PLC在數(shù)控機(jī)床上起著連接NC與機(jī)床的橋梁作用，一方面，它不僅接受NC的控制指令，還要根據(jù)機(jī)床側(cè)的控制信號，在內(nèi)部順序程序的控制下，給機(jī)床側(cè)發(fā)出控制指令，控制電磁閥、繼電器、指示燈，并將狀態(tài)信號發(fā)送到NC；另一方面，在對大量開關(guān)信號處理過程中，任何一個(gè)信號不到位，任何一個(gè)執(zhí)行元件不動(dòng)作，都會(huì)使機(jī)床出現(xiàn)故障。在數(shù)控機(jī)床的維修過程中，這類故障占有比較大的比例。因此掌握用PLC查找故障的方法很重要。

1 與PLC有關(guān)的故障特點(diǎn)

　　（1）大多數(shù)有關(guān)PLC的故障是外圍接口信號故障，所以在維修時(shí)，只要PLC有些部分控制的動(dòng)作正常，都不應(yīng)該懷疑PLC程序。如果通過診斷確認(rèn)運(yùn)算程序有輸出，而PLC的物理接口沒有輸出，則為硬件接口電路故障。

　　（2）硬件故障多于軟件故障，例如當(dāng)程序執(zhí)行M07（冷卻液開）時(shí)，機(jī)床無此動(dòng)作，大多是由外部信號不滿足，或執(zhí)行元件故障，而不是CNC與PLC接口信號的故障。

2 與PLC有關(guān)故障檢測的思路和方法

　　2.1 根據(jù)故障號診斷故障

 　　數(shù)控機(jī)床的PLC程序?qū)儆跈C(jī)床廠家的二次開發(fā)，即根據(jù)機(jī)床的功能和特點(diǎn)，編制相應(yīng)的動(dòng)作順序以及報(bào)警文本，對過程進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)異常情況，會(huì)發(fā)出相應(yīng)報(bào)警。在維修過程中，要充分利用這些信息。

　　例1：某數(shù)控機(jī)床的換刀系統(tǒng)在換刀指令時(shí)不動(dòng)作，機(jī)械臂停留在行程中間位置上，CRT顯示報(bào)警號。查手冊得知該報(bào)警號表示：換刀系統(tǒng)機(jī)械臂檢測開關(guān)信號為“0”即“刀庫換刀位置錯(cuò)誤”。 根據(jù)報(bào)警內(nèi)容，可診斷故障發(fā)生在換刀裝置和刀庫兩部分，由于相應(yīng)的位置檢測開關(guān)無信號送至PLC的輸入口。從而導(dǎo)致機(jī)床中斷換刀。造成開關(guān)無信號的原因有兩個(gè)：一是由于液壓或機(jī)械上的原因造成動(dòng)作不到位而使開關(guān)得不到感應(yīng)；二是接近開關(guān)失靈。首先檢查刀庫中的接近開關(guān)，用一薄金屬片接近感應(yīng)開關(guān)，以排除接近開關(guān)失靈的可能性。通過檢查發(fā)現(xiàn)開關(guān)正常。因機(jī)械臂停留在中間位置，所以兩個(gè)信號都為“0”。

　　機(jī)械裝置檢查：“臂縮回”的動(dòng)作是由電磁閥YV21控制的，手動(dòng)該電磁閥，把機(jī)械臂退回至“臂縮回”位置，機(jī)械恢復(fù)正常。這說明手控電磁閥能使換刀位置定位，從而排除了液壓或機(jī)械上的阻滯造成換刀系統(tǒng)不到位的可能性。

　　由以上分析可知，PLC的輸入信號正常，輸出動(dòng)作無誤，問題在操作不當(dāng)或PLC設(shè)置不當(dāng)。《操作手冊》中要求：連續(xù)運(yùn)行中，兩次換刀間隔時(shí)間不得小于30s。經(jīng)過操作觀察，兩次換刀時(shí)間間隔小于PLC規(guī)定的要求，從而造成PLC程序執(zhí)行錯(cuò)誤引起報(bào)警。修改了相應(yīng)的程序后，故障排除。

　　2.2 根據(jù)動(dòng)作順序診斷故障

　　數(shù)控機(jī)床上刀具及托盤等裝置的自動(dòng)交換動(dòng)作都是按照一定的順序來完成的，因此，觀察機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)過程，比較正常和故障時(shí)的情況，就可發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn)，診斷出故障的原因。

　　例2：某立式加工中心自動(dòng)換刀故障。

　　故障現(xiàn)象：換刀臂平移到位后，無拔刀動(dòng)作。

　　自動(dòng)換刀控制如圖1所示。ATC的動(dòng)作起始狀態(tài)是：主軸保持要交換的舊刀，換刀臂在B位置，換刀臂在上部位置，刀庫已將要交換的新刀具定位。自動(dòng)換刀的順序?yàn)椋簱Q刀臂左移（B→A）→換刀臂下降（從刀庫拔刀）→換刀臂右移（A→B）→換刀臂上升→換刀臂右移（B→C，抓住主軸中刀具，）→主軸液壓缸下降（松刀）→換刀臂下降（從主軸拔刀）→換刀臂旋轉(zhuǎn)1800（兩刀具交換位置）→換刀臂上升（裝刀）→主軸液壓缸上升（抓刀）→換刀臂左移（C→B）→刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)（找出舊刀具位置）→換刀臂左移（B→A返回舊刀具給刀庫）→換刀臂右移（A→B）→刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)（找下一把刀）。

圖1 自動(dòng)換刀控制示意圖

　　換刀臂平移至C位置時(shí)，無拔刀動(dòng)作，分析原因，有幾種可能：

　　（1）SQ2無信號，所以未輸出松刀電磁閥YV2的電壓，主軸仍處于抓刀狀態(tài)，換刀臂不能下移。

　　（2）松刀接近開關(guān)SQ4無信號，則換刀臂升降電磁閥YVl狀態(tài)不變，換刀臂不下降。

　　（3）電磁閥有故障，給予信號也不動(dòng)作。逐步檢查，發(fā)現(xiàn)SQ4未發(fā)出信號。進(jìn)一步對SQ4進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)感應(yīng)間隙過大，導(dǎo)致接近開關(guān)無信號輸出，產(chǎn)生動(dòng)作障礙。將感應(yīng)間隙δ調(diào)至1 111111，故障消除。

　　2.3 根據(jù)控制對象的工作原理診斷故障

　　數(shù)控機(jī)床的PLC程序是按照控制對象的控制原理來設(shè)計(jì)的，通過對控制對象的工作原理的分析，結(jié)合PLC的I/O狀態(tài)來進(jìn)行檢查。

　　例3：數(shù)控車床工件夾緊故障。

　　故障現(xiàn)象：該車床配備FANUC一0T系統(tǒng)，當(dāng)腳踏尾座開關(guān)使套筒頂尖頂進(jìn)工件時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。尾架套簡的示意圖和PLC輸入開關(guān)分別如圖2和圖3所示。

　　故障診斷：在系統(tǒng)診斷狀態(tài)下，調(diào)出PLC輸入信號，發(fā)現(xiàn)腳踏開關(guān)輸入X04.2為“1”，尾座套筒轉(zhuǎn)換開關(guān)X17.3為“1”，潤滑油液面開關(guān)X17.6為“1”。調(diào)出PLC輸出信號，當(dāng)腳踏向前開關(guān)時(shí)，輸出Y49.0為“1”，同時(shí)電磁閥也得電。這說明系統(tǒng)PLC輸入輸出狀態(tài)均正常。因此，尾座套筒液壓系統(tǒng)有問題。

　　析圖2：當(dāng)電磁閥YV4.1得電后，液壓油經(jīng)溢流閥、流量控制閥和單向閥進(jìn)入尾座套筒液壓缸，使其向前頂緊工件。松開腳踏開關(guān)后，電磁換向閥處于中間位置，油路停止供油，由于單向閥的作用，尾座套筒向前時(shí)的油壓得到保持。該油壓使壓力繼電器常開觸點(diǎn)接通，在系統(tǒng)PLC輸入信號中X00.2為“1”，但檢查系統(tǒng)PLC輸入信號X00.2為“0”，說明壓力繼電器觸點(diǎn)信號有問題。經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)其觸點(diǎn)開關(guān)損壞，從而造成PLC輸入信號為“0”，系統(tǒng)認(rèn)為尾座套筒未頂緊而產(chǎn)生報(bào)警。更換一新的壓力繼電器后，故障排除。

圖2 尾建控制示意圖

圖3 尾架套筒的PLC輸入開關(guān)

　　2.4 根據(jù)PLC的IO狀態(tài)診斷故障

　　數(shù)控機(jī)床中，輸入輸出信號的傳遞一般都要通過PLC接口來實(shí)現(xiàn)，因此，許多故障都會(huì)在PLC的I/0接口這個(gè)通道反映出來。數(shù)控機(jī)床的這個(gè)特點(diǎn)為故障診斷提供了方便，不用萬用表就可以知道信號的狀態(tài)，但要熟悉有關(guān)控制對象的正常狀態(tài)和故障狀態(tài)。

　　2.5 通過梯形圖診斷故障

　　根據(jù)PLC的梯形圖來分析和診斷故障是解決數(shù)控機(jī)床外圍故障的基本方法。用這種方法診斷機(jī)床故障，首先應(yīng)搞清機(jī)床的工作原理、動(dòng)作順序和聯(lián)鎖關(guān)系，然后利用系統(tǒng)的自診斷功能或通過機(jī)外編程器，根據(jù)PLC梯形圖查看相關(guān)的輸入輸出及標(biāo)志位的狀態(tài)，從而確定故障原因。

　　例4：配備SIN810數(shù)控系統(tǒng)的加工中心，出現(xiàn)分度工作臺(tái)不分度的故障且無報(bào)警。

　　根據(jù)工作原理，分度的齒條和齒輪嚙合，這個(gè)動(dòng)作是靠液壓裝置來完成的，由PLC輸出Q1.4控制電磁閥YVl4來執(zhí)行。PLC相關(guān)部分的梯形圖如圖4。

　　通過數(shù)控系統(tǒng)的DIAGNOSIS中的“STATUS PLC”軟鍵，實(shí)時(shí)查看Q1.4的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其狀態(tài)為“0”；由PLC梯形圖查看F123.0也為“0”，按梯形圖逐個(gè)檢查，發(fā)現(xiàn)F105.2為“0”，導(dǎo)致F123.0為“0”；根據(jù)梯形圖查看STATUS PLC中的輸入信號，發(fā)現(xiàn)IlO.2為“0”從而導(dǎo)致F105.2為“0”。19.3、19.4、110.2、IlO.3為4個(gè)接近開關(guān)的檢測信號，以檢測齒條和齒輪是否嚙合。分度時(shí)，這4個(gè)接近開關(guān)都應(yīng)有信號，即都應(yīng)閉合，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)110.2未閉合。處理方法：檢查機(jī)械部分確認(rèn)機(jī)械是否到位；檢查接近開關(guān)是否損壞。根據(jù)這個(gè)線索繼續(xù)查看，最后發(fā)現(xiàn)反映二、三工位分度頭起始位置檢測開關(guān)19.4、110.2動(dòng)作不同步，導(dǎo)致了工作臺(tái)不旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步確認(rèn)為三工位分度頭產(chǎn)生機(jī)械錯(cuò)位。調(diào)整機(jī)械裝置，使其與二工位同步后，故障消除。

圖4 故障機(jī)床PLc相關(guān)部分梯形圖

　　2.6 動(dòng)態(tài)跟蹤梯形圖診斷故障

　　有些數(shù)控系統(tǒng)帶有梯形圖監(jiān)控功能，調(diào)出梯形圖畫面，可以看到輸入輸出點(diǎn)的狀態(tài)。梯形圖執(zhí)行的動(dòng)態(tài)過程，有的需要機(jī)外編程器，在線監(jiān)控程序的運(yùn)行。當(dāng)有些PLC發(fā)生故障時(shí)，因過程變化快，查看L/O及標(biāo)志無法跟蹤。此時(shí)需要通過PLC動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)時(shí)觀察I/O及標(biāo)志位狀態(tài)的瞬間變化，根據(jù)PLC的動(dòng)作原理做出診斷。

3 結(jié)語

　　通過以上思路和實(shí)例，要做好用PLC對數(shù)控機(jī)床故障檢測須注意以下幾點(diǎn)： （1）了解機(jī)床各組成部分檢測開關(guān)的安裝位置，如加工中心的刀庫、機(jī)械手和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，數(shù)控車床的旋轉(zhuǎn)刀架和尾架，機(jī)床的氣、液壓系統(tǒng)中的限位開關(guān)、接近開關(guān)和壓力開關(guān)等，弄清檢測開關(guān)作為PLC輸入信號的標(biāo)志。 （2）了解執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，如液壓缸、氣缸的電磁換向閥等，弄清對應(yīng)的PLC輸出信號標(biāo)志。 （3）了解各種條件標(biāo)志，如起動(dòng)、停止、限位、夾緊和放松等標(biāo)志信號。 （4）借助必要的診斷功能，必要時(shí)用編程器跟蹤梯形圖的動(dòng)態(tài)變化，搞清故障原因，根據(jù)機(jī)床的工作原理做出診斷。