基于 PLC 在 HNC-818 加工中心換刀故障的應(yīng)用
2019-5-14 來源：三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院 作者：潘曉貝
摘要: 對 HNC-818 加工中心在刀庫換刀時(shí)刀庫不動(dòng)的故障現(xiàn)象進(jìn)行了研究，使用了 PLC 控制電氣系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的方法，解決了 HNC-818 加工中心所出現(xiàn)的換刀故障問題。結(jié)果提高了處理故障的效率，此方法為廣大從業(yè)人員解決該方面的問題，提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞: 加工中心; PLC; 電氣控制; 故障
0 引言
數(shù)控機(jī)床中出現(xiàn)的大多數(shù)故障都能夠通過 PLC程序檢查出來的，或者在屏幕顯示報(bào)警信息，或者不產(chǎn)生報(bào)警信息。
因此使用 PLC 功能進(jìn)行處理解決數(shù)控機(jī)床的故障在處理國內(nèi)外的研究也比較多，但是研究資料表明大多是 Fanuc 系統(tǒng)和西門子系統(tǒng)，對華中的高端系統(tǒng)，如 818 系統(tǒng)的研究甚少。
本文就 PLC 功能的靈活與便捷性為切入點(diǎn)，將HNC-818 加工中心的機(jī)械手換刀時(shí)出現(xiàn)的故障問題方面，在進(jìn)一步分析 818 型數(shù)控機(jī)床 PLC 功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確有效的消除故障，恢復(fù)機(jī)床的功能。
1 、HNC-818 加工中心 PLC 結(jié)構(gòu)
HNC-818 型數(shù)控系統(tǒng) PMC，采用了內(nèi)置式軟 PLC實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床的順序控制，根據(jù)用戶對機(jī)床實(shí)際控制需要，采用 PLC 程序語言梯形圖進(jìn)行編制的。HNC-818 型數(shù)控系統(tǒng) PLC 用戶程序是通過梯形圖的編輯界面，進(jìn)行在線的編輯，或者通過電腦裝載華中梯形圖專用軟件 LADDER 進(jìn)行編輯
。
華中梯形圖采用循環(huán)掃描的方式。程序開始執(zhí)行時(shí)會(huì)運(yùn)行一次初始化，以后就把所有輸入的狀態(tài)發(fā)送到輸入映象寄存器，然后開始順序調(diào)用用戶程序。
當(dāng)一個(gè)掃描周期完成的時(shí)候，就把所有的結(jié)果都傳送到輸出映象寄存器，用以控制 PLC 的實(shí)際輸出，如此循環(huán)往復(fù)。
其系統(tǒng)的 PLC 規(guī)格如表 1 所示。
表 1 HNC-818 型數(shù)控系統(tǒng) PLC 規(guī)格
2 、斗笠式刀庫的
PLC 控制換刀過程HNC-818 型數(shù)控機(jī)床的刀庫形式如圖 1 所示，是斗笠式刀庫。
圖 1 機(jī)床的刀庫形式
該刀庫在換刀時(shí)，開始向主軸方向平行移動(dòng)。首先，取下主軸上面的原有刀具。使主軸上的刀具進(jìn)入到刀庫的卡槽里，此時(shí)主軸向上移動(dòng)開始脫離刀具。
其次，對主軸安裝新的刀具。刀庫開始轉(zhuǎn)動(dòng)尋找新的刀具號位置，當(dāng)新的刀具正對主軸正下方時(shí)，主軸開始下移，使新的刀具進(jìn)入到主軸錐孔內(nèi)并夾緊。
最后，待裝完新刀具，刀庫開始退回到原來的位置，此時(shí)刀庫換刀結(jié)束。其刀庫選刀的流程圖如圖 2 所示。
圖 2 華中 8 型刀庫選刀的流程圖
3 、斗笠式刀庫換刀時(shí)刀庫不動(dòng)的故障及處理
HNC-818 加工中心具有 24 刀位的刀庫。在換刀時(shí)，數(shù)控 CNC 報(bào)警提示 ATC NOT READY 。針對該問題對機(jī)器的線路及 PLC 控制部分進(jìn)行檢查，以便于消除故障。
根據(jù)圖 2 所示的選刀流程圖可知，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令，如 M06 T3 時(shí)，刀庫不動(dòng)作并發(fā)出報(bào)警信息，此時(shí)，對機(jī)床的操作模式、氣泵及刀庫的狀態(tài)進(jìn)行檢查。
( 1) 對機(jī)床的操作模式進(jìn)行檢查確保機(jī)床的操作模式在自動(dòng)狀態(tài)下，機(jī)床也沒有處于被鎖住的狀態(tài)，其換刀指令輸入正確，所更換的刀具也安裝在刀庫中并且位置正確，此項(xiàng)目檢查無誤，不存在故障。
( 2) 對數(shù)控機(jī)床的氣泵進(jìn)行檢查查看數(shù)控機(jī)床氣泵的壓縮空氣氣壓數(shù)值，經(jīng)過查看說明書，其氣壓值在要求范圍內(nèi)是 0． 55 MPa。符合數(shù)控機(jī)床的壓縮空氣壓力在 0． 5MPa ～ 0． 6MPa
之間的范圍值。
因?yàn)樘峁┑膲嚎s空氣壓力值低于范圍值時(shí)，刀庫會(huì)因在換刀過程中壓力不夠而造成不動(dòng)作，而此時(shí)的壓力是滿足的，該項(xiàng)目檢查無誤，也不存在故障。
( 3) 對刀庫的初始狀態(tài)進(jìn)行檢查檢查刀庫的初始狀態(tài)以及傳感器的狀態(tài)，通過數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)提供的 PLC 地址診斷功能幫助檢查，查看輸送到數(shù)控機(jī)床系統(tǒng) PLC 的入口信號正確與否。
進(jìn)入“診斷”下的梯形圖“監(jiān)控”界面，查看是否有輸出信號，其梯形圖診斷界面如圖 3 所示。
圖 3 梯形圖診斷界面
根據(jù)如圖 4 所示輸出模塊 HIO-1021N，Y1． 6 和Y1． 7 的刀庫旋轉(zhuǎn)信號輸出正常，檢查刀庫進(jìn)退信號Y1． 4 和 Y1． 5 的輸出信號正常，系統(tǒng)的 PLC 邏輯順序滿足條件。
于是根據(jù)表 1 所示輸入輸出接口，對刀庫進(jìn)到位信號 X3． 0、刀庫退到位信號 X3． 1、主軸緊刀到位信號X3． 2、主軸松刀到位信號 X3． 3 進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其控制信號線路及元器件都沒有問題。
圖 4 所示輸出模塊 HIO-1021N
最后，檢查刀庫的刀位計(jì)數(shù)信號及中間繼電器。查看 X1． 7 的信號，等于 1 則沒有問題，排除了線路和刀庫計(jì)數(shù)開關(guān)的問題，其刀庫計(jì)數(shù)的 PLC 如圖 5 所示。
此時(shí)，按下刀庫正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，刀盤卻不能轉(zhuǎn)動(dòng)并且出現(xiàn)了刀庫計(jì)數(shù)報(bào)警的信息，再按下正轉(zhuǎn)的繼電器KA25 和反轉(zhuǎn)的繼電器 KA26，并查看正轉(zhuǎn)的接觸器KM5 或反轉(zhuǎn)的接觸器KM6，發(fā)現(xiàn)接觸器 KM5 和 KM6的吸力不好，不能正常吸合。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)短路環(huán)斷路，于是更換了兩個(gè)接觸器，刀庫運(yùn)轉(zhuǎn)正常了。
圖 5 刀庫計(jì)數(shù)的 PLC
4 、常見的其它換刀問題及解決對策
( 1) 刀庫進(jìn)出不正常刀庫進(jìn)出不正常時(shí)與刀庫相關(guān)的元器件有電機(jī)、繼電器、換刀接近開關(guān)等有關(guān)系。首先，檢查電機(jī)的電源是否正常工作，電機(jī)能否轉(zhuǎn)動(dòng)，繼電器的線路有無虛接現(xiàn)象，檢測觸電有無熔接或熔化現(xiàn)象;其次，還可以根據(jù)機(jī)床的接口信號和 PLC 控制，進(jìn)入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)調(diào)用 PLC，查看 PLC 的運(yùn)行狀況，以判定有無故障點(diǎn);最后，檢查換刀的接近開關(guān)工作是否正常、刀庫準(zhǔn)備信號與換刀信號有無線路虛接的現(xiàn)象，信號是否正常工作等以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及刀庫的轉(zhuǎn)盤是否靈活，有無卡死的故障現(xiàn)象。
( 2) 數(shù)控機(jī)床撞刀故障數(shù)控機(jī)床在換刀時(shí)出現(xiàn)撞刀故障，需要對機(jī)床的電磁閥和主軸的緊刀信號進(jìn)行檢查。首先，在排除用戶程序無誤的情況下，要檢查緊刀電磁閥是否正常工作。其次，根據(jù)輸入輸出接口和機(jī)床 plc控制，進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用 PLC，以觀察此循環(huán)是否正常，不正常則說明電磁閥的工作有問題，對電磁閥進(jìn)行檢查與更換。
最后，檢查主軸的緊刀信號丟失會(huì)導(dǎo)致主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但是 X 與 Y 坐標(biāo)依然走動(dòng)。此時(shí)可進(jìn)行修改PLC 的控制程序或者調(diào)整緊刀開關(guān)使其壓合正常。
5 、結(jié)論
作者在熟練掌握 HNC-818 加工中心換刀的原理與過程的基礎(chǔ)上，快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了維修機(jī)床換刀故障。尤其對刀庫不動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的故障，采用了調(diào)用PLC 梯形圖，分析梯形圖的運(yùn)行狀況，快速的發(fā)現(xiàn)故障的所在位置，仔細(xì)的分析故障發(fā)生的原因，很好的消除了機(jī)床換刀時(shí)故障，為安全生產(chǎn)提供可靠的保障。
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