摘 要：數控機床急停故障是數控機床使用過程中最為（wéi）普遍和常見的故障，針對 FANUC Oi 係統數控機床，介紹了數控機（jī）床急停（tíng）的硬件及軟件控製（zhì）原（yuán）理，對數控機床急停故障進行了具體分析，提出了一種“追根尋源”的數控機床急停故障排除方法，可以有效快速地排除數控機床（chuáng）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（pái）除；急停
   
       數控機床急停控製的目的是在緊急情況下，使機床上的（de）所有運動部件製（zhì）動，並在最（zuì）短的時間內停止（zhǐ）運行。當數控係（xì）統出現自動報（bào）警信息後（hòu），需按下急停按鈕，待查（chá）看報警信息並排除故障後，再（zài）鬆開急停按鈕，使係（xì）統複位並恢複正常。在急停狀態下修改參數，在（zài）發生意外或關機時按（àn）下（xià）急停按（àn）鈕，可以有效保護強電（diàn）對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終（zhōng）複位，進給軸無法獲取使能信號（hào）和 PMC（Programmable Machine Controller）無Y 功能輸出的一種現象。可見，數控機床急停是數控機床安全性（xìng）的重要內（nèi）容，能否及時（shí）正確處理數控機床（chuáng）急停（tíng）故障將直接影（yǐng）響到機床操作安全及加工效率。本文以 FANUC Oi 數控係統分析了其控（kòng）製原理及常見（jiàn）故障的（de）處理方法。
     
      1 、急停控製外圍連接
 
      一般來說，急（jí）停（tíng）的產生有兩種途徑（jìng）：一是機床運動過程中，在緊急情況下，人為按下急停按鈕，數控（kòng）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（zhàng），係統自動使機床進入急停狀（zhuàng）態。在急停回路設計時，所有的急停信號串（chuàn）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，使用了速度更高的 CPU，提高了 CNC 的處理速度；具有標配嵌入式以太網功（gōng）能。Oi-D 數控係統是高性價比、高可靠性、高集（jí）成度的小型（xíng）化數控係統。圖 1 為FANUC Oi-D 數控係統急停按鈕與超程開關硬件連接示意（yì）圖。
 
      如圖 1 所示（shì），進給軸超（chāo）程（chéng）開關為動斷觸點，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（zhóu）運動（dòng）沒有超程時，KA1 繼電器吸合，相（xiàng）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（de）電源（yuán）模塊 CX4 插座的 2、3 管腳接收急停信號，閉合為沒（méi）有急停信號（hào）[2]。

                      圖 1 急停按鈕與（yǔ）超程開關硬件連（lián）接示意圖
   
      KA1 觸點閉（bì）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）用該伺服單元內部的 MCC 觸點來控製（zhì）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，數控係統和伺服單元（yuán）就能正常工作。
 
     通過圖 1 可以看出，當按下急停（tíng）按鈕（niǔ）或軸運動到超程位置時，KA1 繼電器（qì）斷開（急停繼（jì）電器），Oi-D係統 I/O 模（mó）塊的 X8.4 為低電平，係統急停（tíng），同時電源模塊連接的 KA1 也斷開，伺服單元（yuán）的內部觸點斷（duàn）開，外部交流（liú）接觸器失電，主電源斷開（kāi）。若由於急停按鈕斷開（kāi）導致急停，隻需（xū）鬆開急停按鈕，使（shǐ）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（yào）求必須有超程解除按（àn）鈕才能（néng）解除（chú），如圖（tú） 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（xìn）號有 X 硬件信號和 G 軟件（jiàn）信號兩（liǎng）種，X信（xìn）號是機床側輸（shū）入到 PMC 的信號，G 信號為 PMC 輸（shū）入到數控係統 CNC 的信號。急停硬件信號地址為X8.4，其信號地址是固定的。數控係統直接讀取該信號，當 X8.4 信號為“0”時，係統出（chū）現緊急停止報警。與（yǔ）急停報警緊密相關的信號還有 G8.4 信號（hào），該信號是PMC 送到 CNC 的緊急停止信（xìn）號（hào）。若 G8.4 為“0”，係統則（zé）出現緊急停止報警（jǐng）。CNC 直接讀取機床信號（hào） X8.4和 PMC 的輸入信號 G8.4，兩個信號（hào）中任意一個信號為（wéi） 0 時，進入緊急停止狀態。通常在急停狀態下，機床準備好信號 G70.7 斷開；第一（yī）串行主軸不能（néng）正常工作，G71.1 信號也斷（duàn）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（guān）係圖（tú） 2 所示。
 
 
                                  表 1 急停功能信號
  
     

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

     2.2 急停 PMC 程（chéng）序
 
     急停功能（néng）程序實時性要求高，通常（cháng）放在 PMC 第一級程序（xù）處理，G8.4 信號為 PMC 將 X8.4 和其他（tā）相關的信號進行綜合處理的輸出信號，如圖 3 所示。

         
  
                                  圖 3 急停（tíng）信號 PMC 處理（lǐ）

     圖 3 中，梯形圖在 X8.4 後麵串接了一個 Xn.m信號，比（bǐ）如某些機床的刀庫門開關、機床限位開關等。若（ruò） Xn.m 為“0”，即使急停控製回路一切正常（X8.4 為“1”），緊急停止 G8.4 仍（réng）為“0”，係統仍然出現緊急停止報警。因此，當（dāng）出現“緊急停止（zhǐ）”故障時，不僅要查看圖 1 所示的信號，還要查（chá）看圖 3 中各信號，這樣（yàng）才能排除該類故障。
 
     3、 FANUC Oi 數控係統（tǒng）急停診（zhěn）斷方法
   
     通過對 FANUC Oi 數控（kòng）係統的急停控（kòng）製原理分析，不難看出（chū），G8.4 信號是緊（jǐn）急停止信號樹的“根”，其（qí）他（tā）外圍 X 信號或 R 信號是這一信號樹上的“枝”，當出現“緊急停止”不能解除的故（gù）障時，如果隻查找圖 1 所示（shì）的信號而不（bú）從圖 3 中的 G8.4 著手“追根尋源”，則往往不能解決問題。在（zài）機床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（zhuī）根尋源”的方式進行檢查，已達到事半功（gōng）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從（cóng） G8.4 信號入手，使用 PMC 信號（hào）狀態圖進行診斷，翻頁找（zhǎo）到相應的信號地址 G8.4，觀（guān）察 G8.4 信號是否為 0，如果不為 0 則說明（míng） PMC 參數、PMC 程序等有問題（tí），要（yào）逐一進行檢查排除；如果為（wéi） 0，則說明 G8.4回路、急停控製回路、急（jí）停按鈕等出問題，要針對急停PMC 梯形圖進行檢查，對 PMC 梯形圖中引起（qǐ） G8.4 為0 的具體觸點一一排除。“追根（gēn）尋源”的數控機床急停故障排除方法具體實施過（guò）程可參照流程圖 4 進行。

                  圖 4 “追根尋源（yuán）”的數控機床（chuáng）急停故障診斷方法
 
 
     4 、其（qí）他數控係統急停故障診斷方（fāng）法
   
     對於 FANUC Oi 數控係統急停（tíng）故障可以采用以上方法，同時其（qí）他數（shù）控係（xì）統（tǒng）急停故障都可以（yǐ）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（xìn）號的地址不同，隻要能正確的查（chá）找急停信號地（dì）址狀態、分析梯（tī）形圖原理、掌握機床電（diàn）氣線路檢查的（de）方法和原理，那麽所有的急停故障都會迎刃而（ér）解。
   
     對於 FANUC O 係（xì）列係統（OMC/OMD/OTC/OTD/OTE 等），其“急停”信號（*ESP）的輸入地址一般固定（dìng）為 X21.4，對於這些係統可（kě）以直接檢查輸入信號的狀（zhuàng）態，並進行（háng）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（*ESP）無（wú）固定的輸入點（地址），它是由 PLC 程序傳輸 CNC 的（de）內部信號，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 PLC 程（chéng）序，找出、檢查與“急停”信號（*ESP）相關的 PLC 輸入（rù）點，通（tōng）過檢測這些輸（shū）入信（xìn）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（tǒng）中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（duì）於“急停”報警，應對照 PLC 程序，利用（yòng）係統（tǒng）的信號狀態診（zhěn）斷功能，首（shǒu）先檢（jiǎn）查以上內部信號（hào）的狀態，確定相關的 PLC 輸入點，並加以解決。
 
      5 、數控係統急停故障實例
 
     （1） 急停按（àn）鈕及主軸潤滑（huá）液位過（guò）低引（yǐn）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，開機顯示急停報警，無法加工。
 
      分析及處（chù）理過程：通過對照機床 PMC 狀態圖檢（jiǎn）查 G8.4 信號為 0，說明急（jí）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（xiàn）也為 0，對照機床電氣原（yuán）理圖，檢（jiǎn）查急停按鈕及急停（tíng）回路，發現機床手動操作合上的（de）急停按鈕斷線，重（chóng）新連（lián）接，複位急（jí）停按鈕後，再按 Reset 鍵，X8.4 信號顯示為 1，但機床（chuáng）依然急停；再進（jìn）一步使用梯形圖檢查 G8.4 回路，在（zài）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（kāi）車床側櫃門，發（fā）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（chuáng）為主軸獨立潤滑（huá），潤滑電機（jī）開（kāi）機運（yùn）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（hù）鎖引（yǐn）起的急停故障維修
   
      故障現象：某配套 FANUC 0T 的數控車盒，開機後出現“NOT READY”顯示，且按下“液壓（yā）起動”按扭後（hòu），液壓電動機不工作，“NOTREADY”無法消除。分（fèn）析（xī）及處理過程（chéng）：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（zhuǎn）入正常工作（zuò）狀態（tài）。 對照機床電氣原理（lǐ）圖檢查機床的（de）“急停”輸入（X21.4）為“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（guān）、伺服電源過載保護自動開（kāi）關這幾個開關的常閉觸點的串聯。 經檢查這（zhè）些（xiē）信號，發現液壓電動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（kāi）關後，機床正常工作，且未發（fā）生跳閘現象。
 
      （3）機床超極限保護引起急停的故（gù）障維修
   
      故障現象：某配套 SIEMENS 810M GA3 的（de）立式加工中心，開機後顯示“ALM2000”機床（chuáng）無法正常起動（dòng）。分析及處理過程（chéng）：SIEMENS 810M GA3 係統出現（xiàn）ALM2000（急停）的原因是 CNC 的“急停”信號生效。在本係（xì）統中，“急停”信號是 PLC 至（zhì） CNC 的內部信號，地址（zhǐ）為 Q78.1（德文版為 A78.1）。

      通過（guò） 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“外部急停”輸入信號為“0”引起的。對照機床電氣（qì）原理圖，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，機床上的 Y 方向“超（chāo）極限（xiàn）”開關觸點斷開，導致了
“超極限”保護動作（zuò），實際工作台亦處於“超極限”狀態（tài）。 鑒於機床 Y 軸（zhóu）無製動器，可（kě）以比較方便地（dì）進（jìn）行機械手動操作，維修時在機床（chuáng）不通電的情況下（xià），通過手動旋轉 Y 軸的絲（sī）杠，將 Y 軸退（tuì）出“超極限”保（bǎo）護，再開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維修
   
      故障現象：某配套 SIEMENS 810MGA3 的（de）立式加（jiā）工中心，開（kāi）機後顯示“ALM2000”機床無法正常起動。分析及處理過程：分析及處理過程同（tóng）上。經檢查、測量，發現機床故障的原（yuán）因是 Z 方向“超極限”開（kāi）關觸點斷開，使“超極限”保護動作，Z 工作台亦處於“超極（jí）限”位置。 由於該機床 Z 軸為垂直進給（gěi）軸，伺服電（diàn）動機帶有製動器，無（wú）法簡單地利用（yòng）機（jī）械手動操作退（tuì）出 Z 軸，維（wéi）修時通過將機床的“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“超極限”保護位置，然後再恢複“超極限”，機床恢複正常工作[4]。
 
      6 、結束語
 
      數控機床（chuáng）由於技術越來越（yuè）先進、複雜，對維修人員的要（yào）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（cháng）見的複雜故障，由於引起這類故障現象的原因很多（duō），有電氣、PMC、參數等多方（fāng）麵的原因，在排除此類問題時，假如沒有一（yī）種清晰的、科（kē）學的（de）思（sī）路就會困難重重。經過大量實踐驗證，文中所提及的這種（zhǒng）“追根尋源”的數控機床急停故障排除方法，是一（yī）種高速、有效的數控機床急停故障排除方法，為提高數控機床運行效率奠定了一定基（jī）礎，具有重要的（de）現實（shí）應用及指導價值。