數(shù)控機床故障診斷與維修數(shù)控機床PLC的故障診斷與維修課件

1、第5章 數(shù)控機床PLC的故障診斷與維修項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修第5章 數(shù)控機床PLC的故障診斷與維修 數(shù)控機床除了對各坐標軸的位置進行控制外，還要對諸如主軸正、反轉(zhuǎn)啟動和停止，刀庫和換刀機械手控制，工作臺交換，工件夾緊松開關以及氣動、液壓、冷卻、潤滑等輔助動作的順序控制。順序控制主要是I/O控制，如控制開關、行程開關、接近開關、壓力開關和溫度開關等輸入元件和斷電器、接觸器以及電磁閥等輸出元件。順序控制還包括主軸驅(qū)動、進給伺服驅(qū)動、使能控制和機床報警處理等現(xiàn)代數(shù)控機床均采用可編程邏輯控制器( PLC)來完成上述功能。返回項目一 數(shù)控機床PLC的基

2、本知識 數(shù)控機床使用的PLC主要有兩類:內(nèi)裝型和獨立型。內(nèi)裝型PLC是CNC裝置的一個組成部分，它和數(shù)控系統(tǒng)共用一個CPU或有獨立的CPU。外裝型PLC是CNC外部的專用設備。PLC抗干擾能力強、可靠性高，一般采用模塊化組合結(jié)構(gòu)，編程語言簡單，程序可進行在線修改，維護方便。數(shù)控機床上常用的PLC有SIEMENS公司的S系列、MITSUBISHI公司的F系列、GE公司的GE系列等下一頁返回項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 PLC與機床間的信息交換也有兩部分，PLC向機床傳遞的信息主要是控制機床的執(zhí)行元件(如電磁閥、接觸器、繼電器)，以及機床運動部件

3、狀態(tài)和故障的顯示。機床給PLC的信息主要是機床操作面板上的開關、按鈕等信息，其中包括機床的啟動和停止、機構(gòu)變速選擇、主軸正反轉(zhuǎn)和停止、切削液的開與關、各坐標軸的點動以及刀架夾盤的夾緊和松開等信號，以及上述各部位的限位開關等保護裝置的狀態(tài)，主軸伺服保護狀態(tài)監(jiān)視信號和伺服系統(tǒng)運行準備等信息。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識二、數(shù)控機床PLC的功能 (1)操作面板的控制。機床操作面板的控制信號送入PLC，由PLC輸出給數(shù)控系統(tǒng)。 (2)機床開關量信號控制。機床的開關量信號送入PLC，經(jīng)過邏輯運算后，輸出給控制對象。開關量信號包括行程開關、接近開關、壓力開關和溫控開關信號等。下一頁返回

4、上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 (3)輸出信號控制。PLC輸出信號通過對電氣柜中的繼電器、接觸器的控制，完成機床的液壓、氣動電磁閥、刀庫、機械手和回轉(zhuǎn)工作臺等裝置的動作另外PLC輸出信號通過繼電器、接觸器還對冷卻泵電動機、潤滑泵電動機及電磁制動器進行控制。 (4)伺服控制。PLC控制主軸和進給伺服驅(qū)動單元的使能信號，以滿足伺服驅(qū)動和條件，驅(qū)動主軸電動機、進給伺服電機和刀庫電動機等。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 (5)報警處理控制。PLC接收機床電氣柜、機床和伺服驅(qū)動單元的故障信號，設置報警標志區(qū)中的響應報警標志位。如果有故障，數(shù)控系統(tǒng)顯示報警號及報警文本。 (6)磁

5、盤驅(qū)動裝置控制。有些數(shù)控機床用計算機軟盤取代了傳統(tǒng)的光電閱讀機，通過控制軟盤驅(qū)動裝置，實現(xiàn)其與數(shù)控系統(tǒng)進行加工程序、機床參數(shù)、零點偏置和刀具補償?shù)葦?shù)據(jù)的傳輸。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 (7)轉(zhuǎn)換控制。一些加工中心的主軸能實現(xiàn)立、臥轉(zhuǎn)換。當進行立、臥轉(zhuǎn)換時，PLC完成下述工作: 切換主軸控制接觸器。 通過PLC的內(nèi)部功能，在線自動修改有關機床數(shù)據(jù)位。 切換伺服進給模塊，并切換用于坐標軸控制的各種開關、按鍵等。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識三、PLC的輸入、輸出元件 PLC輸入端口的作用是將機床外部開關的端子連接轉(zhuǎn)換成I/O模塊的針形插座連接，從而使外部控

6、制信號輸入至PLC中。同樣，PLC輸出端口的作用是將PLC的輸出信號經(jīng)針形插座轉(zhuǎn)換外部執(zhí)行元件的端子連接。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 為了避免誤操作，通常將按鈕做成紅、綠、黑、黃、藍、白、灰等顏色。國標GB 5226-85對按鈕顏色作了規(guī)定:停止和急停按鈕必須是紅色，當按鈕按下時設備必須停止工作或斷電;啟動按鈕的顏色是綠色;啟動和停止交替動作的按鈕用黑白、白色或灰白，不得用紅色和綠色;點動按鈕必須是黑色;復位按鈕必須是藍色，當復位按鈕還有停止作用時，則必須是紅色。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 (2)行程開

7、關。行程開關主要是用于檢測工作機械的位置，發(fā)出信號以控制運動機械的運動方向和行程長短。接觸式行程開關靠移動物體碰鏜行程開關的操縱頭使行程開關的常開觸頭接通和常閉觸頭分斷，從而實現(xiàn)對電路的控制作用。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 (3)接近開關。這是一種在一定的距離(幾毫米至幾十毫米)內(nèi)檢測物體有無的傳感器。它給出是高電平或低電平的開關信號，有的還具有較大的負載能力，可直接驅(qū)動繼電器工作。接近開關具有靈敏度高、頻率響應快、重復定位精度高、工作穩(wěn)定可靠和使用壽命長等優(yōu)點。許多接近開關將檢測頭、檢測電路及信號處理電路做在一個殼體內(nèi)，殼體帶有螺紋以便安裝和調(diào)整距離，同時有指示燈顯示傳

8、感器的通斷狀態(tài)。常用的接近開關有電感式、電容式、磁感式、光電式及霍爾式。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 電感式接近開關。電感式接近開關的內(nèi)部大多有一個高頻振蕩器和一個整形放大器。振蕩器振蕩后，在開關的感應面上產(chǎn)生振蕩磁場，當金屬物體接近感應面時，金屬體產(chǎn)生渦流，吸收振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩和停振兩種不同的狀態(tài)，由整形放大器轉(zhuǎn)換成開關信號，從而達到檢測位置的目的，在數(shù)控機床中電感式接近開關常用于刀庫、機械手及工作臺的位置檢測。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 判斷電感式接近開關好壞的最簡單的方法是用一片金屬片去接近該開關，如果開關無輸出，可判定開關

9、或外部電源有故障。在實際位置控制中，如果感應塊和開關之間的間隙變大，會使接近開關的靈敏度下降甚至無信號輸出，因此間隙的調(diào)整和檢查在日常維護中是很重要的。 電容式接近開關。電容式接近開關的外形與電感式接近開關類似，除了可以對金屬材料的無接觸式檢測外，還可以對非導電性材料進行無接觸式檢測。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 磁感應式接近開關。磁感應式接近開關又稱磁敏開關，主要對氣缸內(nèi)活塞位置進行非接觸式檢測。固定在活塞上的永久磁鐵使傳感器內(nèi)振蕩線圈的電流發(fā)生變化，內(nèi)部放大器將電流轉(zhuǎn)換成輸出開關信號，根據(jù)氣缸形式的不同，磁感應式接近開關有綁帶式安裝和支架式安裝等類型。下一頁返回上一頁項

10、目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 光電式接近開關。光電式接近開關是一種遮斷型的接近開關，又稱光電斷續(xù)器。當接收器接收不到紅外線，而產(chǎn)生一個電脈沖信號，這種開關有方形的和圓柱形的。 在數(shù)控機床中，光電式接近開關常用于刀架的刀位檢測和柔性制造系統(tǒng)中物料傳送的位置檢測控制等。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 霍爾式接近開關?；魻柺浇咏_關是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器和集電極開路(OC)門等電路做在同一個芯片上的集成電路，霍爾式接近開關也稱為霍爾集成電路。 霍爾集成電路受到磁場作用時，變?yōu)閷顟B(tài)，輸出低電平，當霍爾集成電路離開磁場作用時，輸出高電平。下一頁返回上一頁項目

11、一 數(shù)控機床PLC的基本知識 (4)壓力開關。壓力開關是利用被控介質(zhì)，如液壓油在波紋管或橡皮膜上產(chǎn)生的壓力與彈簧的反力相平衡的原理所制成的一種開關。當被控介質(zhì)中的壓力升高時，通過改變微動開關的觸點狀態(tài)，從而反映介質(zhì)中的壓力達到了相應的數(shù)值。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 (5)溫控開關。溫控開關是一種利用溫度敏感元件，如熱敏電阻值隨溫度變化而改變的原理所制成的開關。熱敏電阻隨溫度變化的信號經(jīng)電路比較放大后，驅(qū)動小型繼電器動作，因此可以利用小型繼電器動作來反映熱敏電阻周圍的溫度。熱敏電阻有負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC和正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)兩類，兩者均有線性值和突變值，前者

12、用于溫度測量，后者用于溫度控制。在伺服電動機中，將突變型熱敏電阻埋設在電動機定子中，并與繼電器串聯(lián)，當電動機溫度升到某一定數(shù)值時，熱敏電阻電路中的電流由十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟?，使繼電器動作，從而實現(xiàn)溫度控制和過熱保護。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 2.輸出元件 (1)接觸器。接觸器是一種通用性很強的電磁式電器，它可以頻繁地接通和分斷交、直流主電路。交流接觸器主觸點通常有3對，直流接觸器通常為2對。接觸器的動靜觸頭一般置于滅弧罩內(nèi)，使用接觸器時應注意以下幾點: 控制交流負載則選用交流接觸器，控制直流負載則選用直流接觸器。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 主

13、觸頭的額定工作電壓應大于或等于負載電路的電壓。 主觸頭的額定工作電流應大于或等于負載電路的電流。 吸引線圈的額定電壓應與控制回路電壓相一致，當接觸器線圈電壓達到額定電壓85%或更高時，接觸點應可靠動作。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 (2)繼電器。繼電器是一種根據(jù)外界輸入信號來控制電路中電流“通”與“斷”的自動切換電器，其觸點通常接在控制電路中。繼電器和接觸器的動作原理大致相同，但是繼電器的結(jié)構(gòu)簡單、體積小，沒有滅弧裝置，觸點的種類和數(shù)量也較多。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 中間繼電器是一種電壓繼電器，在電路中起信號傳遞和轉(zhuǎn)換作用。由于中間繼電器觸頭多，可

14、實現(xiàn)多路控制，將小功率的控制信號轉(zhuǎn)換為觸點動作，以擴充其他電器的控制作用。在數(shù)控機床中，常用的中間繼電器線圈電壓為直流+24V，在數(shù)控機床中，還有多種指示燈、液壓和氣動系統(tǒng)中的電磁閥以及伺服電動機的電磁制動器等由PLC輸出開關量控制。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 需要指出的是，內(nèi)裝式PLC的輸入、輸出使用直流+24 V電源。由于受到輸出容量的限制，直流開關輸出信號一般用于機床電氣柜中的中間繼電器線圈和指示燈等。中間繼電器線圈的驅(qū)動電流一般為數(shù)十毫安。在開關量輸出電路中，當被控制的對象是電磁閥、電磁離合器等交流負載或直流負載，工作電壓或電流超過PLC輸出信號的最大允許值時，P

15、LC應驅(qū)動中間繼電器，由中間繼電器的觸點控制強電電路中的接觸器線圈。中間繼電器線圈上要并聯(lián)續(xù)流二極管，當線圈斷電時，為電流提供放電回路。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 在電器控制柜中，各電器元件及與元件端子相連接的導線均有編號，編號的名稱與線路圖上的名稱相對應。作為維修人員，要熟悉電氣線路圖和各元器件在電氣柜中的位置以及連線的走線等。當輸出、輸入元件出現(xiàn)故障時，能夠做到有的放矢，提高故障診斷的正確性。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識四、PLC編程語言 1.梯形邏輯圖 梯形邏輯圖簡稱梯形圖(Ladder Diagram , LAD )，它是從繼電器一接觸器控制系

16、統(tǒng)的電氣原理圖演化而來的，是一種圖形語言，它沿用了常開觸點、常閉觸點、繼電器線圈、接觸器線圈、定時器和計數(shù)器等術語和圖形符號，來完成時間上的順序控制操作，觸點和線圈等圖形符號就是編程語言的指令符號。如圖5-2為潤滑控制的梯形圖。下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 2.指令語句表(STL) 指令語句表簡稱語句表(Statement List, STL)，類似于計算機的匯編語言，它是用語句助記符來編程的。不同的機型有不同的語句助記符，但都要比匯編語言簡單得多，很容易掌握，也是目前用得最多的編程方法。 指令語句表程序如下:下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 LD X1.

17、4 ;讀取主軸正轉(zhuǎn)按鈕 OR R0. 0 ;R0. 0自鎖 AND X8. 5 ;無報警 ANI Y5. 3 ;刀具未松開 AND X1. 6 ;停止按鈕未按下 ANI Y5. 1 ;反轉(zhuǎn)無輸出 ANI Y5. 2 ;主軸未制動 OUT R0. 0 ;輸出中間變量R0. 0下一頁返回上一頁項目一 數(shù)控機床PLC的基本知識 3.計算機通用語言 計算機通用語言可以實現(xiàn)梯形圖法和指令語句表法難以實現(xiàn)的復雜邏輯控制功能，但它沒有梯形圖法形象，比指令語句表編程復雜，因此較難掌握。常用的通用語言有C、BASIC、 PASCAL、FORTRAN等，其中采用C語言較多。下一頁返回項目二 數(shù)控機床PLC控制的故

18、障診斷與維修一、數(shù)控機床PLC故障的表現(xiàn)形式當數(shù)控機床出現(xiàn)PLC方面的故障時，一般有3種表現(xiàn)形式:(1) CNC故障報警(2)有CNC故障顯示，但不反映故障的真正原因(3)沒有任何提示 對于后兩種情況，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，是解決數(shù)控機床外圍故障的基本方法。下一頁返回項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修二、數(shù)控機床PLC故障診斷的方法 1.根據(jù)報警信號診斷故障 數(shù)控系統(tǒng)的故障報警信息，為用戶提供排除故障的信息。 2.根據(jù)動作順序診斷故障 數(shù)控機床上刀具及托盤等裝置的自動交換動作，都是按一定的順序來完成因此，觀察機械裝置的運動過程，比較故障和正常時的

19、情況，就可發(fā)現(xiàn)疑點，診斷出故障原因。下一頁返回上一頁項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修 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計的，通過對控制對象工作原理的分析，結(jié)合PLC的I/O狀態(tài)是診斷故障很有效的方法。下一頁返回上一頁項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修 4.根據(jù)PLC的I/O狀態(tài)診斷故障 在數(shù)控機床中，輸入/輸出信號的傳遞，一般要通過PLC的I/O接口來實現(xiàn)，因此一些故障會在PLC的I/O接口通道上反映出來。數(shù)控機床的這個特點為故障診斷提供了方便。如果不是數(shù)控系統(tǒng)硬件故障，可以不必查看梯形圖和有關電路圖，通過查詢PLC的I/O通

20、常狀態(tài)和故障狀態(tài)來進行診斷。 另外一種簡單實用的方法，就是將數(shù)控機床的輸入/輸出狀態(tài)列表，通過比較通常狀態(tài)和故障狀態(tài)，就能迅速診斷出故障部位。下一頁返回上一頁項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修 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)控機床外圍故障的基本方法。如果采用這種方法診斷機床故障，首先應該查清機床的工作原理、動作順序和連鎖關系，然后利用CNC系統(tǒng)的自診斷功能或通過機外編程器，根據(jù)PLC梯形圖查看相關的輸入、輸出及標志的狀態(tài)，以確定故障原因。下一頁返回上一頁項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修 6.動態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障 有些PLC發(fā)生故障時

21、，查看輸入/輸出及標志狀態(tài)均為正常，此時必須通過PLC動態(tài)跟蹤，實時跟蹤輸入/輸出及標志狀態(tài)的瞬間變化。根據(jù)PLC動作原理作出診斷。 綜上所述，PLC故障診斷的要點是: (1)要了解數(shù)控機床各部分檢測開關的安裝位置。如加工中心的刀庫，機械手和回轉(zhuǎn)工作臺，數(shù)控車床的旋轉(zhuǎn)刀架和尾架，機床的氣、液壓系統(tǒng)中的限位開關，接近開關和壓力開關等，要清楚檢測開關作為PLC輸入信號的標志。下一頁返回上一頁項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修 (2)要了解執(zhí)行機構(gòu)的動作順序。如液壓缸、氣缸的電磁換向閥等，要清楚對應的PLC輸出信號標志。 (3)要了解各種條件標志。如啟動、停止、限位、夾緊和放松等標志信號借助

22、編程器跟蹤梯形圖的動態(tài)變化，分析故障的原因，根據(jù)機床的工作原理作出正確的診斷。下一頁返回上一頁項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修 例5-1:配備SIEMENS系統(tǒng)的機床顯示某報警號，其內(nèi)容是進給禁止。引起報警的各種因數(shù)以輸入信號I和標志信號F出現(xiàn)在PLC程序中。(報警號標志F130. 1、伺服準備好F122. 7、進給驅(qū)動I 5.2、潤滑準備好F 122. 0 ) 下一頁返回上一頁項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修 分析:通過操作面板DIAGNOSIS軟鍵，在CRT上PLC狀態(tài)菜單中觀察IB、FB輸入及標志字狀態(tài)位F122. 0不為1，潤滑沒有準備好導致進給停止。 潤滑準備好的

23、條件有: (1)潤滑啟動采取啟動潤滑 (2)潤滑油箱和油位監(jiān)控加注潤滑油。 (3)潤滑油的油壓監(jiān)控調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥。下一頁返回上一頁項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修 例5-2:配備西門子820數(shù)控系統(tǒng)的加工中心，產(chǎn)生7035號報警，查閱報警信息為工作臺分度盤不回落。 處理方法:針對故障的信息，調(diào)出PLC I/O狀態(tài)與復制清單對照。SQ28檢測分度盤旋轉(zhuǎn)到位PLC/I10.6, SQ26檢測分度盤旋轉(zhuǎn)到位PLC/I10. 0 ,工作臺分度盤回落由PLC/Q4. 7通過KA32驅(qū)動電磁閥YV06動作完成。 查詢:在PLC狀態(tài)中觀察到I/10. 0 Q4. 7均為0，KA32 YV06均不動作，手動YV06再觀察工作臺分度盤是否回落，以確定故障部位。下一頁返回上一頁項目二 數(shù)控機床PLC控制的故障診斷與維修 例5-3:配備FANUC 0T系統(tǒng)的數(shù)控車床，產(chǎn)生刀架奇偶報警，奇數(shù)位刀能定位，而偶數(shù)位刀不能定位。 分析:刀架位置編碼器由5根信號線輸入至PLC，在刀架的轉(zhuǎn)換過程中，5根線根據(jù)刀架的不同位置的變化而進行不同的組合，當#634恒為1時，則刀架信號