巧解辛辛那提加工中心刀具位置错乱故障

范海龙

(中国北车集团大同电力机车有限责任公司，山西 大同 037038)

1 故障现象

笔者公司一台FTV-850-1200 辛辛那提立式加工中心在自动换刀时出现刀位错乱故障，如图1 所示，左侧标识12 号刀具应该正常定位的位置，右侧标识故障位置。故障时，应该是抓取12 号刀，可是12 号刀的移动距离却多出了两个刀位且不在正常位置，所以导致14号刀被主轴挤掉。屏幕显示U 轴位置是1200.000，没有任何报警。

2 故障分析过程

2.1 机床概况

该加工中心的数控系统为GE-FANUC 18i-MB。它有4 个轴，X、Y、Z 和U 轴。其中U 轴是刀库轴。由图2 机床俯视图可知，该机床使用平置链式刀库，刀具链条环绕着移动立柱，U 轴电动机隐藏在动立柱的下面，维修空间很小。如果不拆除动立柱，检查U轴电动机和链条很困难。该机床的U 轴是伺服电动机驱动的，它用伺服位置控制方式取代了PLC 的计数控制方式，可以省去大量的梯形图程序和外部检测信号，故障点相对要少很多，而且可以使刀具的移动过程更直观。

2.2 刀库的运行方式

在JOG 方式下，试用手轮将U 轴开回正确位置，可是没有找到U 轴手轮操作功能，只好用点动按钮CHAIN INC 键或CHAIN DEC 键操作U 轴。发现每点动一次U 轴，链条移动一个刀位，屏幕显示U 轴移动的距离增加或减少100.000，最大移动到3600.000，实际显示为0.000。由此可见，U 轴的最小指令单位是100.000，即在U 轴的可定位位置中只有0.000、100.000、200.000、…、3500.000 共36 个点。若想将刀具移动到正常位置，就要移动一段小于100.000 的距离，就好比要让X 轴移动小于最小指令单位0.001 mm的距离，从数控的角度讲，是不能实现的。

在MDI 方式下，执行换刀指令T14 M6。在此要特别注意，一定要在主轴抓刀之前，将程序复位，放弃换刀指令，以免主轴再次碰掉刀具。屏幕显示U 轴位置如图3 所示。可见，系统的位置反馈和发出的指令是一致的，这就是为什么系统没有报警。

2.3 刀库的基准位置

2.3.1 了解硬件配置

如图4 所示，电气柜内配有分离型检测器接口单元SDU1，且JA4A 接口接了电池，说明机床各轴都使用了分离型绝对位置检测器，靠电池记忆参考位置。机床的基准位置是在初次调试时确定的。从操作的角度讲，就是每次上电后不用再进行回参考点操作。

2.3.2 查看参数设置

根据参数1006#0(图5)和参数1260(图6)的设置，U 轴被作为回转轴控制，回转一周为3600000。

硬件配置情况从1815 号参数的设置得到了印证。查FANUC18i 参数说明书得到1815 的解释如下:

OPT=1 使用分离式位置检测器。

APC=1 使用绝对式位置检测器。

APZ=1 当使用绝对式位置检测器时，机床位置与绝对位置检测器的对应已经完成。

如图7 中1815 号参数第4 位(APZ)的设置情况可以说明机床位置与检测器对应已经完成，并没有丢失。但是很明显，目前刀具位置是错乱的，因此必须重新完成机床位置与检测器的对应。

2.3.3 弄清参考位置之所在

根据FANUC 系统参数手册的解释，如果有电池记忆数据，可以手动将APZ 改成1，那么数控系统即视为完成了机床位置与检测器的对应。于是，笔者试着将U 轴的1815#4 即APZ 改成0，此时，出现报警“300 APC ALARM:U AXIS NEED ZRN”，出现此报警说明U 轴的参考位置已经丢失。然后再改APZ=1，会出现报警“000 PLEASE TURN OFF POWER”。按照报警提示，断电重启之后，屏幕显示如图8 中U 轴位置变为0.000，而不再是更改参数前图3 中显示的1400.000。从此参数更改过程发现规律，即APZ 由0 变1 后，系统默认处在抓刀位置(图2 所示)的是0 号刀位，也就是参考位置或者说基准位置。

3 故障解决方案

3.1 找正刀具位置

经过之前的分析，笔者想到了两个找正刀具位置的办法:(1)脱开电动机，如果屏幕上显示某号刀位，就将该刀位盘回到抓刀位置，再装回电动机。此方法工作量大，且由于机床的U 轴电动机隐藏在动立柱的下面，拆装电动机和盘动链条的工作都不好实施，所以不可取。(2)想办法利用系统指令让U 轴在移动过程中，某号刀具位置对正主轴抓刀位置时立即停止，然后利用1815 号参数重新进行刀具基准位置的调试，具体步骤如下:

第一步，在MDI 方式执行换刀指令T## M6，U 轴转动时将倍率调整到较低档位，当所选刀具转动到抓刀位置时，将倍率打到0，让刀库停止转动，按RESET键终止换刀指令。本操作技巧，可以轻而易举地将刀具对准抓刀位置，而不必使用拆卸电动机，盘动链条的笨办法。

第二步，把参数1815 的APZ 由1 改成0，出现报警“300 APC ALARM:U AXIS NEED ZRN”后，再把APZ 改回1，出现报警“000 PLEASE TURN OFF POWER”，断电重启。

第三步，调整主轴抓刀。转换到MDI 方式，再次执行换刀指令，并仔细观察抓刀时主轴锥孔与刀柄是否能够对正，如果发现仍有偏差，可以重复步骤一、二的操作，直到主轴锥孔可以对正刀柄时，即视为刀具位置已经调整完成。

3.2 找回参考位置

转换到JOG 方式，按CHAIN INC 或CHAIN DEC键，点动U 轴，将0 号刀具转动到主轴抓刀位置，再执行上面的步骤二。

此时，0 号刀具停在抓刀位置，屏幕显示如图8中U 轴位置。然后，执行自动换刀指令T12 M6，12号刀具按预期正确停在了图1 左侧12 所指的位置。至此，说明已经找回了刀具的参考位置，机床恢复正常了。

4 结语

该加工中心出现的刀具错乱故障并不常见，因此，处理故障时，笔者只能凭借着对FANUC 系统参数的理解，边熟悉设备，边整理思路，然后找出参考位置的复归办法。这次刀具位置错乱故障的顺利解决，得益于倍率开关的操作技巧。只有熟悉机床的操作，了解其运行方式，才能够顺利解决故障。本实例中，故障的分析思路和处理方法对大家解决同类问题颇有借鉴意义。

［1］FANUC B-63530CM-0216i 18i-B 参数说明书［Z］.

［2］FTV-850-1200 Maintenance manual［Z］.

［3］秦晓阳，周钦河.数控铣床、加工中心维修［M］.北京:中国水利水电出版社，2011.

［4］徐建高.FANUC 系统数控铣床(加工中心)编程与操作实用教程［M］.北京:化学工业出版社，2010.