1 故障診斷盒的設(shè)計構(gòu)想與設(shè)置說明

    數(shù)控機床正常運行的核心部件是其數(shù)控系統(tǒng)，而數(shù)控系統(tǒng)正常工作的主要內(nèi)容包括對數(shù)控設(shè)備上非常多的邏輯信號進行時序控制。法拉克系統(tǒng)的PMC邏輯控制包括，機床的開機、停機；主軸的起動、停止；加工的開始、結(jié)束、中斷；潤滑、冷卻的開、關(guān)；工件的裝、卸控制；找刀、換刀；工作臺交換；輔助機械的起、停等動作信號。目前數(shù)控設(shè)備上常見的故障主要是電氣故障，反應(yīng)出來的核心實質(zhì)就是PMC的信號問題。本故障診斷盒設(shè)計的初衷就是模擬數(shù)控設(shè)備運行過程中可能出現(xiàn)的PMC問題，人為設(shè)置部分故障，讓受訓(xùn)者進行針對性的分析、訓(xùn)練，達到快速提高其相應(yīng)技能的目的。

    設(shè)置的故障點主要有：主軸正反轉(zhuǎn)故障；冷卻故障；潤滑故障；X、Y、Z正負超程及鎖定故障；程序停止故障；三軸鎖定故障；手輪無效故障；DNC、AUTO模式無效故障；M03、M08程序停故障；主軸未轉(zhuǎn)故障；單段生效故障；無增量模式故障；程序保護故障；MST鎖定故障；Z軸抱閘故障。這些都是機床中常見的故障類型。

    以“X、Y、Z正負超程”故障為例，當機床的工作臺向某軸的某一個方向移動時，機床撞到限位開關(guān)時，機床就會接受PMC程序反饋信號出現(xiàn)超程報警。但如果機床沒有撞上限位開關(guān)，又想使機床出現(xiàn)超程報警，就要利用故障盒人為的設(shè)置各軸限位開關(guān)。同時在梯形圖相應(yīng)的各軸限位信號位置加上程序段，達到故障設(shè)置效果。

    如圖1是X軸正方向限位開關(guān)的梯形圖,當機床工作臺向X軸正方向移動時,到達限位開關(guān)并撞上時，X1008.1就閉合，線圈G0114.0得電，機床出現(xiàn)X正方向超程報警。為了使機床在沒有撞上限位開關(guān)的情況下出現(xiàn)超程報警，在圖2中X1008.1位置并聯(lián)X1004.1，當限位開關(guān)X1008.1沒有閉合時，可以通過故障盒開關(guān)X1004.1使機床人為出現(xiàn)X正方向超程報警。同樣方式可設(shè)置X-，Y+，Y-，Z+，Z-軸故障點。

圖1 X軸正向限位體形圖

圖2 X軸正向限位故障設(shè)置圖

2 故障盒電氣原理圖

    FANUC 0i系統(tǒng)的機床有四組插頭管腳。其中CB105和CB107已使用，被使用的地址：X1008.0-X1008.7；X1009.0-X1009.7；X1002.0-X1002.7；X1003.0-X1003.7；X1007.0-X1007.7；X1010.0-X1010.7；故障盒使用另外兩組空置的插槽：CB104和CB106，其相應(yīng)的地址如圖3是X地址輸入：X1004.0-X1004.7；X1005.0-X1005.6；圖4是Y地址輸出：Y1004.0-Y1004.7；Y1005.0-Y1005.6。

圖3 故障盒對應(yīng)地址輸入

各地址對應(yīng)的故障：

    X1004.0—主軸正轉(zhuǎn)；X1004.1—X1004.3分別對應(yīng)是X、Y、Z軸的正方向超程；

    X1004.4—主軸反轉(zhuǎn)；X1004.5—X1004.7分別對應(yīng)是X、Y、Z軸的負方向超程；

    X1005.0—冷卻故障；X1005.1—潤滑故障；X1005.2—程序結(jié)束；X1005.3—X、Y、Z軸鎖定；X1005.4—手輪無效；X1005.5—DNC模式無效；X1005.6—AUTO模式無效；而Y地址就是對應(yīng)以上故障在故障盒上的LED燈輸出。

    如圖5是X地址輸入：X1000.0—X1000.7；X1001.0—X1001.6；圖6是Y地址輸出：Y1000.0—Y1000.7；Y1001.0—Y1001.6

圖4故障盒對應(yīng)地址輸出

圖5故障對應(yīng)地址輸入

圖6故障對應(yīng)地址輸出

    各地址對應(yīng)的故障：

    X1000.0—X1000.2分別是X、Y、Z軸鎖定；X1000.3—X1000.5分別是手輪X、Y、Z失效；X1000.6—M03程序停止；X1000.7—M08程序停止；X1001.0—無主軸速度；X1001.1—單段生效；X1001.2—無增量模式；X1001.3—程序保護；X1001.4—MST鎖定；X1001.5—Z軸抱閘；而Y地址就是對應(yīng)以上故障在故障盒上的LED燈輸出。

3 故障盒梯形圖的改進

    當硬件連線都連接好后，最后一步就是相應(yīng)故障點設(shè)置的地址在圖形圖的相應(yīng)位置添加程序段，使其故障功能得以實現(xiàn)。以下就是故障診斷盒的一部分故障點設(shè)置程序梯形圖添加說明。

    如圖7是未加故障盒設(shè)置之前的原梯形圖，當機床側(cè)的DNC模式按鍵按下，并處于AUTO模式下時,線圈G0043.5得電，程序便可以以DNC模式加工。但現(xiàn)在要使DNC模式失效就要在圖7上作修改，如圖8中在線圈G0043.5上串聯(lián)一個常閉觸點X1005.5。當故障盒DNC模式無效的開關(guān)打開時，觸點X1005.5由常閉變成常開，使線圈G0043.5無法接通。即使按了DNC模式按鍵也無法實現(xiàn)DNC加工，而在后面多加一條語句是來控制開關(guān)在故障盒對應(yīng)的LED燈，用來判別是否設(shè)置了故障，當開關(guān)X1005.5閉合線圈Y1005.5輸出，故障盒的燈就會亮。

    如圖9是存儲器保護的梯圖，它用于防止零件程序、偏移值、參數(shù)和設(shè)定數(shù)據(jù)錯誤地存儲、修改或清除。使來自MDI面板的存儲器內(nèi)容的修改有效。共有4個信號，各執(zhí)行的存儲器內(nèi)容操作，取決于參數(shù)No.3290第七位（KEY）的設(shè)定。

圖7 DNC原工作梯形圖  圖8 DNC工作故障設(shè)置梯形圖

圖9 存儲器保護梯形圖

圖10存儲器保護故障設(shè)置梯形圖

    當KEY=0時：

    KEY1：使刀具補償值，工件零點偏移值和工件坐標系偏移量的輸入有效。KEY2：使SETTING數(shù)據(jù)、宏變量和刀具壽命管理數(shù)據(jù)的輸入有效。KEY3：使程序輸入和編輯有效。EY4：使PMC數(shù)據(jù)有效（計數(shù)器數(shù)據(jù)表）。

    當KEY=1時：

    KEY1：使程序輸入和編輯，以及PMC參數(shù)的輸入有效。KEY2到KEY4：不用。

    當信號為0時，輸入無效，系統(tǒng)就會出現(xiàn)WRITE PROTECT（寫保護），我們設(shè)置故障盒也就是要實現(xiàn)此功能，所以在KEY（X0001.4）按鍵下并聯(lián)一個X1001.3，如圖10，當X1001.3合上時，信號為0，即輸入無效。而Y1001.3是相對應(yīng)的LED燈。

圖11 單程序段運行梯形圖

圖12 單程序段運行故障設(shè)置梯形圖

    如圖11是單程序段運行的梯形圖，單程序段運行僅對自動運行有效，自動運行期間當單程序段信號（SBK）置為1時，執(zhí)行完當前程序段后，CNC進入自動運行停止狀態(tài)。當單程序段信號（SBK）設(shè)定為0時，重新執(zhí)行自動運行。在用戶宏程序執(zhí)行期間的單程序段運行狀態(tài)，取決于參數(shù)N.06000第5位（SBM）的設(shè)定：SBM=0在用戶宏程序語句中運行不停止，執(zhí)行了下一個NC指令后停止。SNM=1在宏程序語句中每個程序段后運行停止。如圖12通過診斷盒設(shè)置，使單程序段信號G0046.1（SBK）置為1。

圖13 機床鎖住梯形圖

    如圖13是機床鎖住的梯圖，所有軸的機床鎖住信號MLK或各軸機床鎖住信號MLK1~MLK4置為1時，在手動或自動運行中，停止向伺服電機輸出脈沖（移動指令），但依然在進行指令分配，絕對和相對坐標也在被更新，所以操作者可以通過監(jiān)控位置的變化來檢查指令編制是否正確。當G0044.1為1時，在手動或自動運行時，不向所有軸的伺服電機輸出脈沖（移動指令），機床工作臺不移動。所以只要并聯(lián)一個開關(guān)就可以使信號MLK置1，如圖14。

圖14 機床鎖住故障設(shè)置梯形圖

    參照示例，其他故障點設(shè)置如出一轍，在此就不一一敘述。

4 結(jié)論

    數(shù)控機床是集合了計算機數(shù)字控制技術(shù)、可編程控制技術(shù)、伺服控制技術(shù)、機械傳動技術(shù)、氣動與液壓技術(shù)的一體化產(chǎn)品。數(shù)控設(shè)備發(fā)生故障的原因很多，且往往帶有多方面的綜合因素，為方便分析和處理故障，以及對數(shù)控維修受訓(xùn)人員進行故障模擬訓(xùn)練，建構(gòu)理論知識學(xué)習(xí)體系，均可采用本故障診斷盒模擬系統(tǒng)。