楊丁，劉帥

（四川職業(yè)技術(shù)學院機械工程系，四川遂寧629000）

基于FANUC的數(shù)控車床電動四方刀架電氣故障診斷研究

楊丁，劉帥

（四川職業(yè)技術(shù)學院機械工程系，四川遂寧629000）

結(jié)合我單位CKA6132數(shù)控車床的實際維修經(jīng)驗，分析了數(shù)控車床電動四方刀架的工作原理和使用過程中出現(xiàn)的故障，提出了基于FANUCPMC信號追蹤和PMC程序改進的故障診斷與維修方法，為類似刀架電氣故障的診斷與維修提供了更高效、方便、快捷的參考.

FANUC；電動刀架；PMC；故障；維修

經(jīng)濟型數(shù)控車床是目前國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床，這類機床多配置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、維護成本低、通用性強的電動四方刀架作為其換刀系統(tǒng)［1］.通過大量的維修實踐表明，刀架故障是數(shù)控車床最常見的故障之一，約占數(shù)控車床故障的半數(shù)以上.同時，電動刀架的正常運轉(zhuǎn)直接影響到機床的加工效率和穩(wěn)定性，一旦出現(xiàn)故障，輕則機床不能加工工件，重則造成工件廢品甚至出現(xiàn)重大安全事故.因此，當電動刀架出現(xiàn)故障時，能夠準確迅速地排除故障顯得尤為重要.

1 電動四方刀架的結(jié)構(gòu)及其控制原理

1.1 機械結(jié)構(gòu)

目前，電動四方刀架雖然品牌和型號繁多，但是控制原理卻基本相同，機械結(jié)構(gòu)也基本類似，主要由電動機、蝸輪蝸桿換刀機構(gòu)、霍爾元件發(fā)信盤等組成，其機械結(jié)構(gòu)實際是一種蝸輪蝸桿減速器，可以實現(xiàn)減速及增大輸出轉(zhuǎn)矩的目的.刀架結(jié)構(gòu)簡圖如圖1.

圖1 電動四方刀架結(jié)構(gòu)簡圖

1.2 電氣原理

在F A N U C數(shù)控車床中電動四方刀架的動作是通過P M C控制來實現(xiàn)的，并由發(fā)信盤作為刀位號檢測元件，見圖2.發(fā)信盤是固定在刀架內(nèi)部中心固定軸上由尼龍材料作為封裝的圓盤部件，發(fā)信盤的內(nèi)部設(shè)有四個霍爾元件，分別對應(yīng)刀具號T1～T4.當數(shù)控車床需要換刀時，由數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行T代碼指令，并將其刀位信號F26和選通信號F7.3發(fā)送給P M C，然后P M C對刀位信號進行譯碼、比較判斷，然后再輸出電動機的正轉(zhuǎn)控制信號［2］.

四方刀架的上刀體開始旋轉(zhuǎn)換刀，同時也帶動固定在刀架上的磁鋼旋轉(zhuǎn)，當磁鋼轉(zhuǎn)到與發(fā)信盤內(nèi)部某一霍爾元件相對時，發(fā)信盤就將這個信號發(fā)給P M C，P M C再輸出電動機的反轉(zhuǎn)控制信號，這時四方刀架再通過其機械結(jié)構(gòu)完成定位和鎖緊等功能.

圖2 電動四方刀架發(fā)信盤與磁鋼的結(jié)構(gòu)

在換刀時P M C輸出Y2.5高電平信號，中間繼電器K A5得電，于是接觸器KM2線圈通電，電動機正轉(zhuǎn)。當?shù)都苻D(zhuǎn)動到T1～T4的某刀位時，該刀位上霍爾元件向數(shù)控系統(tǒng)輸入低電平，而其他刀位霍爾元件輸入高電平，通過分線器模塊送給數(shù)控系統(tǒng)的P M C。當?shù)都苻D(zhuǎn)到所選刀號時P M C輸出Y2.6高電平信號，中間繼電器K A6得電，于是接觸器KM3線圈通電，電動機反轉(zhuǎn)。電動四方刀架的電氣控制原理見圖3。

圖3 電動四方刀架的電氣控制原理圖

1.3 PMC控制原理

在P M C接收到C N C發(fā)出的換刀指令后，首先對當前刀號與指令刀號進行比較，如果二者不相同，則進行換刀操作［3］。在刀架轉(zhuǎn)動過程中，發(fā)信盤的4個霍爾元件不斷檢測刀架的位置并向P M C反饋刀位信號。P M C實時地將反饋刀位信號（當前刀位信號）與指令刀位（需換刀刀位）相比較，當兩信號相同時，說明刀架已在所選刀位，則發(fā)出反轉(zhuǎn)信號，否則繼續(xù)正轉(zhuǎn)，電動四方刀架的P M C控制框圖如圖4。

2 電動四方刀架的故障診斷與維修

2.1 電動四方刀架的故障種類

從前面的分析可以看出，電動四方刀架的故障主要分為兩類：一是機械故障，二是電氣故障。對于機械故障的診斷一般比較簡單，機械故障一般多為卡死或鎖不緊等現(xiàn)象，可以使用內(nèi)六角扳手轉(zhuǎn)動蝸桿端部的一個6mm內(nèi)六角孔，手動進行轉(zhuǎn)位和鎖緊測試，若存在故障只需更換或修配相應(yīng)零部件即可。從實際經(jīng)驗看電動四方刀架的電氣故障占絕大多數(shù)，例如常見的故障表現(xiàn)有：①某一把（或幾把）刀找不到刀位，刀架轉(zhuǎn)動不停；②刀架不轉(zhuǎn)動；③刀

圖4 電動四方刀架的PMC控制框圖

架不反轉(zhuǎn)鎖緊；④刀位號不正確；⑤其它。

2.2 FANUCPMC信號追蹤功能

F A N U CP M C信號追蹤功能可以對設(shè)定的信號進行實時監(jiān)控，便于掌控信號的瞬間變化和信號與信號之間的相互關(guān)系。追蹤的結(jié)果作為信號的時間表顯示，同時動態(tài)顯示信號采樣波形，追蹤點最多32點，采樣分辨率可精確到8ms。對于輔助診斷疑難故障十分方便。F A N U CP M C信號追蹤畫面如圖5。

圖5 FANUCPMC信號追蹤畫面

2.3 刀架常轉(zhuǎn)不停故障分析與處理

2.3.1 故障現(xiàn)象

M DI或A UT O方式執(zhí)行程序更換任何一把刀具時，刀架均一直轉(zhuǎn)動不停，找不到刀位號。

2.3.2 故障診斷

調(diào)出P M C程序信號追蹤畫面，設(shè)定刀架正轉(zhuǎn)（Y2.5）、刀架反轉(zhuǎn)（Y2.6）、T1～T4檢測（X4.6、X4.7、X5.0、X5.1）為監(jiān)控信號。

通過對換刀信號的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)刀架在轉(zhuǎn)動過程中，刀架正轉(zhuǎn)輸出繼電器Y2.5一直有輸出，刀位號T2的輸出信號X4.7一直輸出“1”，而T1、T3、T4的輸出信號X4.6、X5.0、X5.1會隨著刀架的轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)周期性到位信號“0”。由此判斷可能是T2刀位檢測信號線路或霍爾元件出了問題，將T2刀位號的信號線直接與“0V”短接，發(fā)現(xiàn)信號追蹤畫面的X4.7發(fā)生了變化，由此可判斷線路不存在故障，而是霍爾元件出了問題，它的T2刀位無法輸出狀態(tài)“0”。

2.3.3 故障處理

上述故障在沒有霍爾元件及時更換時，可以通過改進P M C程序?qū)2號刀進行屏蔽。調(diào)出P M C程序進行分析，發(fā)現(xiàn)刀位檢測使用了P M C的負邏輯信號，T1～T4換刀到位的檢測信號地址狀態(tài)如表1所示。原P M C梯形程序如圖6所示。

為了實現(xiàn)所需功能，通過增加P M C的K1.1～K1.4參數(shù)來設(shè)定需要屏蔽的刀位號。改進后，如果T1～T4的某刀位檢測元件出現(xiàn)故障，只需要將與之對應(yīng)的P M C參數(shù)K1.1～K1.4的某位設(shè)置為“1”即可，改進后的梯形圖程序如圖7。

表1 換刀到位的檢測信號地址狀態(tài)

圖6 原PMC梯形圖程序

圖7 改進后的PMC梯形圖程序

2.3.4 試驗結(jié)果

將P M C參數(shù)中的K1.2設(shè)置為“1”，然后分別在M DI與A UT O方式下執(zhí)行T1、T3、T4刀位的換刀程序，四方刀架工作恢復正常，達到預(yù)期目的。

3 結(jié)束語

本文分析了數(shù)控車床電動四方刀架的結(jié)構(gòu)和控制原理，介紹了一種電動四方刀架故障診斷與維修的新的方法，通過對P M C程序的改進優(yōu)化，使得某個刀位檢測信號出現(xiàn)故障時可以很方便地對其進行單獨屏蔽，從而不影響其他刀位的正常工作。該方法經(jīng)過反復驗證，效果非常良好，為類似問題的解決提供了更高效、方便、快捷的參考。

［1］劉安寧，王曉東.數(shù)控車床四工位電動刀架的故障分析及維修［J］.拖拉機與農(nóng)用運輸車，2011，（6）：78-79.

［2］北京F A N U C公司.F A N U CP M C梯形圖語言編程說明書［E B/O L］. http：//www.docin.com/p-286899832.html.

［3］喻步賢.數(shù)控車床的電動刀架故障診斷與維修［J］.機床與液壓，2013，（11）：160-162.

TheResearchon FaultDiagnosisofElectrical4-position TurretofNCLatheBasedon FANUCSystem

Y A N G D ing，L I U S huai
（S ichuan Vocational and Technical C ol lege，S uining S ichuan 629000）

A ccording to the practical repair e x perienceof C K A6132N C lathe，the principleof operation and faul t of the elect rical 4-position turret of N C lathe have been analy z ed，and themethod of faul t diagnosis and repair to improve the P M C programbased on F A N U CP M C signal t racing has been proposed.I t hasgreat reference value to the faul t diagnosis and repair of identical or simi lar elect rical tur ret.

F A N U C；E lect rical Tur ret；P M C；F aul t；R epair

TG519.1

A

1672-2094（2015）03-0159-04

責任編輯：張隆輝

2015-05-05

楊?。?975-），男，四川遂寧人，四川職業(yè)技術(shù)學院副教授，碩士.研究方向：數(shù)控技術(shù)、CA D/CA M.