CK0625 數(shù)控車床超程檢測程序改進(jìn)

李 虹 王洪義 陸 江

作者通聯(lián)：沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院電工電子系 沈陽市大東區(qū)和睦路12號(hào) 110043

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一般情況下，數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家為防止伺服軸的滾珠絲杠螺母脫落，會(huì)在伺服軸的兩個(gè)行程末端各安裝一個(gè)限位開關(guān)，進(jìn)行正、負(fù)兩個(gè)方向的硬件超程檢測，并且編制超程檢測的控制程序，以便發(fā)生超程時(shí)系統(tǒng)能立即終止超程軸或機(jī)床的所有運(yùn)動(dòng)，并給出報(bào)警提示。CK0625 數(shù)控車床因其伺服軸的行程較短，廠家在每個(gè)軸上各只安裝一個(gè)防止超程的限位檢測開關(guān)。正常情況下，這種設(shè)計(jì)可起到超程保護(hù)的作用，但當(dāng)操作者誤操作時(shí)，這種保護(hù)設(shè)施就會(huì)形同虛設(shè)，出現(xiàn)絲杠螺母脫落的現(xiàn)象。

一、CK0625 數(shù)控車床

1.超程保護(hù)措施

圖1 CK0625 數(shù)控車床超程保護(hù)

該數(shù)控車床配備FANUC-0i-mate-TD 系統(tǒng)，伺服驅(qū)動(dòng)為FANUC βi 系列伺服單元，主軸采用三菱D700 變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。為防止硬件超程，機(jī)床廠家采用以下雙重保護(hù)措施。

（1）硬件保護(hù)。機(jī)床廠家在X和Z 兩個(gè)伺服軸上各安裝1個(gè)限位開關(guān)，硬件連線見圖1a，其中SQ1 檢測X 軸的超程，SQ2檢測Z 軸的超程。廠家在每個(gè)軸的正、負(fù)方向上各安裝了1個(gè)撞塊，開關(guān)靜止不動(dòng)，撞塊隨著伺服軸運(yùn)動(dòng)。因此，若兩者安裝位置恰當(dāng)，X 軸正向運(yùn)行并到達(dá)極限位置時(shí)，其中的一個(gè)撞塊（X軸的正向限位撞塊）就會(huì)撞擊SQ1，起到該軸正向超程檢測的作用，反之，當(dāng)軸向反向運(yùn)行至極限位置時(shí)，另一個(gè)撞塊（X 軸的負(fù)向限位撞塊）則會(huì)撞擊SQ1，Z 軸同理。SQ1和SQ2 只是起到超程檢測的作用，至于伺服軸超程后能否立即停下來，則完全由數(shù)控系統(tǒng)控制。

（2）軟件保護(hù)。將各軸限位開關(guān)的接口信號(hào)X8.5和X8.6 與急停按鈕的接口信號(hào)X8.4 串聯(lián)，共同影響數(shù)控系統(tǒng)的急停信號(hào)（圖1b），其中X12.7 是超程釋放按鈕的接口信號(hào)地址，G8.4 是數(shù)控系統(tǒng)急停信號(hào)（*ESP）的接口地址。只要X8.5、X8.6和X8.43個(gè)信號(hào)中的任一信號(hào)的狀態(tài)為0（某軸硬件超程或按下急停按鈕），都會(huì)使G8.4 變成0，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)令數(shù)控機(jī)床立即停止所有運(yùn)動(dòng)，同時(shí)顯示器出現(xiàn)EMG 閃爍的急停報(bào)警信息。

根據(jù)圖1b 程序，一旦某軸硬件超程引起機(jī)床出現(xiàn)急停情況，就要通過按住機(jī)床操作面板上的“超程釋放”按鈕，使其對(duì)應(yīng)的接口信號(hào)X12.7 變?yōu)?，進(jìn)而使G8.4 重新恢復(fù)成1。此時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)將自動(dòng)脫離急停狀態(tài)，“EMG”閃爍的急停報(bào)警信息也會(huì)自動(dòng)消失，系統(tǒng)允許機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)。若按住機(jī)床操作面板上反方向的軸運(yùn)行按鈕，將軸向超程反方向移動(dòng)至安全區(qū)域后，再松開“超程釋放”按鈕即可。

2.存在的問題

（1）超程時(shí)，系統(tǒng)只能給出“EMG”閃爍的急停報(bào)警信息，并不提示引起急停的原因，操作者往往需要自行判斷原因，如是急停按鈕被按下還是某軸超程，難度大、效率低。

（2）根據(jù)上述工作原理及超程解除的過程可知，某軸超程后，若失誤按錯(cuò)方向按鈕，將導(dǎo)致超程軸繼續(xù)向超程方向移動(dòng)，易造成螺母從絲杠上脫落（該機(jī)床已發(fā)生多次）。

二、改進(jìn)措施

1.FANUC 系統(tǒng)超程檢測功能

FANUC 0i mate-TD 系統(tǒng)具有完善的超程檢測功能，系統(tǒng)自身具有超程檢測信號(hào)（軸超程信號(hào)）。技術(shù)改進(jìn)的思路是在原梯形圖中加入系統(tǒng)的超程檢測信號(hào)，利用檢測信號(hào)進(jìn)行控制。機(jī)床每個(gè)伺服軸正、負(fù)兩個(gè)方向若均配備超程檢測開關(guān)，則技術(shù)改進(jìn)容易實(shí)現(xiàn)。但該機(jī)床每個(gè)伺服軸只有1個(gè)限位開關(guān)，改進(jìn)工作難度較大（機(jī)床廠家也因此未利用數(shù)控系統(tǒng)超程檢測功能）。

FANUC 系統(tǒng)的超程檢測信號(hào)及接口地址為*+L1～*+L4＜G114＞和*-L1～*-L4＜G116＞，+/-表明方向，數(shù)字與伺服軸相對(duì)應(yīng)。由于每個(gè)控制軸的每個(gè)方向都具有該信號(hào)，因此，數(shù)控系統(tǒng)可通過這些信號(hào)的狀態(tài)判斷每個(gè)伺服軸在哪個(gè)方向上已到達(dá)行程極限。超程檢測信號(hào)為0 時(shí)，系統(tǒng)控制單元?jiǎng)幼魅缦隆?/p>

（1）自動(dòng)操作時(shí)，即使只有1個(gè)軸超程信號(hào)變?yōu)?，所有軸均減速停止，產(chǎn)生“超程”報(bào)警且運(yùn)行停止。

（2）手動(dòng)操作時(shí)，僅移動(dòng)信號(hào)為0的軸減速停止，產(chǎn)生“超程”報(bào)警，停止后的軸可向反方向移動(dòng)。

（3）一旦超程信號(hào)變?yōu)?，其移動(dòng)方向被存儲(chǔ)，即使信號(hào)變?yōu)?，在報(bào)警清除前，該軸將不能再向超程方向運(yùn)動(dòng)。

利用上述數(shù)控系統(tǒng)對(duì)超程檢測信號(hào)的3個(gè)反應(yīng)，尤其是反應(yīng)（3），無需改動(dòng)硬件，只要在梯形圖中增設(shè)超程檢測程序，即可有效防止超程后因誤操作造成絲杠螺母的脫落。

2.程序改進(jìn)（圖2）

圖2 改進(jìn)后的超程保護(hù)梯形圖

G114和G116為軸超檢測程信號(hào)，F(xiàn)106 是伺服軸移動(dòng)方向信號(hào)，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)共有4個(gè)這類信號(hào)，F(xiàn)106.0、F106.1、F106.2和F106.3 分別為第1、2、3和4 軸移動(dòng)方向信號(hào)。當(dāng)此類信號(hào)的狀態(tài)為1 時(shí)，表示相應(yīng)軸在負(fù)方向移動(dòng)，0 表示相應(yīng)軸在正方向移動(dòng)。K3.0～K3.3為PLC 內(nèi)的保持型繼電器，其功能是即使系統(tǒng)下電，它們的狀態(tài)也會(huì)保持為下電前的狀態(tài)。改進(jìn)后控制程序具有以下特點(diǎn)。

（1）解除超程時(shí)，即使按錯(cuò)方向鍵，數(shù)控系統(tǒng)也不允許超程軸繼續(xù)向超程方向運(yùn)行，從根本上杜絕滾珠絲杠螺母脫落。

（2）超程時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)在顯示器上顯示“506#超程：+XX軸”或“507#超程：-XX 軸”的報(bào)警信息，操作者可很快了解故障原因。

程序修改后，經(jīng)過反復(fù)超程驗(yàn)證，改進(jìn)效果理想。