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            資深用戶指點:幾個小妙招,解決數控機床急停故障!

            來源:ACUT    點擊數:次   更新時間:2018-12-03

            在日常生產中急停故障是數控機床中常見的故障之一,金仕刻資深用戶以數控車床實際應用為例,對急停電路的工作原理、故障發生的原因及處理方法予以剖析。

            資深用戶指點:幾個小妙招,解決數控機床急停故障!

            1.急停的概念及意義

            “ 急?!?即“ 緊急情況(Emergency),需要停止”,急?;芈返脑O置是當機床處于緊急情況下, 系統能夠立即處于“急?!睜顟B,以防事故進一步擴大。數控機床進入急停狀態后,主軸、伺服驅動與刀架等動力電路立即斷電,并進入鎖死與抱閘狀態。

            引起CNC系統啟動“急?!背绦虻目梢允峭獠坎僮魅藛T,也可以是內部系統監控程序。當操作人員發現機床在運行過程中出現重大程序或操作錯誤,如產品的報廢帶來重大損失, 機床飛車、撞刀等嚴重機床故障,乃至造成人身傷害時,應迅速果斷拍下操作面板上的緊急停止按鈕,迫使系統立即啟動急停程序,進入急停狀態;而內部監控程序啟動急停程序,則一般為機床在啟動或機床運行過程中,通過監測電氣、機械等外圍情況是否能夠滿足運行條件,當不能滿足運行條件時,即進入急停程序狀態。出現此類情況大多為故障所致,本文討論的急停故障正是屬于此種情況。

            2.數控機床急停的工作原理

            當X 、Z 軸的行程在規定的“有效區域”,即Q3~Q6任意一個行程開關沒有被壓下(致使其斷開),操作面板的“急停按鈕”未被按下(按下后斷開),同時主電動機散熱風扇通電(電動機可以很好地散熱,不會被燒毀)→CNC的專用信號端子ES3輸出低電平→KA28繼電器線圈通電→主觸點閉合,接通PLC輸入端口的X2.4外部允許”信號有效,KA28繼電器另一路觸點接入變頻器的“外部故障”輸入引腳通知變頻器外部電路正常;當CNC系統檢測到伺服系統的準備好“READY”信號(PLC的X2.5)、主軸報警信號(PLC的X3.0),外部允許(PLC的X2.4),同時一切正常后→CNC系統向伺服驅動器通過PLC Y0.2發送“使能信號”,同時PLC Y0.0“允許運行”信號有效KA20繼電器線圈通電→KM0接觸器通電并自鎖→伺服系統三相220V交流電源(圖中并未畫出),刀架、冷卻電路所需的110V交流電源接入系統啟動完畢,進入待機狀態。

            當Q3~Q6其中任意一個行程開關一旦被壓下(即X、Z 軸任意一方向超程)或QF0斷開→KA28繼電器線圈斷電→ 外接變頻器第3腳的KA28繼電器主觸點斷開→ 變頻器工作在“ 故障” 模式(禁止電動機運轉),同時PLC的X2.4“外部允許”信號無效→PLC Y0.0 “允許運行”信號無效→KA20繼電器線圈斷電→伺服系統、刀架冷卻等電路的動力電源被斷開,系統處于“急?!睜顟B。

            由此可見,當X 、Z 軸任意一方向超程時,系統將進入急停狀態,為了“解除急?!睜顟B,可以通過手動按下操作面板上的“超程解除”按鈕,旁路Q3~Q6行程開關,強制使KA28通電,“外部允許”信號有效,機床處于“臨時正?!睜顟B,而此時按下對應超程軸的反方向運動手動按鈕, 可使超程軸移動至“ 有效區域”,行程開關被“松開”后, 系統的“ 急?!?狀態被解除。

            綜上所述,數控系統中的硬件急停一般為系統廠家采用專用的PLC接入檢測點,對其硬件進行檢測,一旦發現運行條件不能滿足事先約定的規定要求時,便啟動急停程序,進入急停狀態。

            3.引起急停故障的類型及原因

            發生急停故障的原因一般分為由軟件引起與硬件引起,如果機床不是在調試階段,又沒有修改參數,則硬件故障較為常見。故障的類型及原因如附表所示。

            4.維修實例

            下面結合一個具體急停故障實例,說明其維修過程:

            (1)故障現象。數控車床開機回參考點的過程中,Z 軸行程至全行程大約過半時機床出現急停。轉入手動狀態后, 按下“超程解除”按鈕,使Z 軸負向移動,急停狀態可以解除,再次返回到回參考點操作,當Z 軸再次正向移動到大約同樣坐標位置,又出現急停。

            為了驗證其他功能狀態情況如何,轉入手動狀態后,當Z 軸運行至大約同樣位置,系統同樣發生急停,進入急停狀態。

            (2)故障分析。根據機床屏幕現象及電氣柜元部件的狀態(繼電器已經斷開),可以判斷這是一起典型的急停故障。又根據“超程解除”按鈕可以解除急停狀態,初步判斷是Z 軸正向移動受限所致。

            (3)故障診斷。首先從軟件方面著手,檢查和坐標軸行程相關的重要參數“軟限位”是否有人為改動。通過參數菜單打開相應操作項,查看正向軟限位為―8000μm(打開同樣型號硬件配置的機床進行查看,也是做了如此設置),本機床的零點偏差設置為零,回參考點位置后即為機床坐標系的原點,負向8 000μm,即在回參考點后的負向8mm處,此機床采用正向移動回參考點的方式,參考點設在了Z 軸的正向行程極限位置附近,而軟限位的設置緊靠參考點,當前產生急停的滯留位置距離軟限位的位置相差甚遠,顯然不是軟限位所引起。為了確保排除軟件故障,又認真核對了其他相關參數設置,并未發現有何異常。

            其次檢查硬件。先對元部件進行排查。與超程硬件相關的有操作面板的急停按鈕,±X、±Z的行程開關。對Z 向、X 向的行程開關是否良好,擋塊位置是否偏移,操作面板的急停按鈕是否卡滯(彈簧老化不能復位)等都進行了詳細檢查,特別是和Z 向行程相關的元部件,并未發現異常。

            排除了元部件的原因后,最有可能出現的問題就是連接線了。為了判斷問題是否出在了連接線上,將行程開關的連接線從接線端子處斷開(即線號495#與499#之間的Z 向行程連接線,491#、495#之間連接線為X 向行程開關連接線),然后用萬用表的歐姆擋進行測量,結果連接線導通情況正常。

            經檢查數控機床和Z 向行程相關的行程開關、擋塊及連接線等硬件一切正常,但卻在Z 向移動過程中產生了急?,F象,結果有些令人費解。后經仔細分析電氣原理圖及現場布線圖發現:在超程回路中除了Z 向,還有X 向。 X 向與Z向的連接電纜都是穿過與Z 向平行的電纜保護導動鏈管路連接至機床電氣柜的(見圖3),因為電纜一直隨Z 軸移動而彎曲移動,當行程至曲率半徑最小處時(圖3中B 處),很容易引起電纜斷線。為此,將電氣柜中的495#線斷開,用萬用表對OT2與495#線之間進行測量,結果發現斷路,最后經進一步診斷確定為X 負向至接線排端子的連接線(495#線)斷線。

            (4)故障排除。因為是線路斷線,所以故障排除工作主要是把新的電纜換上即可,由于數控機床其他行程開關及回參考點的連接線同樣老化, 所以考慮在此次維修中一并換掉。因為線路是從電氣柜連接至行程開關現場,布線需要涉及到穿管路,所以維修工作也主要是穿電纜工作。將舊的電纜從行程開關及接線端子排處拆下,同時拆開電纜保護導動鏈管路,將舊電纜的一端和新的電纜綁接好,一人從一端拖拽舊電纜,另一人從另一端放線、規整并推送新電纜,直至新電纜從另一端全部被拖拽出。穿纜成功后,重新制作連接頭、線卡、線號和標簽,同時安裝套管,按電氣連接圖連接,檢查無誤后通電試車,結果一切正常。

            (5)心得體會。本故障通過“超程解除” 按鈕可以恢復正常狀態,其實可以確定和硬件相關,而軟限位只有在回參考點之后才起作用,所以可以排除故障是由于軟件限位引起的。

            由于本故障是在Z 向移動時產生限位急停,很容易想到故障原因和Z 向軸控制回路相關(也正是因為此對維修思路產生了誤導),其實由于X、Z 向電纜穿在同一管路中,需經常移動彎曲,當Z 向移動至保護導動鏈管路曲率半徑最小處時會對其中的電纜造成較大的影響,而此時的X 向電纜斷路,同樣會造成急停鏈回路斷開引起急停,如果直接檢測急停鏈回路,排除了Z 向故障后,可以直接對X 向進行檢測,也很容易檢測出X 向連接線斷路;另在Z 軸行程至某處時產生急停,也容易想到與位置相關的電纜存在問題,而與位置移動相關的電纜就是拖動管路中的電纜,如果先卸開電纜保護導動鏈管路,輕輕地觸動電纜,會發現急停故障時而出現時而消失,據此也可很快確定是哪根電纜發生了故障。

            本故障是屬于電氣元部件“ 虛接” 現象所引起, 表象是和Z 軸相關,而其實是和Z 軸的移動過程中Z 軸的位置相關,引起故障的原因并非和Z 軸的電氣相關,而問題的根源恰恰出在X軸,本故障現象具有一定地迷惑性。

            以上就是解決數控機床急停故障的小妙招,以及導致數控機床急停故障的原因解析,希望對您在日常使用機床有所幫助,如您有不同的意見或者見解可以留言致電金仕刻。

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