加工中心是目前世界上產量最高、應用最廣泛的數控機床之一。其綜合加工能力較強，工件一次裝夾后，能完成較多的加工內容，且加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設備的5-10倍，特別是它能完成許多普通設備不能完成的加工，對形狀復雜，精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產更為適用。

　　加工中心是當代高新技術機、電、光、氣一體化的結晶，電氣復雜，管路交叉林立，數控系統五花八門，產品從上世紀70年代到如今，不能互換，故障現象也是千奇百怪，各不相同，特別是大型、重型數控機床，價格昂貴，安裝、調整時間長。數控機床內有成千上萬只元器件，若其中一個出問題，就會引起機床的不正常現象，再加上大型、重型數控機床體積龐大，在無恒溫廠房條件下使用，環境的影響很容易引發故障，因此目前國內加工中心開動率平均僅為20%-30 %，學習數控機床故障診斷、維修有重要意義，掌握故障診斷與維修的技術，有利于提高數控機床的使用效率。

　　本文就利用PLC和萬用表對FANUC-oi系統加工中心典型的回參故障進行巧妙維修略作探討分析，僅供同行參考。

1 加工中心結構和回參操作

　　以FANUC一系統的加工中心為例，在介紹基本結構及原理的基礎上，再闡述利用PLC及萬用表，對加工中心回參操作的故障進行診斷維修的方法。

　　1.1 加工中心結構

　　加工中心有各種類型，雖然外形結構各異，但總體上是由以下幾大部分組成。

　　(1)基礎部件。由床身、立柱和工作臺等大件組成，是加工中心結構中的基礎部件。這些大件有鑄鐵件，也有焊接的鋼結構件，要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削負載，因此必須具備更高的靜動剛度，也是加工中心中質量和體積最大的部件。

　　(2)主軸部件。由主軸箱、主袖電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動、停止等動作和轉速均由數控系統控制，并通過裝在主軸上的刀具進行切削。主軸部件是切削加工的功率輸出部件，是加工中心的關鍵部件，其結構的好壞，對加工中心的性能有很大的影響。

　　(3)數控系統。由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅動裝置以及電動機等部分組成.是加工中心執行順序控制動作和控制加工過程的中心。

　　(4)自動換刀裝置(ATC)。加工中心與一般數控機床的顯著區別，是具有對零件進行多工序加工的能力，有一套自動換刀裝置

　　1.2 回參操作的動作

　　加工中心參考點又名原點或零點，是機床的機械原點和電氣原點相重合的點，是原點復歸后機械上固定的點。每臺機床可以有一個參考原點，也可以據需要設置多個參考原點，用于自動刀具交換〔atc)或自動拖盤交換( apc)等。參考點作為工件坐標系的原始參照系，機床參考點確定后，各工件坐標系隨之建立。

　　機械原點，是基本機械坐標系的基準點，機械零部件一旦裝配完畢.機械原點隨即確立。

　　電氣原點，是由機床所使用的檢測反饋元件所發出的柵點信號或零標志信號確立的參考點。

　　為了使電氣原點與機械原點重合，必須將電氣原點到機械原點的距離，用一個設置原點偏移量的參數進行設置。這個重合的點就是機床原點。

　　在加工中心使用過程中，機床手動或者自動回參考點操作是經常進行動作。不管機床檢測反饋元件，是配用增量式脈沖編碼器還是絕對式脈沖編碼器，在某些情況下，如進行atc或apc過程中，機床某一軸或全部軸都要先回參考原點。

　　手動回參考點的動作如下:

　　(1)確保機床通電且與PC電腦聯機完成‘已起動控制軟件)，將機床操作面板上的工作方式開關置于手動回參的位置上。

　　(2)分別按壓+Z、+Y、-X軸移動方向按鈕一下，則系統既控制機床往參考點位置處快速移動，當快到達參考點附近時，各軸自動減速，再慢慢趨近直至到達參點后停下。

　　(3)到達參考點后，機床面板上回參考點指示燈亮。

　　1.3 回參操作的原理方法。

　按機床檢測元件檢測原點信號方式的不同，返回機床參考點的法有兩種。一種為柵點法，另一種為磁開關法。

　　在柵點法中，檢測器隨著電機一轉信號同時產生一個柵點或一個零位脈沖，在機械本體上安裝一個減速撞塊及一個減速開關后，數控系統檢測到的第一個柵點或零位信號即為原點。

　　在磁開關法中，在機械本體上安裝磁鐵及磁感應原點開關，當磁感應原點開關檢測到原點信號后，伺服電機立即停止，該停止點被認作原點。

　　柵點方法的特點是:如果接近原點速度小于某一固定值，則伺服電機總是停止于同一點，也就是說，在進行回原點操作后，機床原點的保持性好。

　　磁開關法的特點是:軟件及硬件簡單，但原點位置隨著伺服電機速度的變化而成比例地漂移，即原點不確定。

　　目前，幾乎所有的機床都采用柵點法。

2 PLC原理及檢測故障的思路和方法

　　(1) PLC。全稱是PROGRAMMABLE LOGIC CONTRI-LOR:可編程序邏輯控制器。PLC是用來控制數控機床的順序動作的，可完成以下功能。

　　1)編譯功能—對機床控制而板的各個按鍵、旋鈕輸人信號進行編譯處理;對輔助功能指令進行編譯。

　　2)機床外部輸入/輸出信號的控制一-將機床側的開關信號送入PLC，經運算后，送出運算結果，控制機床的動作。

　　3)伺服控制—控制主軸和伺服進給驅動裝置的使能信號。

　　4)其他外圍設備的控制。

　　PLC與機床及系統之間信號傳遞(如圖1)oX寄存器為機床輸出到PLC的開關信號;Y寄存器為PLC輸出到機床的開關信號;R寄存器為PLC內部中間寄存器;G寄存器為PLC輸出到計算機數控系統的的開關信號;F寄存器為計算機數控系統輸出到PLC的開關信號;P寄存器為PLC外部參數，可由機床用戶設置共有100組;B寄存器為斷電保護信息，共有100組。

　　(2) FANUC oi系統應用的PLC (PMC)。 FANUC數控系統將PLC記為PMC，稱作可編程機床控制器，即專門用于控制機床的PLCo。 FANUC系統控制有PMCL和PMCM兩種。PMC-L的處理機與主機共用，最大步數為S 00t)步。PMC-M采用專用處理機，微處理器為80186，專用一塊板，插在主板上，最大步數為8 000步。兩種PMC的掃描周期均為16 ms。

　　(3) FANUC of系統PMC與外部信息的交換。PMC , CNC(數控系統)和MT(機床)三者之間的信息交換，需要通過三者間的接口進行，FANUC Oi M系統的接口概況如圖2所示。接口包括4部分:機床至PMC (MT→PMC),PMC至機床(PMC→MT), CNC至PMC(CNC→PMC), PMC至CNC(PMC→ CNC)。

　　(4)與PLC有關故障檢測的思路和方法。

　　1)根拒括交障號診斷故障—根據機床出現的報普號及報警說明，找到故障相對應的PLC程序及PLC狀態，確定故障為PLC內部故障還是機床側故障。

　　2)根據動作順序診斷故障—數控機床上的任何操作，都是按照一定的順序來完成的，因此觀察機械裝置的運動過程，比較正常和故障時的情況，就可診斷出故障。

　　3)根據控制對象的工作原理診斷故障—數控機床的PLC程序，是按照控制對象的工作原理設計的，通過控制對象的工作原理進行分析，結合PLC的I /0口狀態檢查。

　　4)通過梯形圖和vo狀態診斷故障—根據PLC的梯形圖來分析和診斷故障，是解決數控機床外圍故障的基本方法，首先搞清機床的工作原理.動作順序和連鎖關系，利用系統的自診斷功能，根據梯形圖察看相關的輸人l輸出狀態，從而確定故障的原因。

　　5)動態跟蹤梯形圖診斷故障—當有些I/O出現故障時，由于過程變化過快，察看I/O及標志無法跟蹤，此時需要通過PLC動態跟蹤，觀察I/O及標志的瞬間變化，作出診斷。

　　有了PLC和CNC(數控系統)和MT(機床)三者之間的連接圖，再配合PLC故障檢測的思路和方法，就可方便地檢修機床了。

3 檢修的實施

　　3.1 準備工作

　　(1)檢修用的器具。萬用表一個;35W電烙鐵一把;鉗子、螺絲刀、電工刀等電工工具一套;內六角扳手一套;毛巾一條;毛刷一把。

　　(2)檢修前的準備工作及注意事項。

　　1)了解加工中心的結構;
　　2)掌握加工中心的回參操作及原理;
　　3)掌握PLC的常識;
　　4)最好有該加工中心的說明書和電氣圖及PLC梯形圖;
　　5)掌握電工電子方面有關的知識及技能;
　　6)拆卸、調整時應記錄原來的位置，以便復原;
　　7)檢修時不要盲目亂敲亂碰，以免擴大故障，越修越壞;
　　8)注意安全。設備電氣用電為380V,注意不要觸電傷害人身和設備。

　　3.2 檢查修理

　　(1)現象。VMC800加工中心回參考點時，Y軸向回參的相反方向移動，隨后出現報警，顯示屏上出現:500超程:-Y。

　　(2)原因分析。這臺VMC800加工中心是配備FANUC oi系統，采用半閉環控制方式，使用增量脈沖編碼器作為檢測反饋元件。該機床回參考點采用柵點法回參，開機Y軸回參考點的過程為:回參考點軸先以快速移動，當零點開關被擋塊壓下時，PLC輸人點X9.1信號由1變為O,CNC接收到該跳變信號后輸出減速指令，使Y軸制動后并以低速向反方向移動，當擋塊釋放零點開關時，X9.1信號由0跳變為1,Y軸制動后改變方向，以回參考點速度向參考點移動，當零點開關再次被擋塊壓下時，X9.1信號由1變為。，此時起，CNC接收到的增量脈沖編碼器發出的零位標志脈沖XO時，Y軸再繼續運行到參數設定的距離后停止，參考點確立，回參過程結束。

　　明白了此機的回參過程及原理后，根據上訴的故障現象，判斷故障可能是出在零點開關、擋塊、系統參數、軟限位設定和編碼器上出了問題.導至Y軸在回參時，開關不能復位。

　　(3)檢查。現用PLC的梯形圖和狀態圖加以檢查，縮小故障范圍:按下面板上的SYSTEM按鍵，再按下PMCLAD按鍵，就看到FLC的梯形圖，輸人Y31.4，按下SEARCH(搜索)就看見Y軸回參梯形圖如圖3所示。

　　當故障出現時，F94.1和Y31.4都變紅，表明系統有信號過來，也表明編碼器是好的;查看PLC的狀態圖:按下面板上的SYSTEM按鍵，再按下PMCDGM按鍵，再按下STATUS就看到PLC的狀態圖，當故障出現時，X9.1始終為0，沒有變化，這樣就把故障點縮小到零點開關、擋塊、系統參數、軟限位設定等，簡化了修理過程。

　　(4)修理。把機床Y軸的蓋拆開，摸一下擋塊，沒有松，再拆下零點開關檢查，發現其非常臟，鐵屑鋁屑都翰在上面，開關伸縮不靈活，徹底清理干凈，再裝好，用萬用表檢查開關的通斷，正常;開機再回參，此時，回參動作基本正常，只是在差不多回參完成時，又出現超程報警，顯示屏上出現:500超程:+Y，再試二次，故障照舊，這個時候，就懷疑是系統參數和軟限位設定出現問題;首先檢查軟限位設定，在MDI方式下按下OFS/SET，把參數寫入由0改為1，按下SYSTEM，點擊參數，進人機床參數面版，輸人1320，點擊搜索，可以看到軟限位設定參數:

　　然后再回參，報警消除，再回幾次，也正常，最后又把1320和1321中的參數改回原來的參數，故障徹底消除。

4 結束語

　　本文為筆者多年來在檢修加工中心的各種故障中，最為經典的一役。加工中心電氣復雜，管路交叉林立，數控系統五花八門，故障現象也是千奇百怪。而回不了參考點的故障，是較常見的故障之一。這種故障一般又是由擋塊的松動、零點開關的失靈、系統參數的丟失、軟限位設定不準等因素引起的。