FANUCPMC在数控机床故障诊断中的应用

河南职业技术学院 楚雪平

FANUCPMC在数控机床故障诊断中的应用

河南职业技术学院 楚雪平

FANUC数控系统的工作过程包括对主轴运动的控制、进给运动的控制和辅助电气的控制。坐标轴运动位置的控制由计算机数字控制（CNC）实现，主轴的转向和启停、进给轴选择、方向及倍率、急停与外部报警、硬件超程、辅助电机等，都由可编程机床控制器（PMC）完成。PMC就是内置于CNC、用于执行数控机床顺序、控制操作的可编程机床控制器，是CNC和PMC及数控机床三者之间的双向信息交换中心。据统计，在数控机床的故障维修中，PMC部分的故障占大多数，所以利用PMC进行故障诊断显得尤为重要。本文，笔者立足于FANUC 0iD系统，根据FAUNC PMC的控制对象和控制功能，总结了数控机床PMC故障的表现形式和易出现部位，并针对每种故障形式，结合实例提出了运用FANUC PMC进行故障诊断的方法。

一、FANUC PMC的控制对象和控制功能

1.FANUC PMC的控制对象。FANUC PMC的控制对象是机床，包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。机床操作面板上的所有按钮、开关，机床外围的所有行程开关、继电器开关、传感器等，都是PMC的控制对象。对于数控加工的指令而言，PMC主要用于处理M，S，T指令。

2.FANUC PMC的控制功能。FANUC PMC的功能是实现数控机床加工过程的顺序控制。在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器开关等的开关量信号状态为条件，按照预先设定的逻辑顺序实现一定的控制，如主轴的启停与换向、刀具的更换、工件的加紧与松开、冷却与润滑等。PMC在数控机床上实现的功能主要包括工作方式控制、速度倍率控制、自动运行控制、手动运行控制、主轴控制、机床锁住控制、程序校验控制、硬件超程和急停控制、辅助电机控制、外部报警和操作信息控制等。

二、利用PMC进行数控机床故障诊断的方法

利用PMC进行数控机床故障诊断，必须清楚地认识到FANUC PMC本身的故障率很低，故障大部分出现在PMC的外围输入/输出环节和执行结构。PMC部分的故障主要有3种表现形式，应采用不同的方法进行诊断和排除。

1.CNC报警显示真正原因的故障诊断方法。这类故障可以利用数控系统的自诊断功能，并能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状态，一般情况下发生故障时会有报警信息出现在CRT上，并显示出故障的大体部位，按说明书中的故障处理方法检查，大多数的故障都能找到解决方法。这种自诊断功能还能将故障分类报警，如，SV+报警号表示与伺服有关的报警，OT+报警号表示与超程报警，PS+报警号表示程序操作相关的报警等。

例如，配有FANUC 0iD系统的加工中心在执行换刀时，出现撞刀故障并产生2004号报警。CRT上显示“NO.2004 A2.4 SPINDLE CAN NOT RUN，BECAUSE JIND-I X3.0 IS 0!”，三色报警灯的红色灯闪烁。直接查看报警提示或查维修手册，故障原因是没有紧刀信号，主轴不能旋转。

根据报警，可诊断故障发生在主轴紧刀部位。换刀时，由于主轴紧刀信号突然丢失导致主轴停止转动，但X轴和Y轴仍然在进给，导致撞刀故障。

根据提示首先应检查紧刀电磁阀的工作状态是否正常。然后，调整紧刀开关，使其压合正常。而后，故障排除，同时报警消失，三色报警灯的绿灯常亮。

2.CNC报警，但不反映真正原因的故障诊断方法。例如，配有FANUC 0iD系统的加工中心，其系统状态栏显示“EMG ALM”，即机床处于急停状态。但是按下急停按钮和压下限位开关都可能使机床处于急停状态，系统不能诊断出故障出现的具体部位。对于这种故障，系统已经明确显示机床的故障现象，可采取以下方法解决。

根据急停PMC控制原理和电路图分析可知，按下急停按钮和压硬件超程都能引起机床的急停。首先，观察机床操作面板上的急停按钮状态和硬件超程指示灯，排除急停按钮被按下和硬件超程的故障原因。然后，进入信号状态显示画面，逐一检查与急停和硬件超程相关的信号状态。FANUC 0iD系统提供指示CNC、PMC、机床三者之间接口的I/O信号状态的显示画面，可以检查信号在三者之间的通信情况。据此，可以判断故障是在机床侧、PMC侧还是CNC侧，进而确定故障的具体部位。

在信号状态显示画面内，如果有状态不正确的信号，进入梯形图动态显示画面，查看相关信号状态。按下急停按钮或限位开关，观察梯形图中对应地址的信号状态是否发生改变，信号状态不发生改变的就可能是错误部分。退出梯形图动态显示画面，查看梯形图是否出错。将梯形图按照实现的功能划分，只需要查看与错误信号相关的部分。停止梯形图的运行，并根据正确的逻辑关系修改梯形图。重启系统，观察故障是否消失。

在信号状态显示画面内，如果相关信号的状态均正确，则不必查看梯形图，而要查看机床上的I/O接口状态。由于FANUC 0iD系统每个按钮、行程开关、继电器等外部电气元件在PMC内部都设置有状态指示灯，因此，可以通过指示灯的亮与灭来显示故障的所在位置。如果I/O接口状态正常，说明信号对应外围电路的连接和硬件方面没有问题，那么就只有一种可能，就是机床和CNC之间的通信出现了问题，使信号不能正确地传输到系统内部设定的地址。在FANUC 0iD系统中，外部I/O信号通过PMC I/O单元以LINK串行总线的方式与系统通信，反映外围电路状态的信号与I/O LINK串行总线上的信号接口一一对应，CNC通过其内部某信号地址位的状态实现对外围电路工作状态的识别，从而采取相应的控制。这就是PMC I/O LINK地址分配的目的。不进行PMC I/O LINK地址的分配，或者由于误操作等原因造成分配的错误，都会导致信号不能正确传输。

经检查，发现确实没有进行I/O LINK地址分配。重新分配并重启系统后，故障消失。如果FANUC PMC I/O LINK地址已经分配，I/O接口状态也正常，但是机床出现“EMG ALM”提示，重启系统即可。如果I/O接口状态不正常，则需要检查I/O LINK的硬件连接是否错误、是否存在松动等现象。

3.无CNC报警的故障诊断方法。有时故障的现象并不明显，且无CNC报警提示，这类故障在PMC部分最难诊断和排除。

全面地分析一个故障现象是决定判断是否正确的重要因素。因此，诊断这类故障最关键的是要对故障现象进行分析。分析故障现象的基本原则是从功能入手。首先，要仔细观察机床各功能的实现情况，判断机床功能不能正常执行的部位。然后，详细了解故障发生的时间、进行何种操作引起了故障、加工程序是否正确、出现的异常现象、出现的频率及执行相同操作时故障是否重复出现等情况，大致确定可能存在故障的区域。最后，进行故障诊断，其方法与上述第2种故障的方法大致相同。

例如，配有FANUC 0iD系统的加工中心出现了主轴不能停止的故障，但系统没有任何的提示。FANUC 0iD系统主轴的启动、停止与转向完全由PMC控制实现，转速可由CNC直接控制或经PMC控制，该例中采用CNC直接控制。根据FANUC主轴PMC控制的原理可知，在自动、远程运行和手动数据输入任一工作方式下执行M05，M00，M01指令，或在手动方式下的操作都能使主轴停止。但是M00和M01与M05指令执行的操作不同，执行后的现象也不相同。因此出现主轴不能停止的故障时，一定要区分是在执行什么操作时出现的，以及机床表现出来的不同现象等，以确定故障出现的部位。确定了故障的具体位置后，可以采用上述第2种故障诊断方法进行诊断。

三、结论

数控机床故障的诊断过程较为复杂，运用FANUC PMC进行故障诊断是一种常用的、有效的方法。但是，运用该方法要把握以下3个要点。

1.熟练掌握数控机床的工作原理、编程与操作、各动作的顺序及功能划分等。

2.学会看电气原理图，理解FANUC PMC的控制原理以及梯形图的设计思想，并能将电气原理图与梯形图相互结合起来。

3.熟悉机床各行程开关、传感器、按钮、继电器开关等的安装位置，熟悉机床的各种信号、参数及其正确的状态。