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        基于FANUC的數(shù)控車(chē)床電動(dòng)四方刀架電氣故障診斷研究

        2015-11-29 12:35:42楊丁劉帥
        關(guān)鍵詞:發(fā)信刀位刀架

        楊丁,劉帥

        (四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系,四川遂寧629000)

        基于FANUC的數(shù)控車(chē)床電動(dòng)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(xué)院機(jī)械工程系,四川遂寧629000)

        結(jié)合我單位CKA6132數(shù)控車(chē)床的實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn),分析了數(shù)控車(chē)床電動(dòng)四方刀架的工作原理和使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障,提出了基于FANUCPMC信號(hào)追蹤和PMC程序改進(jìn)的故障診斷與維修方法,為類(lèi)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(dòng)刀架;PMC;故障;維修

        經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床是目前國(guó)內(nèi)使用量最大,覆蓋面最廣的一種數(shù)控機(jī)床,這類(lèi)機(jī)床多配置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、維護(hù)成本低、通用性強(qiáng)的電動(dòng)四方刀架作為其換刀系統(tǒng)[1].通過(guò)大量的維修實(shí)踐表明,刀架故障是數(shù)控車(chē)床最常見(jiàn)的故障之一,約占數(shù)控車(chē)床故障的半數(shù)以上.同時(shí),電動(dòng)刀架的正常運(yùn)轉(zhuǎn)直接影響到機(jī)床的加工效率和穩(wěn)定性,一旦出現(xiàn)故障,輕則機(jī)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(dāng)電動(dòng)刀架出現(xiàn)故障時(shí),能夠準(zhǔn)確迅速地排除故障顯得尤為重要.

        1 電動(dòng)四方刀架的結(jié)構(gòu)及其控制原理

        1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

        目前,電動(dòng)四方刀架雖然品牌和型號(hào)繁多,但是控制原理卻基本相同,機(jī)械結(jié)構(gòu)也基本類(lèi)似,主要由電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿換刀機(jī)構(gòu)、霍爾元件發(fā)信盤(pán)等組成,其機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)際是一種蝸輪蝸桿減速器,可以實(shí)現(xiàn)減速及增大輸出轉(zhuǎn)矩的目的.刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1.

        圖1 電動(dòng)四方刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

        1.2 電氣原理

        在F A N U C數(shù)控車(chē)床中電動(dòng)四方刀架的動(dòng)作是通過(guò)P M C控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的,并由發(fā)信盤(pán)作為刀位號(hào)檢測(cè)元件,見(jiàn)圖2.發(fā)信盤(pán)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(pán)部件,發(fā)信盤(pán)的內(nèi)部設(shè)有四個(gè)霍爾元件,分別對(duì)應(yīng)刀具號(hào)T1~T4.當(dāng)數(shù)控車(chē)床需要換刀時(shí),由數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行T代碼指令,并將其刀位信號(hào)F26和選通信號(hào)F7.3發(fā)送給P M C,然后P M C對(duì)刀位信號(hào)進(jìn)行譯碼、比較判斷,然后再輸出電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)控制信號(hào)[2].

        四方刀架的上刀體開(kāi)始旋轉(zhuǎn)換刀,同時(shí)也帶動(dòng)固定在刀架上的磁鋼旋轉(zhuǎn),當(dāng)磁鋼轉(zhuǎn)到與發(fā)信盤(pán)內(nèi)部某一霍爾元件相對(duì)時(shí),發(fā)信盤(pán)就將這個(gè)信號(hào)發(fā)給P M C,P M C再輸出電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)控制信號(hào),這時(shí)四方刀架再通過(guò)其機(jī)械結(jié)構(gòu)完成定位和鎖緊等功能.

        圖2 電動(dòng)四方刀架發(fā)信盤(pán)與磁鋼的結(jié)構(gòu)

        在換刀時(shí)P M C輸出Y2.5高電平信號(hào),中間繼電器K A5得電,于是接觸器KM2線圈通電,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)動(dòng)到T1~T4的某刀位時(shí),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(guò)分線器模塊送給數(shù)控系統(tǒng)的P M C。當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)到所選刀號(hào)時(shí)P M C輸出Y2.6高電平信號(hào),中間繼電器K A6得電,于是接觸器KM3線圈通電,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電動(dòng)四方刀架的電氣控制原理見(jiàn)圖3。

        圖3 電動(dòng)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(duì)當(dāng)前刀號(hào)與指令刀號(hào)進(jìn)行比較,如果二者不相同,則進(jìn)行換刀操作[3]。在刀架轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,發(fā)信盤(pán)的4個(gè)霍爾元件不斷檢測(cè)刀架的位置并向P M C反饋刀位信號(hào)。P M C實(shí)時(shí)地將反饋刀位信號(hào)(當(dāng)前刀位信號(hào))與指令刀位(需換刀刀位)相比較,當(dāng)兩信號(hào)相同時(shí),說(shuō)明刀架已在所選刀位,則發(fā)出反轉(zhuǎn)信號(hào),否則繼續(xù)正轉(zhuǎn),電動(dòng)四方刀架的P M C控制框圖如圖4。

        2 電動(dòng)四方刀架的故障診斷與維修

        2.1 電動(dòng)四方刀架的故障種類(lèi)

        從前面的分析可以看出,電動(dòng)四方刀架的故障主要分為兩類(lèi):一是機(jī)械故障,二是電氣故障。對(duì)于機(jī)械故障的診斷一般比較簡(jiǎn)單,機(jī)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(dòng)蝸桿端部的一個(gè)6mm內(nèi)六角孔,手動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)位和鎖緊測(cè)試,若存在故障只需更換或修配相應(yīng)零部件即可。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)看電動(dòng)四方刀架的電氣故障占絕大多數(shù),例如常見(jiàn)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(dòng)不停;②刀架不轉(zhuǎn)動(dòng);③刀

        圖4 電動(dòng)四方刀架的PMC控制框圖

        架不反轉(zhuǎn)鎖緊;④刀位號(hào)不正確;⑤其它。

        2.2 FANUCPMC信號(hào)追蹤功能

        F A N U CP M C信號(hào)追蹤功能可以對(duì)設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,便于掌控信號(hào)的瞬間變化和信號(hào)與信號(hào)之間的相互關(guān)系。追蹤的結(jié)果作為信號(hào)的時(shí)間表顯示,同時(shí)動(dòng)態(tài)顯示信號(hào)采樣波形,追蹤點(diǎn)最多32點(diǎn),采樣分辨率可精確到8ms。對(duì)于輔助診斷疑難故障十分方便。F A N U CP M C信號(hào)追蹤畫(huà)面如圖5。

        圖5 FANUCPMC信號(hào)追蹤畫(huà)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(shí),刀架均一直轉(zhuǎn)動(dòng)不停,找不到刀位號(hào)。

        2.3.2 故障診斷

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

        通過(guò)對(duì)換刀信號(hào)的監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)刀架在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,刀架正轉(zhuǎn)輸出繼電器Y2.5一直有輸出,刀位號(hào)T2的輸出信號(hào)X4.7一直輸出“1”,而T1、T3、T4的輸出信號(hào)X4.6、X5.0、X5.1會(huì)隨著刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)周期性到位信號(hào)“0”。由此判斷可能是T2刀位檢測(cè)信號(hào)線路或霍爾元件出了問(wèn)題,將T2刀位號(hào)的信號(hào)線直接與“0V”短接,發(fā)現(xiàn)信號(hào)追蹤畫(huà)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(wèn)題,它的T2刀位無(wú)法輸出狀態(tài)“0”。

        2.3.3 故障處理

        上述故障在沒(méi)有霍爾元件及時(shí)更換時(shí),可以通過(guò)改進(jìn)P M C程序?qū)2號(hào)刀進(jìn)行屏蔽。調(diào)出P M C程序進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)刀位檢測(cè)使用了P M C的負(fù)邏輯信號(hào),T1~T4換刀到位的檢測(cè)信號(hào)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(shí)現(xiàn)所需功能,通過(guò)增加P M C的K1.1~K1.4參數(shù)來(lái)設(shè)定需要屏蔽的刀位號(hào)。改進(jìn)后,如果T1~T4的某刀位檢測(cè)元件出現(xiàn)故障,只需要將與之對(duì)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(jìn)后的梯形圖程序如圖7。

        表1 換刀到位的檢測(cè)信號(hào)地址狀態(tài)

        圖6 原PMC梯形圖程序

        圖7 改進(jìn)后的PMC梯形圖程序

        2.3.4 試驗(yàn)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(fù)正常,達(dá)到預(yù)期目的。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        本文分析了數(shù)控車(chē)床電動(dòng)四方刀架的結(jié)構(gòu)和控制原理,介紹了一種電動(dòng)四方刀架故障診斷與維修的新的方法,通過(guò)對(duì)P M C程序的改進(jìn)優(yōu)化,使得某個(gè)刀位檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)可以很方便地對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)屏蔽,從而不影響其他刀位的正常工作。該方法經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證,效果非常良好,為類(lèi)似問(wèn)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(chē)床四工位電動(dòng)刀架的故障分析及維修[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē),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(yǔ)言編程說(shuō)明書(shū)[E B/O L]. http://www.docin.com/p-286899832.html.

        [3]喻步賢.數(shù)控車(chē)床的電動(dòng)刀架故障診斷與維修[J].機(jī)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(zé)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(xué)院副教授,碩士.研究方向:數(shù)控技術(shù)、CA D/CA M.

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