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      河北華利機械配件有限公司

      數控機床手輪進給故障的排故思路

      2014/11/5 15:02:59
      0    引言
              在數控機床的加工過程中,由于調整及慢速對刀的需要,通常需要頻繁地使用手輪(即手搖脈沖發生器)來控制數控機床伺服軸的運動,因此,在數控機床的諸多故障中,手輪出現故障的次數較多,同時對該故障維修人員的維修水平要求也相對要高。本文以配備有FANUC0i-mate-TD數控系統的CK0625數控車床為例,系統地介紹了數控機床手輪故障的診斷與分析方法。
      1    數控機床的參數、接口及PLC
      1.1    數控機床的參數
              數控機床的參數在數控機床工作中占有重要地位,而且起著至關重要的作用。它完成數控系統與機床結構和機床各種功能的匹配,決定著數控機床的各種功能。這些參數在數控系統中按一定的功能組進行分類,例如伺服軸配置參數、速度參數、主軸參數、有關手輪進給的參數、顯示設置參數以及數據傳輸參數等等。
      1.2    數控機床的PLC
              PLC程序是用來控制數控機床的順序動作。數控機床的PLC程序主要完成以下功能:
              (1)編譯功能:編譯接口信號,控制機床的動作;
              (2)機床外部輸入輸出信號的控制;
              (3)伺服控制;
              (4)其他外圍設備的控制。
              需要說明的是,FANUC公司將應用于數控機床上的PLC稱為PMC。
      1.3    數控機床的接口及接口信號
              數控機床的接口是連接CNC、PLC以及機床的節點,節點是信息傳遞和控制的通道。這里所指的信息就是信號,由于是通過接口傳遞的信號,因此稱之為接口信號(即I/O信號)。
              可以看出,FANUC系統中在CNC、PLC及機床之間傳輸的接口信號共有四種類型,分別用X、Y、F和G表示。
              由于接口信號數量繁多,因此必須用地址加以區分。地址由地址號(即字節號)和位號(0~7)組成。
      2    數控機床的手輪
      2.1    數控機床的運動分類
              數控機床的運動共分為三大類,分別為伺服運動、主軸運動及輔助運動。其中,只有伺服軸的運動是在數控系統的直接控制下完成的,而其它兩類運動則由PLC直接控制。
              通過操作數控機床操作面板上的“軸選擇及軸方向選擇”按鈕,可使用CNC來控制伺服軸的運動;除此之外,也可以用機床操作面板上的手輪來使CNC控制伺服軸的運動。
      2.2    手輪的作用
              使用手輪(即手搖脈沖發生器或手動脈波發生器)可實現數控機床伺服軸的運動。旋轉手搖脈沖發生器時,可以使機床的伺服軸進行微量移動,因此,其主要用于數控機床伺服軸的微動調整(如對刀等)。
      2.3    手輪操作步驟
              當使用手輪對伺服軸進行運動控制時,可以按照如下的步驟進行操作:
              (1)將機床操作面板上的“方式開關”選到“手輪”方式;
              (2)用機床操作面板上的“軸選擇開關”選中某個要移動的伺服軸;
              (3)用機床操作面板上的“手輪進給倍率選擇開關”選中軸移動的速度;
              (4)旋轉手輪,被選中的伺服軸將沿與手輪旋轉方向對應的方向及速度移動。
      2.4    手輪的工作原理
              旋轉手輪時,手輪會產生脈沖信號,并將其通過特殊的通道輸入到數控系統,數控系統將根據脈沖信號的當量來控制伺服軸移動對應的距離。
              所謂的脈沖當量,就是一個脈沖信號能使伺服軸移動的距離。手輪上一周共有100個等分刻度,每旋轉一個刻度(一格),手輪就會產生一個脈沖信號,而一個脈沖當量與機床操作面板上的“手輪進給倍率選擇開關”選中的倍率相對應。
              一般情況下,“手輪進給倍率選擇開關”共有四個倍率檔位,即有四種脈沖當量可供選擇,它們是“最小輸入增量×1”、“最小輸入增量×10”、“最小輸入增量×M”及“最小輸入增量×N”。例如,若最小輸入增量為0.001mm,當選擇“最小輸入增量×1”倍率檔位時,手輪的脈沖當量為0.001mm,即手輪每轉動一個刻度,數控系統將控制選定的伺服軸運行0.001mm的距離;當選擇“最小輸入增量×10”檔位時,手輪的脈沖當量為0.01mm,即手輪每轉動一個刻度,數控系統將控制選定的伺服軸運行0.01mm的距離,依此類推,若此時旋轉手輪一圈,機床伺服軸將移動相當于100個刻度(即1mm)所對應的距離。
      3    影響手輪正常工作的因素
              原則上,影響手輪正常工作的因素應分為軟件和硬件兩個方面。
      3.1    硬件方面
              影響手輪正常工作的硬件因素主要包括手輪裝置的硬件連接以及手輪控制信號的連接是否正確。本文以配備有FANUC0i-mate-TD數控系統的CK0625數控車床為例進行論述。
      3.1.1    手輪裝置的硬件連接
              在CK0625數控車床上,手輪裝置是通過機床PMC的I/O接口與數控系統之間進行連接的。其中,HA和HB分別是手輪產生的相位差為90°的脈沖信號。信號的數量與數控系統控制伺服運行的距離相對應;HA和HB信號相位的超前或落后,則與數控系統控制伺服軸運行的方向對應。0V和+5V是手輪的工作電源,來自于數控系統側,若該5V電源丟失,那么,即使手輪旋轉,也不會發出HA和HB的脈沖信號。
              可以通過接口信號狀態顯示頁面某個接口信號地址的狀態組合的變化,以監控手輪是否向數控系統發送HA和HB的脈沖信號。在文中提到的CK0625數控車床中,這個監控手輪信號狀態的接口地址為X20。那么,當手輪旋轉并正常向數控系統輸入HA和HB的脈沖信號時,地址X20的所有八位信號的狀態都會發生“0”和“1”的變化。手輪背面的HA1、HB1、+5V、0V四個信號線與系統I/O接口側插頭JA3中的1、2、9、12端子相連接。
      3.1.2    手輪控制信號的功能連接
              硬件方面的另一類因素主要指手輪控制信號的功能連接是否正確。本文在“手輪操作步驟”一節中提到了數控機床的操作面板上與手輪工作有關的幾個開關,它們將產生手輪工作時所需要的控制信號,并通過信號線輸入PLC的接口中。這些信號的接口地址及功能組合如下:
              (1)軸選擇信號。在文中提到的數控車床上,其機床操作面板上的“軸選擇開關”(SA4)所產生信號的接口地址為X11.6和X11.7。當X軸被選中時,接口信號的狀態分別為:X11.6為“1”、X11.7為“0”;而如果Z軸被選中,則接口信號的狀態分別為:X11.6為“0”、X11.7為“1”。
              (2)手輪倍率開關信號。本文提到的數控車床上,其手輪倍率旋鈕只有“×1”、“×10”、“×M”三個倍率檔。該旋鈕(SA3)接口信號的地址為X12.0和X12.1。
      3.2    軟件方面
              軟件方面主要指與手輪工作有關的參數設置是否正確。在FANUC0i-(mate)-D系列數控系統中,與手輪工作有關的主要參數有8131#0及7113#兩個參數。其中,8131#0用于定義是否使用手輪。當其被設置成0時,表示機床不使用手輪;設置成1時,表示機床使用手輪(需要注意的是:設定此參數后,繼續操作前應關斷電源,再開機);而7113#則是用來定義手輪進給倍率旋鈕的檔位為“最小輸入增量×M”時的M值。
      4    手輪進給故障分析思路
              當使用手輪無法控制數控機床伺服軸的運動時,維修人員可以根據上述對手輪工作條件的描述,來確定該故障的分析思路。
              首先可以確認是否在所有倍率下,所有軸都不動。若是,再依次確認:
              (1)確認數控系統的工作方式是否為“手輪工作方式”。若正確,則進行下一步檢查。
              (2)檢查與手輪進給有關的參數8131#0是否為“1”。若正確,則進行下一步檢查。
              (3)在接口信號狀態診斷頁面檢查手輪的“軸選擇開關”(SA4)接口信號狀態是否正確。若不正確,可進行硬件連接的檢查。若正確,則進行下一步檢查。
              (4)在接口信號狀態診斷頁面觀察:當旋轉手輪時,表示手輪正常工作的接口信號X20的狀態是否都有變化。若地址X20的所有信號的狀態都不變化或有個別位的狀態沒有變化。
              其次,若只是在“×M”倍率檔所有軸不動,那么就要檢查與手輪進給有關的參數7113#是否為設置。按照倍率的變化規律,該參數建議設置為“100”。
              若只是個別軸無法用手輪移動,則在接口信號狀態診斷頁面檢查手輪的“軸選擇開關”(SA4)接口信號狀態是否正確。若不正確,請進行硬件連接的檢查。
      5    結語
              本文通過對數控機床的參數、接口及PLC及其關系進行介紹,從硬件和軟件方面分析了影響手輪正常工作的主要因素,最后給出了在使用手輪無法控制數控機床伺服軸的運動時,維修人員根據本文對手輪工作條件的描述,來確定手輪無法控制數控機床伺服軸運動故障的分析思路。
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