摘要（yào）: 米克朗UCP1x50 加（jiā）工中心（xīn）刀庫是故障率較高的部件，涉及到較為複雜的（de）一係列調整步驟和方法。詳細（xì）介紹（shào）了該加工中心刀庫（kù）故障的維（wéi）修判斷過（guò）程及調整（zhěng）方法，為該係列機床刀庫的維修調整（zhěng）提供有實用價值的參考。

  
       米克朗UCP1x50 加工中心采用海德漢530 數控（kòng）係統，高速電主軸，刀庫采用Commander SK 係列變頻器驅動，46 把刀，其刀庫係（xì）統結構複雜，相對於（yú）機床其他部（bù）件故障（zhàng）率較高。對於此次故（gù）障（zhàng），作者也是第一次碰到，缺乏經驗，經過一周的反複摸索、實驗並（bìng）與廠家反複交流，終於（yú）總結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（xiū）判斷的過程以及處理問題（tí）的方式方法。

      1 、故障現象

      2010 年3 月，某單位米克朗UCP1x50 加工中心刀庫出現刀鏈無法轉動故障，排除機械卡死的原因後，刀庫在完成回零動作後，在目標刀位發生相（xiàng）鄰兩個刀位（wèi）之間來回振蕩（dàng）的現象，持續1 分多鍾後改為逆時針慢（màn）速旋轉（zhuǎn），且無法停止，隻能拍下急停按鈕。

      2、 機械卡死（sǐ）的故障原因及（jí）刀庫恢複方法

      2. 1 刀（dāo）鏈故障原因及清除故障的方法

     一般刀鏈無法轉動時，會采取使用變頻（pín）器手動控製和手盤電機的方法使刀鏈轉動。變頻器（qì）手動控製旋轉是利用（yòng）變頻器的手動功能，即設（shè）定其5 號參（cān）數為Pad，利（lì）用變頻器上（shàng）的按鈕操（cāo）作（zuò）電機旋（xuán）轉，或模擬外部指令信號控製（zhì）電機的正反（fǎn）轉（zhuǎn）( 具體會在後麵的篇幅中（zhōng）有詳細介紹) ; 手盤電機則要拆掉電機（jī）後端蓋( 由（yóu）於安裝條件的限製挨近安裝底板的螺釘拆卸非常困難) ，然後就可以盤動電機了。

      但是此次故障無論（lùn）用那種方（fāng）式（shì），都隻能（néng）正、反移動1 /4 個刀（dāo）位就轉不動了，明顯有異物（wù）卡住。作者采取了如下（xià）方法:
 
      ( 1) 拍下急（jí）停按鍵，關掉機床進氣開關，等待幾（jǐ）分（fèn）鍾後，控製換刀回轉臂的氣缸杆就可以手動拉出（chū）或收回了，推動換刀位刀套把換刀位的回轉臂擺出去，從而讓開了換刀刀位。
 
      ( 2) 把刀鏈上（shàng）的刀套依次沿導軌滑到換刀位取出，等所有刀套（tào）取出後，清理刀鏈滑軌（guǐ）裏的障礙，然後把刀套按刀套（tào）號依次順（shùn）序裝回，再把回轉臂擺回複原，接通進氣開關，彈起急停，完畢。
 
 
      通過上（shàng）述（shù）手動操作完成了異（yì）物清理工作，結果發現故障原（yuán）因在於: 粘接在8 號刀（dāo）套上的固定圓（yuán）形槽（cáo）裏的圓鋼片脫落在刀鏈滑軌上，造成了刀鏈運行的阻礙。
 
      把圓鋼片表麵被撞出的毛刺、突起打磨光（guāng）滑，用環氧樹脂牢（láo）固粘接於8 號刀套上的固定圓形槽裏，特（tè）別注意不要高出圓形槽表麵。
 
 
      8 號刀套的（de）作用在於（yú）作為刀庫（kù）的（de）零位（wèi）標記，其（qí）他刀（dāo）套則不具備這個功能。
 
 
      2. 2 刀庫恢複方法和步驟
 
      ( 1) 重啟機床。
 
      ( 2) 按下CE 清除所有信（xìn）息，直到啟動刀庫開始回參考。
 
      ( 3) 當刀庫（kù）運（yùn）行（háng）時，必須用急停鈕將刀庫停（tíng）在正確的位置。如圖1 所（suǒ）示，正確的（de）位置就（jiù）是1 號刀位的定位釘正對V 型中心槽（cáo），在（zài）這個位（wèi）置上（shàng），8 號（hào）刀位則在參考傳（chuán）感器（qì）B607 下麵，這（zhè）時B607 將變為1。如果按下急停鈕時，刀庫不在正確位置，則重做，直到刀庫停在正確位置為（wéi）止。

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

      ( 4) 這時選擇programming and editing 方式（shì），按下MOD 鍵，並輸入PLC 密碼807667，回車。

      ( 5) 按下軟（ruǎn）鍵“Trace”後（hòu），按下select“M/I /O/T /C”，然後選取I81、I80 和I82 作為波形觀察信號，I81 為（wéi）刀庫零位接（jiē）近（jìn）開關輸入信號（hào），I80 為刀庫編碼器計數信號，I81 為刀庫編碼（mǎ）器（qì）零位信號。

     ( 6) 按下軟鍵“table”，再按“I”鍵，觀察I81、I80 和I82 的狀態，用手盤動電機（jī）使得上述3 個信號均（jun1）為“1”。

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

      ( 8) 鬆開刀鏈減（jiǎn）速器上固定（dìng）電機編碼器的扇（shàn）形（xíng）片上（shàng）的兩個螺釘，這時鬆開急停鈕，按下CE 清除信息，刀庫開始轉動，這時立即（jí）切換（huàn）到後台Logic Diagram查看波形。轉動編碼器，直到（dào）出現如圖2 所示正確的波形為止。

                                     圖2 高速運（yùn）行時正確的信號時序圖
 

      ( 9) 擰緊電機編碼器的兩個螺釘，完成調整。正確的時序是: 當刀鏈轉到（dào）8 號刀套位置正（zhèng）對刀庫零（líng）位接近開關時（shí），I81 發出高電平，I82 編碼（mǎ）器零位脈衝也要出現在I81 高電平包（bāo）括的範圍之內，考慮到刀庫就近找到有可（kě）能（néng）正轉或反轉（zhuǎn），所以I82 的（de）信號最好在（zài）I81 的中間，正對I81 包含的I80 六個方波的第三個（gè）方波。

      出現如圖3 所示這種錯誤的波形時，可以把（bǎ）編碼器旋轉180°安裝; 再微調使得編碼器零位脈衝出現（xiàn）在（zài）如圖2 所示的中間位置。
 

                                                圖3 錯誤的信號時序圖

      在慢速運行時（shí），調整編碼器使得I82 的零位脈衝與I81 高電平包含的I80 第3 個計數（shù）脈衝的上升沿和下降（jiàng）沿一致，如圖4 所示。

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

      上述調整方（fāng）法是在變頻器驅動係統正常的前提下實（shí）施的，而此次維修中作者遇（yù）到（dào）了很大（dà）的困難，需要先（xiān）排除變頻器控製係統的故障。

      3 、 變頻器控製（zhì）係統故障（zhàng）查找與（yǔ）調整

      機械故（gù）障（zhàng）排除後，機床（chuáng）刀庫出現了前述的新問題，作者分析了導致該問題（tí）的可能因素有如下幾個（gè）方（fāng）麵: 刀庫調整（zhěng）不好; 變頻器故障（zhàng）; 編（biān）碼器故障; 變頻電機故障; 機床參數錯（cuò）誤; PLC 硬件接口故障; PLC軟件（jiàn）或參數錯誤等。

      3. 1 刀庫驅動變頻器控製方式簡介

      刀庫驅動變頻（pín）器是采用Commander 公司的SK 係列產品，型（xíng）號: SKB3400037，0. 37kW/400 V。端子B2、B4、B5、B6、B7 組成了控製（zhì）邏輯，其（qí）中B2、B4 通過K464 完成變頻器使能控製，B7 控製變頻器（qì）以預（yù）置55 Hz 高（gāo）速運行; B5 控製變頻器以預置15 Hz低速運行; B6 以高/低電平確定變頻器的反/正轉控製。控製時序（xù）由PLC 軟（ruǎn）件結合（hé）I80、I81、I82 的外部邏輯狀態，通過O23、O43、O44 的輸出實現（xiàn）對變頻器B5、B7、B6 的控製。刀庫位置反饋由脈衝編碼器B608 提供。

      3. 2 刀庫調整

      為了（le）排（pái）除刀庫調整不良可能造成的（de）影響，作者按照第2. 2 節所述的調整步驟進行了調整（zhěng），使得I81、I80 和I82 的（de）波形如圖（tú）2 所示，為正確波形，從波形上可以（yǐ）看（kàn）出，兩個零位脈衝之間（jiān）對應著20 個計數（shù）脈衝（chōng），同時觀察渦輪蝸杆減速器下麵的凸（tū）輪結構。發（fā）現: 編碼器每轉360°，下麵的凸輪撥2 個（gè）刀位，這樣就可以推斷10 個計數脈衝對應一個刀（dāo）位。這也就驗證了編碼器是正（zhèng）常的（de）。

      3. 3 變頻控（kòng）製係統的檢修

      先對變頻器的參數進行了記錄（lù），具（jù）體數據見表（biǎo）1。首先把其5 號參（cān）數設為Pad，利（lì）用變頻器上的按鈕操作，電機可以按照手動設置的頻率朝固定方（fāng）向旋轉; 其次，把11 號參數設為0，用接在B2 端（duān）子的導線連接B5 端子，相當於給B5 一個24 V 高電平，這時（shí）電機可以正向旋轉，斷開後（hòu）電機就停止; 同樣（yàng）給B6 高電平，電（diàn）機反轉，斷開（kāi），電機停止。電機（jī）轉速（sù）由B7 控製; 第三，再把11 號參數設為2，給B5 高電平時，B6 為低電平，電機正轉，B6 為高電平，電機反轉（zhuǎn）; B5 低電平時，無論B6 是高、低電平，電（diàn）機（jī）均不（bú）轉。電機轉速由B7 控製（zhì）。5 號和11 號參數的（de）定義見（jiàn）圖5、圖6。由此可以說明電機是正常的（de）。

      表1 變頻器參數設置表

              圖5 變頻器（qì）5 號參（cān）數為Pr 時的接線方式

      圖6 變頻器11 號參數為0 － 6 時的接線端子邏輯定義通過對11 號參數的分析，結合圖11 所示的變頻器控製邏輯圖，再參考米（mǐ）克朗UCP1350 的變頻器設置，作（zuò）者認為: 11 號參數設為2 比較符合控製邏輯，但是變頻器（qì）上設的是0，設成2 則電機根本（běn）不動。設成6 則與設成0 的狀（zhuàng）況一樣。所以無法判斷變頻器的好壞。

      3. 4 機床參（cān）數調整及PLC 輸入輸出硬件檢查為了驗證是（shì）否由於機床參（cān）數和PLC 軟硬件的（de）意（yì）外變化（huà）對變（biàn）頻器（qì）控製造成影響，作者采取（qǔ）如下檢查措施:

      首先，利用（yòng）海德漢專用（yòng）傳輸軟件TNCremoNT，建立好網絡連接( 注意: 必須使（shǐ）用交叉連（lián）接的（de）網線) ，對現機床所有（yǒu）參數進行備份; 其次，把該設備進廠時備份的參數進行回（huí）傳（chuán），該備份是設備調試驗收完畢後做的，結果發現情況沒有任何改變，這就說明機床參數和PLC 軟件是正常的（de）; 第三，再次把剛剛備份的數據回傳，恢複現（xiàn）有狀態( 主要是為了避免對當前加（jiā）工的影響) 。

      用示波器監控B5、B6、B7 端子，結合海德漢530 係統的波形顯示功能，觀察對應的O23、O44、O43 的時序，發現是一致的，說明PLC 的硬件I /O 口是正常的（de）。

      3. 5 變（biàn）頻器故障（zhàng）的排除與調整

  
      上述幾個方麵的影響被排除後，就隻（zhī）剩下變頻器的因素了，但是在沒有備件的情況下無法確定變頻器的好壞，於是向機床生產廠家進行了谘詢，對方給我們報價是12 082 元，而且是（shì）換購價，單買一台要2 ～3 萬元。嫌貴，作者（zhě）通過有關途徑在成都買了一台同型（xíng）號變頻器（qì），3 天到貨，價格僅為2 250 元。換上新的變頻器，輸入（rù）抄錄的老變頻器的參數，結果令作者非常沮喪: 新變頻器根本就沒有動作! 無論11 號參數設0、2、6 都不動作; 而老變頻器11 號參數（shù）則除了設2 以外均能動作，這就非常奇怪了!按照第3. 3 節所述的（de）辦法對新變頻器進（jìn）行模（mó）擬控製，也可以運行，無法解釋這樣的現象。

      再次聯（lián）係（xì）米克朗廠（chǎng）家，把作（zuò）者所做的調整進行了交（jiāo）流，並要（yào）求廠家把變（biàn）頻器參數發給了作者，通過對比作者發現廠家的11 號參數設的是6，而且60 － 80號參數都有數值，而作者抄錄的參數則沒有，且61－ 70 號參數根本就顯示不出來，見表1。按照廠家發過來的參數和方法進行了設置:
 
      ( 1) 設置參數前先將B4 移去（qù），然後（hòu）必須按順序將以下參數輸入;
 
      ( 2) 首先設10、29 號參數，再輸入2 － 19 號參數，再輸入71 － 80 號參（cān）數，這（zhè）時61 － 70 號參數才會顯示出來，設置61 － 70 號參數。表中未（wèi）出現的參數按缺省值設置。

      ( 3) 重新接上B4。
 
      ( 4) 關閉並打開驅動器，重啟後顯示變為rd =0. 0。該驅動器現在可以準備運行了。
 
      運行後，發現（xiàn）新變頻器可以正常（cháng）使用（yòng），刀庫運（yùn）行恢複正常（cháng），老（lǎo）變頻器故障依舊。
 
      在調試中還發現65 號參數漏（lòu）輸時，出現8 號刀套找到零位後隻向前走了半個刀位就停止的現象，說明參數影響很（hěn）大，由於變頻器說明書中，沒有提及71 － 80、61 － 70 號參數的定義，所以無法（fǎ）判斷這些參數所能起到的作用。作者所能做（zuò）的就是記錄下這些參數的設定值，並嚴格按要求正確（què）輸入變頻器。
 
      由此作者可以得出如下結（jié）論: 刀庫卡死（sǐ）後，由於強電流衝擊或意外幹擾，使（shǐ）得老變頻器的參數和接口電（diàn）路發生了異常變（biàn）化，而作者手上又沒有（yǒu）變頻器的原始參數資料，這就是造成上述調整（zhěng）始終無法（fǎ）見效的原因。

      4、 刀庫的控製邏輯和原理分析

      以往都是根據原理來進行維修，而這次維修由於作者不掌握廠家的設計原理，隻能通過大量的模擬試驗來推測。

      機（jī）床恢複正常運（yùn）行後再仔細觀察（chá）I81、I80、I82、O23、O44、O43 的組合時序波形，發現刀庫正常運（yùn）行時的時序是（shì）這樣的:
 
      ( 1) 機床（chuáng）開機，自檢完畢後，彈（dàn）起急停開關，首先開始執行刀庫回零的PLC 程序，O43 低電平變高電平（píng），執行高速55 Hz 運行，並啟動刀庫運行（háng），I80 出現規律的計數脈衝，O44 根據就近選刀的原則正轉低電平，反轉發出高（gāo）電平，O23 保持（chí）低電平（píng）。

      ( 2) 當（dāng）8 號刀套到達零位接近開關，I81 發出高電平，I82 編碼器發出一個零位脈衝信號時，建立刀庫零點位（wèi）置。參見圖7 所示波形。

                      圖（tú）7 刀庫運行到零位前後的組合（hé）時序圖（tú）

      ( 3) 運行到零位脈衝（chōng）信號後的第（dì）4 個計數脈衝的下降沿，O23 發出高電平，O43 變成低電平，電機減速至15 Hz 運行，直到第10 個計數（shù）脈衝，刀（dāo）鏈繼續向前運行（háng）一個刀位，O23 變成低（dī）電平，稍做延遲，O44 電平改變，刀鏈反轉，同時（shí）O43 低（dī）電平變高電平，執行（háng）高速55 Hz 運行，反轉再次（cì）回到8 號刀套，從編碼（mǎ）器零位脈衝開始計數，根據上一（yī）次關機前（qián）記憶的刀位距離零位相（xiàng）差幾（jǐ）個刀位( 假設差N 個刀位) ，就計N × 10 個計數脈衝( 本刀庫N≤46) 。參見圖8所（suǒ）示波形。
 

      圖8 刀庫到了零（líng）位再向前運行一（yī）個刀位後執行反向運行的組合時序（xù）圖
   

      ( 4) 當運行到（dào）目標（biāo）刀位的前（qián）一個刀位到位後，第（dì）4 個計數脈衝的（de）下降沿，O23 發出高電平，O43 變（biàn）成低電平，電機減速至15 Hz 運行，直到第10 個計數脈衝，O23 變成低電平，到達目標刀位，刀鏈停（tíng）止，從（cóng）而完成刀庫初始化。參見圖9 所示（shì）波形。
 

              圖9 刀庫運行到目標刀位準（zhǔn）備（bèi）停止的組合時序圖
 

      相對比老變頻器前3 個步驟是正常的，執行到第4 個步驟，即出現振蕩，刀庫無法停止（zhǐ），隻有拍（pāi）急停中斷（duàn），由於刀庫回零的PLC 程序沒有（yǒu）執行完畢，機床無法正常運行。

      由此推（tuī）斷（duàn）變頻器11 號參數（shù）設6，特別是71 － 80、61 － 70 號參數被正（zhèng）確（què）設置後，各（gè）端子的定義（yì）應（yīng）該是:

      B5 即O23，為高電平時，執行變頻器預置1 的15 Hz低速和變頻器運行指令; B6 即O44，為PLC 發出的正反轉（zhuǎn）信號，高電平執行反轉，低電平執行正（zhèng）轉;B7 即O43，為高電平時，執行變（biàn）頻器預置2 的55 Hz高（gāo）速和變頻器運行指令。

      這（zhè）樣的（de）端子（zǐ）邏輯定義決定了，新、老變頻器（qì）在11 號參數設2 時，以上述PLC 發出控製時序，變頻器無法接收到（dào）啟動信號，因此（cǐ）不能運（yùn）行; 新變頻（pín）器無論設置成0 － 6 的哪個值，隻要（yào）71 － 80、61 － 70 號參數沒（méi）有正（zhèng）確設（shè）置，均不能運行; 老變頻器除（chú）了設（shè）2 不能運行外，設其他（tā）值，均無法正確運行，這也就說明該變頻器的接口電路已經發生了異常，確實需要更換（huàn）。

      5、 結束語

      這一次的維修經曆使作者對米克朗UCP1x50 加工中心刀庫（kù）控製有了較深入的了解和理解，同時也希望（wàng）為大（dà）家在維修（xiū）同類型機床的類似故障提供參考。

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