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       摘 要：數(shù)控機(jī)床急停故障是數(shù)控機(jī)床使用過程中最為普遍和常見的故障，針對(duì) FANUC Oi 系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床，介紹了數(shù)控機(jī)床急停的硬件及軟件控制原理，對(duì)數(shù)控機(jī)床急停故障進(jìn)行了具體分析，提出了一種“追根尋源”的數(shù)控機(jī)床急停故障排除方法，可以有效快速地排除數(shù)控機(jī)床急停故障，提高數(shù)控機(jī)床使用價(jià)值。
 
       關(guān)鍵詞：追根尋源；數(shù)控機(jī)床；故障排除；急停
   
       數(shù)控機(jī)床急停控制的目的是在緊急情況下，使機(jī)床上的所有運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)，并在最短的時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)行。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警信息后，需按下急停按鈕，待查看報(bào)警信息并排除故障后，再松開急停按鈕，使系統(tǒng)復(fù)位并恢復(fù)正常。在急停狀態(tài)下修改參數(shù)，在發(fā)生意外或關(guān)機(jī)時(shí)按下急停按鈕，可以有效保護(hù)強(qiáng)電對(duì)控制板元件的沖擊和安全。急停故障是指旋開急停按鈕后機(jī)床始終復(fù)位，進(jìn)給軸無法獲取使能信號(hào)和 PMC（Programmable Machine Controller）無Y 功能輸出的一種現(xiàn)象。可見，數(shù)控機(jī)床急停是數(shù)控機(jī)床安全性的重要內(nèi)容，能否及時(shí)正確處理數(shù)控機(jī)床急停故障將直接影響到機(jī)床操作安全及加工效率。本文以 FANUC Oi 數(shù)控系統(tǒng)分析了其控制原理及常見故障的處理方法。
     
      1 、急停控制外圍連接
 
      一般來說，急停的產(chǎn)生有兩種途徑：一是機(jī)床運(yùn)動(dòng)過程中，在緊急情況下，人為按下急停按鈕，數(shù)控機(jī)床進(jìn)入急停狀態(tài)，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)及伺服進(jìn)給會(huì)立即停止工作；二是機(jī)床發(fā)生超程或伺服報(bào)警等故障，系統(tǒng)自動(dòng)使機(jī)床進(jìn)入急停狀態(tài)。在急停回路設(shè)計(jì)時(shí)，所有的急停信號(hào)串聯(lián)在一起，任何一個(gè)按鈕按下時(shí)，都將產(chǎn)生急停[1]。
 
      FANUC Oi-D 數(shù)控系統(tǒng)的性能比 Oi-C 更強(qiáng)，使用了速度更高的 CPU，提高了 CNC 的處理速度；具有標(biāo)配嵌入式以太網(wǎng)功能。Oi-D 數(shù)控系統(tǒng)是高性價(jià)比、高可靠性、高集成度的小型化數(shù)控系統(tǒng)。圖 1 為FANUC Oi-D 數(shù)控系統(tǒng)急停按鈕與超程開關(guān)硬件連接示意圖。
 
      如圖 1 所示，進(jìn)給軸超程開關(guān)為動(dòng)斷觸點(diǎn)，急停按鈕與每個(gè)進(jìn)給軸的超程開關(guān)串接，當(dāng)沒有按急停按鈕或進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)沒有超程時(shí)，KA1 繼電器吸合，相應(yīng)的 KA1 觸點(diǎn)閉合，則 Oi-D 系統(tǒng)的 I/O 模塊 X8.4處信號(hào)為 1，同時(shí)另一個(gè) KA1 觸點(diǎn)也閉合。ai 伺服單元的電源模塊 CX4 插座的 2、3 管腳接收急停信號(hào)，閉合為沒有急停信號(hào)[2]。

                      圖 1 急停按鈕與超程開關(guān)硬件連接示意圖
   
      KA1 觸點(diǎn)閉合后，若 Oi-D 系統(tǒng)和 ai 伺服單元本身以及之間的連接沒有故障，則 ai 電源模塊內(nèi)部的MCC 觸點(diǎn)閉合，即 CX3 的管腳 1、4 接通，如圖 1 所示。使用該伺服單元內(nèi)部的 MCC 觸點(diǎn)來控制外部交流接觸器吸合，當(dāng)外部交流接觸器 KM 吸合，三相交流 220 V 電源模塊就施加到了伺服單元的主電源輸入端 L1、L2、L3，數(shù)控系統(tǒng)和伺服單元就能正常工作。
 
     通過圖 1 可以看出，當(dāng)按下急停按鈕或軸運(yùn)動(dòng)到超程位置時(shí)，KA1 繼電器斷開（急停繼電器），Oi-D系統(tǒng) I/O 模塊的 X8.4 為低電平，系統(tǒng)急停，同時(shí)電源模塊連接的 KA1 也斷開，伺服單元的內(nèi)部觸點(diǎn)斷開，外部交流接觸器失電，主電源斷開。若由于急停按鈕斷開導(dǎo)致急停，只需松開急停按鈕，使其閉合即可解除急停；若是由于超程開關(guān)斷
開導(dǎo)致急停，則要求必須有超程解除按鈕才能解除，如圖 1 中的 SB1 按鈕所示。
 
      2 、急停功能 PMC 控制
 
      2.1 功能信號(hào)
 
     急停信號(hào)有 X 硬件信號(hào)和 G 軟件信號(hào)兩種，X信號(hào)是機(jī)床側(cè)輸入到 PMC 的信號(hào)，G 信號(hào)為 PMC 輸入到數(shù)控系統(tǒng) CNC 的信號(hào)。急停硬件信號(hào)地址為X8.4，其信號(hào)地址是固定的。數(shù)控系統(tǒng)直接讀取該信號(hào)，當(dāng) X8.4 信號(hào)為“0”時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)緊急停止報(bào)警。與急停報(bào)警緊密相關(guān)的信號(hào)還有 G8.4 信號(hào)，該信號(hào)是PMC 送到 CNC 的緊急停止信號(hào)。若 G8.4 為“0”，系統(tǒng)則出現(xiàn)緊急停止報(bào)警。CNC 直接讀取機(jī)床信號(hào) X8.4和 PMC 的輸入信號(hào) G8.4，兩個(gè)信號(hào)中任意一個(gè)信號(hào)為 0 時(shí)，進(jìn)入緊急停止?fàn)顟B(tài)。通常在急停狀態(tài)下，機(jī)床準(zhǔn)備好信號(hào) G70.7 斷開；第一串行主軸不能正常工作，G71.1 信號(hào)也斷開[3]。急停功能信號(hào)如表 1 所示。CNC 系統(tǒng)、系統(tǒng) PMC 及機(jī)床的信號(hào)關(guān)系圖 2 所示。
 
 
                                  表 1 急停功能信號(hào)
  
     

                            圖 2 CNC 系統(tǒng)、系統(tǒng) PMC 及機(jī)床的信號(hào)關(guān)系
 

     2.2 急停 PMC 程序
 
     急停功能程序?qū)崟r(shí)性要求高，通常放在 PMC 第一級(jí)程序處理，G8.4 信號(hào)為 PMC 將 X8.4 和其他相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行綜合處理的輸出信號(hào)，如圖 3 所示。

         
  
                                  圖 3 急停信號(hào) PMC 處理

     圖 3 中，梯形圖在 X8.4 后面串接了一個(gè) Xn.m信號(hào)，比如某些機(jī)床的刀庫門開關(guān)、機(jī)床限位開關(guān)等。若 Xn.m 為“0”，即使急停控制回路一切正常（X8.4 為“1”），緊急停止 G8.4 仍為“0”，系統(tǒng)仍然出現(xiàn)緊急停止報(bào)警。因此，當(dāng)出現(xiàn)“緊急停止”故障時(shí)，不僅要查看圖 1 所示的信號(hào)，還要查看圖 3 中各信號(hào)，這樣才能排除該類故障。
 
     3、 FANUC Oi 數(shù)控系統(tǒng)急停診斷方法
   
     通過對(duì) FANUC Oi 數(shù)控系統(tǒng)的急停控制原理分析，不難看出，G8.4 信號(hào)是緊急停止信號(hào)樹的“根”，其他外圍 X 信號(hào)或 R 信號(hào)是這一信號(hào)樹上的“枝”，當(dāng)出現(xiàn)“緊急停止”不能解除的故障時(shí)，如果只查找圖 1 所示的信號(hào)而不從圖 3 中的 G8.4 著手“追根尋源”，則往往不能解決問題。在機(jī)床出現(xiàn)了急停故障時(shí)候，通常可以圍繞 X8.4 和 G8.4 信號(hào)，采用“追根尋源”的方式進(jìn)行檢查，已達(dá)到事半功倍的效果。
 
     當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)急停故障時(shí)候，解決問題的關(guān)鍵在于從 G8.4 信號(hào)入手，使用 PMC 信號(hào)狀態(tài)圖進(jìn)行診斷，翻頁找到相應(yīng)的信號(hào)地址 G8.4，觀察 G8.4 信號(hào)是否為 0，如果不為 0 則說明 PMC 參數(shù)、PMC 程序等有問題，要逐一進(jìn)行檢查排除；如果為 0，則說明 G8.4回路、急停控制回路、急停按鈕等出問題，要針對(duì)急停PMC 梯形圖進(jìn)行檢查，對(duì) PMC 梯形圖中引起 G8.4 為0 的具體觸點(diǎn)一一排除。“追根尋源”的數(shù)控機(jī)床急停故障排除方法具體實(shí)施過程可參照流程圖 4 進(jìn)行。

                  圖 4 “追根尋源”的數(shù)控機(jī)床急停故障診斷方法
 
 
     4 、其他數(shù)控系統(tǒng)急停故障診斷方法
   
     對(duì)于 FANUC Oi 數(shù)控系統(tǒng)急停故障可以采用以上方法，同時(shí)其他數(shù)控系統(tǒng)急停故障都可以采用同樣的思路和方法來檢查，關(guān)鍵要注意到不同數(shù)控系統(tǒng)中有關(guān)急停功能信號(hào)的地址不同，只要能正確的查找急停信號(hào)地址狀態(tài)、分析梯形圖原理、掌握機(jī)床電氣線路檢查的方法和原理，那么所有的急停故障都會(huì)迎刃而解。
   
     對(duì)于 FANUC O 系列系統(tǒng)（OMC/OMD/OTC/OTD/OTE 等），其“急停”信號(hào)（*ESP）的輸入地址一般固定為 X21.4，對(duì)于這些系統(tǒng)可以直接檢查輸入信號(hào)的狀態(tài)，并進(jìn)行處理。在大部分帶有內(nèi)部 PLC 的數(shù)控系統(tǒng)中（如：SIENENS802D/810D/840D/810M）等，“急停”信號(hào)（*ESP）無固定的輸入點(diǎn)（地址），它是由 PLC 程序傳輸 CNC 的內(nèi)部信號(hào)，但其內(nèi)部信號(hào)的地址是固定不變的。在這種情況下，應(yīng)根據(jù)機(jī)床 PLC 程序，找出、檢查與“急停”信號(hào)（*ESP）相關(guān)的 PLC 輸入點(diǎn)，通過檢測(cè)這些輸入信號(hào)的狀態(tài)，最終確定引起“急停”的原因，并加以解決。*ESP 在 SIEMENS 常用系統(tǒng)中的內(nèi)部信號(hào)地址如下：
 
      SIEMENS810/820GA3 中為：Q78.1
      SIEMENS802S/C/D 中為：V26000000.1
      SIEMENS810/840D 中為：DB10/DBB56.1
 
      對(duì)于“急停”報(bào)警，應(yīng)對(duì)照 PLC 程序，利用系統(tǒng)的信號(hào)狀態(tài)診斷功能，首先檢查以上內(nèi)部信號(hào)的狀態(tài)，確定相關(guān)的 PLC 輸入點(diǎn)，并加以解決。
 
      5 、數(shù)控系統(tǒng)急停故障實(shí)例
 
     （1） 急停按鈕及主軸潤(rùn)滑液位過低引起的急停故障維修
 
      故障現(xiàn)象：有一臺(tái)CK5085di 數(shù)控車床，配置 FANUCOi TD 數(shù)控系統(tǒng)，開機(jī)顯示急停報(bào)警，無法加工。
 
      分析及處理過程：通過對(duì)照機(jī)床 PMC 狀態(tài)圖檢查 G8.4 信號(hào)為 0，說明急停信號(hào)輸入系統(tǒng)；進(jìn)一步通過信號(hào)狀態(tài)圖檢查 X8.4 信號(hào)，發(fā)現(xiàn)也為 0，對(duì)照機(jī)床電氣原理圖，檢查急停按鈕及急停回路，發(fā)現(xiàn)機(jī)床手動(dòng)操作合上的急停按鈕斷線，重新連接，復(fù)位急停按鈕后，再按 Reset 鍵，X8.4 信號(hào)顯示為 1，但機(jī)床依然急停；再進(jìn)一步使用梯形圖檢查 G8.4 回路，在電氣原理圖中找到 X2.3 信號(hào)為主軸潤(rùn)滑箱液位報(bào)警信號(hào)，打開車床側(cè)柜門，發(fā)現(xiàn)主軸潤(rùn)滑液位已經(jīng)超過下刻線，添加潤(rùn)滑液后，觀察 X2.3 變?yōu)?1，G8.4 也就為1，機(jī)床復(fù)位后，正常工作。原來，這臺(tái)車床為主軸獨(dú)立潤(rùn)滑，潤(rùn)滑電機(jī)開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，為防止缺油主軸軸承損壞，將液位報(bào)警與急停在梯形圖中串聯(lián)。
 
      （2）液壓電動(dòng)機(jī)互鎖引起的急停故障維修
   
      故障現(xiàn)象：某配套 FANUC 0T 的數(shù)控車盒，開機(jī)后出現(xiàn)“NOT READY”顯示，且按下“液壓起動(dòng)”按扭后，液壓電動(dòng)機(jī)不工作，“NOTREADY”無法消除。分析及處理過程：經(jīng)了解，該機(jī)床在正常工作情況下，應(yīng)在液壓起動(dòng)后，CNC 的“NOTREADY”自動(dòng)消失，CNC 轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。 對(duì)照機(jī)床電氣原理圖檢查機(jī)床的“急停”輸入（X21.4）為“急停”開關(guān)、X/Z軸“超程保護(hù)”開關(guān)、液壓電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)自動(dòng)開關(guān)、伺服電源過載保護(hù)自動(dòng)開關(guān)這幾個(gè)開關(guān)的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)。 經(jīng)檢查這些信號(hào)，發(fā)現(xiàn)液壓電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)的自動(dòng)開關(guān)已跳閘。通過測(cè)試，確認(rèn)液壓電動(dòng)機(jī)無短路，液壓系統(tǒng)無故障，合上空氣開關(guān)后，機(jī)床正常工作，且未發(fā)生跳閘現(xiàn)象。
 
      （3）機(jī)床超極限保護(hù)引起急停的故障維修
   
      故障現(xiàn)象：某配套 SIEMENS 810M GA3 的立式加工中心，開機(jī)后顯示“ALM2000”機(jī)床無法正常起動(dòng)。分析及處理過程：SIEMENS 810M GA3 系統(tǒng)出現(xiàn)ALM2000（急停）的原因是 CNC 的“急停”信號(hào)生效。在本系統(tǒng)中，“急停”信號(hào)是 PLC 至 CNC 的內(nèi)部信號(hào)，地址為 Q78.1（德文版為 A78.1）。

      通過 CNC 的“診斷”頁面檢查發(fā)現(xiàn) Q78.1 為“0”，引起了系統(tǒng)急停。進(jìn)一步檢查機(jī)床的 PLC 程序，Q78.1 為“0”的原因是由于系統(tǒng) I/O 模塊中的“外部急停”輸入信號(hào)為“0”引起的。對(duì)照機(jī)床電氣原理圖，該輸入信號(hào)由各進(jìn)給軸的“超極限”行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)而成。 經(jīng)測(cè)量，機(jī)床上的 Y 方向“超極限”開關(guān)觸點(diǎn)斷開，導(dǎo)致了
“超極限”保護(hù)動(dòng)作，實(shí)際工作臺(tái)亦處于“超極限”狀態(tài)。 鑒于機(jī)床 Y 軸無制動(dòng)器，可以比較方便地進(jìn)行機(jī)械手動(dòng)操作，維修時(shí)在機(jī)床不通電的情況下，通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn) Y 軸的絲杠，將 Y 軸退出“超極限”保護(hù)，再開機(jī)后機(jī)床恢復(fù)正常工作。
 
     （4）垂直進(jìn)給軸超極限保護(hù)引起急停的故障維修
   
      故障現(xiàn)象：某配套 SIEMENS 810MGA3 的立式加工中心，開機(jī)后顯示“ALM2000”機(jī)床無法正常起動(dòng)。分析及處理過程：分析及處理過程同上。經(jīng)檢查、測(cè)量，發(fā)現(xiàn)機(jī)床故障的原因是 Z 方向“超極限”開關(guān)觸點(diǎn)斷開，使“超極限”保護(hù)動(dòng)作，Z 工作臺(tái)亦處于“超極限”位置。 由于該機(jī)床 Z 軸為垂直進(jìn)給軸，伺服電動(dòng)機(jī)帶有制動(dòng)器，無法簡(jiǎn)單地利用機(jī)械手動(dòng)操作退出 Z 軸，維修時(shí)通過將機(jī)床的“Z 超極限”信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)短接，在取消了“超極限”保護(hù)后，手動(dòng)移動(dòng)機(jī)床 Z 軸，退出“超極限”保護(hù)位置，然后再恢復(fù)“超極限”，機(jī)床恢復(fù)正常工作[4]。
 
      6 、結(jié)束語
 
      數(shù)控機(jī)床由于技術(shù)越來越先進(jìn)、復(fù)雜，對(duì)維修人員的要求也就越來越高。數(shù)控機(jī)床急停故障又是數(shù)控設(shè)備使用過程中一種常見的復(fù)雜故障，由于引起這類故障現(xiàn)象的原因很多，有電氣、PMC、參數(shù)等多方面的原因，在排除此類問題時(shí)，假如沒有一種清晰的、科學(xué)的思路就會(huì)困難重重。經(jīng)過大量實(shí)踐驗(yàn)證，文中所提及的這種“追根尋源”的數(shù)控機(jī)床急停故障排除方法，是一種高速、有效的數(shù)控機(jī)床急停故障排除方法，為提高數(shù)控機(jī)床運(yùn)行效率奠定了一定基礎(chǔ)，具有重要的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用及指導(dǎo)價(jià)值。