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西門子 840D 係統換刀故障診斷與（yǔ）維修

2021-6-1 來源：北京航星機器（qì）製造有限公司作（zuò）者：趙明園

摘要：對西門子 840D 係統數控機床機械手換刀故（gù）障進行分析，針對換刀過程中出現的故障報警，借助（zhù） SIMATIC Manager 軟件（jiàn）查找相關程序，分析故障原（yuán）因（yīn），通過修改 DB 數據（jù），使故障得到解決，為同業人員再針對（duì）此故障問（wèn）題時提供維修思路（lù）。

關鍵（jiàn）詞：840D 數控係（xì）統；機械（xiè）手換刀（dāo）；PLC 診斷維修

0 引言

隨著製造業的（de）飛速（sù）發展，各大製造企業均采用了數控機床加工的模式，數控加工有著很多的優點，例如加（jiā）工精度高、工藝集成度高等。機（jī）械手換刀裝置是數（shù）控機床（chuáng）的重要（yào）組成部分，同時也是數控機床能夠高精度、高效率工作的重要原因。近年來，借助機械手換刀裝置（zhì），各行業的細小、複雜零部件均（jun1）得到有效加工（gōng），對於提高零部件加工水平具（jù）有重要的意義。但（dàn）是，機械手換（huàn）刀裝置（zhì）結構複雜，可能會因為（wéi）諸多因素的影響出（chū）現各種故障，影響數控機床的工作效率。在數控機床維修過程中，換刀故（gù）障十分常見（jiàn），因此對西門子 840D 係統數控機床中的機械手（shǒu）換刀裝置故障及維修方法進行分（fèn）析，對出現的問題進（jìn）行歸納（nà）總（zǒng）結。

1、換刀故障描述

公司一台國產臥式加工中（zhōng）心采用西門子公司 840D 數控係統，各進給軸為全閉環控製，反饋（kuì）配置增量式脈衝編碼器（qì）。在執（zhí）行換刀程序時，機床各軸（zhóu）按順序回到第二參考點，主軸定向停止後，機械手不動作，數秒（miǎo）過後（hòu）機床報警“700114，換刀位置錯誤”。根據（jù）現場（chǎng）了解的情（qíng）況，該設備有一年多沒有進行（háng）過自動換刀了，這（zhè）次換刀是因（yīn）為工藝需要才使用了自動換刀（dāo）功能。

2 、換刀故障（zhàng）原因分析

機床（chuáng）發生故障，首先要檢查是否（fǒu）有報警信息，該報警是 PLC用戶報警。該報警信（xìn）息是由機床生產廠家自行編（biān）寫定義的。根（gēn）據（jù）報警信息內容了解到應該是機床的換刀位置出現了問題，所以無法進（jìn）行換刀。通過查看換刀宏程序，沒有發現問題，並且各軸所在的換刀位置也是參數設定的位置。初步分析機床廠家在PLC 程序裏添加了檢測條件，隻有當（dāng）所有設定（dìng）條（tiáo）件（jiàn）滿足時（shí），才可以執行換刀動（dòng）作，因（yīn）此需要借助 PLC 程序來進行故障診斷。既然（rán）機床出現了報警信號可以通過（guò） 700114 這個報警號來對 PLC故障（zhàng）原因進行分析。

西門子用（yòng）戶報警是在 DB2 數據區域。通過（guò）查找（zhǎo）西門子840D 調試手冊 PLC 接口信（xìn）號部分，經過計算，該報警信息對應的點為（wéi） DB2.DBX189.6，當該信號為 1 時就觸發 700114 號報警。使用 SIMATIC Manager 軟件，將機床 PLC 程序上載到電（diàn）腦內，點擊選項菜（cài）單選擇參考數據，進入交叉（chā）參考界麵，搜索 DB2.DBX189.6，查找到該信號線圈位置（zhì）。查找並提煉出與報警相關的（de） PLC 程序如下：

根據以上程序分析，隻（zhī）有當 M55.4、M55.5 信號同時為 0 並且 M29.0 為 1 時（shí），經（jīng）過 T99 定時器設定的（de）時間延時後觸發 DB2.DBX189.6 報警。

首（shǒu）先對 M29.0 信號進行跟蹤，確認該程序段觸發邏輯，DB21.DBX194.6 也就是執行 M6 指令（lìng）後，當 M54.0、DB200.DBX7.3、DB200.DBX7.7 同時為（wéi） 0 時，將 M29.0 信號置 1，在 T99設定的時間內，如果 M29.0 不能在這段時間內被複位掉，那（nà）麽就會觸發（fā）報警。而在下方程序段 M29.0、M55.4、M55.5 同時為 1 時就可將 M29.0 複位掉，很顯然故障點在 M55.4 和 M55.5 這（zhè）兩個中間寄存器這裏。跳轉到 M55.4 和（hé） M55.5 這兩個信號的應用程序段，查看 M55.5 信號，它是由 M25.3 寄存器為 1 時接通，M25.3 由 M24.3 和 M23.3 同（tóng）時都為 1 時接通，通過在線診斷功能，查看 M23.3 為 1 信號狀態正常，M24.3 信號為 0，繼續查找M24.3 觸發邏輯，根據程序（xù）段分析，DB37.DBX60.5 和（hé） DB37.DBX61.4 兩個信號都為 1，代表主（zhǔ）軸停止並且定向完成，DB90.DBD16 和 DB90.DBD68 這兩個是浮點型數據，將（jiāng）其轉換 F 格式，數據（jù）顯示，這兩個數據（jù）邏輯判（pàn）斷（duàn）錯誤，根（gēn）據邏輯判斷（duàn）要求DB90.DBD16≥DB90.DBD68，這（zhè）樣才能輸出為 1。實際診斷的結果DB90.DBD68>DB90.DBD16，其中 DBD90.DBD16 是采集主軸編碼器的反（fǎn）饋數據，而 DBD90.DBD16 是之前出廠設定（dìng）的數據，因此第一個故障點確定了。繼續檢（jiǎn）查（chá） M55.4 的導（dǎo）通條件是（shì）M25.1 和 M25.4 都為 1 時導通，根據在線診斷，發現 M25.4 為0，繼續向上查（chá）找 M25.4 導通條件是當 M23.4 和 M24.4 都為 1時導通，根（gēn）據診斷信號，M23.4 為（wéi） 0，查找 M23.4 觸發邏（luó）輯，根據程序（xù）段分析 DB34.DBX60.5 和 DB34.DBX61.4 兩個信號都為 1代表 W 軸到位置，DB90.DBD12 和 DB90.DBD72 與上麵 DB90數據類型相同，轉換（huàn）數據格（gé）式，數據顯示這兩個信號邏輯判斷錯誤，根據邏輯要求是 DB90.DBD12≥DBD90.DBD72 信號，實際診斷是 DBD90.DBD12<DBD90.DBD72，DBD90.DBD12 是采集的W 軸當前位置數據，DB90.DB72 是（shì）出廠設置的參數，至此兩個故障點全部（bù）確定。

3 、機床換刀故障處理

根據（jù） PLC 在線診斷（duàn）的數據結果，首先將 DBD90.DBD72 由（yóu）12.55 改為-12.75，此時 M23.4 和 M24.4 都為 1，M55.4 信號為1；將 DBD90.DBD16 由 2 改成 27，此時 M23.3 和（hé） M24.3 都為 1，M55.5 信號為 1。再次執行換刀程序，此時換刀動作正確，機床無任何（hé）報（bào）警，多次（cì）執行換刀程序，機（jī）床無（wú）異常，故障（zhàng）解除。修改前後數值見表 1。

表 1 修改前後數值

4、結語

事後經過多方了解，該設備曾經更換過（guò）主軸編碼器，但是因為當時並沒有（yǒu）換刀的工（gōng）藝需（xū）求，維修人員僅僅是在調整過定向角度後就（jiù）結束了維修（xiū）工作，當時也（yě）並沒（méi）有進行（háng）自動換刀測試。在之前維修過程中，沒（méi）有考慮機床廠家編寫 PLC 程序時，為安全起見（jiàn）在換刀點位置做了邏輯判斷，經過此次（cì）深入（rù）了（le）解（jiě）和維修後，將其故障分析（xī）維修（xiū）過程進行總結（jié），也是希望這次維修過程能夠對同業人員再遇到此類問題時，提供參考與幫助。

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