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      摘要: 米克朗UCP1x50 加工中心刀庫(kù)是故障率較高的部件，涉及到較為復(fù)雜的一系列調(diào)整步驟和方法。詳細(xì)介紹了該加工中心刀庫(kù)故障的維修判斷過程及調(diào)整方法，為該系列機(jī)床刀庫(kù)的維修調(diào)整提供有實(shí)用價(jià)值的參考。

  
       米克朗UCP1x50 加工中心采用海德漢530 數(shù)控系統(tǒng)，高速電主軸，刀庫(kù)采用Commander SK 系列變頻器驅(qū)動(dòng)，46 把刀，其刀庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對(duì)于機(jī)床其他部件故障率較高。對(duì)于此次故障，作者也是第一次碰到，缺乏經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過一周的反復(fù)摸索、實(shí)驗(yàn)并與廠家反復(fù)交流，終于總結(jié)出一套完整的解決方案，徹底排除了故障。以下就是作者維修判斷的過程以及處理問題的方式方法。

      1 、故障現(xiàn)象

      2010 年3 月，某單位米克朗UCP1x50 加工中心刀庫(kù)出現(xiàn)刀鏈無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)故障，排除機(jī)械卡死的原因后，刀庫(kù)在完成回零動(dòng)作后，在目標(biāo)刀位發(fā)生相鄰兩個(gè)刀位之間來回振蕩的現(xiàn)象，持續(xù)1 分多鐘后改為逆時(shí)針慢速旋轉(zhuǎn)，且無(wú)法停止，只能拍下急停按鈕。

      2、 機(jī)械卡死的故障原因及刀庫(kù)恢復(fù)方法

      2. 1 刀鏈故障原因及清除故障的方法

     一般刀鏈無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)采取使用變頻器手動(dòng)控制和手盤電機(jī)的方法使刀鏈轉(zhuǎn)動(dòng)。變頻器手動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)是利用變頻器的手動(dòng)功能，即設(shè)定其5 號(hào)參數(shù)為Pad，利用變頻器上的按鈕操作電機(jī)旋轉(zhuǎn)，或模擬外部指令信號(hào)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)( 具體會(huì)在后面的篇幅中有詳細(xì)介紹) ; 手盤電機(jī)則要拆掉電機(jī)后端蓋( 由于安裝條件的限制挨近安裝底板的螺釘拆卸非常困難) ，然后就可以盤動(dòng)電機(jī)了。

      但是此次故障無(wú)論用那種方式，都只能正、反移動(dòng)1 /4 個(gè)刀位就轉(zhuǎn)不動(dòng)了，明顯有異物卡住。作者采取了如下方法:
 
      ( 1) 拍下急停按鍵，關(guān)掉機(jī)床進(jìn)氣開關(guān)，等待幾分鐘后，控制換刀回轉(zhuǎn)臂的氣缸桿就可以手動(dòng)拉出或收回了，推動(dòng)換刀位刀套把換刀位的回轉(zhuǎn)臂擺出去，從而讓開了換刀刀位。
 
      ( 2) 把刀鏈上的刀套依次沿導(dǎo)軌滑到換刀位取出，等所有刀套取出后，清理刀鏈滑軌里的障礙，然后把刀套按刀套號(hào)依次順序裝回，再把回轉(zhuǎn)臂擺回復(fù)原，接通進(jìn)氣開關(guān)，彈起急停，完畢。
 
 
      通過上述手動(dòng)操作完成了異物清理工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)故障原因在于: 粘接在8 號(hào)刀套上的固定圓形槽里的圓鋼片脫落在刀鏈滑軌上，造成了刀鏈運(yùn)行的阻礙。
 
      把圓鋼片表面被撞出的毛刺、突起打磨光滑，用環(huán)氧樹脂牢固粘接于8 號(hào)刀套上的固定圓形槽里，特別注意不要高出圓形槽表面。
 
 
      8 號(hào)刀套的作用在于作為刀庫(kù)的零位標(biāo)記，其他刀套則不具備這個(gè)功能。
 
 
      2. 2 刀庫(kù)恢復(fù)方法和步驟
 
      ( 1) 重啟機(jī)床。
 
      ( 2) 按下CE 清除所有信息，直到啟動(dòng)刀庫(kù)開始回參考。
 
      ( 3) 當(dāng)?shù)稁?kù)運(yùn)行時(shí)，必須用急停鈕將刀庫(kù)停在正確的位置。如圖1 所示，正確的位置就是1 號(hào)刀位的定位釘正對(duì)V 型中心槽，在這個(gè)位置上，8 號(hào)刀位則在參考傳感器B607 下面，這時(shí)B607 將變?yōu)?。如果按下急停鈕時(shí)，刀庫(kù)不在正確位置，則重做，直到刀庫(kù)停在正確位置為止。

          
  
      圖1 刀位定位釘正對(duì)V 型中心槽示意圖

      ( 4) 這時(shí)選擇programming and editing 方式，按下MOD 鍵，并輸入PLC 密碼807667，回車。

      ( 5) 按下軟鍵“Trace”后，按下select“M/I /O/T /C”，然后選取I81、I80 和I82 作為波形觀察信號(hào)，I81 為刀庫(kù)零位接近開關(guān)輸入信號(hào)，I80 為刀庫(kù)編碼器計(jì)數(shù)信號(hào)，I81 為刀庫(kù)編碼器零位信號(hào)。

     ( 6) 按下軟鍵“table”，再按“I”鍵，觀察I81、I80 和I82 的狀態(tài)，用手盤動(dòng)電機(jī)使得上述3 個(gè)信號(hào)均為“1”。

      ( 7) 按下軟鍵“Logic Diagram”，再按下“StartTrace”。

      ( 8) 松開刀鏈減速器上固定電機(jī)編碼器的扇形片上的兩個(gè)螺釘，這時(shí)松開急停鈕，按下CE 清除信息，刀庫(kù)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)立即切換到后臺(tái)Logic Diagram查看波形。轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器，直到出現(xiàn)如圖2 所示正確的波形為止。

                                     圖2 高速運(yùn)行時(shí)正確的信號(hào)時(shí)序圖
 

      ( 9) 擰緊電機(jī)編碼器的兩個(gè)螺釘，完成調(diào)整。正確的時(shí)序是: 當(dāng)?shù)舵溵D(zhuǎn)到8 號(hào)刀套位置正對(duì)刀庫(kù)零位接近開關(guān)時(shí)，I81 發(fā)出高電平，I82 編碼器零位脈沖也要出現(xiàn)在I81 高電平包括的范圍之內(nèi)，考慮到刀庫(kù)就近找到有可能正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，所以I82 的信號(hào)最好在I81 的中間，正對(duì)I81 包含的I80 六個(gè)方波的第三個(gè)方波。

      出現(xiàn)如圖3 所示這種錯(cuò)誤的波形時(shí)，可以把編碼器旋轉(zhuǎn)180°安裝; 再微調(diào)使得編碼器零位脈沖出現(xiàn)在如圖2 所示的中間位置。
 

                                                圖3 錯(cuò)誤的信號(hào)時(shí)序圖

      在慢速運(yùn)行時(shí)，調(diào)整編碼器使得I82 的零位脈沖與I81 高電平包含的I80 第3 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的上升沿和下降沿一致，如圖4 所示。

     
  
                                                 圖4 慢速運(yùn)行時(shí)正確的時(shí)序圖
 

      上述調(diào)整方法是在變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正常的前提下實(shí)施的，而此次維修中作者遇到了很大的困難，需要先排除變頻器控制系統(tǒng)的故障。

      3 、 變頻器控制系統(tǒng)故障查找與調(diào)整

      機(jī)械故障排除后，機(jī)床刀庫(kù)出現(xiàn)了前述的新問題，作者分析了導(dǎo)致該問題的可能因素有如下幾個(gè)方面: 刀庫(kù)調(diào)整不好; 變頻器故障; 編碼器故障; 變頻電機(jī)故障; 機(jī)床參數(shù)錯(cuò)誤; PLC 硬件接口故障; PLC軟件或參數(shù)錯(cuò)誤等。

      3. 1 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)變頻器控制方式簡(jiǎn)介

      刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)變頻器是采用Commander 公司的SK 系列產(chǎn)品，型號(hào): SKB3400037，0. 37kW/400 V。端子B2、B4、B5、B6、B7 組成了控制邏輯，其中B2、B4 通過K464 完成變頻器使能控制，B7 控制變頻器以預(yù)置55 Hz 高速運(yùn)行; B5 控制變頻器以預(yù)置15 Hz低速運(yùn)行; B6 以高/低電平確定變頻器的反/正轉(zhuǎn)控制。控制時(shí)序由PLC 軟件結(jié)合I80、I81、I82 的外部邏輯狀態(tài)，通過O23、O43、O44 的輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器B5、B7、B6 的控制。刀庫(kù)位置反饋由脈沖編碼器B608 提供。

      3. 2 刀庫(kù)調(diào)整

      為了排除刀庫(kù)調(diào)整不良可能造成的影響，作者按照第2. 2 節(jié)所述的調(diào)整步驟進(jìn)行了調(diào)整，使得I81、I80 和I82 的波形如圖2 所示，為正確波形，從波形上可以看出，兩個(gè)零位脈沖之間對(duì)應(yīng)著20 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，同時(shí)觀察渦輪蝸桿減速器下面的凸輪結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn): 編碼器每轉(zhuǎn)360°，下面的凸輪撥2 個(gè)刀位，這樣就可以推斷10 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)刀位。這也就驗(yàn)證了編碼器是正常的。

      3. 3 變頻控制系統(tǒng)的檢修

      先對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行了記錄，具體數(shù)據(jù)見表1。首先把其5 號(hào)參數(shù)設(shè)為Pad，利用變頻器上的按鈕操作，電機(jī)可以按照手動(dòng)設(shè)置的頻率朝固定方向旋轉(zhuǎn); 其次，把11 號(hào)參數(shù)設(shè)為0，用接在B2 端子的導(dǎo)線連接B5 端子，相當(dāng)于給B5 一個(gè)24 V 高電平，這時(shí)電機(jī)可以正向旋轉(zhuǎn)，斷開后電機(jī)就停止; 同樣給B6 高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)，斷開，電機(jī)停止。電機(jī)轉(zhuǎn)速由B7 控制; 第三，再把11 號(hào)參數(shù)設(shè)為2，給B5 高電平時(shí)，B6 為低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)，B6 為高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn); B5 低電平時(shí)，無(wú)論B6 是高、低電平，電機(jī)均不轉(zhuǎn)。電機(jī)轉(zhuǎn)速由B7 控制。5 號(hào)和11 號(hào)參數(shù)的定義見圖5、圖6。由此可以說明電機(jī)是正常的。

      表1 變頻器參數(shù)設(shè)置表

              圖5 變頻器5 號(hào)參數(shù)為Pr 時(shí)的接線方式

      圖6 變頻器11 號(hào)參數(shù)為0 － 6 時(shí)的接線端子邏輯定義通過對(duì)11 號(hào)參數(shù)的分析，結(jié)合圖11 所示的變頻器控制邏輯圖，再參考米克朗UCP1350 的變頻器設(shè)置，作者認(rèn)為: 11 號(hào)參數(shù)設(shè)為2 比較符合控制邏輯，但是變頻器上設(shè)的是0，設(shè)成2 則電機(jī)根本不動(dòng)。設(shè)成6 則與設(shè)成0 的狀況一樣。所以無(wú)法判斷變頻器的好壞。

      3. 4 機(jī)床參數(shù)調(diào)整及PLC 輸入輸出硬件檢查為了驗(yàn)證是否由于機(jī)床參數(shù)和PLC 軟硬件的意外變化對(duì)變頻器控制造成影響，作者采取如下檢查措施:

      首先，利用海德漢專用傳輸軟件TNCremoNT，建立好網(wǎng)絡(luò)連接( 注意: 必須使用交叉連接的網(wǎng)線) ，對(duì)現(xiàn)機(jī)床所有參數(shù)進(jìn)行備份; 其次，把該設(shè)備進(jìn)廠時(shí)備份的參數(shù)進(jìn)行回傳，該備份是設(shè)備調(diào)試驗(yàn)收完畢后做的，結(jié)果發(fā)現(xiàn)情況沒有任何改變，這就說明機(jī)床參數(shù)和PLC 軟件是正常的; 第三，再次把剛剛備份的數(shù)據(jù)回傳，恢復(fù)現(xiàn)有狀態(tài)( 主要是為了避免對(duì)當(dāng)前加工的影響) 。

      用示波器監(jiān)控B5、B6、B7 端子，結(jié)合海德漢530 系統(tǒng)的波形顯示功能，觀察對(duì)應(yīng)的O23、O44、O43 的時(shí)序，發(fā)現(xiàn)是一致的，說明PLC 的硬件I /O 口是正常的。

      3. 5 變頻器故障的排除與調(diào)整

  
      上述幾個(gè)方面的影響被排除后，就只剩下變頻器的因素了，但是在沒有備件的情況下無(wú)法確定變頻器的好壞，于是向機(jī)床生產(chǎn)廠家進(jìn)行了咨詢，對(duì)方給我們報(bào)價(jià)是12 082 元，而且是換購(gòu)價(jià)，單買一臺(tái)要2 ～3 萬(wàn)元。嫌貴，作者通過有關(guān)途徑在成都買了一臺(tái)同型號(hào)變頻器，3 天到貨，價(jià)格僅為2 250 元。換上新的變頻器，輸入抄錄的老變頻器的參數(shù)，結(jié)果令作者非常沮喪: 新變頻器根本就沒有動(dòng)作! 無(wú)論11 號(hào)參數(shù)設(shè)0、2、6 都不動(dòng)作; 而老變頻器11 號(hào)參數(shù)則除了設(shè)2 以外均能動(dòng)作，這就非常奇怪了!按照第3. 3 節(jié)所述的辦法對(duì)新變頻器進(jìn)行模擬控制，也可以運(yùn)行，無(wú)法解釋這樣的現(xiàn)象。

      再次聯(lián)系米克朗廠家，把作者所做的調(diào)整進(jìn)行了交流，并要求廠家把變頻器參數(shù)發(fā)給了作者，通過對(duì)比作者發(fā)現(xiàn)廠家的11 號(hào)參數(shù)設(shè)的是6，而且60 － 80號(hào)參數(shù)都有數(shù)值，而作者抄錄的參數(shù)則沒有，且61－ 70 號(hào)參數(shù)根本就顯示不出來，見表1。按照廠家發(fā)過來的參數(shù)和方法進(jìn)行了設(shè)置:
 
      ( 1) 設(shè)置參數(shù)前先將B4 移去，然后必須按順序?qū)⒁韵聟?shù)輸入;
 
      ( 2) 首先設(shè)10、29 號(hào)參數(shù)，再輸入2 － 19 號(hào)參數(shù)，再輸入71 － 80 號(hào)參數(shù)，這時(shí)61 － 70 號(hào)參數(shù)才會(huì)顯示出來，設(shè)置61 － 70 號(hào)參數(shù)。表中未出現(xiàn)的參數(shù)按缺省值設(shè)置。

      ( 3) 重新接上B4。
 
      ( 4) 關(guān)閉并打開驅(qū)動(dòng)器，重啟后顯示變?yōu)閞d =0. 0。該驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在可以準(zhǔn)備運(yùn)行了。
 
      運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)新變頻器可以正常使用，刀庫(kù)運(yùn)行恢復(fù)正常，老變頻器故障依舊。
 
      在調(diào)試中還發(fā)現(xiàn)65 號(hào)參數(shù)漏輸時(shí)，出現(xiàn)8 號(hào)刀套找到零位后只向前走了半個(gè)刀位就停止的現(xiàn)象，說明參數(shù)影響很大，由于變頻器說明書中，沒有提及71 － 80、61 － 70 號(hào)參數(shù)的定義，所以無(wú)法判斷這些參數(shù)所能起到的作用。作者所能做的就是記錄下這些參數(shù)的設(shè)定值，并嚴(yán)格按要求正確輸入變頻器。
 
      由此作者可以得出如下結(jié)論: 刀庫(kù)卡死后，由于強(qiáng)電流沖擊或意外干擾，使得老變頻器的參數(shù)和接口電路發(fā)生了異常變化，而作者手上又沒有變頻器的原始參數(shù)資料，這就是造成上述調(diào)整始終無(wú)法見效的原因。

      4、 刀庫(kù)的控制邏輯和原理分析

      以往都是根據(jù)原理來進(jìn)行維修，而這次維修由于作者不掌握廠家的設(shè)計(jì)原理，只能通過大量的模擬試驗(yàn)來推測(cè)。

      機(jī)床恢復(fù)正常運(yùn)行后再仔細(xì)觀察I81、I80、I82、O23、O44、O43 的組合時(shí)序波形，發(fā)現(xiàn)刀庫(kù)正常運(yùn)行時(shí)的時(shí)序是這樣的:
 
      ( 1) 機(jī)床開機(jī)，自檢完畢后，彈起急停開關(guān)，首先開始執(zhí)行刀庫(kù)回零的PLC 程序，O43 低電平變高電平，執(zhí)行高速55 Hz 運(yùn)行，并啟動(dòng)刀庫(kù)運(yùn)行，I80 出現(xiàn)規(guī)律的計(jì)數(shù)脈沖，O44 根據(jù)就近選刀的原則正轉(zhuǎn)低電平，反轉(zhuǎn)發(fā)出高電平，O23 保持低電平。

      ( 2) 當(dāng)8 號(hào)刀套到達(dá)零位接近開關(guān)，I81 發(fā)出高電平，I82 編碼器發(fā)出一個(gè)零位脈沖信號(hào)時(shí)，建立刀庫(kù)零點(diǎn)位置。參見圖7 所示波形。

                      圖7 刀庫(kù)運(yùn)行到零位前后的組合時(shí)序圖

      ( 3) 運(yùn)行到零位脈沖信號(hào)后的第4 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的下降沿，O23 發(fā)出高電平，O43 變成低電平，電機(jī)減速至15 Hz 運(yùn)行，直到第10 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，刀鏈繼續(xù)向前運(yùn)行一個(gè)刀位，O23 變成低電平，稍做延遲，O44 電平改變，刀鏈反轉(zhuǎn)，同時(shí)O43 低電平變高電平，執(zhí)行高速55 Hz 運(yùn)行，反轉(zhuǎn)再次回到8 號(hào)刀套，從編碼器零位脈沖開始計(jì)數(shù)，根據(jù)上一次關(guān)機(jī)前記憶的刀位距離零位相差幾個(gè)刀位( 假設(shè)差N 個(gè)刀位) ，就計(jì)N × 10 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖( 本刀庫(kù)N≤46) 。參見圖8所示波形。
 

      圖8 刀庫(kù)到了零位再向前運(yùn)行一個(gè)刀位后執(zhí)行反向運(yùn)行的組合時(shí)序圖
   

      ( 4) 當(dāng)運(yùn)行到目標(biāo)刀位的前一個(gè)刀位到位后，第4 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的下降沿，O23 發(fā)出高電平，O43 變成低電平，電機(jī)減速至15 Hz 運(yùn)行，直到第10 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，O23 變成低電平，到達(dá)目標(biāo)刀位，刀鏈停止，從而完成刀庫(kù)初始化。參見圖9 所示波形。
 

              圖9 刀庫(kù)運(yùn)行到目標(biāo)刀位準(zhǔn)備停止的組合時(shí)序圖
 

      相對(duì)比老變頻器前3 個(gè)步驟是正常的，執(zhí)行到第4 個(gè)步驟，即出現(xiàn)振蕩，刀庫(kù)無(wú)法停止，只有拍急停中斷，由于刀庫(kù)回零的PLC 程序沒有執(zhí)行完畢，機(jī)床無(wú)法正常運(yùn)行。

      由此推斷變頻器11 號(hào)參數(shù)設(shè)6，特別是71 － 80、61 － 70 號(hào)參數(shù)被正確設(shè)置后，各端子的定義應(yīng)該是:

      B5 即O23，為高電平時(shí)，執(zhí)行變頻器預(yù)置1 的15 Hz低速和變頻器運(yùn)行指令; B6 即O44，為PLC 發(fā)出的正反轉(zhuǎn)信號(hào)，高電平執(zhí)行反轉(zhuǎn)，低電平執(zhí)行正轉(zhuǎn);B7 即O43，為高電平時(shí)，執(zhí)行變頻器預(yù)置2 的55 Hz高速和變頻器運(yùn)行指令。

      這樣的端子邏輯定義決定了，新、老變頻器在11 號(hào)參數(shù)設(shè)2 時(shí)，以上述PLC 發(fā)出控制時(shí)序，變頻器無(wú)法接收到啟動(dòng)信號(hào)，因此不能運(yùn)行; 新變頻器無(wú)論設(shè)置成0 － 6 的哪個(gè)值，只要71 － 80、61 － 70 號(hào)參數(shù)沒有正確設(shè)置，均不能運(yùn)行; 老變頻器除了設(shè)2 不能運(yùn)行外，設(shè)其他值，均無(wú)法正確運(yùn)行，這也就說明該變頻器的接口電路已經(jīng)發(fā)生了異常，確實(shí)需要更換。

      5、 結(jié)束語(yǔ)

      這一次的維修經(jīng)歷使作者對(duì)米克朗UCP1x50 加工中心刀庫(kù)控制有了較深入的了解和理解，同時(shí)也希望為大家在維修同類型機(jī)床的類似故障提供參考。

      參考文獻(xiàn):［1］米克朗機(jī)床說明書 ．［2］Commander SK 系列變頻器英文說明書