摘 要：數控機床急停故障是數控（kòng）機床使用過程中最（zuì）為普遍和常見的故障，針對 FANUC Oi 係統數控機床，介紹了數控機（jī）床急停的（de）硬件及軟（ruǎn）件控製（zhì）原理，對數控機床（chuáng）急停（tíng）故障進行了具體分析，提出了一種“追根尋源”的數控機床急停（tíng）故障排除方法，可以有效快（kuài）速地（dì）排除數控機（jī）床急停故障，提高數（shù）控機床（chuáng）使用價值。
 
      關鍵詞：追根尋源；數控機床；故障排（pái）除；急停
 
      數控機床急停控製（zhì）的目（mù）的是在緊急情況下，使（shǐ）機床上的所有運動（dòng）部件製動，並在（zài）最短（duǎn）的時間內停（tíng）止運行。當數控（kòng）係統出現自動報警信（xìn）息後，需按下急停按鈕（niǔ），待查看報（bào）警信息並排除（chú）故障後，再鬆開急停（tíng）按鈕，使係統複位並恢複正常。在急停狀態下修改（gǎi）參數（shù），在發生意外或關機（jī）時按下急停按鈕，可以有效保護強電（diàn）對控製板元件的衝擊和安全。急停故障是指（zhǐ）旋開急停按鈕後機床始終複位，進給軸無法（fǎ）獲取使能信號和 PMC（Programmable Machine Controller）無Y 功能輸出的一種現象。可見，數控機床急停是數控機床安全性的重要內（nèi）容，能（néng）否及時正確處理（lǐ）數控（kòng）機床急停故障將直接影響到機（jī）床操作安全及加工效率。本文以 FANUC Oi 數控係統（tǒng）分析（xī）了其控製（zhì）原理及常（cháng）見故（gù）障的處理方法。
 
       1 、急停控製外圍（wéi）連接
 
      一般（bān）來說，急停的產生有兩種途徑：一是機床運動過程中，在緊急情況下，人為按下（xià）急（jí）停按鈕，數控機床進入急停狀（zhuàng）態，主軸運轉及伺服進（jìn）給（gěi）會立即停止工作；二是機床發生超程或（huò）伺服報警等故障（zhàng），係統自動使機床（chuáng）進入急停狀態。在急停回路設計時，所有的急停信號串（chuàn）聯在一起，任（rèn）何一個按鈕按下時，都將產生（shēng）急停[1]。
  
      FANUC Oi-D 數控係統的性能比 Oi-C 更強，使用（yòng）了速度更高的 CPU，提（tí）高了 CNC 的處理速度；具有標配嵌（qiàn）入式以太網功能。Oi-D 數控係統是高性價比、高可靠性、高集成度的小型化數控係統。圖 1 為FANUC Oi-D 數控係統急停按鈕與超程開關硬件連接示意圖。
   
      如（rú）圖 1 所示，進給軸超程開關為動斷觸點，急停（tíng）按鈕與每個進給（gěi）軸的超程開關串（chuàn）接，當（dāng）沒有按急停按鈕或進給軸運動沒有超程時，KA1 繼電器（qì）吸合，相應的（de） KA1 觸點閉合，則 Oi-D 係統（tǒng）的 I/O 模塊 X8.4處信號為 1，同時另一個 KA1 觸點（diǎn）也（yě）閉合（hé）。ai 伺服單元的電（diàn）源模塊 CX4 插座的 2、3 管（guǎn）腳接收急停（tíng）信號，閉合為沒有急停信號[2]。
 

                      圖 1 急停按鈕與超程開（kāi）關硬件連（lián）接示意圖
   
     KA1 觸點閉合後，若 Oi-D 係（xì）統和（hé） ai 伺服單元本身以及之間的連（lián）接沒有故障，則 ai 電源模塊內部的MCC 觸點閉合，即 CX3 的（de）管腳 1、4 接通，如圖 1 所示。使（shǐ）用該（gāi）伺服單元內部的 MCC 觸點來控製外部交流接觸（chù）器吸（xī）合，當外部交流接觸器 KM 吸合（hé），三相（xiàng）交流 220 V 電源模塊就施加到了伺服單元的主（zhǔ）電源輸入端 L1、L2、L3，數控係（xì）統和（hé）伺服單元（yuán）就能正常工作（zuò）。
 
     通過圖 1 可以看出，當按下（xià）急（jí）停按鈕或軸運動到超程位置時，KA1 繼電器斷開（急停繼電器），Oi-D係統 I/O 模塊的 X8.4 為低電平，係統急停（tíng），同時電源模塊連接（jiē）的 KA1 也斷開，伺服單元的內部（bù）觸點斷（duàn）開，外部（bù）交流接觸器失（shī）電（diàn），主電源斷開。若由於急停按鈕斷（duàn）開導致急停，隻需鬆開急停按鈕，使其閉合即可解除急停；若是由於超程開關斷開導致急停，則要（yào）求必須有（yǒu）超程解除（chú）按鈕才能解（jiě）除（chú），如圖 1 中（zhōng）的 SB1 按鈕所示。
 
     2 、急停功（gōng）能 PMC 控製
 
     2.1 功能信號
 
     急停信號有 X 硬件信號（hào）和（hé） G 軟件信（xìn）號兩種，X信號是（shì）機床側輸入到 PMC 的信號，G 信號為 PMC 輸入到數控係統 CNC 的信號。急停硬件信號地址為X8.4，其信號地址是固定的。數控係統直接讀取該信號，當（dāng） X8.4 信號為（wéi）“0”時，係統出（chū）現緊急停止報（bào）警。與急停報警緊密相關的信號還有 G8.4 信號，該信號是PMC 送到 CNC 的緊急停止信號（hào）。若G8.4 為“0”，係統則出現緊急（jí）停止報警（jǐng）。CNC 直接讀（dú）取機床信號 X8.4和 PMC 的輸入信號 G8.4，兩個（gè）信號中任意一個信號為 0 時，進（jìn）入緊急停止狀態。通常在急（jí）停狀態下，機床準備好信號（hào） G70.7 斷開；第一串行（háng）主軸不（bú）能正常工作，G71.1 信號（hào）也斷開（kāi）[3]。急停功能信號如表 1 所示（shì）。CNC 係統、係統（tǒng） PMC 及機床的信號關係圖 2 所示。
 
 
                              表（biǎo） 1 急停功能信號
  
      
  
  

        
  
                        圖 2 CNC 係統（tǒng）、係統 PMC 及機（jī）床的信號關係
 
 
     2.2 急停（tíng） PMC 程序（xù）
 
     急停功能程序實時性要求高，通常放（fàng）在 PMC 第一（yī）級程序處理，G8.4 信號為 PMC 將 X8.4 和（hé）其他相關（guān）的信號進行綜合處（chù）理的輸出信號，如圖 3 所示。
  
  

      
  
                         圖 3 急（jí）停信號 PMC 處理
 
   
     圖 3 中，梯形圖在 X8.4 後麵串接了一個 Xn.m信號，比如某些機床的刀庫門開關、機床限位開關（guān）等。若 Xn.m 為“0”，即使急停控製回路一切正常（X8.4 為“1”），緊急停止 G8.4 仍為“0”，係統仍然出現緊急停止報警。因此，當（dāng）出現“緊急停止”故障時，不僅要查看圖 1 所示（shì）的信號，還要查看圖 3 中各信號，這樣才能排除該類故障。
 
     3、 FANUC Oi 數控係統急停診斷方法
 
     通過對 FANUC Oi 數控係統的急停控製原理分析，不難看出，G8.4 信號是緊急停止信號樹（shù）的“根”，其他外圍（wéi） X 信號或（huò） R 信號是這一信（xìn）號樹上的“枝”，當出（chū）現“緊急停止”不能解除的故障時，如果（guǒ）隻查找圖 1 所示的信號而不從圖 3 中的 G8.4 著手“追根尋源”，則往往不（bú）能解決問題。在（zài）機床出現了急停故障時候，通常可以圍（wéi）繞 X8.4 和（hé） G8.4 信號，采用“追根尋源”的（de）方式進行檢查，已達到事半功倍的效果。
 
     當數控機床出現急停故障時候，解決問題的關鍵在於（yú）從（cóng） G8.4 信號入手（shǒu），使用 PMC 信號狀態圖進行診斷，翻頁找到相應的信號地址 G8.4，觀察 G8.4 信號是否為 0，如果不為 0 則說明 PMC 參數、PMC 程序（xù）等有問題，要逐一進行檢（jiǎn）查排（pái）除；如果為 0，則說明 G8.4回路、急停控製回路（lù）、急停按鈕等出問題，要針對急停PMC 梯形圖進行（háng）檢查，對 PMC 梯形圖（tú）中（zhōng）引起 G8.4 為0 的具體觸點一一排除。“追（zhuī）根尋源（yuán）”的數控機床急停故障排除方法具體（tǐ）實施過程可參照流程圖 4 進（jìn）行。
  

     
  
                圖 4 “追根尋源”的（de）數控機床急停故障診斷方法
 
 
     4 、其他數控係統急停故障診斷方（fāng）法
 
     對於 FANUC Oi 數控係統急停故障可以采用以上方法，同時其他數控係統急停故障（zhàng）都可以采用同 樣的思路和方法來檢查，關鍵要注意到不同數控係統中有關急停功能信號的地址不同，隻要能正確的查找急停信號地址狀態、分析（xī）梯形圖原理、掌握機床電氣線路檢查的方法和原理，那麽（me）所有的急停故障都會迎刃而解。對於 FANUC O 係列係統（OMC/OMD/OTC/OTD/OTE 等），其“急停”信號（*ESP）的輸入地址一般固定為 X21.4，對於這些係統可以直接檢查輸入信號（hào）的狀態，並進行處理（lǐ）。在大部分帶有內部 PLC 的數控係統中（如：SIENENS802D/810D/840D/810M）等，“急停”信（xìn）號（*ESP）無固定的輸入點（diǎn）（地址），它是由 PLC 程（chéng）序傳輸 CNC 的內部信號，但其內部（bù）信（xìn）號的地（dì）址是固（gù）定不變的。在這（zhè）種情況下，應（yīng）根據機床 PLC 程序，找出、檢查與“急停”信號（*ESP）相關的 PLC 輸入點，通（tōng）過檢測這些輸（shū）入信號的（de）狀態，最終確定引起“急停”的（de）原因，並加以解決（jué）。*ESP 在 SIEMENS 常用（yòng）係統中的內部信號地址（zhǐ）如下：SIEMENS810/820GA3 中為：Q78.1SIEMENS802S/C/D 中為：V26000000.1SIEMENS810/840D 中為：DB10/DBB56.1
對於“急停”報警，應對照 PLC 程序（xù），利用係（xì）統的信號狀態診斷功能，首先檢查以（yǐ）上內部信號（hào）的狀態，確定（dìng）相關的 PLC 輸入點，並加以解決。
 
      5 、數控係統急停故障實（shí）例
 
     （1） 急停（tíng）按鈕（niǔ）及主軸潤滑液位過低引起的急停故（gù）障維修故障現象：有一台CK5085di 數控車床，配置 FANUCOi TD 數控係統，開（kāi）機顯示急停報警，無法加工。分析及處理過程：通過對照機床 PMC 狀態圖檢查 G8.4 信號為 0，說明急停信號（hào）輸入係統；進一步通過信號狀態圖檢查 X8.4 信號，發現（xiàn）也為 0，對照（zhào）機床電氣原理圖，檢查急停按鈕及急停回路，發現機床手動操作合上的急停按鈕斷線（xiàn），重新連接，複位急停按鈕後，再按 Reset 鍵，X8.4 信號顯示為 1，但機床依然急停；再進一步使用梯形圖檢查 G8.4 回路，在電氣（qì）原理圖（tú）中找到 X2.3 信號為主軸潤滑（huá）箱液位報警（jǐng）信號，打開車床側櫃門，發現主軸（zhóu）潤滑液位已經超過下刻線，添（tiān）加潤滑液後，觀察 X2.3 變為 1，G8.4 也就為1，機床複位後，正常工作。原（yuán）來，這台車床為主軸獨立潤滑，潤滑電機開（kāi）機運轉，為防止缺（quē）油主軸軸（zhóu）承損壞，將液位報警與急停在（zài）梯形圖中串聯。
 
     （2）液壓電動機互鎖引起的（de）急停故障維修故障現象：某配套 FANUC 0T 的數控車盒，開機後出現（xiàn）“NOT READY”顯（xiǎn）示，且按下“液壓起動”按扭（niǔ）後，液壓電動機不工作，“NOTREADY”無法消除。分析及處理過程：經了解，該機床在正常工作情況下，應在液壓起動後，CNC 的“NOTREADY”自動消（xiāo）失（shī），CNC 轉（zhuǎn）入正常工作狀態。 對照機床電氣原理圖
檢查（chá）機床的（de）“急停”輸入（X21.4）為“急停”開關、X/Z軸“超程保護”開關、液壓電動機過載保護自動開關、伺服電源過載保護自動開關這（zhè）幾個開關的常閉觸點的串聯（lián）。 經檢查（chá）這些信號，發現液壓電動機過載保護的自動（dòng）開關（guān）已跳閘。通過測試，確認液壓電動機無短路，液壓係統無故障，合上空氣開關後，機床正常（cháng）工作，且未發生跳閘現象。
 
     （3）機床超極限保護引起急停的故障維修故障現象：某配（pèi）套 SIEMENS 810M GA3 的立式加工中（zhōng）心，開機後（hòu）顯示（shì）“ALM2000”機床無法（fǎ）正常起動。分析及處理過程（chéng）：SIEMENS 810M GA3 係統出現ALM2000（急停）的原因（yīn）是（shì） CNC 的“急停”信號生效。在本係統中，“急停”信（xìn）號是 PLC 至 CNC 的內部信號，地址為 Q78.1（德文版為 A78.1）。通過（guò） CNC 的“診斷”頁麵檢查發現 Q78.1 為“0”，引起（qǐ）了係統急停。進（jìn）一步檢查機床的（de） PLC 程序，Q78.1 為（wéi）“0”的原因是由於係統 I/O 模塊中的“外部急停”輸入信號為“0”引起的。對照機床電氣原理圖，該輸入信（xìn）號由各進給（gěi）軸的“超極限”行程開關的常閉觸點串聯而成。 經測量，機床上的（de） Y 方（fāng）向“超極限”開關（guān）觸點斷開，導致了“超極限”保護動作，實際工作台亦處（chù）於“超極限”狀態。 鑒於機床 Y 軸無製動器，可以（yǐ）比較方便地進行機械手動操作，維修時在機床不通電的情況下，通過手動旋轉（zhuǎn） Y 軸（zhóu）的（de）絲杠，將 Y 軸退出“超極限”保護，再開機後機床恢複正常工作。
 
     （4）垂直進給軸超（chāo）極限保護引（yǐn）起急（jí）停的故障維修故障現象：某配套 SIEMENS 810MGA3 的立式加工（gōng）中心，開機後顯示“ALM2000”機床無法正常起動。分析及處理過程：分析及處理過程同上。經檢查、測量，發現機床故障的（de）原因是 Z 方向“超極（jí）限（xiàn）”開關觸點斷開，使“超極限”保護動作，Z 工作台亦處於“超極限”位置。 由於該（gāi）機床 Z 軸為垂直進給軸，伺服電（diàn）動機帶有製動器，無法簡單地利（lì）用機械（xiè）手動操作退出 Z 軸，維修時通過將機床的“Z 超極限”信（xìn）號進行瞬時短接，在（zài）取消了“超極限”保（bǎo）護後，手動移動機床 Z 軸，退出“超極限”保護（hù）位置，然後再恢複“超極限”，機床（chuáng）恢複正常工（gōng）作[4]。
    
      6、 結束語
 
     數控機床由於技術越（yuè）來越先進（jìn）、複雜，對維修人員的要求也就越來越高。數控機床急停故障又是（shì）數控設備使用過程（chéng）中一種常見（jiàn）的複雜故障，由於引起這類故障現（xiàn）象的原因很多，有電氣、PMC、參數等（děng）多方麵的原因，在（zài）排除此類問題時，假如沒有一（yī）種清晰的、科學的思路就會（huì）困難重重。經過大量實踐驗證，文中所提及的這種（zhǒng）“追根尋（xún）源”的數控機床急停故障排除方法，是一種高（gāo）速（sù）、有效的數控機床急（jí）停故障排除方法，為提高數控機床運行效率奠定了一定基礎，具有重要的現實應用及指導價值。