FANUCPMC在數控機床故障診斷中的應用

河南職業技術學院 楚雪平

FANUCPMC在數控機床故障診斷中的應用

河南職業技術學院 楚雪平

FANUC數控系統的工作過程包括對主軸運動的控制、進給運動的控制和輔助電氣的控制。坐標軸運動位置的控制由計算機數字控制（CNC）實現，主軸的轉向和啟停、進給軸選擇、方向及倍率、急停與外部報警、硬件超程、輔助電機等，都由可編程機床控制器（PMC）完成。PMC就是內置于CNC、用于執行數控機床順序、控制操作的可編程機床控制器，是CNC和PMC及數控機床三者之間的雙向信息交換中心。據統計，在數控機床的故障維修中，PMC部分的故障占大多數，所以利用PMC進行故障診斷顯得尤為重要。本文，筆者立足于FANUC 0iD系統，根據FAUNC PMC的控制對象和控制功能，總結了數控機床PMC故障的表現形式和易出現部位，并針對每種故障形式，結合實例提出了運用FANUC PMC進行故障診斷的方法。

一、FANUC PMC的控制對象和控制功能

1.FANUC PMC的控制對象。FANUC PMC的控制對象是機床，包括機床機械部分及其液壓、氣壓、冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置，以及機床操作面板、繼電器線路、機床強電線路等。機床操作面板上的所有按鈕、開關，機床外圍的所有行程開關、繼電器開關、傳感器等，都是PMC的控制對象。對于數控加工的指令而言，PMC主要用于處理M，S，T指令。

2.FANUC PMC的控制功能。FANUC PMC的功能是實現數控機床加工過程的順序控制。在數控機床運行過程中，以CNC內部和機床各行程開關、傳感器、按鈕、繼電器開關等的開關量信號狀態為條件，按照預先設定的邏輯順序實現一定的控制，如主軸的啟停與換向、刀具的更換、工件的加緊與松開、冷卻與潤滑等。PMC在數控機床上實現的功能主要包括工作方式控制、速度倍率控制、自動運行控制、手動運行控制、主軸控制、機床鎖住控制、程序校驗控制、硬件超程和急?？刂?、輔助電機控制、外部報警和操作信息控制等。

二、利用PMC進行數控機床故障診斷的方法

利用PMC進行數控機床故障診斷，必須清楚地認識到FANUC PMC本身的故障率很低，故障大部分出現在PMC的外圍輸入/輸出環節和執行結構。PMC部分的故障主要有3種表現形式，應采用不同的方法進行診斷和排除。

1.CNC報警顯示真正原因的故障診斷方法。這類故障可以利用數控系統的自診斷功能，并能隨時監視數控系統的硬件和軟件的工作狀態，一般情況下發生故障時會有報警信息出現在CRT上，并顯示出故障的大體部位，按說明書中的故障處理方法檢查，大多數的故障都能找到解決方法。這種自診斷功能還能將故障分類報警，如，SV+報警號表示與伺服有關的報警，OT+報警號表示與超程報警，PS+報警號表示程序操作相關的報警等。

例如，配有FANUC 0iD系統的加工中心在執行換刀時，出現撞刀故障并產生2004號報警。CRT上顯示“NO.2004 A2.4 SPINDLE CAN NOT RUN，BECAUSE JIND-I X3.0 IS 0!”，三色報警燈的紅色燈閃爍。直接查看報警提示或查維修手冊，故障原因是沒有緊刀信號，主軸不能旋轉。

根據報警，可診斷故障發生在主軸緊刀部位。換刀時，由于主軸緊刀信號突然丟失導致主軸停止轉動，但X軸和Y軸仍然在進給，導致撞刀故障。

根據提示首先應檢查緊刀電磁閥的工作狀態是否正常。然后，調整緊刀開關，使其壓合正常。而后，故障排除，同時報警消失，三色報警燈的綠燈常亮。

2.CNC報警，但不反映真正原因的故障診斷方法。例如，配有FANUC 0iD系統的加工中心，其系統狀態欄顯示“EMG ALM”，即機床處于急停狀態。但是按下急停按鈕和壓下限位開關都可能使機床處于急停狀態，系統不能診斷出故障出現的具體部位。對于這種故障，系統已經明確顯示機床的故障現象，可采取以下方法解決。

根據急停PMC控制原理和電路圖分析可知，按下急停按鈕和壓硬件超程都能引起機床的急停。首先，觀察機床操作面板上的急停按鈕狀態和硬件超程指示燈，排除急停按鈕被按下和硬件超程的故障原因。然后，進入信號狀態顯示畫面，逐一檢查與急停和硬件超程相關的信號狀態。FANUC 0iD系統提供指示CNC、PMC、機床三者之間接口的I/O信號狀態的顯示畫面，可以檢查信號在三者之間的通信情況。據此，可以判斷故障是在機床側、PMC側還是CNC側，進而確定故障的具體部位。

在信號狀態顯示畫面內，如果有狀態不正確的信號，進入梯形圖動態顯示畫面，查看相關信號狀態。按下急停按鈕或限位開關，觀察梯形圖中對應地址的信號狀態是否發生改變，信號狀態不發生改變的就可能是錯誤部分。退出梯形圖動態顯示畫面，查看梯形圖是否出錯。將梯形圖按照實現的功能劃分，只需要查看與錯誤信號相關的部分。停止梯形圖的運行，并根據正確的邏輯關系修改梯形圖。重啟系統，觀察故障是否消失。

在信號狀態顯示畫面內，如果相關信號的狀態均正確，則不必查看梯形圖，而要查看機床上的I/O接口狀態。由于FANUC 0iD系統每個按鈕、行程開關、繼電器等外部電氣元件在PMC內部都設置有狀態指示燈，因此，可以通過指示燈的亮與滅來顯示故障的所在位置。如果I/O接口狀態正常，說明信號對應外圍電路的連接和硬件方面沒有問題，那么就只有一種可能，就是機床和CNC之間的通信出現了問題，使信號不能正確地傳輸到系統內部設定的地址。在FANUC 0iD系統中，外部I/O信號通過PMC I/O單元以LINK串行總線的方式與系統通信，反映外圍電路狀態的信號與I/O LINK串行總線上的信號接口一一對應，CNC通過其內部某信號地址位的狀態實現對外圍電路工作狀態的識別，從而采取相應的控制。這就是PMC I/O LINK地址分配的目的。不進行PMC I/O LINK地址的分配，或者由于誤操作等原因造成分配的錯誤，都會導致信號不能正確傳輸。

經檢查，發現確實沒有進行I/O LINK地址分配。重新分配并重啟系統后，故障消失。如果FANUC PMC I/O LINK地址已經分配，I/O接口狀態也正常，但是機床出現“EMG ALM”提示，重啟系統即可。如果I/O接口狀態不正常，則需要檢查I/O LINK的硬件連接是否錯誤、是否存在松動等現象。

3.無CNC報警的故障診斷方法。有時故障的現象并不明顯，且無CNC報警提示，這類故障在PMC部分最難診斷和排除。

全面地分析一個故障現象是決定判斷是否正確的重要因素。因此，診斷這類故障最關鍵的是要對故障現象進行分析。分析故障現象的基本原則是從功能入手。首先，要仔細觀察機床各功能的實現情況，判斷機床功能不能正常執行的部位。然后，詳細了解故障發生的時間、進行何種操作引起了故障、加工程序是否正確、出現的異?，F象、出現的頻率及執行相同操作時故障是否重復出現等情況，大致確定可能存在故障的區域。最后，進行故障診斷，其方法與上述第2種故障的方法大致相同。

例如，配有FANUC 0iD系統的加工中心出現了主軸不能停止的故障，但系統沒有任何的提示。FANUC 0iD系統主軸的啟動、停止與轉向完全由PMC控制實現，轉速可由CNC直接控制或經PMC控制，該例中采用CNC直接控制。根據FANUC主軸PMC控制的原理可知，在自動、遠程運行和手動數據輸入任一工作方式下執行M05，M00，M01指令，或在手動方式下的操作都能使主軸停止。但是M00和M01與M05指令執行的操作不同，執行后的現象也不相同。因此出現主軸不能停止的故障時，一定要區分是在執行什么操作時出現的，以及機床表現出來的不同現象等，以確定故障出現的部位。確定了故障的具體位置后，可以采用上述第2種故障診斷方法進行診斷。

三、結論

數控機床故障的診斷過程較為復雜，運用FANUC PMC進行故障診斷是一種常用的、有效的方法。但是，運用該方法要把握以下3個要點。

1.熟練掌握數控機床的工作原理、編程與操作、各動作的順序及功能劃分等。

2.學會看電氣原理圖，理解FANUC PMC的控制原理以及梯形圖的設計思想，并能將電氣原理圖與梯形圖相互結合起來。

3.熟悉機床各行程開關、傳感器、按鈕、繼電器開關等的安裝位置，熟悉機床的各種信號、參數及其正確的狀態。