摘（zhāi） 要：數（shù）控機床（chuáng）急停故障是（shì）數控機床使用（yòng）過程中最（zuì）為普遍和常見的（de）故障，針對 FANUC Oi 係統（tǒng）數控機床，介紹了數（shù）控機床急停的硬件及軟件控製原理（lǐ），對數控機床急停故（gù）障（zhàng）進行了具體分析，提出了一種“追根尋源”的數控機床急停故障（zhàng）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（kòng）機床使用價值。
 
       關鍵詞：追根尋源；數控機（jī）床（chuáng）；故障排除；急停（tíng）
   
       數控機床急停控製的目的是在緊急情況下，使機床上的所有運動部件製動，並（bìng）在最短的時間內停止運行。當數控係統出現（xiàn）自動報警信息（xī）後（hòu），需按（àn）下急停按鈕，待查看（kàn）報警信息並排除故障後，再鬆（sōng）開急停按鈕，使係統複位並（bìng）恢複正常。在急停狀態下修改參數，在發生意外（wài）或關機時按下急停按鈕，可以有效保護強電對控製板元件的衝擊和（hé）安全。急停故障是指旋開（kāi）急（jí）停按（àn）鈕後機床始終複位，進給軸無法獲取（qǔ）使能信號和（hé） PMC（Programmable Machine Controller）無Y 功能輸出的一種現象（xiàng）。可見，數控機床急停是數控（kòng）機床安全性的重要內容，能否及時（shí）正確處理數控機（jī）床急停故障將直接影響到機（jī）床操作安全及加工效率。本文以 FANUC Oi 數控係統分析了其控製原（yuán）理及常見故障的處理方法。
     
      1 、急停控製外圍連接
 
      一般來說，急停的產生有兩種途徑：一是機床運動過程中，在緊急（jí）情況下，人（rén）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（chuáng）發生超程或伺（sì）服（fú）報（bào）警等故障，係統自動使機床進入急停狀態（tài）。在急（jí）停回（huí）路設計時，所（suǒ）有的急停信號串聯在（zài）一起，任（rèn）何一個按鈕按下時，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（de） CPU，提高了（le） CNC 的處理速度（dù）；具（jù）有標配嵌入式以太網功能。Oi-D 數控係統是高性價比、高可靠性、高集成度的小型化數控係統。圖 1 為FANUC Oi-D 數控係統急停（tíng）按（àn）鈕與超程開關（guān）硬（yìng）件連接示意圖。
 
      如圖 1 所示（shì），進給軸超程開關為動斷觸點（diǎn），急停按鈕與每個進給軸的超程開關串接，當沒有按急停按鈕或進給軸運動沒（méi）有超程時，KA1 繼電器吸合，相應的 KA1 觸點閉合，則 Oi-D 係統的 I/O 模塊 X8.4處信號為 1，同時另一個 KA1 觸點也閉合。ai 伺服單元的電源模塊 CX4 插座的 2、3 管腳接收急停信號，閉合為沒有（yǒu）急停信號[2]。

                      圖 1 急停（tíng）按鈕與超程開（kāi）關硬件（jiàn）連接示意圖
   
      KA1 觸點閉合後，若 Oi-D 係統和 ai 伺服單元本身以及（jí）之間的連接沒有故障，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（shǐ）用該（gāi）伺服單元內部的 MCC 觸點來控製外部（bù）交流接觸器吸合，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輸入端 L1、L2、L3，數控係（xì）統（tǒng）和伺服單（dān）元就能正常工（gōng）作。
 
     通（tōng）過圖 1 可以看出，當按下急停（tíng）按鈕或軸運動（dòng）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（diàn）平（píng），係統急停（tíng），同（tóng）時電源模塊連接的 KA1 也斷（duàn）開，伺服單元的內部觸點斷開，外部交流接觸器失電，主電（diàn）源斷開。若由於急（jí）停按鈕斷開導致急停，隻需鬆開急停按鈕，使其閉合即可解除急停；若是由於超程開關斷
開導（dǎo）致急停，則要求必（bì）須有超程解除按鈕才能解除，如圖 1 中的 SB1 按鈕所示。
 
      2 、急（jí）停功（gōng）能 PMC 控製
 
      2.1 功（gōng）能信號（hào）
 
     急停信號有 X 硬件信號和 G 軟件信號兩種，X信（xìn）號是機床側（cè）輸（shū）入（rù）到 PMC 的信號，G 信號為 PMC 輸入到數控係統 CNC 的信號。急停硬件信號地址為（wéi）X8.4，其信號地址（zhǐ）是固定的。數控係統直接讀取該信號，當 X8.4 信號為“0”時，係統出現緊急停止報警。與急停（tíng）報（bào）警緊密相關（guān）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”，係統則出現緊急停止報警。CNC 直接讀取機床信號 X8.4和（hé） PMC 的輸入信（xìn）號 G8.4，兩個信號中任意一個（gè）信號為 0 時，進（jìn）入（rù）緊急（jí）停止狀（zhuàng）態。通常在急停狀（zhuàng）態下，機床準備好信號 G70.7 斷開（kāi）；第一串行主軸不能正（zhèng）常工（gōng）作，G71.1 信號也斷開[3]。急停功能信號如表 1 所示。CNC 係統、係統 PMC 及機床的信號關係（xì）圖 2 所示。
 
 
                                  表（biǎo） 1 急停功能信號
  
     

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

     2.2 急停 PMC 程序
 
     急停功能程序實時性要（yào）求高，通常放在 PMC 第一（yī）級程序處理，G8.4 信號為 PMC 將 X8.4 和（hé）其他相關的信（xìn）號進行綜合（hé）處理的輸出信號，如（rú）圖 3 所示。

         
  
                                  圖 3 急停信號 PMC 處理

     圖 3 中，梯形圖在 X8.4 後麵（miàn）串接了一個 Xn.m信號，比如某些機（jī）床的刀庫（kù）門開關、機床限位開（kāi）關等。若 Xn.m 為“0”，即使急停控製回路一切正常（X8.4 為（wéi）“1”），緊急停止 G8.4 仍為“0”，係統仍然出現緊急停止報警。因（yīn）此，當出現“緊急停止”故障時，不（bú）僅要查看（kàn）圖 1 所示的（de）信號，還要查看圖 3 中各信號，這樣（yàng）才能排除該類（lèi）故障。
 
     3、 FANUC Oi 數控係統急停診斷（duàn）方法
   
     通過對 FANUC Oi 數控（kòng）係統的急停控製原理分析，不難看出（chū），G8.4 信號是緊急停止信號樹的“根（gēn）”，其他外圍（wéi） X 信號或 R 信號是這（zhè）一信號樹上的“枝”，當出現“緊急停（tíng）止”不能解除的故障時，如（rú）果隻（zhī）查找圖 1 所示（shì）的信號而（ér）不從（cóng）圖 3 中的 G8.4 著手“追根尋源”，則往往不能解決問題。在機床（chuáng）出現了急停故障時候，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（guǒ）。
 
     當數控機床出現急停（tíng）故障時候，解決問題的關鍵在於從（cóng） G8.4 信號入手，使用 PMC 信號狀態圖進行診斷（duàn），翻（fān）頁找到相應的信號（hào）地址 G8.4，觀（guān）察 G8.4 信號是否為（wéi） 0，如果（guǒ）不為 0 則說明 PMC 參數、PMC 程序等有問題（tí），要逐一進行檢查排除；如果為 0，則說明 G8.4回路、急停控製回路、急停按鈕等出問題（tí），要針（zhēn）對急停PMC 梯形圖進行檢查，對 PMC 梯形圖中引起 G8.4 為0 的具體觸點（diǎn）一一排（pái）除。“追根尋（xún）源”的數（shù）控機床急停故障排除方法（fǎ）具體實施（shī）過程（chéng）可參照流（liú）程圖 4 進行。

                  圖 4 “追根尋源（yuán）”的數控機床急停故（gù）障診斷方法
 
 
     4 、其他數控係統急停故障診斷（duàn）方法
   
     對於 FANUC Oi 數控係統急停故障可以采用以上方法，同時其他數控係統急停故障都可以采用同樣的（de）思路和方（fāng）法來檢查（chá），關鍵要注意到不同數控係統（tǒng）中有關急停功能信（xìn）號（hào）的地址不同，隻要能正確的查（chá）找急停信號地（dì）址狀態、分析梯形圖原理、掌握機床電（diàn）氣（qì）線路檢查的方法和原理，那麽（me）所有的急停故障都會（huì）迎（yíng）刃而解。
   
     對於 FANUC O 係列係統（OMC/OMD/OTC/OTD/OTE 等），其“急停”信號（*ESP）的輸（shū）入地址一般固定為 X21.4，對於這些係統可以直接檢查輸入信號（hào）的狀態，並進行處理（lǐ）。在大部分帶有內（nèi）部 PLC 的數控係統中（如：SIENENS802D/810D/840D/810M）等，“急停”信號（*ESP）無固定（dìng）的輸入點（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固（gù）定不變的。在這種情況下，應根據機床 PLC 程序，找出、檢查（chá）與“急停”信號（*ESP）相關的 PLC 輸入點，通過檢測這些輸入信號的狀態，最終確（què）定引（yǐn）起“急停”的原因，並加（jiā）以解（jiě）決。*ESP 在 SIEMENS 常用係統中（zhōng）的內部信號地址如下（xià）：
 
      SIEMENS810/820GA3 中為：Q78.1
      SIEMENS802S/C/D 中為：V26000000.1
      SIEMENS810/840D 中為：DB10/DBB56.1
 
      對於“急停”報警，應對照 PLC 程序，利用係（xì）統的信號狀態診斷功能，首先檢查以上內部信號的狀態，確定相關的 PLC 輸入點（diǎn），並加以（yǐ）解決。
 
      5 、數控係統急停故（gù）障（zhàng）實例
 
     （1） 急停按鈕及主軸潤（rùn）滑液位過低引起的急停故障維修
 
      故障現象：有一台CK5085di 數控車床，配置 FANUCOi TD 數控係統，開機顯（xiǎn）示急停報警，無法加工。
 
      分析及處理過程：通過（guò）對照機（jī）床 PMC 狀（zhuàng）態圖（tú）檢查 G8.4 信（xìn）號為 0，說明急停信號輸入（rù）係（xì）統；進一步通過（guò）信號狀態圖檢查 X8.4 信號，發現也為 0，對（duì）照機床電氣原理圖，檢查急停按鈕及（jí）急停回路，發現機床手動操作合上的急停按鈕斷線，重新（xīn）連接，複位急停按鈕後，再（zài）按 Reset 鍵，X8.4 信號顯示（shì）為 1，但機（jī）床依然急停；再進一步使用梯（tī）形圖（tú）檢查 G8.4 回路，在電（diàn）氣原理圖中找到 X2.3 信號為主軸（zhóu）潤滑箱液位報警信號，打（dǎ）開車床側櫃門，發現主（zhǔ）軸潤滑液位已經超（chāo）過下刻線，添加潤（rùn）滑（huá）液後，觀察 X2.3 變（biàn）為 1，G8.4 也就為1，機床複位後，正常工作。原來，這台車床為主軸獨立潤滑，潤滑電機開（kāi）機運轉，為防止缺油主軸軸承損壞，將液位報警與急停（tíng）在梯形圖中串（chuàn）聯。
 
      （2）液壓電動機互鎖引起的急停故障維修
   
      故障現象：某配套 FANUC 0T 的數控車（chē）盒，開機後（hòu）出現“NOT READY”顯示，且（qiě）按下“液壓起動”按（àn）扭後，液壓（yā）電動機不工作，“NOTREADY”無法消除。分析及（jí）處（chù）理（lǐ）過程：經了解，該機床在正常工作情況（kuàng）下，應在液壓起動後，CNC 的（de）“NOTREADY”自動消失，CNC 轉入（rù）正常工作狀（zhuàng）態。 對照機床（chuáng）電氣原理圖檢查機床的“急停（tíng）”輸（shū）入（X21.4）為“急停（tíng）”開關、X/Z軸“超（chāo）程保護”開關、液壓電（diàn）動機過載保護自動開關、伺服電源過（guò）載保護（hù）自動開關這幾個開關的（de）常閉觸（chù）點的（de）串聯。 經檢查這些信號，發現液壓電動機過載保護的（de）自動（dòng）開關已跳閘。通（tōng）過測試，確認液壓電動機無短路，液壓係（xì）統無故障，合上空氣開關後，機（jī）床正常工作，且未發生跳（tiào）閘現象。
 
      （3）機床超極限保（bǎo）護引起（qǐ）急停的故障維修
   
      故障現象：某配套 SIEMENS 810M GA3 的立式加工中心，開機後顯示（shì）“ALM2000”機（jī）床無法正常起動。分（fèn）析及處理過程：SIEMENS 810M GA3 係統出（chū）現ALM2000（急停）的原因是 CNC 的“急停”信號生效。在本係統中，“急停”信號是 PLC 至（zhì） CNC 的內部信號，地址為 Q78.1（德文版為 A78.1）。

      通過 CNC 的“診（zhěn）斷”頁麵檢查發現 Q78.1 為“0”，引（yǐn）起了係（xì）統急停。進一步檢查機床的 PLC 程序，Q78.1 為“0”的原（yuán）因是由於（yú）係統 I/O 模塊（kuài）中的“外部急停”輸入信號（hào）為“0”引起的。對照機床（chuáng）電氣原理（lǐ）圖，該輸入信號由各（gè）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（chuáng）上的 Y 方向“超極（jí）限（xiàn）”開關觸點斷開，導致了
“超（chāo）極限（xiàn）”保護（hù）動作，實（shí）際工作（zuò）台亦處於“超極限”狀（zhuàng）態。 鑒於機床 Y 軸無製動器，可以比較方便地進（jìn）行機械手動操作，維修時在機床不通（tōng）電的情況下，通過手動旋轉 Y 軸的絲（sī）杠，將 Y 軸退出“超極（jí）限（xiàn）”保護，再開機後機床恢複正（zhèng）常工作。
 
     （4）垂直（zhí）進給軸超極限保護引起急停的（de）故障維修
   
      故障現象：某配套 SIEMENS 810MGA3 的立式（shì）加工（gōng）中心，開機（jī）後顯示“ALM2000”機床無法正常起動。分析及處理過程：分析及處理過程同上。經檢（jiǎn）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”保護動作，Z 工作台亦處於“超極限”位置。 由於該機床 Z 軸為垂直進給軸，伺（sì）服電動機帶有製動（dòng）器（qì），無法簡單地利用機械手動操（cāo）作退出 Z 軸，維修時通過將機床（chuáng）的“Z 超極限”信號進行瞬時短接，在取消了“超極限”保護後，手動移動機床 Z 軸，退出“超極（jí）限”保護位置，然後（hòu）再（zài）恢複（fù）“超極限”，機床恢複正常工作[4]。
 
      6 、結束語（yǔ）
 
      數（shù）控機床由於技術越來越先進、複雜，對維修人員的要求也（yě）就越來越高。數控機床（chuáng）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（qǐ）這類故障現象的原因很多，有電氣、PMC、參數等多方麵的（de）原因，在排除此類問題時，假如沒（méi）有一種清晰的（de）、科學的思路就會困難重重。經過大量（liàng）實踐（jiàn）驗（yàn）證，文中所提及的這種“追根尋源（yuán）”的數控機床（chuáng）急停（tíng）故（gù）障排除方法，是一種高速（sù）、有效的數控機床急停故障排除方法，為提高數控機床（chuáng）運行效率奠定了一定基（jī）礎，具有重要的現實應用及指導價值（zhí）。