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2 0 1 0年 l 2月 第 3 8卷 第 2 4期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAULI CS De c ． 2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 2 4 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 2 4 ． 0 3 6 P MC在数控机床故障诊断维修中的应用 王侃 ，李占勇 ，郭忠山 ，李兵 良。 ，王占良 1 ．渤海石油装备 天津 中成机械制造有限公司，天津 3 0 0 2 8 0 ；2 ．亚力赛博 北京科技有限公司， 北京 1 0 0 0 8 0 ；3 ．燕山大学研究生学院，河北秦皇岛 0 6 6 0 0 4 摘要P M C是数控系统的重要组成部分，也是数控机床故障诊断的关键。阐述 P MC的功能 ，用具体实例说明如何使 用 P MC排除机床的常见故障，为维修工程师合理使用 P MC设备快速准确排除数控机床故障提供参考。 关键词P MC；数控机床；维修；故障 中图分类 号T G 6 5 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 2 41 0 4 3 App l i c a t i o n o f PM C t o Fa u l t Di a g n o s i s a nd M a i n t e na n c e o f NC M a c h i n e To o l W ANG Ka n ， L I Zh a n y o n g ， GUO Z h o n g s ha n ， L I Bi n g l i a ng ， W ANG Z h a n l i a n g 1 ． Z h o n g c h e n g Ma c h i n e r y Ma n u f a c t u r i n g C o ． ，L t d ． o f B o h a i P e t r o l e u m E q u i p m e n t ，T i a n j i n 3 0 0 2 8 0 ，C h i n a ； 2 ． A l e x c y b o t B e i j i n g T e c h n o l o g y C o ． ，L t d ． ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 0 ，C h i n a ； 3 ． G r a d u a t e S c h o o 1 ，Y a n s h a n U n i v e r s i t y ，Q i n g h u a n g d a o H e b e i 0 6 6 0 0 4 ，C h i n a Abs t r ac tPMC i s a n i mp o r t a n t p a r t o f t he CNC s y s t e m． I t i s a l s o t he ke y t o f a u l t d i a g no s i s o f CNC ma c h i n e t o o 1 ． The f u n c t i o n s o f PMC we r e e l a bo r a t e d． Ho w t o us e PMC t o fix ma c hi n e t o o l s ’c o mmo n f a u l t s wa s e x pl a i ne d wi t h s e v e r a l e x a mp l e s ． I t p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r e q ui p me nt ma i n t e na nc e e ng i n e e r s t r o ub l e s h o o t i ng t he NC ma c h i n e t o o l f a i l u r e q ui c k l y a n d a c c u r a t e l y ． Ke y wo r dsPMC； NC ma c hi n e t o o l ； Ma i n t e na nc e； F a ul t 数控设备是多品种小批量生产的高效 自动化技术 群体 ，其顺应现代制造技术的要求 ，具有高速性、高 可靠性 、多轴化 、智能化等技术特征 。数控机床经济 性能好 ，生产效率高 ，受 到制造企业的广泛欢迎 。但 数控机床价格昂贵 ，为了提高机床的使用率 ，应作好 机床预防性维护和故障诊断维修工作。这样不但解决 了生产之急需 ，又节约 了资金 ，对企业 的快速 发展 、 经济效益的提高有着重要意义 。 1 P MC数据备份 ．I 爵磷面彀据罄份 I 1 利用c ． F 卡对s R A M D A T A I I B A C K U P写字板阅读I I B A CK U P F A N U C 数 控 蔫 漱 H I_ I ‘ L J R S 2 a C 方 式 写 C N C 、 P c 参 羲设 定 德 输 ’ i 字 缀 方 式 润 读 I I L a d a e l P a r a m6 t e r 图 1 不 同方式备份数据比较 数控机床 出现故障主要 表现在 电气和机械系统两 个方面，其中电气系统故障率最高，达到 6 0 ％。而 这些故 障最 终均 反映在 P M C P r o g r a m m a b l e Ma c h i n e T o o l s C o n t r o 1 接 口电路上 ，所 以利用好 P MC可以解 决实际生产 中很大 比例 的故 障。P M C程 序及 参数 均 存储在 S R A M S t a t i c Ra n d o m A c c e s s Me mo 中，由 于 S R A M 中数 据的易失性 ，断 电后需要电池保护 ，所 以数据的备份 和保存 是极其 重要 的预 防性 工作。 F A N U C 0 i 系统的备 份与恢 复有 2种方 式 ，如 图 1 所 示 。 2 数控机床 中 P MC的控制对象和作用 P Mc作为 C N C C o m p u t e r N u m e fi c C o n t r o 1 与 M T M a c h i n e T o o 1 之间的转换 电路 ，是数控系统 的 信息交换中心，既要与 C N C进行双向信号交换，又 要与机床外 围开关进行双 向信号传递。C N C与 P MC 之间的 G、F信 号 及 地址 是 由 F A N U C公 司 确定 的， P M C编程者只可使用 不能改 变和删 除。而 C N C与 M T 之 间的 X、Y信号及地址是 由 P MC编程者 自行定义。 另外 P M C本 身还存 在 内部 中间继 电器 I n t e r n a l R e l a y 、计数器 C o u n t e r 、保 持 型继 电器 K e e p R e l a y 、数据表 D a t a s h e e t 、时间变 量 T i m e r ，它 们之间的相互关系如图2所示。 图 2 关 系原理 图 目前 F A N U C 0 i 系列使 用 S B - 7及 以上 版本 P M C， 收稿 日期 2 0 0 91 0 2 9 作者简 介 王 侃 1 9 8 3 一 ，本科 ，助 理 工程 师 ，研究 方 向为 C A D ／ C A M 及数控 系 统。 电话 0 2 22 5 9 6 4 5 0 6 ，Ema i l wa n g ka n1 2 7 1 6 3． e o mo 第2 4期 王侃 等P MC在数控机床故障诊断维修中的应用 1 0 5 机床厂 在使用 G、F地址 时 只能根 据 F A N U C公 司提 供的地址表 “ 对号入座” ，所 以现场人 员在维 修机床 过程 中 ，要 熟记 F A N U C标 准常用 地址 表 ，如 表 1 所 示 。 表 1 地 址分配表 电池报警 F 1 ／ 2 自动循环 S T G 7 ／ 2 零点返回Z R N G 4 3 ／ 7 串行主轴正转 G 7 0 ／ 5 急停 E S P G 8 ／ 4 串行主轴反转 G 7 0 ／ 4 回零点结束F 9 4 ／ 0 ． 1 ． 2 ． 3 T功能代码 F 2 6 一F 2 9 M功能代码 F 1 0 ～F 1 3 读 T代码 F 7 ／ 3 读 M代码 MF F 7 ／ 0 辅助功能结束 G 5 ／ 0 s 功能代码 F 2 2 ～F 2 5 刀具功能结束 c 5 ／ 3 读 s代码 F 7 ／ 2 自动循环启动灯 f 1 D ／ 5 3利用 P M C进行故障检测与维修 3 ． 1 根据报警文本诊断故障 不 同种类的数控机床功 能和 特点差异 很大 ，编制 的 P M C程序及报 警文本 也不 尽相 同 。其 中紧 急停 止 E m e r g e n c y S t o p 报警应引起操作者、维修人员的高 度关注。机床停机紧急停止不能彻底消除、机床操作 面板方式开 关不 能切 换 、MC C不 吸合 伺 服 、主轴放 大器不能工作、系统接连发出其他报警号等是一种常 见故障现象。例如某公司工业泵车间 C K 5 2 3 1 2 5 ／ 2 0 数控双立 柱立式 车床 经常 出现紧急停止无法消除 的问 题，数次维修未排除该故障。主要是维修人员误以为 只是 紧急停止开关 、超程 开关 连接不 良的问题 。岂不 知出于安全考虑，机床厂常将重要的安全信号与紧急 停 止信号 串联 。 超 程 开关 紧 急停 I E 按 钮 断 路开 关 MCC 交流 电抗器 图3 典型急停处理电路 通过图 3可以发现 紧急停止信号 是 由紧急停止 开关 、各轴超程开关 、 2 4 V继 电器线圈 串联 的。继 电器的触点控制 C N C系统、驱动放大器回路及其他重 要设备。进入 C N C系统 的信 号首先 要进 入 P M C进 行 处理 ，处理后再由 P M C通知 C N C 。需要强调 的是真正 造成 C N C “ 紧急停止”的信号是前面提到的 G 8 ． 4 。 很多维修人员在出现故障时只查找图3的电路信 号而并没 有按 P MC梯形 图 4中的 G 8 ． 4去 “ 寻 根溯 源 ” 。在 图中 X 8 ． 4后 面又 串接 X m ． n系列开关 信号 ， X m ． 系列信号是否 良好 常常是排 除紧急停止 报警 的 关键 E HH Hi--I HI--I IT- t H I- 卜 X7 ．0 ⋯ x 7 ．3 { 外部开关信 号输入 图 4 P MC梯形 图 由以上分 析可知双立 柱立式车床 的问题是 X m ． n 系列 信号造 成的。经过仔 细排查 ，左立柱润滑油位 过 低和驱动右立柱移动的伺服电机参数设置不当、过热 是造成 紧急 停止无 法消除的根本原因 。 3 ． 2 通过梯形图诊断故障 数控机床电动刀台的换刀是按照一定的顺序来完 成 的，因此 ，通过观察 梯形 图 的显 示运 动逻辑 过程 ， 比较正常和故障时的情况 ，就会发现疑点 ，诊断出故 障原因。例如某公司工业泵车间 C K 6 1 5 0 D i 机床换刀 故障频发 。 I ～ 蜗杆 2 ～ 蜗轮 3 一 丝杆 4 一 定位 铺 s 一 霍尔 发讯 盘 微 动 开关 7 一动 齿 盘 8 一传 动盘 图 5 电动刀台结构图 匾 丑亟亘囹[ 叵亟 亟二] 图 6 电气原理图 电动刀 台结构 、电气原 理及 梯形 图如 图 5 7所 示。刀台换刀时数控系统将正转信号送出，正转继电 器吸合 ，电机带动蜗杆 、蜗轮 、丝杠转动，动齿盘抬 1 0 6 机床 与液压 第 3 8卷 起刀台松开 ，传 动盘带 动刀 台转 位。 当转 到 预选 刀 位时，霍尔传感器发讯延时 5 0 I l l s 使电机反转，由传 动盘带动 刀台反转 定位销 在 弹簧作 用下 进入 定位槽 编码 器2 。 位 2 ‘ 2 选通脉冲 奇偶校验 锁紧尾架套筒 中，刀台不 能转动 。动齿盘 向下移动实现锁紧和精定 位动作 ，锁紧 延时后 微 动开关 发 讯 ，电机 制 动器得 电 ，换 刀过程结束 。 0V KA3 KA4 KA5 KAl O 罔 7 梯形图 维修过程中需要将刀台3张图相互结合使用方能 排除 各 类 故 障 。正 常情 况 下 换 刀 指 令 发 出后 ， 由 P M C输出的信号 Y 2 ． 1 应为 “ 1 ” ，此信号使中间继电 器 K A 3线圈带电吸合 ，K A 3常开触点闭台．使交流 接触器 K M 3线圈带电吸合刀台开始换刀。换刀指令 不执行是常见的故障现象 ，可从 以下几方面诊断 1 查看 P M C运行状态 ，P M C输 出的信号 Y 2 ． 1 为 “ 0 ” ，检 查 P MC程 序 ； 2 P MC输 出 的 信 号 Y 2 ． 1 为 ⋯ 1 ’ ，继 电器 K A 3或交 流接触 器 K M 3有 断 线或有 接触不 良的地方 ，断 电检 查 以上 器件 是否 有 松动 ；还要 考 虑 刀 台 至 控 制 器 断 线 、刀 台 内部 断 线 、霍尔发 询盘 位置 变 化 导致 不 正 常通 断 等情 况 ； 3 电机 三相 电压 、绕 组不 平 衡 ，绕 组 对 地短 路 、 三相电源某项松动，引起电机电流过大使保护电机 的 Q F 3跳 闸。 3 ． 3 根 据控制 对 象的工作原 理诊 断故 障 数控机床的 P M C程序是按 控制对象 的控 制原理来设 计 的 ， 通过分析工作 原理 的控 制对象 ， 结合 P MC I ／ O接 口的状 态来 进 行诊 断 。某 公 司工 业 泵 车 间 的 C K 7 8 4 0 A、C K 7 8 2 0 B 等 多 台 机 床 出现 套 筒 顶 尖 顶 紧工 件 时 ， 系 统 产 生 M F I N 报 警 ，M F I N 中 F I N在 这里 是 “ 完 成 ” 的 意 图 8 M代码工 作流程图 思。针对此类故 障首 先要 了解 M 代 码 的 工作 过 程 ， 才能顺利排除故障，如图8 所示。 图 9为尾座套 筒 P M C开关 图。在 机床运 转情 况 下 ，结合图 1 O观察 P MC梯形 图发现尾座套筒输入 开 关 X 0 0 O 3 ． 7 、润 滑液 位开 关 X O 0 0 ． 7均 为 “ 1 ” ，P MC 输出信号 Y 3 ． 0为 ⋯ 1 ’同时 电磁 阀也得 电，但 G 5 ． 0 尾架套筒 向前限位 向后限位 压力润滑液位 z i 、 s Q 。 s Q ． 斗 s x0 卤 0 0 3． ， 0 卤 00 0． 1 X 0卤0 0 0 ．2 卤 0O O2 ． 。 X由O 00 0 输 ．7入 薹 图9 尾座套筒 P MC输入开关 辅助功能结束信号没 有 触 发 ，这 说 明 系 统 P MC输 出 状 态 不 正 常 。 因此 ，肯定是尾座套筒液 压系统有问题 。当电磁 阀 得电后 ，液压 油经单 向 阀 、定值减压 阀进入尾座 套筒液压缸 ，使其 向前顶 紧工件 。由于单 向阀的作 用 ，尾座套筒向前的油 压 得 到保持 ，如图 1 0所示 。 该油压使压力继电器常开 触点闭合，使输 入信号 X O 0 0 2 ． 0为 “ 1 ” ，但检查 l 一 滤 油器2 一 空气 滤清 器 3 ～ 单 向变 量液 压泵4 一 单 向阀 5 ～ 减压 阀 6 一 二位 四通 换 向阀 7 ～压力继电器8 ～尾座液压缸 图 1 0 尾座液压控制图 发现输入信 号却 为 “ 0 ” ，说 明压力继 电器触 点信 号 有问题。经进 一步 检查 发现 其触 点开 关损 坏 ，造 成 P MC未收到 G 5 ． 0结束信号，系统认为尾座套筒未完 成顶紧 ，故 产生 M F I N报警 。更 换新 压力 继 电器后 故障排除。 3 ． 4动态跟踪梯形图诊断故障 数控 系统 P MC的 I ／ O接 口相 当于 “ 示波器”，可 下转 第 1 1 3页 第 2 4 期 付芩 一起数控系统定位紊乱故障的排除 1 1 3 2 继 续 运 行加 工 程 序 正转 3 6 5 。 一 反转 5 。 ， 运行 1 2 0次 后 ，执行“ 回原点 ” 动作 。观 察 到机 械 原点位置 偏移 5 。 ，但数 控 系统 未报 警 。初 步 判 断是 机械 系统有滑动 ，造成 了位置 丢失。 3 将伺 服 电机卸 下 ，直 接 在 电机轴 上 标定 原 点位置 。然 后 运行 加 工 程序 1 0 0次 ，执 行 回原 点 操 作 ，观察 到原点 无 规则 漂 移 ，且 相 差 很大 。C N C系 统无报警 。 现在可以判断问题出在数控系统上。由于该系统 曾经受到强 电袭击 ，可 能对 系统其 他部 件造 成损 害。 于是进行 了下列处置 1 更换伺服 驱动器 ，故障依然 ； 2 更换编码器及编码器电缆，故障依然； 3 更换控制 器 ，故 障依然 。 至此 ，硬件部分 已经更换完毕 ，证 明不是硬件 的 问题 。 是参数 问题 吗但该 机床未发生故障前 已经正常 运行三个月 ，发生故 障后也未 做任何 参数修改 。如果 硬件无 问题 ，参 数 也无 问题 。那 是什 么 问题 引起 了 “ 原点丢失系统也不报警 ” 呢 看来解决 问题还必须从 与 “ 原 点及定 位 的参 数” 及 相关的硬件分析 。 1 硬 件最 主要 是 编码 器及 编码 器 电缆 ，但 编 码器及 电缆都 已经更换两套 。可以排 除其 影响 。 2 数控 系统未报警 ，可以认为硬件没有 问题 。 3 C N C与原点 和定 位有关 的参数如下 ① 2 0 4 9 表示绝对原点的设置方法； ② 2 2 1 8 表示螺距 ； ③ 2 2 0 1 表示 电机侧齿 轮 比； ④ 22 0 2表示机械侧齿 轮 比； ⑤ 1 0 0 3表示指令单位 。 仔细检 查 以上 参 数 ，除 “ 齿 轮 比” 参 数 较 大 ， 其余都正常。 该 系统 齿 轮 比参 数 2 2 0 11 0 ， 2 2 0 24 6 4 4， 经计算在许可范 围内。虽然三菱 的参数设置说 明希望 都在 1 ～ 3 0内设 置 ，但 也提 出了满足 “ 电子齿 轮 比” 要求 的 “ 减 速 比”计 算方 法 ，提 出 了 2 2 0 1 、 2 2 0 2 的计算公式 ，按 此公 式 计算后 ，该 参数 值 也 在范 围 内。况且 ，同样参 数 已经在系统上运行了 3 个 月。 为 了解 决问题 ，做 了如下测试 1 设 2 2 0 1 1 ，22 0 2 1 ，相当于直接连接。 反复执 行 回原点动作 ，均能够准确回原点。难道 是这个参数 在起作 用吗 2 将原 来 2 2 0 11 0 、 2 2 0 24 6 4 4简 化 为 2 2 0 1 5 、22 0 2 2 3 2 2 ，执行 回原 点 动作 仍然 发生 紊乱 ，看来这参数确实有影 响。 3 设参数22 0 1 1 、22 0 2 4 6 4 ， 反 复执行 回 原点 ，每次都能 准确 回原点。 装机后运行正常加工程序 ，无误差无报警 ，故障 排除 。 3结束语 通过这一故障的排除 ，总结经验如下 1 在排除故障前，必须充分听取操作人员及维 修人员的反 映 ，让其把故 障介 绍清楚 ，但也须 注意有 些操作人员为脱 卸责任避重就轻地反 映情况。如该案 例 中，维修人员就没有直接反映地线及短路 的情况 。 2 接地是三菱 C N C必须严格执行的规范。检 查 电柜 的接地是检查 和排 除故 障的第一 步。 3 经过强电的袭击 ，数控系统的功能会受到 损坏，会产生一些隐形故障。必须根据实际情况予以 排除 。 上接 第 1 0 6页 以实 时采样 反 映一 组外 围开关 的输 入 状 态 、P M C的 信号输 出状态及 P M C和 C N C之 间 的信号 输入 输 出状 态 。x、Y、F 、G、R、K等 地址 信 号 的实 时状 态 尽 在维修人员的掌握之 中。具体方法按 S Y S T E M键 ； 选择 P MC D G N 子 菜 单 ；选 择 T R A C E子 菜 单 ；进 入 T R A C E的设置画面完成参数设置；设置被跟踪信号 地址按“ S T A R T ”键 开 始 信号 实 时 跟 踪 。通 过 观 察 l f O及标志位状态的瞬间变化，根据 P M C的动作原 理做 出诊 断。 4结语 要及 时快 速排除数控机床 的各种故 障 ，维修人员 要掌 握 机 械 结 构 、动 作 顺 序 ，充 分 利 用 数 控 系 统 P MC的诊断 功 能 ，搞 清 I ／ O接 口的信 号 标志 ，必要 时用编辑 器跟踪梯形 图 的动态变 化 ，往往 可 以迅 速 、 准确地查明原因并确定故障部位，使诊断故障难度大 大降低。因此 P M C将在 以后数控维修中成为最有效 的工具 。 参考文献 【 1 】王侃夫． 数控机床故障诊断及维护[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． 【 2 】李传军． 数控机床及应用[ M] ． 北京 机械工业 出版社， 20 0 5． 【 3 】朱仕学． 数控机床系统故障诊断与维修[ M] ． 北京 清华 大学出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 4 】 娄锐． 数控机床[ M] ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 7 ． 【 5 】F A N U C ． F A N 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