[原创]

XKH1600五轴联动加工中心疑难故障的处理

 

 

杜江华

(东方汽轮机厂叶片分厂技术科,618201 )

 

摘  要:XKH1600系我国新研制的五轴联动叶片铣床,在初投入生产的过程中,遇到一些异常的故障,本文主要列举了两个示例加以分析和说明,仅供同行参考。

关键词:倍率开关  急停  回零  编码器

 

1   机床概况

XKH1600机床是为加工较大的汽轮机、燃气轮机叶片而专门设计的五轴联动加工中心,该加工中心的基本配置为X、Y、Z三个直线轴和A、B两个回转轴,其中,A轴头架、尾架为同步双驱动数控轴。机床使用SIEMENS 840D数控系统及SIEMENS整体电主轴。转速高、动力大,适合于各类中、大型复杂叶片的形面加工。该机床在我厂运行以来,运行基本良好,偶尔也发生一些异常的故障,为了使该国产设备能得到更好的应用,本文从两例故障进行了分析和说明,以供参考。

2   合理修改PLC程序,排除不定期急停报警

2.1故障现象的调查

机床在自动加工过程中,突然出现“3000 Emergency stop”和“10654 Channel 1 waiting for sychronziation start of gantry compound”两报警。加工过程突然停止的情况,将严重威胁到叶片形面的加工精度和刀具的安全性。同时,操作人员发现在故障发生时,均是在改变MCP上进给倍率开关的过程中。在同批购回的同型数台设备中,均不同程度地发生此故障,为了诊断过程的快速性和方便性,我们选择其中故障频率最高的一台设备作为重点诊断对象。在接下来的仔细检查和尝试过程中,我们发现故障的产生主要表现为以下三种情况。

(1)在Auto方式下执行程序过程中,拔动倍率开关时,偶然出现的报警信息同前面操作人员所发现的两个报警信息。

(2)在回参考点方式下,执行回参考点过程中拔动倍率开关,发生故障时,会出现“3000号急停”和“相应回零轴回参考点异常”报警。

(3)将操作方式置于任何方式(AUTO、REF、MDA、JOG等)下,不运动任何轴,而仅仅拔动倍率开关时,机床只会出现“3000号急停”报警。

此外,操作人员反映,如果关掉机床一段时间,重新启动机床运行的初期,故障率有所降低。但是,工作一段时间后故障频率依旧。该报警能够用“RESET”键即时清除,而出现报警时倍率通常正在70%~120%之间变动。与此同时,我们也观察到出现多个报警时,多个报警信息均产生于同一时刻,并无先后次序。

2.2故障分析及处理过程

根据上述故障现象的调查结果,综合分析后认为根本原因是在变化进给倍率开关的过程中,出现“3000 Emergency stop”报警,第(3)点才是最直接地故障体现,其他报警均为在不同操作条件下执行相关操作时的伴随报警。

厂家技术人员初期诊断后认为是MCP上的该倍率开关不良所致,在对其中一台加工中心的倍率开关检查时发现,确有倍率档位不能够被选中的情况。打开MCP后仔细检查还发现该开关内部的金属片存在一定的磨损痕迹及赃污,且部分有变形的迹象。为了排除疑虑,用新的备件对其进行了更换,一段时间里该故障未见发生,但是工作两三天后该故障重演。事实上,该机床均投入使用不久,且存在同样的故障现象,更换倍率开关后故障现象又仍然存在,因此,我们认为根本原因并非倍率开关损坏所致。

分析认为有以下几方面可能原因:一是机床参数设置是否有不妥之处;二是某外部信号状态不稳定,特别是温度、位置一类的状态;三是机床PLC逻辑关系存在缺陷;四是数控系统本身有异常,而该可能性最小。在多次试图用SIEMENS 840D上的“PLC status”功能界面来实时监控一些重点信号的过程中,都未发现异常。但是,并不能排除瞬间变化的时间小于人眼直观上所能够辨别的最小时间,类似情况曾经在其他设备上遇见过。与此同时,在机床参数方面检查也并无疑意。

排除了上述原因后,我们把PLC逻辑关系问题放在了首位。对于SIEMENS 840D系统,与急停有关的无外乎主要有三个信号,即:DB10.DBX56.1急停输入(PLC→NC)、DB10.DBX56.2急停确认(PLC→NC)和DB10.DBX106.1急停有效(NC→PLC)。因此,首先需从上面的信号入手找到相关的急停链,经查,在FC00块中的急停链主梯形图如下(图1):

 

 

 

 

 

 

 

其中,#IN4(I2.3):为某过热报警

    “上电正常”:为驱动电源模块上的各使能准备

    #T_52:为I²/t报警

    #T_72:为电源模块处于运行状态确认

显然,上述做解释信息的信号与倍率开关无任何关系,且经确认都无异常。因此,导致急停报警故障发生,除系统无异常外应发生在M100.0和M100.1两路,其中一路存在瞬间状态变化的可能。我们采取两路封锁测试,来排除故障发生在数控系统异常的可能性,该梯形图如下(图2):

 

 

 

 

当然也可以直接取消M100.0和M100.1。试机床,在变化倍率开关时再未出现急停报警,因此,原因定位到PLC程序上,接下来,分别对上图所添加的M100.0(常开)和M100.1(常闭)取消进行测试。经查,发现在取消M100.1(即仅封锁M100.0)后,故障出现。确认故障出现在第②路上,在“PLC status”中监控M100.1的状态,并变化倍率时,仔细观察发现,确实有“0→1→0”的瞬间变化过程,几乎不易觉察到。

接下来,在FC100  中查询到M100.1前端逻辑关系见图3:

 

 

 

从梯形图可知,当I3.0～I3.4同时为“0”时,M100.1便会出现为“1”的情况。M100.1被厂家定义为“面板丢失”功能,显然,事实上因为某些原因,在面板正常情况下,倍率开关在各档位快速变化的过渡过程中有可能出现都为“0”的一种情况。在慢速拔倍率开关确认每档位时,我们发现各档位准确到位后,并无I3.0～I3.4都为“0”的一种情况,进一步证明是在倍率间的过渡时间范围内发生的。接下来,只需要对PLC 增加一个延时处理,使之出现全为“0”的保持时间小于延时设定时间。更改后梯形图如图4。

 

 

将更改后的PLC在S7300的支持下,下载(Download)到机床,经反复验证,给定延时时间在100ms已经远远满足要求。经该处理,机床运行至今再未出现该故障。

3   B轴回参考点异常故障的调整

该机床B轴的回转度为±40°,其B轴角度编码器安装在主轴的尾部,在涡轮箱体后部装有超程限位开关和角度编码器后部两个撞块配合。在一次操作过程中,发现B轴不能回参考点,无减速过程,直到硬限位报警。

经观察,该机床主轴尾部B轴编码器的位置结构图如下(图5)所示,并无外部硬减速开关,而是在编码器内部对减速信号自动进行查找处理。

 

 

 

我们知道,通常制造商为了便于用户的使用和维护,防止在维修或调整过程中出现错误,在编码器上通常都作有相应的标记点。观察发现,该编码器的外标记点能够清楚的看到,打开编码器的后盖(注意:不要随便变动编码器内部的东西),检查发现其内标记点相对于外标记点正好位于限位a、b的有效范围之外,位于图5中的①处。因此判定,该故障是由于在回零过程中尚未出现减速信号,其接近开关已经感应到撞块b造成硬限位。经过与同型机床的仔细对比,发现根本原因是内部标记点发生了改变。

处理措施和步骤如下:

(1)    按照图5,将内标记点调整到与外标记点(右侧)成30度左右为最佳范围。即调整到图

五中②处。

(2)    然后,在回零方式下,执行B轴回参考点。检查B轴回参考点的偏置位置是否正常,

否则应在系统的轴专用参数中,在B轴MD34090[1]中进行零点偏置(Null offset)补偿,直到满足要求为止。

(3)  在JOG方式下,运动B轴,检查B轴能否在±40°范围内正常运动。如小于或大于该

范围,应对撞块a、b进行调整,以免影响机床的正常加工范围。

4   结语

    通过上面的事例分析和处理,我们总结到,在诊断数控设备的故障时,必须要善于抓住故障的特点和重点。特别在出现多报警信息时,要找出最根本的信息作为线索,敢于大胆猜测,严格根据机床的控制原理框架,灵活运用、合理对比,步步为营地去排除故障。此外,在维护过程中,应善于发现并积极提出机床的不足之处,有效配合机床厂家,为更好地利用和设计好国产设备,贡献出应有的一份力量。

 

作者简介  1979年出生,重庆市忠县人,毕业于南京工程学院自动化系,现在东方汽轮机厂主要从事于数控设备的维护工作。西门子2005年自动化专家称号,在FANUC、SIEMENS有奖征文中多次获奖,在国内重要刊物上发表论文十余篇。参与实施工厂多项项目实施,2005年到日本MAZAK公司学习。具有丰富的现场实践经验。

 

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