引言

在數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程中，由于調(diào)整及慢速對(duì)刀的需要,通常需要頻繁地使用手輪(即手搖脈沖發(fā)生器)來(lái)控制數(shù)控機(jī)床伺服軸的運(yùn)動(dòng)，因此，在數(shù)控機(jī)床的諸多故障中，手輪出現(xiàn)故障的次數(shù)較多，同時(shí)對(duì)該故障維修人員的維修水平要求也相對(duì)要高。本文以配備有FANUC0i-mate-TD數(shù)控系統(tǒng)的CK0625數(shù)控車床為例，系統(tǒng)地介紹了數(shù)控機(jī)床手輪故障的診斷與分析方法。

1數(shù)控機(jī)床的參數(shù)、接口及PLC

1.1數(shù)控機(jī)床的參數(shù)

數(shù)控機(jī)床的參數(shù)在數(shù)控機(jī)床工作中占有重要地位，而且起著至關(guān)重要的作用。它完成數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床結(jié)構(gòu)和機(jī)床各種功能的匹配，決定著數(shù)控機(jī)床的各種功能。這些參數(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中按一定的功能組進(jìn)行分類，例如伺服軸配置參數(shù)、速度參數(shù)、主軸參數(shù)、有關(guān)手輪進(jìn)給的參數(shù)、顯示設(shè)置參數(shù)以及數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)等等。

1.2數(shù)控機(jī)床的PLC

PLC程序是用來(lái)控制數(shù)控機(jī)床的順序動(dòng)作。數(shù)控機(jī)床的PLC程序主要完成以下功能：

編譯功能：編譯接口信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作；

機(jī)床外部輸入輸出信號(hào)的控制；

伺服控制；

其他外圍設(shè)備的控制。

需要說(shuō)明的是，F(xiàn)ANUC公司將應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床上的PLC稱為PMC。

1.3數(shù)控機(jī)床的接口及接口信號(hào)

數(shù)控機(jī)床的接口是連接CNC、PLC以及機(jī)床的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)是信息傳遞和控制的通道。這里所指的信息就是信號(hào)，由于是通過(guò)接口傳遞的信號(hào),因此稱之為接口信號(hào)(即I/O信號(hào))。圖1中帶有箭頭的線表示的就是接口信號(hào)的示意圖。

從圖1中可以看出，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)中在CNC、PLC及機(jī)床之間傳輸?shù)慕涌谛盘?hào)共有四種類型，分別用X、Y、F和G表示。每種類型信號(hào)的具體說(shuō)明詳見(jiàn)表1所列。

由于接口信號(hào)數(shù)量繁多，因此必須用地址加以區(qū)分。地址由地址號(hào)(即字節(jié)號(hào))和位號(hào)(0～7)組成，接口信號(hào)地址的格式如圖2所示。

2數(shù)控機(jī)床的手輪

2.1數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分類

數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)共分為三大類，分別為伺服運(yùn)動(dòng)、主軸運(yùn)動(dòng)及輔助運(yùn)動(dòng)。其中，只有伺服軸的運(yùn)動(dòng)是在數(shù)控系統(tǒng)的直接控制下完成的，而其它兩類運(yùn)動(dòng)則由PLC直接控制。

通過(guò)操作數(shù)控機(jī)床操作面板上的“軸選擇及軸方向選擇”按鈕，可使用CNC來(lái)控制伺服軸的運(yùn)動(dòng)；除此之外，也可以用機(jī)床操作面板上的手輪來(lái)使CNC控制伺服軸的運(yùn)動(dòng)。

2.2手輪的作用

使用手輪(即手搖脈沖發(fā)生器或手動(dòng)脈波發(fā)生器)可實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床伺服軸的運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)手搖脈沖發(fā)生器時(shí)，可以使機(jī)床的伺服軸進(jìn)行微量移動(dòng)，因此，其主要用于數(shù)控機(jī)床伺服軸的微動(dòng)調(diào)整(如對(duì)刀等)。

2.3手輪操作步驟

當(dāng)使用手輪對(duì)伺服軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，可以按照如下的步驟進(jìn)行操作：

將機(jī)床操作面板上的“方式開(kāi)關(guān)”選到“手輪”方式；

用機(jī)床操作面板上的“軸選擇開(kāi)關(guān)”選中某個(gè)要移動(dòng)的伺服軸；

用機(jī)床操作面板上的“手輪進(jìn)給倍率選擇開(kāi)關(guān)”選中軸移動(dòng)的速度；

旋轉(zhuǎn)手輪，被選中的伺服軸將沿與手輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)的方向及速度移動(dòng)。

2.4手輪的工作原理

旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)，手輪會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并將其通過(guò)特殊的通道輸入到數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)將根據(jù)脈沖信號(hào)的當(dāng)量來(lái)控制伺服軸移動(dòng)對(duì)應(yīng)的距離。

所謂的脈沖當(dāng)量，就是一個(gè)脈沖信號(hào)能使伺服軸移動(dòng)的距離。手輪上一周共有100個(gè)等分刻度，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)刻度(一格)，手輪就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，而一個(gè)脈沖當(dāng)量與機(jī)床操作面板上的“手輪進(jìn)給倍率選擇開(kāi)關(guān)”選中的倍率相對(duì)應(yīng)。

一般情況下，“手輪進(jìn)給倍率選擇開(kāi)關(guān)”共有四個(gè)倍率檔位,即有四種脈沖當(dāng)量可供選擇，它們是“最小輸入增量X1”、“最小輸入增量X10”、“最小輸入增量XM”及“最小輸入增量XN”。例如，若最小輸入增量為0.001mm，當(dāng)選擇“最小輸入增量X1”倍率檔位時(shí)，手輪的脈沖當(dāng)量為0.001mm，即手輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刻度，數(shù)控系統(tǒng)將控制選定的伺服軸運(yùn)行0.001mm的距離；當(dāng)選擇“最小輸入增量X10”檔位時(shí),手輪的脈沖當(dāng)量為0.01mm，即手輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刻度，數(shù)控系統(tǒng)將控制選定的伺服軸運(yùn)行0.01mm的距離，依此類推,若此時(shí)旋轉(zhuǎn)手輪一圈，機(jī)床伺服軸將移動(dòng)相當(dāng)于100個(gè)刻度(即1mm)所對(duì)應(yīng)的距離。

3影響手輪正常工作的因素

原則上，影響手輪正常工作的因素應(yīng)分為軟件和硬件兩個(gè)方面。

3.1硬件方面

影響手輪正常工作的硬件因素主要包括手輪裝置的硬件連接以及手輪控制信號(hào)的連接是否正確。本文以配備有FANUC0i-mate-TD數(shù)控系統(tǒng)的CK0625數(shù)控車床為例進(jìn)行論述。

3.1.1手輪裝置的硬件連接

在CK0625數(shù)控車床上，手輪裝置是通過(guò)機(jī)床PMC的I/O接口與數(shù)控系統(tǒng)之間進(jìn)行連接的，圖3所示為手輪的硬件連線圖。其中，HA和HB分別是手輪產(chǎn)生的相位差為90。的脈沖信號(hào)。信號(hào)的數(shù)量與數(shù)控系統(tǒng)控制伺服運(yùn)行的距離相對(duì)應(yīng)；HA和HB信號(hào)相位的超前或落后，則與數(shù)控系統(tǒng)控制伺服軸運(yùn)行的方向?qū)?yīng)。0V和+5V是手輪的工作電源，來(lái)自于數(shù)控系統(tǒng)側(cè)，若該5V電源丟失，那么，即使手輪旋轉(zhuǎn),也不會(huì)發(fā)出HA和HB的脈沖信號(hào)。

可以通過(guò)接口信號(hào)狀態(tài)顯示頁(yè)面某個(gè)接口信號(hào)地址的狀態(tài)組合的變化，以監(jiān)控手輪是否向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送HA和HB的脈沖信號(hào)。在文中提到的CK0625數(shù)控車床中，這個(gè)監(jiān)控手輪信號(hào)狀態(tài)的接口地址為X20。那么，當(dāng)手輪旋轉(zhuǎn)并正常向數(shù)控系統(tǒng)輸入HA和HB的脈沖信號(hào)時(shí)，地址X20的所有八位信號(hào)的狀態(tài)都會(huì)發(fā)生“0”和“1”的變化。

手輪背面的HA1、HB1、+5V、OV四個(gè)信號(hào)線與系統(tǒng)1/O接口側(cè)插頭JA3中的1、2、9、12端子相連接。

3.1.2手輪控制信號(hào)的功能連接

硬件方面的另一類因素主要指手輪控制信號(hào)的功能連接是否正確。本文在“手輪操作步驟”一節(jié)中提到了數(shù)控機(jī)床的操作面板上與手輪工作有關(guān)的幾個(gè)開(kāi)關(guān)，它們將產(chǎn)生手輪工作時(shí)所需要的控制信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)線輸入PLC的接口中。這些信號(hào)的接口地址及功能組合如下：

軸選擇信號(hào)。在文中提到的數(shù)控車床上，其機(jī)床操作面板上的“軸選擇開(kāi)關(guān)”(SA4)所產(chǎn)生信號(hào)的接口地址為X11.6和X11.7。當(dāng)X軸被選中時(shí)，接口信號(hào)的狀態(tài)分別為：X11.6為“1”、X11.7為“0”；而如果Z軸被選中，則接口信號(hào)的狀態(tài)分別為：X11.6為“0”、X11.7為“1”。軸選擇開(kāi)關(guān)的連接如圖4所示。

手輪倍率開(kāi)關(guān)信號(hào)。本文提到的數(shù)控車床上，其手輪倍率旋鈕只有'X1”、“X10”、“XM”三個(gè)倍率檔。該旋鈕(SA3)接口信號(hào)的地址為X12.0和X12.1。信號(hào)狀態(tài)與所選檔位的關(guān)系如表2所列。手輪倍率旋鈕接線圖如圖5所示。

3.2軟件方面

軟件方面主要指與手輪工作有關(guān)的參數(shù)設(shè)置是否正確。

在FANUC0i-(mate)-D系列數(shù)控系統(tǒng)中，與手輪工作有關(guān)的主要參數(shù)有8131#0及7113#兩個(gè)參數(shù)。其中，8131#0用于定義是否使用手輪。當(dāng)其被設(shè)置成0時(shí)，表示機(jī)床不使用手輪；設(shè)置成1時(shí)，表示機(jī)床使用手輪(需要注意的是：設(shè)定此參數(shù)后，繼續(xù)操作前應(yīng)關(guān)斷電源，再開(kāi)機(jī))；而7113#則是用來(lái)定義手輪進(jìn)給倍率旋鈕的檔位為“最小輸入增量XM”時(shí)的M值。

4手輪進(jìn)給故障分析思路

當(dāng)使用手輪無(wú)法控制數(shù)控機(jī)床伺服軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)，維修人員可以根據(jù)上述對(duì)手輪工作條件的描述，來(lái)確定該故障的分析思路。

首先可以確認(rèn)是否在所有倍率下，所有軸都不動(dòng)。若是，再依次確認(rèn)：

確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)的工作方式是否為“手輪工作方式”。若正確，則進(jìn)行下一步檢查。

檢查與手輪進(jìn)給有關(guān)的參數(shù)8131#0是否為“1”若正確，則進(jìn)行下一步檢查。

在接口信號(hào)狀態(tài)診斷頁(yè)面檢查手輪的“軸選擇開(kāi)關(guān)”(SA4)接口信號(hào)狀態(tài)是否正確。若不正確，可按照?qǐng)D4所示的連接圖進(jìn)行硬件連接的檢查。若正確，則進(jìn)行下一步檢查。

在接口信號(hào)狀態(tài)診斷頁(yè)面觀察：當(dāng)旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)，表示手輪正常工作的接口信號(hào)X20的狀態(tài)是否都有變化。若地址X20的所有信號(hào)的狀態(tài)都不變化或有個(gè)別位的狀態(tài)沒(méi)有變化，請(qǐng)按照?qǐng)D3所示的手輪硬件連線圖檢查手輪的硬件連接情況。

其次，若只是在“XM”倍率檔所有軸不動(dòng)，那么就要檢查與手輪進(jìn)給有關(guān)的參數(shù)7113#是否為設(shè)置。按照倍率的變化規(guī)律，該參數(shù)建議設(shè)置為“100”。

若只是個(gè)別軸無(wú)法用手輪移動(dòng)，則在接口信號(hào)狀態(tài)診斷頁(yè)面檢查手輪的“軸選擇開(kāi)關(guān)”(SA4)接口信號(hào)狀態(tài)是否正確。若不正確，請(qǐng)按照?qǐng)D4所示的連接圖再進(jìn)行硬件連接的檢查。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床的參數(shù)、接口及PLC及其關(guān)系進(jìn)行介紹，從硬件和軟件方面分析了影響手輪正常工作的主要因素,最后給出了在使用手輪無(wú)法控制數(shù)控機(jī)床伺服軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)，維修人員根據(jù)本文對(duì)手輪工作條件的描述，來(lái)確定手輪無(wú)法控制數(shù)控機(jī)床伺服軸運(yùn)動(dòng)故障的分析思路。

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