多軸數(shù)控機(jī)床的加工程序設(shè)計(jì)及PLC報(bào)警原因分析

范鳳娥，阮啟偉，余成良

(南京數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 南京211100)

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多軸數(shù)控機(jī)床的加工程序設(shè)計(jì)及PLC報(bào)警原因分析

范鳳娥，阮啟偉，余成良

(南京數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 南京211100)

摘要：數(shù)控機(jī)床是電子信息技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)床技術(shù)相結(jié)合的機(jī)床一體化產(chǎn)品，融合了機(jī)、電、液、氣等工程學(xué)科，是系統(tǒng)性工程。發(fā)展機(jī)床首先是穩(wěn)定單機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量、提升品質(zhì)，中國(guó)機(jī)床在加工精度、可靠性、自動(dòng)化等方面還存在差距。立足市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)了一種大負(fù)荷、高強(qiáng)度、高效率的多軸數(shù)控機(jī)床，該機(jī)床由一個(gè)Z軸三個(gè)X軸連續(xù)控制。可以配置三個(gè)X向刀夾，同時(shí)切削。能對(duì)回轉(zhuǎn)直徑280以下的零件進(jìn)行外圓、端面、割槽的車(chē)削加工，也可鉆中心孔。介紹了一種多軸數(shù)控機(jī)床加工程序的設(shè)計(jì)以及出現(xiàn)報(bào)警信息，從而導(dǎo)致機(jī)床故障的狀況，做了原因分析并給出了相應(yīng)的處理辦法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；編程；報(bào)警；處理

0引言

目前中外企業(yè)的中高檔數(shù)控機(jī)床，尤其是多軸數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)和總體參數(shù)相差不大，同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)激烈。但是與國(guó)際先進(jìn)水平相比，國(guó)內(nèi)機(jī)床在價(jià)格、精度、可靠性、機(jī)床平均無(wú)故障時(shí)間方面還有差距。因此，對(duì)于電氣控制方面的功能部件研究，尤其是掌握加工程序的編程、分析處理PLC報(bào)警信息顯得尤為重要，只有掌握了關(guān)鍵技術(shù)，才能穩(wěn)定機(jī)床的品質(zhì)，促進(jìn)機(jī)床的發(fā)展。

1加工程序編制說(shuō)明

1) 本機(jī)床由3個(gè)X軸和1個(gè)Z軸組成，3個(gè)X軸都被定義為半徑值，所以編程時(shí)只能以半徑值編程。

2) 因?yàn)槭褂昧四M主軸，所以主軸正反轉(zhuǎn)和停止指令只能使用M13、M14和M15。

3) 3個(gè)X軸中只有X2軸與Z軸被定義為插補(bǔ)軸，所以只有X2軸才能和Z軸進(jìn)行圓弧插補(bǔ)，像程序G0X1=100X2=100Z=300 ； G03X1=150Z=250CR=50 并不能運(yùn)行出一個(gè)X1軸和Z軸的圓弧，而是運(yùn)行了一個(gè)X2軸和Z軸的半徑是50的園弧，X1軸只是以一個(gè)恒定的速度在X2軸和Z軸運(yùn)行到圓弧終點(diǎn)時(shí)同時(shí)到達(dá)150這個(gè)坐標(biāo)。運(yùn)行軌跡如圖1。

圖1　軌跡圖

4) 因?yàn)橹挥蠿2軸與Z軸被定義為插補(bǔ)軸，所以只要程序段中含有X2或Z軸，所有的進(jìn)給速度都只能由X2和Z軸合成。如起點(diǎn)坐標(biāo)是X1=200，X2=200，X3=200，Z=200; 表1是運(yùn)行軌跡為30°斜線(xiàn) 時(shí)各軸的速度。因此在編制零件程序時(shí)，有時(shí)需要考慮各軸切削軌跡變化后的切削速度。

表1　運(yùn)行軌跡為30°時(shí)各軸的速度

5)R參數(shù)編程：因?yàn)閄1、X3軸不能與Z軸進(jìn)行圓弧插補(bǔ)，所以只能用中間變量R參數(shù)模擬出圓弧插補(bǔ)。如用R參數(shù)描述半徑為1500mm的圓弧，起點(diǎn)坐標(biāo)X1=100，Z=550，相對(duì)于圓心的坐標(biāo)是1446.9678，395.328,終點(diǎn)坐標(biāo)X1=150，Z=250, 相對(duì)于圓心的坐標(biāo)是1496.9678，95.328 (圖2) 。

圖2　圓弧

G0 X1=100 Z300；起點(diǎn)

R0=0 R1=0 R2=0 R3=0; 初始化，以圓心為原點(diǎn)，R4是Z向尺寸，R1是X向尺寸

LAB1：；程序段標(biāo)號(hào)

R0=R0+0.05；步進(jìn)尺寸是0.05 mm

R10=395.328-R0;

R11=SQRT(2250000-R10*R10)；計(jì)算X向尺寸

R4=550-R0；計(jì)算Z軸坐標(biāo)

R1=R11-1446.9678+100；計(jì)算X軸坐標(biāo)

G1 X1=R1 Z=R4F1；運(yùn)行坐標(biāo)

IF R4 > 250 GOTOB LAB1; 循環(huán)計(jì)算，直到圓弧終點(diǎn)

可以將終點(diǎn)的計(jì)算值即R0=300放入程序中，通過(guò)計(jì)算實(shí)際的終點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)驗(yàn)證程序的正確與否。用這種方式編程，理論上步進(jìn)尺寸設(shè)定的越小，切削精度就越高，但越小，程序運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)CPU承受的負(fù)擔(dān)就越重，有時(shí)反而會(huì)嚴(yán)重影響切削精度，甚至報(bào)警，所以不能設(shè)的太小，滿(mǎn)足要求即可。

6) G64的使用：G64是軌跡控制運(yùn)行,刀具在切向上盡可能的按照恒定軌跡速度進(jìn)行輪廓過(guò)渡(在程序段轉(zhuǎn)換處沒(méi)有制動(dòng))。在上面的例子中，G1X1=R3Z=R2F1被執(zhí)行了2000次，也就是相當(dāng)于2000個(gè)程序段，如果沒(méi)有執(zhí)行G64，則每段的軸速度都是從0開(kāi)始加速然后再減速到0，從而極大的影響加工精度和加工時(shí)間，而且有可能引起機(jī)床振動(dòng)，損傷刀具和機(jī)床。所以必須執(zhí)行G64。

7) 下面是一個(gè)如圖3所示零件的程序編制過(guò)程,三把刀具中X1與X2的間隔是170mm,X2與X3的間隔是260mm。

圖3　零件圖

首先確認(rèn)三把刀具的加工輪廓，確認(rèn)零件零點(diǎn)，這是編程和對(duì)刀的零點(diǎn)。所有的輪廓都已經(jīng)完成，下面就可以開(kāi)始編程：

G54G64G95G90F0.5;運(yùn)行環(huán)境確認(rèn)

G0 X1=200 X2=200 X3=200;回到安全位置

M14 S250;轉(zhuǎn)速

G0 Z50;Z向起點(diǎn)

G0 X1=100 X2=100;入切點(diǎn)

G1 X2=80 Z0;開(kāi)始切削

X1=80 X3=77.5 Z-70

X1=78 X3=60 Z-80

X1=72 Z-110

R0=0 R1=72 R2=80 R3=60 R4=-110 ;初始化，R4是Z尺寸，R1是X1尺寸，R2是X2尺寸，R3是X3尺寸

LAB1：;程序段標(biāo)號(hào)

R0=R0+0.05;步進(jìn)尺寸是0.05mm

R10=194.6257-R0 ;相對(duì)于圓心的Z尺寸

R11=SQRT(2250000-R10*R10);相對(duì)于圓心的X尺寸

R4=R4-R0;計(jì)算Z軸坐標(biāo)

R3=R3+R11-1487.32;計(jì)算X3軸坐標(biāo)

R1=R1-0.01;計(jì)算X1軸坐標(biāo),-0.01=(70-72)/(10/0.05)

G1 X1=R1 X2=R2 X3=R3 Z=R4;運(yùn)行坐標(biāo)

IF R4 > -120 GOTOBLAB1;循環(huán)計(jì)算，直到下一起點(diǎn)

R0=0 R1=70 R2=80 R3=61.2744 R4=-120

LAB2：

R0=R0+0.05

R10=184.6257-R0;相對(duì)于圓心的Z尺寸

R11=SQRT(2250000-R10*R10);相對(duì)于圓心的X尺寸

R4=R4-R0;計(jì)算Z軸坐標(biāo)

R3=R3+R11-(1487.32+1.2744);計(jì)算X3軸坐標(biāo)

R2=R2-0.025;計(jì)算X2軸坐標(biāo),-0.025=(70-80)/(20/0.05)

G1 X1=R1 X2=R2 X3=R3 Z=R4;運(yùn)行坐標(biāo)

IF R4 > -140 GOTOBLAB2

R0=0 R1=70 R2=70 R3=63.6187 R4=-140

LAB3：

R0=R0+0.05

R10=164.6257-R0;相對(duì)于圓心的Z尺寸

R11=SQRT(2250000-R10*R10);相對(duì)于圓心的X尺寸

R3=R3+R11-(1487.32+3.6187) ;計(jì)算X3軸坐標(biāo)

R12=199.1718-R0;相對(duì)于圓心的Z尺寸

R13=SQRT(2250000-R10*R10);相對(duì)于圓心的X尺寸

R2=R2+R13-1486.7181;計(jì)算X2軸坐標(biāo)

R4=R4-R0;計(jì)算Z軸坐標(biāo)

G1 X1=R1 X2=R2 X3=R3 Z=R4 ;運(yùn)行坐標(biāo)

IF R4 > -200 GOTOBLAB3

R0=0 R1=70 R2=76.8117 R3=69.0267 R4=-200

LAB4：

R0=R0+0.05

R10=104.6257-R0 ;相對(duì)于圓心的Z尺寸

R11=SQRT(2250000-R10*R10);相對(duì)于圓心的X尺寸

R3=R3+R11-(1487.32+9.0267) ;計(jì)算X3軸坐標(biāo)

R12=139.1718-R0;相對(duì)于圓心的Z尺寸

R13=SQRT(2250000-R12*R12);相對(duì)于圓心的X尺寸

R2=R2+R13-(1486.7181+6.8117);計(jì)算X2軸坐標(biāo)

R4=R4-R0;計(jì)算Z軸坐標(biāo)

R1=R1+0.1625;計(jì)算X1軸坐標(biāo),0.1625=(118.75-70)/(15/0.05)

G1 X1=R1 X2=R2 X3=R3 Z=R4 ;運(yùn)行坐標(biāo)

IF R4 > -215 GOTOBLAB4

R0=0 R1=118.75 R2=78.1336 R3=70 R4=-215

LAB5：

R0=R0+0.05

R12=124.1718-R0 ;相對(duì)于圓心的Z尺寸

R13=SQRT(2250000-R12*R12);相對(duì)于圓心的X尺寸

R2=R2+R13-(1486.7181+8.1336);計(jì)算X2軸坐標(biāo)

R1=R1+0.1625 ;計(jì)算X1軸坐標(biāo),

0.1625=(200-118.75)/(25/0.05)

R3=R3+0.0111112;計(jì)算X1軸坐標(biāo),

0.0111112=(75.5556-70)/(25/0.05)

G1 X1=R1 X2=R2 X3=R3 Z=R4 ;運(yùn)行坐標(biāo)

IF R4 > -240 GOTOBLAB5

G1 X3=82.2222 Z-270;退出點(diǎn)

M15 ;主軸停止

G0 X1=200 X2=200 X3=200;結(jié)束切削

M30

8) 程序編輯完成后，可以拷貝到機(jī)床上進(jìn)行試運(yùn)行，用來(lái)驗(yàn)證程序的正確性。驗(yàn)證程序時(shí)，可以把程序運(yùn)行環(huán)境改為G54G64G94G90F300。在分進(jìn)給的環(huán)境下主軸可以不啟動(dòng)而運(yùn)行程序，工件也可以暫不安裝，觀察每個(gè)軸的行程是否正確，觀察每個(gè)軸會(huì)不會(huì)與機(jī)床其他部件干涉。完成后還必須裝上工件，根據(jù)軌跡圖單獨(dú)編輯一把刀的空運(yùn)行程序，觀察在進(jìn)刀時(shí)有無(wú)干涉發(fā)生。

2M功能

M00程序停止(無(wú)條件)M22尾架前進(jìn)M01程序停止(有條件)M23尾架后退M02程序結(jié)束M27自動(dòng)門(mén)開(kāi)M08冷卻M09斷開(kāi)冷卻M50中心鉆拖板下移M10卡盤(pán)夾緊M51中心鉆拖板上行M11卡盤(pán)松開(kāi)M52中心鉆電機(jī)啟動(dòng)M53中心鉆電機(jī)停止M13主軸正轉(zhuǎn)M14主軸反轉(zhuǎn)M55下拖板上行M15主軸停止M56下拖板下移M57下拖板自動(dòng)M17子程序結(jié)束M20尾架套筒頂緊M58吸霧器啟動(dòng)M21尾架套筒松開(kāi)M59吸霧器停止

3PLC報(bào)警

3.1　機(jī)床報(bào)警

內(nèi)容分為NC報(bào)警和PLC報(bào)警。前者是由數(shù)控系統(tǒng)生成的，可以直接查閱隨機(jī)資料，后者由PLC生成的，并且在系統(tǒng)上有中文顯示報(bào)警內(nèi)容。當(dāng)報(bào)警產(chǎn)生后可以通過(guò)系統(tǒng)診斷畫(huà)面，查看具體的報(bào)警號(hào)和報(bào)警信息。其中700xxx為PLC報(bào)警。一些報(bào)警在故障排除后自行消失，而另一些則需在故障排除后，并得到相應(yīng)回答后才消失。

3.2　PLC報(bào)警號(hào)及處理方法

報(bào)警編號(hào)報(bào)警內(nèi)容報(bào)警原因及處理報(bào)警解除700033防護(hù)門(mén)被打開(kāi),請(qǐng)關(guān)門(mén)運(yùn)行1)自動(dòng)方式下非單段時(shí),防護(hù)門(mén)被打開(kāi)。2)主軸停止,進(jìn)給保持,刀具自動(dòng)退回。關(guān)閉防護(hù)門(mén)或檢查門(mén)開(kāi)關(guān)(*I34.4,*I34.5)。700034保護(hù)開(kāi)關(guān)跳閘1)電機(jī)的保護(hù)開(kāi)關(guān)因其過(guò)載或短路而動(dòng)作。2)主軸停止,進(jìn)給保持,刀具自動(dòng)退回。檢查保護(hù)開(kāi)關(guān)(*I32.4),清除故障后合上開(kāi)關(guān)。700035潤(rùn)滑油不足1)潤(rùn)滑油箱中油位過(guò)低。2)加工下一工件時(shí),NC不能啟動(dòng)。添加潤(rùn)滑油或檢查油箱內(nèi)液位計(jì)(I33.0)。700038伺服電源模塊過(guò)流過(guò)熱1)伺服電源模塊故障。2)主軸停止,進(jìn)給保持,刀具自動(dòng)退回。1)檢查伺服電源模塊指示燈顯示。2)檢查輸入電源。3)檢查信號(hào)*I32.2。700039伺服電源模塊無(wú)使能1)伺服電源模塊準(zhǔn)備好信號(hào)為0。2)主軸停止,進(jìn)給保持,刀具自動(dòng)退回。1)檢查伺服電源模塊指示燈顯示。2)檢查電源模塊使能信號(hào)。3)檢查信號(hào)*I32.3。4)參考電路圖冊(cè)第4頁(yè)。700040主電機(jī)變頻器報(bào)警1)變頻器報(bào)警信號(hào)為1。2)主軸停止,進(jìn)給保持,刀具自動(dòng)退回。1)根據(jù)變頻器使用說(shuō)明書(shū)檢查變頻器。2)檢查信號(hào)*I33.1。700044卡盤(pán)失壓1)卡盤(pán)夾緊電磁閥Q42.0通電6秒后,壓力信號(hào)為0。2)主軸停止,進(jìn)給保持,刀具自動(dòng)退回。1)檢查壓力信號(hào)I35.0。2)調(diào)整壓力繼電器檢測(cè)壓力。3)檢查電磁閥或油路。700045卡盤(pán)需夾緊卡盤(pán)未夾緊時(shí),企圖啟動(dòng)主軸。夾緊卡盤(pán)。700046套筒失壓1)套筒頂緊電磁閥Q42.3通電8秒后,壓力信號(hào)為0。2)主軸停止,進(jìn)給保持,刀具自動(dòng)退回。1)檢查壓力信號(hào)I35.2。2)調(diào)整壓力繼電器檢測(cè)壓力。3)檢查電磁閥或油路。700047套筒需頂緊套筒未頂緊時(shí),企圖啟動(dòng)主軸。頂緊套筒700048套筒前限位套筒伸出到達(dá)機(jī)械限位,無(wú)法頂緊工件。調(diào)整尾架位置,檢查套筒前限位信號(hào)*I35.3。700050尾架壓板失壓1)尾架壓板壓緊電磁閥Q42.5通電2秒后,壓力信號(hào)為0。2)主軸停止,進(jìn)給保持,刀具自動(dòng)退回。1)檢查壓力信號(hào)I35.5。2)調(diào)整壓力繼電器檢測(cè)壓力。3)檢查電磁閥或油路。700051尾架壓板未松開(kāi)1)尾架壓板壓緊電磁閥Q42.5斷電2秒后,壓力信號(hào)為1。2)程序停止運(yùn)行700052套筒抱閘失壓1)套筒抱閘電磁閥Q42.4通電2秒后,壓力信號(hào)為0。2)主軸停止,進(jìn)給保持,刀具自動(dòng)退回。1)檢查壓力信號(hào)I35.4。2)調(diào)整壓力繼電器檢測(cè)壓力。3)檢查電磁閥或油路。700053套筒抱閘未松開(kāi)1)套筒抱閘電磁閥Q42.4斷電2秒后,壓力信號(hào)為1。2)程序停止運(yùn)行700055中心鉆拖板無(wú)法到達(dá)前限位1)中心鉆拖板下移前進(jìn)電磁閥Q42.6通電7秒后,限位信號(hào)為0。2)程序停止運(yùn)行。1)檢查限位開(kāi)關(guān)I37.1和擋塊。2)檢查電磁閥或油路。700056中心鉆拖板無(wú)法到達(dá)后限位1)中心鉆拖板上行后退電磁閥Q42.7通電7秒后,限位信號(hào)為0。2)程序停止運(yùn)行。700058尾架無(wú)法到達(dá)前限位1)尾架前進(jìn)電磁閥Q43.0通電5秒后,限位信號(hào)為0。2)程序停止運(yùn)行。1)檢查前限位開(kāi)關(guān)I35.6和后限位開(kāi)關(guān)I35.7。2)檢查電磁閥或油路。700059尾架無(wú)法到達(dá)后限位1)尾架后退電磁閥Q43.1通電8秒后,限位信號(hào)為0。2)程序停止運(yùn)行。700061下切拖板不在后限位上當(dāng)下切拖板后限位標(biāo)志M0.2為1時(shí),限位開(kāi)關(guān)信號(hào)為0。檢查限位開(kāi)關(guān)I37.5。

4故障維修

當(dāng)故障發(fā)生后，可以根據(jù)本文提供的PLC報(bào)警信息進(jìn)行查找和排除。電氣故障排除后，應(yīng)通電試運(yùn)行一段時(shí)間確認(rèn)正常后方可轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。

5結(jié)論

對(duì)一種多軸數(shù)控機(jī)床的加工程序進(jìn)行了詳細(xì)的編程設(shè)計(jì)，并對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)的PLC報(bào)警信息，做了原因分析并給出了相應(yīng)的處理辦法。為更好地使用和維護(hù)此類(lèi)的數(shù)控機(jī)床提供了借鑒，對(duì)提高數(shù)控機(jī)床的品質(zhì)，降低故障率也起到了一定的作用。

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Processing Program Design of Multi Axis CNC Machine Tool and

Reason Analysis of PLC Alarm

FAN Feng-e,RUAN Qi-wei,YU Cheng-liang

(Nanjing CNC Machine Tool Co.,Ltd., Nanjing 211100, China)

Abstract:CNC machine tool is the tool in which the electronic information technology is integrated with the traditional machine tool technology. Its integration of the machine, electricity, liquid, gas and other engineering is a systems engineering. The development of the machine tool aims at stable single product quality and improving quality. The difference of precision, reliability, automation etc. exists in the machine tool in out eountry. According to market supply and demand, multi axis NC machine tool high load, strength and efficiency is developed with by our compancy, This tool is controlled continuously by a Z axis three axis X. Three knives in X direction is configured to cut at the same time and outer circle. face and groove of the parts with turning diameter below 280° can be cut and center holes can also be drilled. This paper introduces the design of a multi axis NC machining program and alarm information, which is use to diagnose the machine fault condition, analyze the reasons and gives out the corresponding solution.

Keywords:CNC machine tool; programming; alarm; treatment

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-5276(2015)02-0118-05

作者簡(jiǎn)介：范鳳娥(1975-)，女，河南商丘人，工程師，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。

收稿日期：2014-11-11 2014-09-09