在數控機床中, CNC系統(tǒng)完成刀具相對于工件各坐標軸幾何運動規(guī)律的數字控制, 包括插補運算和刀具補償等數據的處理, 另外還有許多輔助功能, 如主軸的正反轉運動和停止、進給運動的啟動和停止,刀庫及機械手換刀控制, 冷卻、排屑裝置和工件的裝夾等許多應答式開關量的控制均是由數控機床中的可編程控制器完成的。

　　可編程控制器簡稱PLC, PLC在數控機床上起著連接CNC與機床的橋梁作用, 一方面, 它接受CNC的控制指令, 并根據機床側的控制信號, 在內部順序程序的控制下, 給機床側發(fā)出控制指令, 控制電磁閥、繼電器、指示燈, 并將狀態(tài)信號發(fā)送到CNC;另一方面, 在對大量開關信號處理過程中, 任何一個信號不到位, 任何一個執(zhí)行元件不動作, 都會使機床出現(xiàn)故障。

　　西門子SINUMER IK810 系統(tǒng)是德國西門子公司20世紀80年代中期推出的中檔數控系統(tǒng)。其后的十幾年中西門子公司相繼推出GA1、GA2、GA3三種型號的810系列產品。由于系統(tǒng)功能強, 使用方便, 硬件采用模塊化結構, 系統(tǒng)便于維修, 并且體積小, 因此810系統(tǒng)得到了廣泛的應用。810 系統(tǒng)自帶一個集成式PLC, 用于實現(xiàn)系統(tǒng)與機床的接口和電氣邏輯控制。

　　在數控機床的故障中, 輸入/輸出(I/O) 故障是最常見的故障, 通過對可編程序控制器PLC的檢查,可以很方便地判斷出810系統(tǒng)數控機床的這類故障。

1 根據PLC的狀態(tài)信息診斷故障

　　西門子810系統(tǒng)的700027063號顯示的信息是對操作者的提示和警告, 是機床制造廠家為特定機床設計的, 狀態(tài)信息來自機床制造廠家編寫的、事先存儲在NC系統(tǒng)中的狀態(tài)文本, 指示機床的狀態(tài), 如液壓或潤滑油位不夠、負載門打開、設定一些開關位置等等。

　　這樣, 可以根據屏幕上的狀態(tài)信息進行機床維修。應用實例: 采用西門子810系統(tǒng)的數控磨床, 有一段時間經常出現(xiàn)7000 號報警, 出現(xiàn)報警時, 機床不能進行其他操作。按復位鍵或者關機再開, 故障有時會消除。

　　故障分析與檢查。出現(xiàn)報警后對機床控制部分的熱繼電器進行檢查, 沒有發(fā)現(xiàn)問題。根據數控系統(tǒng)工作原理, 出現(xiàn)7000 號報警, PLC 的相應標志位F10810應該置為“1”。用系統(tǒng)D IAGNOSIS菜單中的PLC STATUS功能檢查F10810狀態(tài), 在出現(xiàn)報警時其狀態(tài)確實變?yōu)椤?”, 查看PLC梯形圖, 有關標志位F10810部分的梯形圖如圖1所示。

圖1　7000報警梯形圖

　　分析梯形圖, PLC輸入I210的狀態(tài)變?yōu)椤?”是使標志位F10810 狀態(tài)置“1 ”的根本原因。只要I210的狀態(tài)變?yōu)椤?”, F10810 狀態(tài)就變?yōu)椤?”并自鎖, 這時不論I210的狀態(tài)如何, F10810狀態(tài)一直為“1”; 只有I210 的狀態(tài)變?yōu)椤? ”, 按復位鍵,I9817變?yōu)椤?”后, F10810才能變?yōu)椤?”, 這時故障報警才能復位。

　　根據電器原理圖, PLC輸入I210 的接法如圖2所示, 是6個熱繼電器的常閉觸點串聯(lián)之后接入PLC輸入端子的。在出現(xiàn)報警時, PLC輸入I210 的狀態(tài)確實變?yōu)椤?”, 這時在線測量熱繼電器常閉觸點接線端子上的電壓, 2MCB6B 上的1107 號接線端子上有電壓, 而2MCB7 上的1107 號接線端子卻沒有電壓, 檢查端子間的連線時發(fā)現(xiàn), 1107 號導線在2MCB6B的接線端子上虛接。

　　故障處理: 緊固2MCB6B的接線端子后, 這個故障不再發(fā)生。

2 使用機外編程器診斷機床側故障

　　對于810系統(tǒng)的數控機床, 有些故障沒有報警信息, 只是某些動作不執(zhí)行。對于這類故障, 需要根據數控系統(tǒng)的工作原理和PLC的梯形圖來診斷故障。西門子數控系統(tǒng)沒有梯形圖顯示功能, 所以在分析這類故障時需要使用機外編程器對梯形圖的運行情況進行跟蹤, 找出故障原因。

　　應用實例: 采用西門子810系統(tǒng)的數控磨床加工工件時, 有時機械手沒能把磨削完的工件帶出, 而又送入一個工件, 兩個工件都擠到吸盤上, 無法正常加工。分析這臺機床的工作原理, 工件磨削完成后, 機械手插入環(huán)形工件并帶著工件上滑至出料口, 機械手退出工件, 磨削完的工件掉入出料口, 而機械手繼續(xù)上滑至上料口, 完成上料的工作。

　　仔細觀察故障的發(fā)生過程發(fā)現(xiàn), 工件磨削完成后, 機械手插入環(huán)形工件, 之后又馬上退出工件, 接著機械手經過出料口上滑至上料口, 將機械手插入未磨削的工件, 帶動工件下滑至電磁吸盤與沒有帶出的工件擠在一起。

　　其故障比較復雜, 并且不經常發(fā)生, 故用機外編程器在線監(jiān)視PLC程序的運行。

圖2　PLC輸入I210電氣連接圖

　　梯形圖在線跟蹤, 從工件磨削完成、機械手插入工件又馬上退出這一現(xiàn)象入手, 根據機床電氣原理, PLC輸出Q211 控制氣缸使機械手從工件退出。這部分的PLC梯形圖如圖3所示。

圖3　機械手退出工件控制梯形圖

 　用編程器在線觀察梯形圖的運行, 發(fā)現(xiàn)機械手插入時, 由于Q212 變?yōu)橥姞顟B(tài)(Q212 控制機械手插入電磁閥) , 其常閉觸點斷開, 使Q211 處于斷電狀態(tài)。而插入工件后, Q212馬上斷電, Q212的常閉觸點恢復閉合, 從而使Q211 有電, 控制機械手退出。根據電氣原理圖, PLC的輸出Q212 控制氣缸使機械手進入工件。為了確定Q212斷電的原因, 繼續(xù)觀察有關Q212的梯形圖, 如圖4所示。

圖4　機械手插入工件控制梯形圖

　　在線跟蹤PLC程序運行, 發(fā)現(xiàn)Q212斷電的直接原因是標志位F4015的觸點斷開, F4015是加工程序中的輔助功能指令M53 的譯碼信號, M53 是機械手插入指令, 標志位F4015是由數控系統(tǒng)把加工程序中的M53 指令譯碼后置位的, 復位則由PLC程序完成, F4015 復位梯形圖如圖5所示。

圖5　M53輔助指令復位梯形圖

　　機械手插入時Q212通電, 機械手到位后, 到位信號I316的狀態(tài)變?yōu)椤?”, 這時把F4015 復位, 應該是正常的。因此Q212掉電另有原因, 重新分析圖4, Q212通電后有一支路應該可以實現(xiàn)自鎖, 從在線梯形圖顯示來看, 由于標志位F14015 有電, 其常閉觸點斷開, 不能使Q212自鎖。

圖6　標志位F14015的控制梯形圖

　　控制標志位F14015的梯形圖如圖6 所示,繼續(xù)在線觀察這部分梯形圖, 發(fā)現(xiàn)PLC的標志位F13911、F13915 和輸入I312的觸點都閉合, 使標志位F14015 的“線圈”有電, 所以3 個問題只能逐個排除。首先檢查PLC輸入I312的狀態(tài)是否正常, 根據電氣原理圖, 如圖7所示, PLC輸入I312連接的無觸點開關3PX2, 該開關檢測機械手是否到達出料口的信號, 在機械手到達出料口時, 它的狀態(tài)應該變?yōu)椤?”, 在其他位置它的狀態(tài)都應該是“0”。出故障時, 機械手在磨削位置, 其狀態(tài)應該是“0”, 但它的狀態(tài)卻為“1”。在機械手還沒有上滑至出料口時它的狀態(tài)就已經為“1 ”, 說明這個開關損壞。

圖7　PLC輸入I312的連接圖

　　故障處理: 更換新的無觸點開關, 機床故障被排除。

3 結語

　　由以上分析可知, 通過對可編程序控制器PLC的檢查, 利用PLC的狀態(tài)信息和在線動態(tài)跟蹤PLC梯形圖, 可以很方便地判斷并解決西門子810系統(tǒng)數控機床故障。