。

　　明白了此機的回參過程及原理后，根據(jù)上訴的故障現(xiàn)象，判斷故障可能是出在零點開關(guān)、擋塊、系統(tǒng)參數(shù)、軟限位設(shè)定和編碼器上出了問題.導(dǎo)至Y軸在回參時，開關(guān)不能復(fù)位。

　　(3)檢查。現(xiàn)用PLC的梯形圖和狀態(tài)圖加以檢查，縮小故障范圍:按下面板上的SYSTEM按鍵，再按下PMCLAD按鍵，就看到FLC的梯形圖，輸人Y31.4，按下SEARCH(搜索)就看見Y軸回參梯形圖如圖3所示。

　　當(dāng)故障出現(xiàn)時，F(xiàn)94.1和Y31.4都變紅，表明系統(tǒng)有信號過來，也表明編碼器是好的;查看PLC的狀態(tài)圖:按下面板上的SYSTEM按鍵，再按下PMCDGM按鍵，再按下STATUS就看到PLC的狀態(tài)圖，當(dāng)故障出現(xiàn)時，X9.1始終為0，沒有變化，這樣就把故障點縮小到零點開關(guān)、擋塊、系統(tǒng)參數(shù)、軟限位設(shè)定等，簡化了修理過程。

　　(4)修理。把機床Y軸的蓋拆開，摸一下?lián)鯄K，沒有松，再拆下零點開關(guān)檢查，發(fā)現(xiàn)其非常臟，鐵屑鋁屑都翰在上面，開關(guān)伸縮不靈活，徹底清理干凈，再裝好，用萬用表檢查開關(guān)的通斷，正常;開機再回參，此時，回參動作基本正常，只是在差不多回參完成時，又出現(xiàn)超程報警，顯示屏上出現(xiàn):500超程:+Y，再試二次，故障照舊，這個時候，就懷疑是系統(tǒng)參數(shù)和軟限位設(shè)定出現(xiàn)問題;首先檢查軟限位設(shè)定，在MDI方式下按下OFS/SET，把參數(shù)寫入由0改為1，按下SYSTEM，點擊參數(shù)，進人機床參數(shù)面版，輸人1320，點擊搜索，可以看到軟限位設(shè)定參數(shù):

　　然后再回參，報警消除，再回幾次，也正常，最后又把1320和1321中的參數(shù)改回原來的參數(shù)，故障徹底消除。

4 結(jié)束語

　　本文為筆者多年來在檢修加工中心的各種故障中，最為經(jīng)典的一役。加工中心電氣復(fù)雜，管路交叉林立，數(shù)控系統(tǒng)五花八門，故障現(xiàn)象也是千奇百怪。而回不了參考點的故障，是較常見的故障之一。這種故障一般又是由擋塊的松動、零點開關(guān)的失靈、系統(tǒng)參數(shù)的丟失、軟限位設(shè)定不準(zhǔn)等因素引起的。