HF-5M五面体加工中心附件铣头交换故障分析及排除

陆雄，宾立

湖南三一工业职业技术学院 湖南长沙 410129

1 序言

HF-5M五面体加工中心是三一汽车起重机公司的关键、重点设备，主要用于汽车起重机回转台、吊臂及车架等大型工件的加工，外形如图1所示。该机床是由日本进口的一台高精尖设备，是一种集机械、电气、液压气动及数控系统于一体的大型龙门加工中心。该机床功能强大、精度高、运行可靠，但在生产过程仍然会出现各种各样的故障，由于其结构复杂，维修难度大，所以一般情况下都是联系生产厂家来处理，但这种方式费工、费时、费钱，且耽误生产。因此我公司对机床的结构及工作原理开展深入研究，自行维修，及时排除故障，可做到省工、省时、省钱，且高效生产。本文主要对附件铣头交换故障进行分析和研究。

图1 HF-5M五面体加工中心外观

2 附件铣头自动交换装置介绍

五面体加工中心最大的特点是配备了附件铣头自动交换装置，工件一次装夹后，能完成除安装底面外的五面加工。机床本体采用双立柱门式结构，主要由床身、工作台、立柱、顶梁和横梁等部分组成。数控系统采用FANUC 16i-MB系统，机床共有4个坐标轴，在床身上有可以前后移动的工作台（X轴），在左右立柱上有可以上下移动的横梁（W轴），在横梁上有可以左右移动的滑枕主轴头滑座（Y轴），滑座上有可以上下移动的滑枕主轴头（Z轴）。

附件铣头自动交换装置（AAC装置）分为两大部分，如图1所示。一部分是附件铣头，位于滑枕主轴头部位，通过液压系统自动装夹在滑枕主轴头端部；另一部分是铣头库，用于存放附件铣头，位于右立柱的前方。

铣头库有1个防尘盖和3个附件铣头，如图2所示，有90°直角附件铣头、小型直角附件铣头和伸长附件铣头。当不使用附件铣头时，滑枕主轴头端部会自动装夹防尘盖。

铣头库中4个托架用于承载附件铣头及防尘盖，托架上的接近传感器用于检测附件铣头及防尘盖的在库状况。伺服电动机通过同步齿形带与减速齿轮驱动头库底座旋转，附件铣头与防尘盖板在托架上随之旋转。

AAC装置通过NC指令来进行附件铣头的自动交换。铣头交换指令为M56，运行宏程序取出铣头库中的附件铣头（或防尘盖），与安装在滑枕主轴头上的附件铣头（或防尘盖）进行交换。附件铣头的装卸位置在铣头库的原点位置（见图2）。

图2 附件铣头库示意

3 附件铣头交换故障分析及处理

HF-5M五面体加工中心设计了完善的故障报警系统，大部分故障都有报警信息提示，给维修工作带来了极大的方便。五面体加工中心附件铣头自动交换装置结构复杂，故障排除难度大。但只要充分利用加工中心的报警信息，采用一定的方法，就能快速高效排除故障。下面对附件铣头自动交换装置的一例故障进行分析，并对故障排除方法进行详细描述。

3.1 故障现象

执行程序M56A32，从铣头库中抓取A32附件铣头，并将A32附件铣头装载到滑枕主轴头上，A32附件铣头与滑枕主轴头上的附件铣头交换正常。执行程序M56A31，附件铣头A32放回铣头库，滑枕主轴头（Z轴）向上移动，Z轴移动到约80mm时突然停下，附件铣头交换程序中断运行，同时FANUC数控系统显示屏出现故障报警：“3119 ATTACHMENT UNDEMOUNT”，中文意思是“附件铣头未拆卸”。

3.2 故障分析

根据故障现象描述，被交换的附件铣头A32已经放入铣头库，滑枕主轴头离开附件铣头库后中断运行，此时的报警号是3119。针对该故障，采用“顺藤摸瓜”的方法来一步一步地查找故障点。具体诊断步骤如下。

（1）在FANUC系统中查找相应宏程序[1]报警号3119是一个由FANUC宏程序产生的报警，从这个报警信息开始分析。由报警可知，系统变量#3000中对应的值为119，根据这一线索，在FANUC系统中查找到对应的宏程序为O9301，这是一个附件铣头自动交换的宏程序。具体宏程序内容如下。

（2）在宏程序中查找对应的系统变量 从宏程序中可以找到报警程序段②，程序内容为“N3001#3000=119（ATTACHMENT UNDEMOUNT）”，执行这条程序就会出现3119报警。根据程序段号3001查找到对应的程序段① ，程序内容为“IF[#1003NE1]GOTO3001”。这条程序的含义是，如果系统变量#1003不等于1，就执行N3001程序段。由此找到了引起报警的系统变量为#1003。接下来需要进入PMC梯形图查找系统变量#1003对应的PMC地址。

（3）在PMC梯形图中查找故障点[2]步骤如下。

1）由系统变量#1003可知PMC中对应的地址为G54.3（线圈）。

2）在梯形图界面搜索G54.3会自动跳跃到目标出现的位置，如图3所示，查找到中间寄存器R572.2（触点）。

图3 线圈G54.3梯形图

3）继续搜索R572.2（线圈），找到输入地址X70.7，如图4所示。

图4 线圈R572.2梯形图

输入地址X70.7就是我们要找的故障点，也是引起附件铣头交换故障的原因。找到原因后，接下来就是如何进行故障处理。

3.3 故障处理

利用宏程序和梯形图对故障进行分析，找到了故障点PMC输入端X70.7。查阅厂家的技术资料，PMC输入端X70.7接入的元件是一种分离式接近传感器，这种分离式感应接近传感器分为两部分，一部分为检测探头，另一部分为检测信号的输出部分。铣头库中每个托架上装有一个检测探头，检测信号的输出部分装在铣头库原点位置（见图2）。检测信号通过电缆传送到数控系统的IO单元。找到了故障点，并不代表找到了具体的故障部位。可能的故障部位有IO单元、传输电缆、检测信号的输出部分及检测探头。进一步确定故障部位的方法如下。

1）根据报警信息，故障是在完成A32附件铣头更换后出现的，先检查A32托架的检测探头是否能检测到信号，用一块钢板接近A32托架的检测探头，观察到PMC输入端X70.7一直为0，确认A32托架检测探头没有信号传送到数控系统的IO单元。

2）用手动方式旋转铣头库，使A31托架转到原点位置，用一块钢板接近A31托架的检测探头，PMC输入端X70.7由0变为1。由此可以判断出，A31托架的检测探头正常，公共部分IO单元、传输电缆及检测信号的输出部分均正常。

根据前面的测试，可以最终确认，A32托架的检测探头损坏。更换检测探头，五面体加工中心恢复正常[3]。

4 结束语

在检测故障的过程中，充分利用数控系统的报警信息，同时灵活应用数控系统故障检查的一些行之有效的方法，从故障现象开始，从一个点位依次查下去，一个接一个的关联点被搜索出来，再经过逐一分析排除，最后定位到关键点。

附件铣头的交换是利用PMC梯形图，并结合宏程序来实现的。要想高效排除故障，必须非常熟悉PMC梯形图和宏程序。

总之，在数控机床出现故障后，要根据故障的难易程度及故障的性质，合理采用不同的分析问题和解决问题的方法。