華北機(jī)電學(xué)校 （山西長治 046000） 焦連岷

“程序暫?！惫收鲜侵冈诔绦蜻\(yùn)行過程中，非人為干預(yù)，由于某種故障原因造成不正常的“暫停”執(zhí)行程序的故障現(xiàn)象。此種故障一般屬于“綜合性故障”，可由多種原因引起，既可能是由于硬件引起，也可能是由于軟件引起，或者是機(jī)械、電氣及數(shù)控系統(tǒng)本身，所以是難以處理的故障之一。該種類型故障的發(fā)生率雖然不是太高，但一旦發(fā)生，處理起來就比較“棘手”，在工作中筆者遇到一例，現(xiàn)和大家一同交流探討。

圖1 鋁件外圓車削零件圖

1. 相關(guān)背景

加工工件如圖1所示，沈陽華中數(shù)控（HNC-21T）CAK36S型車床，配有霍爾式四工位刀架，主軸采用變頻器調(diào)速，編碼器速度反饋檢測，進(jìn)給伺服X軸、Z軸采用交流HSV-16-20驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，機(jī)床近期運(yùn)行狀態(tài)良好，并未發(fā)現(xiàn)有任何異常征兆。毛坯為直徑45mm棒料，材料為鋁，采用用90°外圓車刀進(jìn)行加工。

2. 故障現(xiàn)象

按照?qǐng)D樣尺寸及工藝要求，主軸轉(zhuǎn)速確定為500r/min，單方向背吃刀量1mm，粗車削留有加工余量0.1mm，采用G95（主軸每轉(zhuǎn)）方式進(jìn)給，詳細(xì)的程序清單如表1所列。

表1 程序清單及注釋表

把程序輸入后進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后轉(zhuǎn)入“自動(dòng)”狀態(tài)運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行到N25行（G71復(fù)合循環(huán)指令）語句時(shí)，光條一直停留于此行，加工“循環(huán)啟動(dòng)”指示燈一直點(diǎn)亮，但程序不再向下執(zhí)行，出現(xiàn)“程序暫停”現(xiàn)象。

3. 故障分析

首先從軟件方面著手考慮，尤其是所編制的程序本身是否合法、有效，符合規(guī)范要求，以及其中是否內(nèi)插了“暫停指令”等；其次是考慮機(jī)床操作面板上的“程序暫?！辨I是否被誤按下，機(jī)械系統(tǒng)是否被卡死、電氣和數(shù)控系統(tǒng)本身是否出現(xiàn)故障等。詳細(xì)的原因分析及處理對(duì)策如表2所列。

表2 “程序暫?！惫收显蚍治黾疤幚韺?duì)策表

4. 排除過程

根據(jù)表2所示的分析的思路，按照以下步驟進(jìn)行判斷：

（1）首先確定是否為程序原因。①核對(duì)程序語句，確定格式是否合法有效。由于是停留在G71語句行，所以重點(diǎn)核準(zhǔn)該語句的合法性。參考編程手冊(cè)，格式：G71 U（Δd） R? P（ns）Q（nf） X（Δx） Z（Δz） F（f） S（s） T（t）。說明：Δd為切削深度（每次切削量）；r為每次退刀量；ns為精加工路徑第一程序段的順序號(hào)；nf為精加工路徑最后程序段的順序號(hào)；Δx為X方向精加工余量；Δz為Z方向精加工余量；f、s和t為粗加工時(shí)G71中編程的F、S和T有效，而精加工時(shí)處于ns～nf程序段之間的F、S和T有效。注意事項(xiàng)：G71指令必須帶有P、Q 地址ns、nf，且與精加工路徑起止順序號(hào)對(duì)應(yīng)；ns的程序段必須為G00/G01指令開始，即是直線插補(bǔ)或是點(diǎn)定位快速移動(dòng)；在順序號(hào)為ns～nf 的程序段中，不能包含子程序。經(jīng)過核對(duì)，正確無誤。②進(jìn)行模擬加工測試。在機(jī)床上選定、設(shè)置好毛坯尺寸，顯示區(qū)域，進(jìn)行模擬加工，結(jié)果未出現(xiàn)任何報(bào)警提示，一切正常。③在其他機(jī)床上進(jìn)行運(yùn)行加工測試。為了驗(yàn)證是否為程序本身的故障，把該程序復(fù)制至其他同型號(hào)、同配置的機(jī)床，進(jìn)行運(yùn)行，結(jié)果運(yùn)行情況良好，并未發(fā)現(xiàn)有任何錯(cuò)誤及異常，至此，已經(jīng)完全排除由于程序本身引起的故障。

（2）判斷是否為數(shù)控系統(tǒng)軟件存在故障。不是程序問題，確定是否為機(jī)床系統(tǒng)軟件方面存在問題。為了避免重新安裝系統(tǒng)的繁瑣，把同型號(hào)、同配置運(yùn)行良好機(jī)床上的CF內(nèi)存卡（存儲(chǔ)有系統(tǒng)軟件及PLC配置文件）拔下，裝入至該機(jī)床，重啟系統(tǒng)，運(yùn)行程序，結(jié)果故障依舊。以此可以判斷：問題也不是在數(shù)控系統(tǒng)軟件本身。

（3）確定相關(guān)硬件是否存在問題。經(jīng)檢查，機(jī)床“程序暫停”鍵并未發(fā)生“粘連”；轉(zhuǎn)換到“手動(dòng)”狀態(tài)，按下X軸、Z軸正負(fù)移動(dòng)按鈕，工作臺(tái)移動(dòng)正常，這足以證明驅(qū)動(dòng)器、機(jī)械傳動(dòng)部分工作正常（并未出現(xiàn)機(jī)械部分被“卡死”等現(xiàn)象）。

（4）判斷程序與機(jī)床系統(tǒng)是否出現(xiàn)了兼容性問題。由于機(jī)床的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)及應(yīng)用程序都未找到故障原因，最后懷疑程序與機(jī)床的兼容性是否出現(xiàn)了問題，是否個(gè)別語句沒有被正確譯碼或是準(zhǔn)確地得到執(zhí)行？按照此思路，還是重新從故障程序入手。

既然程序暫停在復(fù)合循環(huán)語句，為了判斷該語句是否存在兼容性問題，先把和該語句相關(guān)的指令行（N25～N85語句行）進(jìn)行屏蔽（或刪除），然后重新運(yùn)行程序，結(jié)果能夠執(zhí)行，看來問題就出現(xiàn)在被屏蔽（或刪除）的語句行中。為了找到具體是何種類型的語句出現(xiàn)了問題，決定先用簡單指令語句逐行替代，在N90行語句之前添加簡單指令語句“N88 G01 Z0 F0.1”，再次單步執(zhí)行程序，結(jié)果故障現(xiàn)象再次復(fù)現(xiàn)，程序一直停留在該語句行，如圖2所示。

一條普通直線插補(bǔ)指令為何引起“程序暫?！?？通過多次反復(fù)執(zhí)行程序，觀察故障現(xiàn)象，最終發(fā)現(xiàn)：在執(zhí)行N10行語句（M03 S500）語句時(shí)系統(tǒng)反應(yīng)速度遲緩，光條在該語句行停留足足達(dá)2～3s之多，而且直觀感覺轉(zhuǎn)速明顯較低，與給定轉(zhuǎn)速（500r/min）不符，隨后系統(tǒng)執(zhí)行后續(xù)程序，并最終停留在了N88 G01程序語句行。再仔細(xì)觀察屏幕，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速S顯示為“零”，主軸在旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)速顯示為“零”，這顯然有悖常理，以此可以判斷：速度檢測反饋環(huán)節(jié)存在故障。

（4）排除故障。確定了故障部位，對(duì)檢測環(huán)節(jié)的編碼器進(jìn)行了全面細(xì)致的檢查，最終發(fā)現(xiàn)是聯(lián)接于數(shù)控系統(tǒng)的編碼器電纜束扎線卡子損壞，導(dǎo)致電纜線長期受重力拖拽而發(fā)生“褶皺”，拔下電纜線進(jìn)行單獨(dú)測試，發(fā)現(xiàn)電源線已經(jīng)斷路。更換電纜，重新安裝好后啟動(dòng)系統(tǒng)，一切正常。

圖2 程序暫停運(yùn)行畫面

5. 故障反思

在程序的開頭，程序采用的進(jìn)給方式為G95（每轉(zhuǎn)進(jìn)給），而當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)（編碼器）損壞時(shí)，雖然主軸在旋轉(zhuǎn)，但數(shù)控系統(tǒng)接收到的信息是主軸“轉(zhuǎn)速為零”，所以經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算下達(dá)的進(jìn)給插補(bǔ)速度當(dāng)然為零，這樣相當(dāng)于數(shù)控系統(tǒng)一直在執(zhí)行程序，但要到達(dá)目標(biāo)坐標(biāo)需要插補(bǔ)的時(shí)間卻是“無窮大”（始終未被執(zhí)行完畢），造成“程序暫?！钡募傧?。當(dāng)然，數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行G00快速點(diǎn)定位指令時(shí)，由于其速度是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)指定的，所以并不受影響。至于執(zhí)行M03 S500指令程序反應(yīng)延時(shí)和轉(zhuǎn)速較低的原因，是當(dāng)系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速信息后，要經(jīng)過反饋檢測環(huán)節(jié)（編碼器）的檢測，隨后把當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速信息回饋給數(shù)控系統(tǒng)，以便進(jìn)行調(diào)整，但經(jīng)過反復(fù)的查詢信息，始終未接收到反饋信號(hào)，程序的延時(shí)也就是數(shù)控系統(tǒng)反復(fù)查詢的時(shí)間（當(dāng)然，系統(tǒng)并未編寫報(bào)警代碼）；至于轉(zhuǎn)速較低，是由于給定的轉(zhuǎn)速信息是數(shù)控系統(tǒng)按理論數(shù)據(jù)計(jì)算出來的“空載理想”轉(zhuǎn)速，實(shí)際中經(jīng)過驅(qū)動(dòng)負(fù)載、傳動(dòng)摩擦等環(huán)節(jié)能量會(huì)有所損失，轉(zhuǎn)速會(huì)降低，而由于檢測環(huán)節(jié)的失效，數(shù)控系統(tǒng)也就失去了調(diào)控能力。

6. 結(jié)語

“程序暫?！惫收鲜潜姸唷邦B固性”故障之一，由于故障原因涉及諸多方面，排查起來難度較大，但在本例中，如果能多注意觀察屏幕，還是不難發(fā)現(xiàn)有很多異?，F(xiàn)象：程序執(zhí)行到M03指令時(shí)會(huì)有明顯的停頓；主軸轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速明顯不符；尤其是主軸在旋轉(zhuǎn)而顯示的轉(zhuǎn)速為“零”等。如果盡早“捕捉”到了這些異?，F(xiàn)象，是可以很快判斷故障部位的。當(dāng)然，由于系統(tǒng)對(duì)主軸編碼器出現(xiàn)異常時(shí)未編寫相應(yīng)的報(bào)警代碼，這對(duì)維修人員的維修思路或多或少會(huì)產(chǎn)生一些“誤導(dǎo)”，同時(shí)也是該故障具有一定“迷惑性”的原因。

本文所描述事例的“故障排除”雖然較為簡單，但旨在能夠從中學(xué)習(xí)和掌握故障排除的思路與方法。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的維修應(yīng)“膽大心細(xì)”，一方面要嚴(yán)格按照電氣控制原理圖的邏輯控制結(jié)構(gòu)，遵循由“簡單到復(fù)雜”、“由表及里” 的原則去排查，同時(shí)也要注意多觀察，尤其是“故障現(xiàn)象”，其中蘊(yùn)含了故障原因的諸多“蛛絲馬跡”，有待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)、去發(fā)掘。只有這樣才能少走彎路，盡快鎖定故障部位，提高維修效率。

[1] 沈陽第一機(jī)床廠技術(shù)中心．沈陽華中數(shù)控系統(tǒng)CAK36S型數(shù)控車床電氣原理圖[E].沈陽：沈陽第一機(jī)床廠，2012.

[2] 武漢華中數(shù)控有限公司．世紀(jì)星數(shù)控裝置連接說明書[E]．武漢：武漢華中數(shù)控有限公司，2010.

[3] 武漢華中數(shù)控有限公司．HSV-16交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)說明書[E]．武漢：武漢華中數(shù)控有限公司，2010.

[4] 武漢華中數(shù)控有限公司．世紀(jì)星車削數(shù)控裝置操作說明書[E]．武漢：武漢華中數(shù)控有限公司，2010.

[5] 武漢華中數(shù)控有限公司．世紀(jì)星車削數(shù)控裝置編程說明書[E]．武漢：武漢華中數(shù)控有限公司，2010.