摘 要：數控機床急停故（gù）障是數控機床使用過程（chéng）中最為普遍和常見的故障，針對 FANUC Oi 係（xì）統數控機床，介（jiè）紹了數控機床急停的硬件（jiàn）及軟件控製原理，對數控機床（chuáng）急停故障進行了具體分析，提出（chū）了一種“追根尋源”的數控機床急停故障排除方法，可以有（yǒu）效快速地排除（chú）數控機（jī）床急停故障，提高數控機床使用價（jià）值。
 
       關鍵詞：追根尋（xún）源；數控機床；故障排除；急（jí）停
   
       數控機床急停控製的目的是在緊急情（qíng）況下，使機床（chuáng）上的（de）所有運動部件製動（dòng），並在最短（duǎn）的時間內停止（zhǐ）運（yùn）行。當數控係統出現自動報警（jǐng）信息後，需（xū）按下急停按鈕（niǔ），待查看（kàn）報警信（xìn）息並（bìng）排除（chú）故（gù）障後（hòu），再鬆開急停按（àn）鈕，使係統複位（wèi）並恢複（fù）正常。在急停狀態下修改參數（shù），在發（fā）生意外或關機時按下急停按鈕，可以有效保護強電（diàn）對控製板（bǎn）元件的（de）衝擊和安全。急停故障是指旋開急（jí）停按鈕後機床（chuáng）始終複位，進給軸（zhóu）無法獲（huò）取使能信號和 PMC（Programmable Machine Controller）無Y 功能輸出的一種現象。可見，數控機床急停是（shì）數控機床安全性的（de）重要內容，能否及時正確處理數控機床急停故（gù）障將直接影響到機床操（cāo）作安全（quán）及加工效率（lǜ）。本文以 FANUC Oi 數控係統分析了其控製原理及常見故障的處（chù）理方法。
     
      1 、急停（tíng）控（kòng）製（zhì）外圍連接
 
      一（yī）般來說，急停的產生有兩種途徑：一是機床運（yùn）動過程中，在緊（jǐn）急情況下，人為按下急停按鈕，數控機床進入急（jí）停狀態，主軸運轉及伺服（fú）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，係統自動使機（jī）床進入急停（tíng）狀態。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（shí），都將產生急停[1]。
 
      FANUC Oi-D 數控係統的性能比 Oi-C 更強，使用了速（sù）度更高的 CPU，提高了 CNC 的（de）處理速度；具（jù）有標配嵌入式（shì）以太（tài）網功（gōng）能（néng）。Oi-D 數（shù）控係統是高性價比、高（gāo）可（kě）靠性、高集成度的小型化（huà）數控係統。圖 1 為FANUC Oi-D 數控係統急停（tíng）按鈕與超程開關硬件連接示意圖。
 
      如圖 1 所示，進（jìn）給軸超程開關（guān）為（wéi）動斷觸點，急停按鈕與每個進給（gěi）軸的超程開關串接，當沒有按急（jí）停（tíng）按（àn）鈕（niǔ）或進給軸運動沒有超程時，KA1 繼電器吸合（hé），相應的 KA1 觸（chù）點閉合，則 Oi-D 係統的 I/O 模塊 X8.4處信號為 1，同時（shí）另（lìng）一個 KA1 觸點也閉合。ai 伺服單元的電源模塊 CX4 插座的 2、3 管腳接收急停信號，閉合為（wéi）沒有急停信號[2]。

                      圖 1 急停按鈕與超（chāo）程開關硬件連接（jiē）示意圖
   
      KA1 觸點（diǎn）閉合後，若 Oi-D 係統和 ai 伺服單元本身以及之間的連接沒有故障（zhàng），則 ai 電源模塊內部的MCC 觸點閉合，即 CX3 的管腳 1、4 接通，如圖 1 所示。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（hé），三相交流 220 V 電源模（mó）塊就施加到了伺服單元的主電源（yuán）輸入端 L1、L2、L3，數控係統和伺服單元就能正常工作。
 
     通過（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（kuài）的 X8.4 為低電平，係統急停，同時（shí）電源（yuán）模塊連接的 KA1 也斷開，伺服單元（yuán）的內部（bù）觸點斷（duàn）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（dǎo）致急停，隻需鬆開急（jí）停按鈕，使其閉合即可解（jiě）除急停；若是由於超（chāo）程開關（guān）斷
開導致急（jí）停，則要求必（bì）須有超程（chéng）解除按鈕才能解除，如圖 1 中的 SB1 按（àn）鈕所示。
 
      2 、急停功能 PMC 控製
 
      2.1 功能信號
 
     急停信號有 X 硬件信號和 G 軟（ruǎn）件信號兩種，X信號是機床側輸入到 PMC 的信號，G 信號為 PMC 輸入到數控（kòng）係統 CNC 的信（xìn）號。急停硬（yìng）件信號地址為X8.4，其信號地址是固定（dìng）的。數控係統直接讀取該信號（hào），當 X8.4 信號為“0”時，係統出現緊急停止報警。與急停報警緊密相關的信號還有 G8.4 信號，該信號（hào）是PMC 送到 CNC 的緊急停止信號。若 G8.4 為“0”，係統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（hào）中任意一個信號為 0 時，進入緊急停止（zhǐ）狀態。通常在急停狀態下，機床準備好信號 G70.7 斷開；第（dì）一串行主軸不能正常（cháng）工作，G71.1 信號也斷開[3]。急停功能信號如表 1 所示（shì）。CNC 係（xì）統、係統 PMC 及機床的信號（hào）關係圖 2 所示。
 
 
                                  表 1 急停功（gōng）能信號
  
     

                            圖 2 CNC 係統、係統（tǒng） PMC 及機床的信號關係
 

     2.2 急停 PMC 程序
 
     急停功能程（chéng）序實時性要求高，通常放在 PMC 第一級程序處理（lǐ），G8.4 信號為 PMC 將 X8.4 和其他相關的信（xìn）號進行綜合處理的輸出信（xìn）號，如圖 3 所示。

         
  
                                  圖 3 急停信號 PMC 處理

     圖 3 中，梯形圖在 X8.4 後麵串接了（le）一個 Xn.m信（xìn）號（hào），比如某些機（jī）床的刀庫門開關、機床限位開關等。若 Xn.m 為“0”，即使急停控（kòng）製回路一切正常（X8.4 為“1”），緊急停止 G8.4 仍為“0”，係統仍然出（chū）現緊急停止報警。因此，當出現“緊急停止”故障時，不僅要查（chá）看圖 1 所示（shì）的信（xìn）號，還要查看圖 3 中各（gè）信號，這（zhè）樣才能排除該類故障。
 
     3、 FANUC Oi 數控係統急停診斷方法（fǎ）
   
     通過對 FANUC Oi 數（shù）控係統的（de）急停控製原理分析，不難看出，G8.4 信號是緊急停止信號樹的（de）“根”，其他外圍 X 信號或 R 信號是這一信號（hào）樹上的“枝”，當出現“緊急停止”不（bú）能解（jiě）除的故（gù）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（xún）源”，則往往不能解決問題。在機（jī）床出現了急停故（gù）障（zhàng）時候，通常可以圍繞 X8.4 和 G8.4 信號，采用“追根尋源”的方式（shì）進（jìn）行檢查（chá），已達到事（shì）半功倍的效果。
 
     當數控機床出現急停故障（zhàng）時候，解決問題的關鍵在於（yú）從 G8.4 信號入手（shǒu），使用 PMC 信（xìn）號狀態圖進行診斷（duàn），翻頁找到相應的信號地址 G8.4，觀察 G8.4 信（xìn）號是否（fǒu）為 0，如果不為 0 則說明 PMC 參數、PMC 程序等有問（wèn）題，要逐一進行檢查排除；如果為 0，則（zé）說明 G8.4回路、急停控製回（huí）路、急停按鈕（niǔ）等出（chū）問題，要（yào）針對急停PMC 梯形圖（tú）進行檢查，對（duì） PMC 梯形圖（tú）中引起 G8.4 為0 的具體觸（chù）點一一排除。“追根尋源”的數控機床急停故障（zhàng）排除方法具（jù）體實施過程（chéng）可參（cān）照流（liú）程圖 4 進行。

                  圖 4 “追根尋源”的數（shù）控機床急停故障診斷方法
 
 
     4 、其他數控係統急（jí）停故障診斷方（fāng）法
   
     對（duì）於 FANUC Oi 數控係（xì）統急停故障可以采（cǎi）用以上方（fāng）法，同時其他數控係統急停故障都可以采用同樣（yàng）的思路和（hé）方法來檢查，關鍵要注意到不同數控係統中有關急停功能信號的地址（zhǐ）不同，隻要（yào）能正確（què）的查找急停信（xìn）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（fǎ）和原理（lǐ），那麽（me）所有的急停故障都會迎（yíng）刃而（ér）解。
   
     對於 FANUC O 係列係統（OMC/OMD/OTC/OTD/OTE 等），其“急（jí）停”信號（*ESP）的輸入地址一般固定為 X21.4，對（duì）於這（zhè）些係統可以直接檢查輸入信（xìn）號的狀態，並進行處理。在大部分帶有內部 PLC 的數控係統中（如：SIENENS802D/810D/840D/810M）等，“急停”信號（hào）（*ESP）無固定的（de）輸入點（地址），它是由 PLC 程序傳輸 CNC 的內部信號，但其內部信號的地址是（shì）固定不變的（de）。在（zài）這種情況下，應根據（jù）機（jī）床 PLC 程序（xù），找出、檢查與“急停”信號（*ESP）相關的 PLC 輸（shū）入點，通過檢測這些輸入信號的狀態，最終確定引起“急停”的原因，並加以解決。*ESP 在 SIEMENS 常用係統中的內部信號地址（zhǐ）如（rú）下：
 
      SIEMENS810/820GA3 中為：Q78.1
      SIEMENS802S/C/D 中（zhōng）為：V26000000.1
      SIEMENS810/840D 中為：DB10/DBB56.1
 
      對於“急停（tíng）”報（bào）警，應對照 PLC 程序，利用係統的信號狀（zhuàng）態診（zhěn）斷功（gōng）能，首（shǒu）先檢查以上內部信號的狀態，確定相關的 PLC 輸入點，並加以解決。
 
      5 、數控係統急（jí）停故（gù）障實例
 
     （1） 急停按鈕及主軸（zhóu）潤滑液位過低引起的急停故障維（wéi）修
 
      故障現象：有一台CK5085di 數控車床，配置 FANUCOi TD 數控係統，開機顯示急停報警，無法加工。
 
      分析及（jí）處理過程：通過對照機床 PMC 狀態圖（tú）檢查 G8.4 信號為 0，說明急停信號輸入係統（tǒng）；進一步通過（guò）信號（hào）狀（zhuàng）態圖檢查 X8.4 信號，發現也為 0，對（duì）照機床電氣原理圖，檢（jiǎn）查急停按鈕及（jí）急停回路，發現機床手動操作合上的急停按鈕斷線，重新連接，複位急停按鈕後，再按 Reset 鍵，X8.4 信號顯示為（wéi） 1，但機床依然急停；再進一步使（shǐ）用梯形圖檢（jiǎn）查 G8.4 回（huí）路，在電氣原理圖中找到 X2.3 信號為主軸潤滑箱液位報警信號，打開車床側櫃門，發現（xiàn）主軸（zhóu）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（jī）床複位後，正常工作。原來（lái），這台車床為主軸獨立潤滑，潤滑電機開機運轉，為防（fáng）止缺油主軸軸承（chéng）損壞，將液位報（bào）警與急停在梯形圖中串聯。
 
      （2）液壓電動機互鎖引起的急停故障維修
   
      故（gù）障現象：某配套 FANUC 0T 的數控車盒，開機後出（chū）現“NOT READY”顯示，且按下（xià）“液（yè）壓起動”按扭後（hòu），液壓電動機不工作，“NOTREADY”無法消除。分析及處理（lǐ）過（guò）程：經了解，該機床在正常工作情況下，應在液壓起（qǐ）動後，CNC 的“NOTREADY”自動消失，CNC 轉入正常工作狀態。 對照機（jī）床電氣（qì）原（yuán）理圖檢查機床的“急停”輸入（X21.4）為“急停”開關、X/Z軸“超程保護”開關、液壓電動機過載保護自動開關、伺服電源過載保護（hù）自動開關這（zhè）幾個開（kāi）關的常（cháng）閉觸點的串聯。 經檢查這些信號，發（fā）現液（yè）壓電動（dòng）機過載保護的自動開關已跳閘。通過測試（shì），確認液（yè）壓電（diàn）動機無短路，液壓係統無故障，合上空氣開關後，機床正常工作，且未發生跳閘現象。
 
      （3）機床超（chāo）極限保護引起急停的故障維修
   
      故障現象：某（mǒu）配（pèi）套 SIEMENS 810M GA3 的立式加工中（zhōng）心，開機後（hòu）顯示“ALM2000”機床無法正常（cháng）起動。分析及處理過程：SIEMENS 810M GA3 係統出現ALM2000（急停）的原因是 CNC 的“急停（tíng）”信（xìn）號生效。在（zài）本係統中，“急停”信（xìn）號是 PLC 至 CNC 的內部信號（hào），地址為 Q78.1（德文版為 A78.1）。

      通（tōng）過 CNC 的“診斷”頁（yè）麵檢查發現 Q78.1 為“0”，引起了係統急停。進一步檢查機床的 PLC 程序，Q78.1 為“0”的原因是由於係統 I/O 模塊中的（de）“外（wài）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（de）常閉觸點串（chuàn）聯而成。 經測量，機床上的 Y 方向“超極限”開關觸點斷開（kāi），導致（zhì）了
“超（chāo）極限”保護動作，實際工作（zuò）台亦處於（yú）“超極限”狀態（tài）。 鑒（jiàn）於機床 Y 軸無製動（dòng）器，可以比較方便地進行機械手動操作，維修時（shí）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（tuì）出“超（chāo）極限”保護，再開（kāi）機後機床恢複正常工（gōng）作。
 
     （4）垂直進給軸超極限保護引起急停的故障（zhàng）維修
   
      故障現象：某配套 SIEMENS 810MGA3 的立式加（jiā）工中心，開機後顯示“ALM2000”機床無法正（zhèng）常起（qǐ）動。分析及處理過程：分析及處理過程同上。經檢查、測量，發現機床故障的原因是 Z 方向“超極限”開關觸點斷開，使“超極限”保護動（dòng）作，Z 工作台亦處於（yú）“超極限”位置。 由於該機床 Z 軸為垂（chuí）直進給軸，伺服電動機帶有製動（dòng）器，無法簡單地利用機械手動操（cāo）作退出 Z 軸，維修（xiū）時通（tōng）過將機床的“Z 超極限”信號（hào）進行瞬（shùn）時短接，在取（qǔ）消（xiāo）了“超極限”保護後，手動移動機床 Z 軸，退（tuì）出“超極（jí）限”保護位置，然（rán）後再恢複“超極限（xiàn）”，機床恢複（fù）正常工作[4]。
 
      6 、結束語
 
      數控機床由於（yú）技術越來越先（xiān）進、複雜，對維修人員的要求也就越來越高。數控機床急停故障又是（shì）數（shù）控設備使用過程中一（yī）種常見的（de）複（fù）雜故障，由於引起這類故（gù）障現象的原因很多，有電氣（qì）、PMC、參數等多方麵的（de）原（yuán）因，在排除此（cǐ）類問題時，假如沒有一種清晰的、科學的思路就會困難重（chóng）重。經過大量實踐（jiàn）驗證，文中所提及的這種“追根尋源”的數控機床急停故障排除方法，是一種高速、有效的數（shù）控（kòng）機床急（jí）停故障排除方法，為提高數控機床（chuáng）運行效率奠（diàn）定（dìng）了一定基礎，具有重要的現實應用及指導價值。