摘 要：數控機床急停（tíng）故（gù）障是數控機床使用過程中最為普遍和常見（jiàn）的故障，針對 FANUC Oi 係統（tǒng）數控（kòng）機床，介紹了數控機床急停的硬件及軟件控（kòng）製（zhì）原理，對數控機（jī）床急停故障進行了具（jù）體分析，提出了一種“追根尋源”的數控（kòng）機床急停故障排除方法，可以有效快速地排除數控機床急停故障，提高數控機床使用價值。
 
       關鍵詞：追根尋源；數控機床；故障排除；急停
   
       數控機床急停控製的目的（de）是在緊急情況下，使機床上的所有運動部件製動，並在最短的時間內停止運行。當數控係統出現自動（dòng）報警（jǐng）信息後，需按下急停按鈕，待查看（kàn）報警信息並（bìng）排除故障後，再鬆開急（jí）停按鈕（niǔ），使係統複位並恢複正常。在急停狀態下（xià）修改參數，在發生意外或關（guān）機時按下急停按（àn）鈕，可以有效保護強電（diàn）對（duì）控製板元件的衝擊和安全。急停故障是指旋開急停按鈕後機床始（shǐ）終複位（wèi），進給軸無法獲取（qǔ）使能信號和 PMC（Programmable Machine Controller）無Y 功能輸出的一種現象。可見，數控機（jī）床急停是數控（kòng）機床安全性的重要內容，能否及時正確處理數控機床急停故（gù）障將直接影響到機（jī）床操作安全及加工效率。本文以 FANUC Oi 數控係（xì）統分析了其控製（zhì）原理及（jí）常見故障的處理方法。
     
      1 、急停控製外圍連接
 
      一般來說，急停（tíng）的產生有兩種途徑（jìng）：一是機床運動過程中，在緊（jǐn）急情況（kuàng）下，人為按下急停按鈕，數控機床進入急停狀態，主軸運轉及伺服進給會立即停止工作；二是機床發生超程或伺服報警等故障，係統自（zì）動使機床進入急（jí）停狀（zhuàng）態（tài）。在急停回路設計時，所有的急停信號串聯在一起，任何一個按鈕按下時，都將產生（shēng）急停[1]。
 
      FANUC Oi-D 數控係統的性能比 Oi-C 更（gèng）強，使用了速度更高（gāo）的 CPU，提高了 CNC 的處理速度；具有標配嵌入（rù）式以太網功能。Oi-D 數控係統是高性價比、高可靠性、高集成度的小型（xíng）化數控係統（tǒng）。圖 1 為FANUC Oi-D 數控係統急停按鈕（niǔ）與超（chāo）程開關硬件（jiàn）連接示意圖。
 
      如圖 1 所（suǒ）示，進（jìn）給軸（zhóu）超程開（kāi）關為動斷觸點，急停按鈕與（yǔ）每個進給軸的超程開關串接，當沒有（yǒu）按急停按鈕或進給軸運動沒（méi）有超程時，KA1 繼電器吸合（hé），相應的 KA1 觸點閉合，則 Oi-D 係統的（de） I/O 模塊 X8.4處信號為 1，同時另一個 KA1 觸點也閉合。ai 伺服單元的電源（yuán）模塊 CX4 插座的 2、3 管腳接收急停信號，閉合為沒有急停信號[2]。

                      圖 1 急停按鈕與超程開關硬件連接示（shì）意（yì）圖
   
      KA1 觸點閉合後，若 Oi-D 係統和 ai 伺服單元本身以及（jí）之（zhī）間的連接沒有故障，則 ai 電源模塊內部（bù）的MCC 觸點閉合，即 CX3 的管腳 1、4 接通，如圖 1 所（suǒ）示。使用該伺服單元內（nèi）部的 MCC 觸點來控製外部交流接（jiē）觸器吸合，當外部交流接觸器 KM 吸合，三相交流 220 V 電源模塊就施加到了伺服單元的主電源（yuán）輸入端（duān） L1、L2、L3，數控（kòng）係統和伺服（fú）單元就（jiù）能正常工作。
 
     通（tōng）過（guò）圖 1 可以看出，當按下急停按鈕或軸運動到超程位置時，KA1 繼電器斷開（急停繼電器），Oi-D係統 I/O 模塊的 X8.4 為低電平，係統急停，同時電源模塊（kuài）連接的 KA1 也斷開，伺（sì）服（fú）單元的內（nèi）部觸（chù）點斷開，外部交流接觸器失電，主電源斷開。若由於急停按鈕斷開導致急停，隻需鬆開急（jí）停按鈕，使其閉合即可解除急停；若是由（yóu）於超程開（kāi）關斷
開（kāi）導致急停，則要求必須有超程解除按鈕（niǔ）才能解除，如圖 1 中的 SB1 按鈕所示。
 
      2 、急停功能 PMC 控製
 
      2.1 功能信號
 
     急停信號有（yǒu） X 硬（yìng）件信號和 G 軟（ruǎn）件（jiàn）信號（hào）兩種，X信號是（shì）機（jī）床側輸（shū）入到 PMC 的信號，G 信號為 PMC 輸入（rù）到數控係統 CNC 的信（xìn）號。急停硬件信號地址為（wéi）X8.4，其信號地（dì）址是固定的。數控（kòng）係（xì）統直接讀取該信號（hào），當（dāng） X8.4 信號為“0”時，係統出現緊急停止報（bào）警。與急停報警緊密相關的信號還有 G8.4 信號，該信號是PMC 送到 CNC 的緊急停止信號。若 G8.4 為“0”，係統（tǒng）則出現緊急停止報警。CNC 直接讀取機床信號 X8.4和 PMC 的輸入信號 G8.4，兩個信號中任意一個信號為 0 時，進入緊急停止狀態。通常（cháng）在急停狀態下，機（jī）床準備好（hǎo）信號 G70.7 斷開；第一串行主軸不能正常工作，G71.1 信號也斷開[3]。急停功（gōng）能信號如表 1 所示。CNC 係統、係統 PMC 及機床的信號關係圖 2 所示。
 
 
                                  表 1 急停功能信號
  
     

                            圖（tú） 2 CNC 係統、係統 PMC 及（jí）機床的信號關係
 

     2.2 急（jí）停 PMC 程序
 
     急停（tíng）功（gōng）能程序（xù）實（shí）時（shí）性要求高，通常放在（zài） PMC 第一級程（chéng）序處（chù）理，G8.4 信號為 PMC 將 X8.4 和（hé）其他相（xiàng）關的信號進行綜合處理的輸出信號，如圖 3 所示。

         
  
                                  圖 3 急停信號 PMC 處理

     圖（tú） 3 中，梯（tī）形（xíng）圖（tú）在（zài） X8.4 後（hòu）麵串接（jiē）了（le）一個 Xn.m信號，比如某些機床的刀庫門開關、機床限位開關等。若 Xn.m 為“0”，即使急停控製回路一切正常（X8.4 為“1”），緊（jǐn）急停止 G8.4 仍為（wéi）“0”，係統仍然出現緊急停止報警。因此，當（dāng）出（chū）現“緊（jǐn）急停（tíng）止”故障時，不僅要查看圖 1 所示的信號，還要（yào）查看圖 3 中各信號，這樣才能排除（chú）該類（lèi）故障。
 
     3、 FANUC Oi 數控係統急停（tíng）診斷方法
   
     通過對（duì） FANUC Oi 數（shù）控係統（tǒng）的急停控製原理分析，不（bú）難看出，G8.4 信號是緊急停止信號樹的“根”，其他外圍 X 信號或 R 信號是這一（yī）信號樹上的“枝”，當出現“緊急停止”不能解除的故障時，如果隻查找圖 1 所示的信號而不從圖 3 中的 G8.4 著手“追根尋源”，則往往不能解決問題。在機床出現（xiàn）了急停故障時候（hòu），通常可以圍繞 X8.4 和 G8.4 信號，采用“追根尋源”的方式進行檢查，已達到事半功倍的效果。
 
     當數控機床出現急停故障時候，解決問（wèn）題的關鍵在（zài）於從 G8.4 信號入手，使用 PMC 信號狀態圖進行（háng）診斷，翻頁找到相應的信（xìn）號（hào）地（dì）址 G8.4，觀察 G8.4 信號是否為 0，如果不為 0 則（zé）說明 PMC 參數、PMC 程序等有問題，要逐一進行檢查排除；如果為 0，則說明 G8.4回（huí）路、急停控製回（huí）路、急停按鈕等出問題，要針對急停PMC 梯（tī）形圖進行檢查，對 PMC 梯形圖中引（yǐn）起 G8.4 為0 的具體觸點一一（yī）排除。“追根尋（xún）源”的數控機床（chuáng）急停故障排（pái）除方法具（jù）體實施過程可參照流程圖 4 進行（háng）。

                  圖 4 “追根尋源”的數控機床急停故障診斷（duàn）方法
 
 
     4 、其（qí）他數控係統急停故障診斷方法
   
     對於 FANUC Oi 數控係統急停故障可以（yǐ）采用以上方法，同時其（qí）他數控係統急停故障都可以采用同樣的思路和方法來檢查，關鍵要注意到不同數控係統（tǒng）中有關急停功能信號（hào）的地址不同，隻要能正確的查找（zhǎo）急停信號地址狀態、分析梯形圖原理、掌握機床電氣線路檢查的方法和原理，那麽所有的急停故障都會迎（yíng）刃而解。
   
     對於 FANUC O 係列係統（OMC/OMD/OTC/OTD/OTE 等（děng）），其“急停”信號（*ESP）的輸入地（dì）址一般固定為 X21.4，對於這些係統可以直接檢查（chá）輸入信號的狀態，並進（jìn）行（háng）處理。在大部分帶（dài）有（yǒu）內部 PLC 的數控係統中（如：SIENENS802D/810D/840D/810M）等，“急停”信號（*ESP）無固定的輸入點（地址），它是由 PLC 程序傳輸 CNC 的內部（bù）信號，但其內部信號的地址是固定不變的。在這種情況下，應根據機床（chuáng） PLC 程序，找出、檢查與“急（jí）停”信號（*ESP）相關（guān）的 PLC 輸入點，通過檢測這些（xiē）輸入信（xìn）號的狀態，最終確定引起“急停（tíng）”的原（yuán）因，並加以解決。*ESP 在 SIEMENS 常用係統中的內部信號地址如下：
 
      SIEMENS810/820GA3 中為：Q78.1
      SIEMENS802S/C/D 中為：V26000000.1
      SIEMENS810/840D 中為：DB10/DBB56.1
 
      對於“急（jí）停”報警，應對照 PLC 程序，利用係統的信號狀態診斷功能，首先檢查（chá）以上內部信號的狀態，確定（dìng）相關的 PLC 輸入點，並加以解決。
 
      5 、數控係統急停故障（zhàng）實例
 
     （1） 急停按鈕及主軸潤滑液位過低引起的急（jí）停故障維修
 
      故障現象：有一台CK5085di 數控（kòng）車床，配置 FANUCOi TD 數（shù）控係統，開機顯示急停報警（jǐng），無法加工。
 
      分析及處理過程：通過對照機床 PMC 狀（zhuàng）態圖（tú）檢（jiǎn）查 G8.4 信號為 0，說明急停信號輸入係統；進一步通過信號狀態圖檢查 X8.4 信號，發現也為 0，對照機床電氣原理（lǐ）圖，檢（jiǎn）查急停按鈕及急停回路，發現（xiàn）機床手動操作合上的急停按鈕（niǔ）斷線，重新（xīn）連接，複位（wèi）急停按鈕後，再（zài）按（àn） Reset 鍵，X8.4 信號顯示為 1，但機床依然急停；再進一步使（shǐ）用梯形圖檢查（chá） G8.4 回路，在電氣原理圖（tú）中找（zhǎo）到 X2.3 信號為主軸潤滑（huá）箱液位報警信（xìn）號，打開車床側（cè）櫃門，發現主軸潤滑液位已經超過下刻線，添加潤滑液後，觀察 X2.3 變為 1，G8.4 也就為1，機床複位後，正常工作。原來，這台車床為（wéi）主軸獨立潤（rùn）滑（huá），潤滑電機開機運轉，為防止缺油主軸軸承損壞，將液位報警與（yǔ）急停在梯形圖中串聯。
 
      （2）液壓電動機互鎖引起的（de）急停故障維修
   
      故障現（xiàn）象：某配（pèi）套 FANUC 0T 的數控車盒，開（kāi）機後出現“NOT READY”顯（xiǎn）示，且按下（xià）“液壓起動”按扭後，液壓電動機不工作，“NOTREADY”無法消（xiāo）除。分析及處理過程：經了解，該機床在正常工作情況下，應在液壓起動後，CNC 的“NOTREADY”自動消失，CNC 轉入正常工作狀（zhuàng）態。 對照機床電氣原理圖檢查機床的“急停”輸（shū）入（X21.4）為（wéi）“急停”開關、X/Z軸“超（chāo）程保護”開關、液壓電動機過載保護自動開關、伺服電源過載保護自動開關這幾個開關（guān）的常閉觸點的串聯。 經檢查這些信（xìn）號，發現（xiàn）液壓電動（dòng）機過載保護的自動開（kāi）關已跳閘。通過測試，確認液壓（yā）電動機無短路，液壓係統（tǒng）無故障，合（hé）上空氣開關後，機床正常工作，且未發生跳閘現象（xiàng）。
 
      （3）機床（chuáng）超極限保護引起急停的故障維修
   
      故障現象（xiàng）：某配套（tào） SIEMENS 810M GA3 的立式加工中心（xīn），開機（jī）後顯示“ALM2000”機床無法正常起動。分析及處理過程：SIEMENS 810M GA3 係統出現ALM2000（急停）的原因（yīn）是 CNC 的“急停”信號生效（xiào）。在本係統中，“急停”信號是 PLC 至 CNC 的內部信號，地址為 Q78.1（德（dé）文版為 A78.1）。

      通過 CNC 的“診斷”頁麵檢查發現 Q78.1 為“0”，引起了係統急停。進一步檢（jiǎn）查機床的 PLC 程（chéng）序，Q78.1 為“0”的原因是由於係統 I/O 模（mó）塊中的“外部急停”輸入信號為“0”引起的。對照機床電氣原理圖，該輸入信號由各進給軸的“超極限”行程開關的常閉觸點串聯而成。 經測量，機床上的 Y 方向“超極（jí）限”開關觸點斷開，導（dǎo）致了（le）
“超極限”保護動作，實際工（gōng）作台亦處於“超極限”狀態。 鑒於機床 Y 軸（zhóu）無製動器，可以比較方便地進行機械手動操作（zuò），維修時在機床不通電的情況下，通過手動旋轉 Y 軸的絲杠，將 Y 軸退出“超極限”保護，再開（kāi）機後機床恢複正常工作。
 
     （4）垂（chuí）直進給軸（zhóu）超極限保護引起急停的故（gù）障維修
   
      故障（zhàng）現象：某配套 SIEMENS 810MGA3 的立（lì）式加工中心，開機後顯示“ALM2000”機床無法正常起動。分析（xī）及處理過程：分析（xī）及處理過程同上。經（jīng）檢查、測量，發現機床故障的（de）原因是 Z 方向“超極限”開關觸點斷開，使“超極（jí）限”保（bǎo）護動作，Z 工作台亦處於“超（chāo）極限”位置。 由於該機床 Z 軸為垂直進給（gěi）軸，伺服（fú）電動機帶有製動器，無法（fǎ）簡單地利用（yòng）機械手動操作退出 Z 軸，維修時通過將機床的（de）“Z 超極限”信號進行瞬時短接，在取（qǔ）消（xiāo）了“超極限”保護後，手（shǒu）動移動機床 Z 軸，退出“超極限”保護位置，然後再恢複“超極（jí）限”，機床恢複正常工作[4]。
 
      6 、結束（shù）語
 
      數控機床由於技術越（yuè）來越先進、複雜，對維（wéi）修人員的要求也就越來越高。數控機床急停故障又是數控設備使用過程中一種常見的複雜故障，由於引起這類故障現象的原因很（hěn）多，有電（diàn）氣、PMC、參（cān）數等多（duō）方麵的原因，在（zài）排除此類問題時，假如沒（méi）有一種（zhǒng）清晰（xī）的（de）、科學（xué）的思路就會困難（nán）重重。經過大量實踐驗證，文中所提（tí）及的這種“追根尋源（yuán）”的數控（kòng）機床急（jí）停故障排除方法，是一種高速、有效的數（shù）控（kòng）機床急停故障排除方法，為提高（gāo）數（shù）控機床運行效率奠定了一定基（jī）礎，具有重要的現實（shí）應用及指（zhǐ）導價值。