數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修單元八課件

1、單元八8.1可編程序控制器系統(tǒng)概述數(shù)控機(jī)床的控制分為兩大部分:一部分是坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的位置控制,另一部分是數(shù)控機(jī)床加工過程的順序控制,如主軸的起動(dòng)、停止和轉(zhuǎn)速的變化,刀庫按程序的要求實(shí)現(xiàn)換刀,液壓、潤滑、冷卻、排屑裝置的起停,工件的裝夾,行程極限保護(hù)、過載保護(hù)等一系列開關(guān)量控制。 8.1.1可編程序控制器的應(yīng)用形式為敘述PLC、CNC和機(jī)床各機(jī)械部件、機(jī)床輔助裝置、強(qiáng)電線路之間的關(guān)系,常把數(shù)控機(jī)床分為“CNC側(cè)”和“MT側(cè)”(機(jī)床側(cè))兩大部分。“CNC側(cè)”包括CNC系統(tǒng)的硬件和軟件以及與CNC系統(tǒng)連接的外圍設(shè)備?！癕T側(cè)”包括機(jī)床機(jī)械部分及其液壓、氣壓、冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置,機(jī)床操作面板,繼

2、電器線路,機(jī)床強(qiáng)電線路等。 1.數(shù)控機(jī)床中的PLC有3種配置方式1)PLC在機(jī)床側(cè)。它代替了傳統(tǒng)的繼電器-接觸器邏輯控制,PLC有(m+n)個(gè)輸入/輸出(I/O),如圖8-1所示。2)PLC在電氣控制柜中。PLC有m個(gè)輸入/輸出(I/O),如圖8-2所示。3)PLC在電氣控制柜中,而輸入/輸出接口在機(jī)床側(cè),如圖8-3所示。這種配置方式使CNC與機(jī)床接口的電纜大為減少。 圖8-1PLC在機(jī)床側(cè) 圖8-2PLC在電氣控制柜中 圖8-3PLC在電氣控制柜中,I/O接口在機(jī)床側(cè)2. CNC側(cè)和機(jī)床側(cè)之間信號(hào)的處理(1)CNC側(cè)到機(jī)床側(cè)的PLC信號(hào)CNC數(shù)據(jù)經(jīng)PLC處理后通過接口送至機(jī)床側(cè),其信號(hào)有S、

3、T、M等功能代碼。1)S功能處理。主軸轉(zhuǎn)速可以用S2位代碼或4位代碼直接指定。在PLC中,可用4位代碼直接指定轉(zhuǎn)速,如某數(shù)控機(jī)床主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速分別為3150r/min和20r/min,CNC送出S4位代碼至PLC,將二-十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)后送到限位器。當(dāng)S代碼大于3150時(shí),限制S為3150,當(dāng)S代碼小于20時(shí),限制S為20。此數(shù)值送到D-A轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換成203150r/min相對應(yīng)的輸出電壓,作為轉(zhuǎn)速指令控制主軸的轉(zhuǎn)速。2)T功能處理。數(shù)控機(jī)床通過PLC可管理刀庫,進(jìn)行自動(dòng)刀具交換。處理的信息包括選刀方式、刀具累計(jì)使用次數(shù)、刀具剩余壽命和刀具刃磨次數(shù)等。3)M功能處理。M功能是輔助

4、功能,根據(jù)不同的M代碼,可控制主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止,主軸齒輪箱變速的換擋,主軸準(zhǔn)停,切削液的開與關(guān),卡盤的夾緊、松開及換刀機(jī)械手的取刀、歸刀等動(dòng)作。(2)機(jī)床側(cè)到CNC側(cè)的PLC信號(hào)從機(jī)床側(cè)輸入的開關(guān)量經(jīng)PLC邏輯處理傳送到CNC裝置中。機(jī)床側(cè)傳遞給PLC的信息主要是機(jī)床操作面板上各開關(guān)、按鈕等信息,包括機(jī)床的起動(dòng)、停止,工作方式選擇,倍率選擇,主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止, 切削液的開、關(guān),卡盤的夾緊、松開,各坐標(biāo)軸的點(diǎn)動(dòng),換刀及行程限位等開關(guān)信號(hào)。 3.數(shù)控機(jī)床PLC的類型數(shù)控機(jī)床使用的PLC有兩種形式:一種稱為內(nèi)裝型PLC;另一種稱為獨(dú)立型PLC。(1)內(nèi)裝型PLC內(nèi)裝型PLC從屬于CNC裝置,

5、PLC與CNC間的信號(hào)傳送在CNC裝置內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)。PLC與MT(機(jī)床側(cè))則通過CNC輸入/輸出電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送,如圖8-4所示。 圖8-4內(nèi)裝型PLC的CNC系統(tǒng)1)內(nèi)裝型PLC實(shí)際上是CNC裝置帶有的PLC功能,作為一種基本的功能提供給用戶。2)內(nèi)裝型PLC的性能指標(biāo)(如:輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、程序最大步數(shù)、每步執(zhí)行時(shí)間、程序掃描時(shí)間、功能指令數(shù)目等)是根據(jù)所從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機(jī)床的類型等確定的 3)在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上,內(nèi)裝型PLC可與CNC共用CPU,也可單獨(dú)用一個(gè)CPU;內(nèi)裝型PLC一般單獨(dú)制成一塊附加板,插裝到CNC主板插座上,不單獨(dú)配備I/O接口,而使用CNC系統(tǒng)本身的I/O

6、接口;PLC控制部分及部分外電路所用電源由CNC裝置提供,不另備電源。4)內(nèi)裝型PLC結(jié)構(gòu)可與CNC系統(tǒng)共有某些高級(jí)功能,如梯形圖編輯和數(shù)據(jù)傳送功能等。(2)獨(dú)立型PLC獨(dú)立型PLC是輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、接口技術(shù)規(guī)范、程序存儲(chǔ)容量以及運(yùn)算和控制功能等能滿足數(shù)控機(jī)床控制要求的通用PLC。獨(dú)立型PLC具有完備的硬件和軟件功 能,能夠獨(dú)立完成規(guī)定的控制任務(wù)。獨(dú)立型PLC的CNC系統(tǒng)如圖8-5所示。 圖8-5獨(dú)立型PLC的CNC系統(tǒng)1)獨(dú)立型PLC的基本功能結(jié)構(gòu)與前述的內(nèi)裝型PLC完全相同。2)數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的獨(dú)立型PLC,一般采用中型或大型PLC,I/O點(diǎn)數(shù)一般在200點(diǎn)以上,所以多采用模塊化結(jié)構(gòu),具有安

7、裝方便、功能易于擴(kuò)展和變換等優(yōu)點(diǎn)。3)獨(dú)立型PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可以通過輸入/輸出模塊的增減配置。有的獨(dú)立型PLC還可通過多個(gè)遠(yuǎn)程終端插接器,構(gòu)成有大量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的網(wǎng)絡(luò),以實(shí)現(xiàn)大范圍的集中控制。4. PLC硬件構(gòu)成PLC硬件構(gòu)成如圖8-6所示。它主要由中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出模塊以及供電電源組成,各部分通過總線連接起來。由于PLC實(shí)現(xiàn)的任務(wù)主要是動(dòng)作速度要求不特別快的順序控制,因此不需使用高速微處理器。 圖8-6PLC硬件構(gòu)成5.輸入/輸出模塊PLC的輸入/輸出模塊是PLC與數(shù)控裝置的輸入/輸出接口和其他外部設(shè)備連接的部件。PLC的輸入/輸出模塊可以直接連到執(zhí)行元件上,

8、它將外部過程信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制器內(nèi)部的信號(hào)電平,或?qū)?nèi)部信號(hào)電平與外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需電平相匹配。根據(jù)所控對象不同,PLC接收的輸入信號(hào)電壓和控制的輸出信號(hào)電壓也各異,有直流24V、交流110V或220V等。因此,PLC提供了各種操作電平、驅(qū)動(dòng)能力以及各種功能的輸入/輸出模塊供用戶選用,如輸入/輸出電平轉(zhuǎn)換、串/并行轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、A-D轉(zhuǎn)換、D-A轉(zhuǎn)換以及其他的功能控制模塊。6.編程器與編程編程器是PLC的主要輔件。編程器用于用戶程序的編制、調(diào)試、監(jiān)視、修改和編輯,并最后將程序固化在EPROM中。8.1.2梯形圖與用梯形圖診斷故障1.梯形圖的編制FANUC數(shù)控系統(tǒng)使用的是內(nèi)裝式可編程機(jī)床控

9、制器(PMC)X是機(jī)床到PMC的輸入信號(hào),是機(jī)床操作板上使機(jī)床運(yùn)行的按鈕、開關(guān),如自動(dòng)加工起動(dòng)、暫停、急停等信號(hào);Y是PMC到機(jī)床的輸出信號(hào),是指令機(jī)床的電控元件動(dòng)作的繼電器、電磁閥,如使主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、切削液打開或關(guān)閉等信號(hào)。 圖8-7梯形圖信號(hào)傳送2.用梯形圖診斷故障用梯形圖診斷故障就是根據(jù)操作者施行的機(jī)床操作或CNC執(zhí)行的加工程序指令檢查PMC的輸入/輸出信號(hào)狀態(tài),由此判斷接線或強(qiáng)電柜的繼電器、電磁閥、開關(guān)及按鈕等的故障。如圖8-8所示,圖中Rxxxx.x是PMC內(nèi)的存儲(chǔ)單元,稱為內(nèi)部繼電器,由PMC寫1或置0。若手動(dòng)按下主軸正轉(zhuǎn)按鈕X1.3,則M03(R1.3)=1,主軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)

10、。若按下X1.3時(shí)主軸并未正轉(zhuǎn),則應(yīng)檢查R1.3是否為1,為1時(shí)圖中的R1.3圖標(biāo)顯得比較亮。若 不是,則需檢查接線是否斷,否則應(yīng)更換按鈕。圖中的其他部分:DEC是BCD數(shù)據(jù)的譯碼指令,M03、M04、M05、REST均為梯形圖內(nèi)部處理的點(diǎn)。 圖8-8用梯形圖診斷故障8.2可編程序控制器在數(shù)控機(jī)床上的使用8.2.1實(shí)現(xiàn)M、S、T等輔助功能1. PLC在數(shù)控裝置和機(jī)床之間的任務(wù)PLC在數(shù)控裝置和機(jī)床之間進(jìn)行信號(hào)的傳送和處理,即把數(shù)控裝置對機(jī)床的控制,通過PLC去控制,同時(shí)也把機(jī)床的狀態(tài)信號(hào)送還給數(shù)控裝置,便于數(shù)控裝置進(jìn)行機(jī)床自動(dòng)控制。 2.由PLC實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速功能S控制PLC控制機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速S

11、功能有兩種形式:S二位代碼和S四位代碼。1)如用S二位代碼控制時(shí),要找到S代碼所對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速,再去控制主軸轉(zhuǎn)速。通過PLC處理時(shí)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換、譯碼、數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換、限位控制和D-A轉(zhuǎn)換后輸出給主軸電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。 2)如用S四位代碼,可直接指定主軸轉(zhuǎn)速。有時(shí)數(shù)控系統(tǒng)中為了提高主軸轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性,保證低速時(shí)的切削力,主軸傳動(dòng)系統(tǒng)中有機(jī)械變速,并可通過輔助功能M代碼來進(jìn)行換擋選擇。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速S代碼為四位代碼時(shí),PLC的S功能程序流程如圖8-9所示。在圖中為保證速度的安全,將其限制在203000r/min范圍內(nèi)。這樣一旦給定值超過上下界限時(shí),則取相應(yīng)界限值作為輸出結(jié)果。 3.由PLC實(shí)現(xiàn)刀具功能T控制刀

12、具功能T由PLC實(shí)現(xiàn)控制,這給數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀的管理 帶來了很大的方便。 如刀具編碼T功能的刀具找刀處理過程是,數(shù)控裝置送出T代碼指令給PLC,PLC經(jīng)過譯碼,在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索,找到T代碼指定的新刀號(hào)所在的數(shù)據(jù)表的表地址,并與現(xiàn)行刀號(hào)進(jìn)行判別比較。如不符合,則將刀庫回轉(zhuǎn)指令發(fā)送給刀庫控制系統(tǒng),直到刀庫定位到新刀號(hào)位置時(shí),刀庫停止回轉(zhuǎn),并準(zhǔn)備換刀。 圖8-9S功能程序流程 圖8-10 聯(lián)合控制主軸轉(zhuǎn)速原理圖4.由PLC實(shí)現(xiàn)輔助功能M控制PLC完成M功能是廣泛的,根據(jù)不同的M代碼,可控制主軸的正反轉(zhuǎn)及停止,主軸齒輪箱的變速,切削液的開、關(guān),及自動(dòng)換刀裝置的機(jī)械手取刀、歸刀等運(yùn)動(dòng)。 8.2.2可編程

13、序控制器的故障表現(xiàn)1.涉及PLC方面的三種故障表現(xiàn)形式數(shù)控機(jī)床的PLC自身故障率很低,而有關(guān)PLC方面的故障多數(shù)出在輸入/輸出電路,當(dāng)數(shù)控機(jī)床的故障涉及PLC方面時(shí),一般有三種表現(xiàn)形式。1)CNC能夠顯示故障報(bào)警,故障原因準(zhǔn)確。2)雖然有CNC故障顯示,但不是反映故障的真正原因。3)CNC及PLC都沒有任何提示。對于后兩種情況,要根據(jù)PLC的梯形圖和輸入/輸出狀態(tài)信息來分析和判斷故障的原因,這種方法是解決數(shù)控機(jī)床外圍故障的基本方法。2.診斷PLC方面故障的要點(diǎn) 1)要了解數(shù)控機(jī)床各部分檢測開關(guān)的安裝位置,如加工中心的刀庫和機(jī)械手、回轉(zhuǎn)工作臺(tái);數(shù)控車床的旋轉(zhuǎn)刀架和尾座;機(jī)床的氣、液壓系統(tǒng)中的限位

14、開關(guān)、接近開關(guān)和壓力開關(guān)等,要清楚檢測開關(guān)作為PLC輸入信號(hào)的標(biāo)志。 2)要了解執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序,如液壓缸、氣缸的電磁換向閥等,要清楚對應(yīng)的PLC輸出信號(hào)標(biāo)志。3)要了解各種過程標(biāo)志,如起動(dòng)、停止、限位、夾緊和放松等標(biāo)志信號(hào)。4)可借助編程器跟蹤梯形圖的動(dòng)態(tài)變化,分析故障的原因,根據(jù)機(jī)床的工作原理作出正確的診斷。 8.3可編程序控制器方面故障維修8.3.1可編程序控制器方面故障診斷的方法1.根據(jù)PLC報(bào)警號(hào)和梯形圖跟蹤診斷故障數(shù)控系統(tǒng)的PLC在設(shè)計(jì)程序時(shí),設(shè)計(jì)一些故障報(bào)警信息,為用戶提供排除故障的直接信息。2.根據(jù)動(dòng)作順序診斷故障數(shù)控機(jī)床上刀庫及托盤等裝置的自動(dòng)交換動(dòng)作,都是按嚴(yán)格的順序來進(jìn)

15、行的。因此,觀察這些裝置的動(dòng)作過程,比較故障時(shí)和正常時(shí)的情況,就能發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn),判斷出故障的原因。3.根據(jù)控制對象的工作原理診斷故障數(shù)控機(jī)床的PLC程序是按照控制對象的工作原理設(shè)計(jì)的,所以可以通過對控制對象工作原理的分析,結(jié)合PLC的輸入/輸出狀態(tài)進(jìn)行故障診斷。 4.根據(jù)PLC的輸入/輸出狀態(tài)診斷故障在數(shù)控機(jī)床中,輸入/輸出信號(hào)的傳遞,一般要通過PLC的I/O接口來實(shí)現(xiàn),因此一些故障會(huì)在PLC的I/O接口通道上反映出來。數(shù)控機(jī)床的這個(gè)特點(diǎn)為故障診斷提供了方便。5.通過PLC梯形圖診斷故障根據(jù)PLC的梯形圖來分析和診斷故障是解決數(shù)控機(jī)床外圍故障的基本方法。如果采用這種方法診斷機(jī)床故障,首先應(yīng)該查清機(jī)

16、床的工作原理、動(dòng)作順序和聯(lián)鎖關(guān)系,然后利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能或通過機(jī)外編程器,根據(jù)PLC梯形圖查看相關(guān)的輸入/輸出及標(biāo)志位的狀態(tài),以確定故障原因。6.動(dòng)態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障有些PLC發(fā)生故障時(shí),查看輸入/輸出及標(biāo)志狀態(tài)均為正常,此時(shí)必須通過PLC動(dòng)態(tài)跟蹤,實(shí)時(shí)跟蹤輸入/輸出及標(biāo)志狀態(tài)的瞬間變化,根據(jù)PLC動(dòng)作原理作出診斷。8.3.2維修案例1.“刀庫換刀位置錯(cuò)誤”故障的排除某臺(tái)數(shù)控加工中心的換刀系統(tǒng)在執(zhí)行換刀指令時(shí),機(jī)械臂停在行程的中間位置上,系統(tǒng)顯示報(bào)警信號(hào),查機(jī)床說明書后知該報(bào)警信號(hào)表示換刀系統(tǒng)機(jī)械臂位置檢測開關(guān)信號(hào)為“0”,即“刀庫換刀位置錯(cuò)誤”。2.換刀臂平移時(shí)無拔刀動(dòng)作故障的排除某

17、立式加工中心換刀臂平移至C時(shí),無拔刀動(dòng)作。圖8-11所示為自動(dòng)換刀控制示意圖。 圖8-11自動(dòng)換刀控制示意圖診斷:ATC工作的起始動(dòng)作狀態(tài)是,主軸保持要交換的舊刀具,換刀臂在B位置,換刀臂在上部位置,刀庫已將要交換的新刀具定位。 3.腳踏尾座開關(guān)時(shí)產(chǎn)生報(bào)警故障的排除一臺(tái)配備FANUC-0T系統(tǒng)的某數(shù)控車床,當(dāng)腳踏尾座開關(guān)使套筒頂尖頂緊工件時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。尾架套筒的PLC開關(guān)輸入如圖8-12所示。 圖8-12尾架套筒的PLC開關(guān)輸入 圖8-13尾座套筒液壓系統(tǒng)圖8-13所示為尾座套筒液壓系統(tǒng)。當(dāng)電磁閥YV4.1通電后,液壓油經(jīng)減壓閥、節(jié)流閥和液控單向閥進(jìn)入尾座套筒液壓缸,使其向前頂緊工件,壓力繼

18、電器常開觸點(diǎn)接通。松開腳踏開關(guān)后,電磁換向閥處于中間位置,油路停止供油。4.分度工作臺(tái)不分度故障的排除一臺(tái)配備SINUMERIK 810數(shù)控系統(tǒng)的加工中心,出現(xiàn)分度工作臺(tái)不分度的故障且無報(bào)警。診斷:工作臺(tái)分度時(shí)首先將分度的齒條與齒輪嚙合,這個(gè)動(dòng)作是靠液壓裝置來完成的,由PLC輸出Q1.4控制電磁閥YV14來執(zhí)行,PLC梯形圖如圖8-14所示。 圖8-14分度工作臺(tái)PLC梯形圖5.二工位主軸停轉(zhuǎn)故障的排除一臺(tái)配備SINUMERIK 810數(shù)控系統(tǒng)的雙工位、雙主軸數(shù)控機(jī)床,如圖8-15所示。機(jī)床在AUTOMATIC方式下運(yùn)行,工件在一工位加工完還沒有退到位且旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)正要旋轉(zhuǎn)時(shí),二工位主軸停轉(zhuǎn),自動(dòng)循環(huán)中斷,故障報(bào)警內(nèi)容表示二工位主軸速度不正常。 診斷:兩個(gè)主軸分別有B1、B2兩個(gè)傳感器檢測轉(zhuǎn)速,通過對主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的檢查,沒有發(fā)現(xiàn)問題。用機(jī)外編程器觀察梯形圖的狀態(tài),如圖8-16所示。F112.0為二工位主軸起動(dòng)標(biāo)志位,F111.7為二工位主軸起動(dòng)條件,Q32.0為二工位主軸起動(dòng)輸出,I21.1為二工位主軸卡緊檢測輸入,F1