1 故障診斷盒的設計構想與設置說明

    數控機床正常運行的核心部件是其數控系統，而數控系統正常工作的主要內容包括對數控設備上非常多的邏輯信號進行時序控制。法拉克系統的PMC邏輯控制包括，機床的開機、停機；主軸的起動、停止；加工的開始、結束、中斷；潤滑、冷卻的開、關；工件的裝、卸控制；找刀、換刀；工作臺交換；輔助機械的起、停等動作信號。目前數控設備上常見的故障主要是電氣故障，反應出來的核心實質就是PMC的信號問題。本故障診斷盒設計的初衷就是模擬數控設備運行過程中可能出現的PMC問題，人為設置部分故障，讓受訓者進行針對性的分析、訓練，達到快速提高其相應技能的目的。

    設置的故障點主要有：主軸正反轉故障；冷卻故障；潤滑故障；X、Y、Z正負超程及鎖定故障；程序停止故障；三軸鎖定故障；手輪無效故障；DNC、AUTO模式無效故障；M03、M08程序停故障；主軸未轉故障；單段生效故障；無增量模式故障；程序保護故障；MST鎖定故障；Z軸抱閘故障。這些都是機床中常見的故障類型。

    以“X、Y、Z正負超程”故障為例，當機床的工作臺向某軸的某一個方向移動時，機床撞到限位開關時，機床就會接受PMC程序反饋信號出現超程報警。但如果機床沒有撞上限位開關，又想使機床出現超程報警，就要利用故障盒人為的設置各軸限位開關。同時在梯形圖相應的各軸限位信號位置加上程序段，達到故障設置效果。

    如圖1是X軸正方向限位開關的梯形圖,當機床工作臺向X軸正方向移動時,到達限位開關并撞上時，X1008.1就閉合，線圈G0114.0得電，機床出現X正方向超程報警。為了使機床在沒有撞上限位開關的情況下出現超程報警，在圖2中X1008.1位置并聯X1004.1，當限位開關X1008.1沒有閉合時，可以通過故障盒開關X1004.1使機床人為出現X正方向超程報警。同樣方式可設置X-，Y+，Y-，Z+，Z-軸故障點。

圖1 X軸正向限位體形圖

圖2 X軸正向限位故障設置圖

2 故障盒電氣原理圖

    FANUC 0i系統的機床有四組插頭管腳。其中CB105和CB107已使用，被使用的地址：X1008.0-X1008.7；X1009.0-X1009.7；X1002.0-X1002.7；X1003.0-X1003.7；X1007.0-X1007.7；X1010.0-X1010.7；故障盒使用另外兩組空置的插槽：CB104和CB106，其相應的地址如圖3是X地址輸入：X1004.0-X1004.7；X1005.0-X1005.6；圖4是Y地址輸出：Y1004.0-Y1004.7；Y1005.0-Y1005.6。

圖3 故障盒對應地址輸入

各地址對應的故障：

    X1004.0—主軸正轉；X1004.1—X1004.3分別對應是X、Y、Z軸的正方向超程；

    X1004.4—主軸反轉；X1004.5—X1004.7分別對應是X、Y、Z軸的負方向超程；

    X1005.0—冷卻故障；X1005.1—潤滑故障；X1005.2—程序結束；X1005.3—X、Y、Z軸鎖定；X1005.4—手輪無效；X1005.5—DNC模式無效；X1005.6—AUTO模式無效；而Y地址就是對應以上故障在故障盒上的LED燈輸出。

    如圖5是X地址輸入：X1000.0—X1000.7；X1001.0—X1001.6；圖6是Y地址輸出：Y1000.0—Y1000.7；Y1001.0—Y1001.6

圖4故障盒對應地址輸出

圖5故障對應地址輸入

圖6故障對應地址輸出

    各地址對應的故障：

    X1000.0—X1000.2分別是X、Y、Z軸鎖定；X1000.3—X1000.5分別是手輪X、Y、Z失效；X1000.6—M03程序停止；X1000.7—M08程序停止；X1001.0—無主軸速度；X1001.1—單段生效；X1001.2—無增量模式；X1001.3—程序保護；X1001.4—MST鎖定；X1001.5—Z軸抱閘；而Y地址就是對應以上故障在故障盒上的LED燈輸出。

3 故障盒梯形圖的改進

    當硬件連線都連接好后，最后一步就是相應故障點設置的地址在圖形圖的相應位置添加程序段，使其故障功能得以實現。以下就是故障診斷盒的一部分故障點設置程序梯形圖添加說明。

    如圖7是未加故障盒設置之前的原梯形圖，當機床側的DNC模式按鍵按下，并處于AUTO模式下時,線圈G0043.5得電，程序便可以以DNC模式加工。但現在要使DNC模式失效就要在圖7上作修改，如圖8中在線圈G0043.5上串聯一個常閉觸點X1005.5。當故障盒DNC模式無效的開關打開時，觸點X1005.5由常閉變成常開，使線圈G0043.5無法接通。即使按了DNC模式按鍵也無法實現DNC加工，而在后面多加一條語句是來控制開關在故障盒對應的LED燈，用來判別是否設置了故障，當開關X1005.5閉合線圈Y1005.5輸出，故障盒的燈就會亮。

    如圖9是存儲器保護的梯圖，它用于防止零件程序、偏移值、參數和設定數據錯誤地存儲、修改或清除。使來自MDI面板的存儲器內容的修改有效。共有4個信號，各執行的存儲器內容操作，取決于參數No.3290第七位（KEY）的設定。

圖7 DNC原工作梯形圖  圖8 DNC工作故障設置梯形圖

圖9 存儲器保護梯形圖

圖10存儲器保護故障設置梯形圖

    當KEY=0時：

    KEY1：使刀具補償值，工件零點偏移值和工件坐標系偏移量的輸入有效。KEY2：使SETTING數據、宏變量和刀具壽命管理數據的輸入有效。KEY3：使程序輸入和編輯有效。EY4：使PMC數據有效（計數器數據表）。

    當KEY=1時：

    KEY1：使程序輸入和編輯，以及PMC參數的輸入有效。KEY2到KEY4：不用。

    當信號為0時，輸入無效，系統就會出現WRITE PROTECT（寫保護），我們設置故障盒也就是要實現此功能，所以在KEY（X0001.4）按鍵下并聯一個X1001.3，如圖10，當X1001.3合上時，信號為0，即輸入無效。而Y1001.3是相對應的LED燈。

圖11 單程序段運行梯形圖

圖12 單程序段運行故障設置梯形圖

    如圖11是單程序段運行的梯形圖，單程序段運行僅對自動運行有效，自動運行期間當單程序段信號（SBK）置為1時，執行完當前程序段后，CNC進入自動運行停止狀態。當單程序段信號（SBK）設定為0時，重新執行自動運行。在用戶宏程序執行期間的單程序段運行狀態，取決于參數N.06000第5位（SBM）的設定：SBM=0在用戶宏程序語句中運行不停止，執行了下一個NC指令后停止。SNM=1在宏程序語句中每個程序段后運行停止。如圖12通過診斷盒設置，使單程序段信號G0046.1（SBK）置為1。

圖13 機床鎖住梯形圖

    如圖13是機床鎖住的梯圖，所有軸的機床鎖住信號MLK或各軸機床鎖住信號MLK1~MLK4置為1時，在手動或自動運行中，停止向伺服電機輸出脈沖（移動指令），但依然在進行指令分配，絕對和相對坐標也在被更新，所以操作者可以通過監控位置的變化來檢查指令編制是否正確。當G0044.1為1時，在手動或自動運行時，不向所有軸的伺服電機輸出脈沖（移動指令），機床工作臺不移動。所以只要并聯一個開關就可以使信號MLK置1，如圖14。

圖14 機床鎖住故障設置梯形圖

    參照示例，其他故障點設置如出一轍，在此就不一一敘述。

4 結論

    數控機床是集合了計算機數字控制技術、可編程控制技術、伺服控制技術、機械傳動技術、氣動與液壓技術的一體化產品。數控設備發生故障的原因很多，且往往帶有多方面的綜合因素，為方便分析和處理故障，以及對數控維修受訓人員進行故障模擬訓練，建構理論知識學習體系，均可采用本故障診斷盒模擬系統。