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资深用户指点:几个小妙招,解决数控机床急停故障!

来源:ACUT    点击数:次   更新时间:2018-12-03

在日常生产中急停故障是数控机床中常见的故障之一,金仕刻资深用户以数控车床实际应用为例,对急停电路的工作原理、故障发生的原因及处理方法予以剖析。

资深用户指点:几个小妙招,解决数控机床急停故障!

1.急停的概念及意义

“ 急! 即“ 紧急情况(Emergency),需要停止”,急停回路的设置是当机床处于紧急情况下, 系统能够立即处于“急!弊刺,以防事故进一步扩大。数控机床进入急停状态后,主轴、伺服驱动与刀架等动力电路立即断电,并进入锁死与抱闸状态。

引起CNC系统启动“急!背绦虻目梢允峭獠坎僮魅嗽,也可以是内部系统监控程序。当操作人员发现机床在运行过程中出现重大程序或操作错误,如产品的报废带来重大损失, 机床飞车、撞刀等严重机床故障,乃至造成人身伤害时,应迅速果断拍下操作面板上的紧急停止按钮,迫使系统立即启动急停程序,进入急停状态;而内部监控程序启动急停程序,则一般为机床在启动或机床运行过程中,通过监测电气、机械等外围情况是否能够满足运行条件,当不能满足运行条件时,即进入急停程序状态。出现此类情况大多为故障所致,本文讨论的急停故障正是属于此种情况。

2.数控机床急停的工作原理

当X 、Z 轴的行程在规定的“有效区域”,即Q3~Q6任意一个行程开关没有被压下(致使其断开),操作面板的“急停按钮”未被按下(按下后断开),同时主电动机散热风扇通电(电动机可以很好地散热,不会被烧毁)→CNC的专用信号端子ES3输出低电平→KA28继电器线圈通电→主触点闭合,接通PLC输入端口的X2.4外部允许”信号有效,KA28继电器另一路触点接入变频器的“外部故障”输入引脚通知变频器外部电路正常;当CNC系统检测到伺服系统的准备好“READY”信号(PLC的X2.5)、主轴报警信号(PLC的X3.0),外部允许(PLC的X2.4),同时一切正常后→CNC系统向伺服驱动器通过PLC Y0.2发送“使能信号”,同时PLC Y0.0“允许运行”信号有效KA20继电器线圈通电→KM0接触器通电并自锁→伺服系统三相220V交流电源(图中并未画出),刀架、冷却电路所需的110V交流电源接入系统启动完毕,进入待机状态。

当Q3~Q6其中任意一个行程开关一旦被压下(即X、Z 轴任意一方向超程)或QF0断开→KA28继电器线圈断电→ 外接变频器第3脚的KA28继电器主触点断开→ 变频器工作在“ 故障” 模式(禁止电动机运转),同时PLC的X2.4“外部允许”信号无效→PLC Y0.0 “允许运行”信号无效→KA20继电器线圈断电→伺服系统、刀架冷却等电路的动力电源被断开,系统处于“急!弊刺。

由此可见,当X 、Z 轴任意一方向超程时,系统将进入急停状态,为了“解除急!弊刺,可以通过手动按下操作面板上的“超程解除”按钮,旁路Q3~Q6行程开关,强制使KA28通电,“外部允许”信号有效,机床处于“临时正!弊刺,而此时按下对应超程轴的反方向运动手动按钮, 可使超程轴移动至“ 有效区域”,行程开关被“松开”后, 系统的“ 急! 状态被解除。

综上所述,数控系统中的硬件急停一般为系统厂家采用专用的PLC接入检测点,对其硬件进行检测,一旦发现运行条件不能满足事先约定的规定要求时,便启动急停程序,进入急停状态。

3.引起急停故障的类型及原因

发生急停故障的原因一般分为由软件引起与硬件引起,如果机床不是在调试阶段,又没有修改参数,则硬件故障较为常见。故障的类型及原因如附表所示。

4.维修实例

下面结合一个具体急停故障实例,说明其维修过程:

(1)故障现象。数控车床开机回参考点的过程中,Z 轴行程至全行程大约过半时机床出现急停。转入手动状态后, 按下“超程解除”按钮,使Z 轴负向移动,急停状态可以解除,再次返回到回参考点操作,当Z 轴再次正向移动到大约同样坐标位置,又出现急停。

为了验证其他功能状态情况如何,转入手动状态后,当Z 轴运行至大约同样位置,系统同样发生急停,进入急停状态。

(2)故障分析。根据机床屏幕现象及电气柜元部件的状态(继电器已经断开),可以判断这是一起典型的急停故障。又根据“超程解除”按钮可以解除急停状态,初步判断是Z 轴正向移动受限所致。

(3)故障诊断。首先从软件方面着手,检查和坐标轴行程相关的重要参数“软限位”是否有人为改动。通过参数菜单打开相应操作项,查看正向软限位为―8000μm(打开同样型号硬件配置的机床进行查看,也是做了如此设置),本机床的零点偏差设置为零,回参考点位置后即为机床坐标系的原点,负向8 000μm,即在回参考点后的负向8mm处,此机床采用正向移动回参考点的方式,参考点设在了Z 轴的正向行程极限位置附近,而软限位的设置紧靠参考点,当前产生急停的滞留位置距离软限位的位置相差甚远,显然不是软限位所引起。为了确保排除软件故障,又认真核对了其他相关参数设置,并未发现有何异常。

其次检查硬件。先对元部件进行排查。与超程硬件相关的有操作面板的急停按钮,±X、±Z的行程开关。对Z 向、X 向的行程开关是否良好,挡块位置是否偏移,操作面板的急停按钮是否卡滞(弹簧老化不能复位)等都进行了详细检查,特别是和Z 向行程相关的元部件,并未发现异常。

排除了元部件的原因后,最有可能出现的问题就是连接线了。为了判断问题是否出在了连接线上,将行程开关的连接线从接线端子处断开(即线号495#与499#之间的Z 向行程连接线,491#、495#之间连接线为X 向行程开关连接线),然后用万用表的欧姆挡进行测量,结果连接线导通情况正常。

经检查数控机床和Z 向行程相关的行程开关、挡块及连接线等硬件一切正常,但却在Z 向移动过程中产生了急停现象,结果有些令人费解。后经仔细分析电气原理图及现场布线图发现:在超程回路中除了Z 向,还有X 向。 X 向与Z向的连接电缆都是穿过与Z 向平行的电缆保护导动链管路连接至机床电气柜的(见图3),因为电缆一直随Z 轴移动而弯曲移动,当行程至曲率半径最小处时(图3中B 处),很容易引起电缆断线。为此,将电气柜中的495#线断开,用万用表对OT2与495#线之间进行测量,结果发现断路,最后经进一步诊断确定为X 负向至接线排端子的连接线(495#线)断线。

(4)故障排除。因为是线路断线,所以故障排除工作主要是把新的电缆换上即可,由于数控机床其他行程开关及回参考点的连接线同样老化, 所以考虑在此次维修中一并换掉。因为线路是从电气柜连接至行程开关现场,布线需要涉及到穿管路,所以维修工作也主要是穿电缆工作。将旧的电缆从行程开关及接线端子排处拆下,同时拆开电缆保护导动链管路,将旧电缆的一端和新的电缆绑接好,一人从一端拖拽旧电缆,另一人从另一端放线、规整并推送新电缆,直至新电缆从另一端全部被拖拽出。穿缆成功后,重新制作连接头、线卡、线号和标签,同时安装套管,按电气连接图连接,检查无误后通电试车,结果一切正常。

(5)心得体会。本故障通过“超程解除” 按钮可以恢复正常状态,其实可以确定和硬件相关,而软限位只有在回参考点之后才起作用,所以可以排除故障是由于软件限位引起的。

由于本故障是在Z 向移动时产生限位急停,很容易想到故障原因和Z 向轴控制回路相关(也正是因为此对维修思路产生了误导),其实由于X、Z 向电缆穿在同一管路中,需经常移动弯曲,当Z 向移动至保护导动链管路曲率半径最小处时会对其中的电缆造成较大的影响,而此时的X 向电缆断路,同样会造成急停链回路断开引起急停,如果直接检测急停链回路,排除了Z 向故障后,可以直接对X 向进行检测,也很容易检测出X 向连接线断路;另在Z 轴行程至某处时产生急停,也容易想到与位置相关的电缆存在问题,而与位置移动相关的电缆就是拖动管路中的电缆,如果先卸开电缆保护导动链管路,轻轻地触动电缆,会发现急停故障时而出现时而消失,据此也可很快确定是哪根电缆发生了故障。

本故障是属于电气元部件“ 虚接” 现象所引起, 表象是和Z 轴相关,而其实是和Z 轴的移动过程中Z 轴的位置相关,引起故障的原因并非和Z 轴的电气相关,而问题的根源恰恰出在X轴,本故障现象具有一定地迷惑性。

以上就是解决数控机床急停故障的小妙招,以及导致数控机床急停故障的原因解析,希望对您在日常使用机床有所帮助,如您有不同的意见或者见解可以留言致电金仕刻。

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