基于PLC在HNC-818加工中心换刀故障的应用*

潘晓贝

(三门峡职业技术学院 电气工程学院，河南 三门峡 472000)

0 引言

数控机床中出现的大多数故障都能够通过PLC程序检查出来的，或者在屏幕显示报警信息，或者不产生报警信息。因此使用PLC功能进行处理解决数控机床的故障在处理国内外的研究也比较多，但是研究资料表明大多是Fanuc系统和西门子系统，对华中的高端系统，如818系统的研究甚少。

本文就PLC功能的灵活与便捷性为切入点，将HNC-818加工中心的机械手换刀时出现的故障问题方面，在进一步分析818型数控机床PLC功能的基础上，实现准确有效的消除故障，恢复机床的功能。

1 HNC-818加工中心PLC 结构

HNC-818型数控系统 PMC，采用了内置式软 PLC实现对数控机床的顺序控制，根据用户对机床实际控制需要，采用 PLC程序语言梯形图进行编制的。HNC-818型数控系统PLC用户程序是通过梯形图的编辑界面，进行在线的编辑，或者通过电脑装载华中梯形图专用软件LADDER进行编辑。

华中梯形图采用循环扫描的方式。程序开始执行时会运行一次初始化，以后就把所有输入的状态发送到输入映象寄存器，然后开始顺序调用用户程序。当一个扫描周期完成的时候，就把所有的结果都传送到输出映象寄存器，用以控制 PLC 的实际输出，如此循环往复。其系统的 PLC规格如表1所示。

表1 HNC-818型数控系统PLC规格

2 斗笠式刀库的PLC控制换刀过程

HNC-818型数控机床的刀库形式如图1所示，是斗笠式刀库。

图1 机床的刀库形式

该刀库在换刀时，开始向主轴方向平行移动。

首先，取下主轴上面的原有刀具。使主轴上的刀具进入到刀库的卡槽里，此时主轴向上移动开始脱离刀具。

其次，对主轴安装新的刀具。刀库开始转动寻找新的刀具号位置，当新的刀具正对主轴正下方时，主轴开始下移，使新的刀具进入到主轴锥孔内并夹紧。

最后，待装完新刀具，刀库开始退回到原来的位置，此时刀库换刀结束。

其刀库选刀的流程图如图2所示。

图2 华中8型刀库选刀的流程图

3 斗笠式刀库换刀时刀库不动的故障及处理

HNC-818加工中心具有24刀位的刀库。在换刀时，数控CNC报警提示ATC NOT READY 。针对该问题对机器的线路及PLC控制部分进行检查，以便于消除故障。

根据图2所示的选刀流程图可知，当数控系统发出换刀指令，如M06 T3时，刀库不动作并发出报警信息，此时，对机床的操作模式、气泵及刀库的状态进行检查。

(1)对机床的操作模式进行检查

确保机床的操作模式在自动状态下，机床也没有处于被锁住的状态，其换刀指令输入正确，所更换的刀具也安装在刀库中并且位置正确，此项目检查无误，不存在故障。

(2)对数控机床的气泵进行检查

查看数控机床气泵的压缩空气气压数值，经过查看说明书，其气压值在要求范围内是0.55 MPa。符合数控机床的压缩空气压力在0.5MPa～0.6MPa之间的范围值。因为提供的压缩空气压力值低于范围值时，刀库会因在换刀过程中压力不够而造成不动作，而此时的压力是满足的，该项目检查无误，也不存在故障。

(3)对刀库的初始状态进行检查

检查刀库的初始状态以及传感器的状态，通过数控机床系统提供的PLC地址诊断功能帮助检查，查看输送到数控机床系统PLC的入口信号正确与否。进入“诊断”下的梯形图“监控”界面，查看是否有输出信号，其梯形图诊断界面如图3所示。

图3 梯形图诊断界面

根据如图4所示输出模块HIO-1021N，Y1.6和Y1.7的刀库旋转信号输出正常，检查刀库进退信号Y1.4和Y1.5的输出信号正常，系统的PLC逻辑顺序满足条件。

于是根据表1所示输入输出接口，对刀库进到位信号X3.0、刀库退到位信号X3.1、主轴紧刀到位信号X3.2、主轴松刀到位信号X3.3进行检查，发现其控制信号线路及元器件都没有问题。

图4 所示输出模块HIO-1021N

最后，检查刀库的刀位计数信号及中间继电器。查看X1.7的信号，等于1则没有问题，排除了线路和刀库计数开关的问题，其刀库计数的PLC如图5所示。此时，按下刀库正转或反转时，刀盘却不能转动并且出现了刀库计数报警的信息，再按下正转的继电器KA25和反转的继电器KA26，并查看正转的接触器KM5或反转的接触器KM6，发现接触器KM5和 KM6的吸力不好，不能正常吸合。仔细检查发现短路环断路，于是更换了两个接触器，刀库运转正常了。

图5 刀库计数的PLC

4 常见的其它换刀问题及解决对策

(1)刀库进出不正常

刀库进出不正常时与刀库相关的元器件有电机、继电器、换刀接近开关等有关系。

首先，检查电机的电源是否正常工作，电机能否转动，继电器的线路有无虚接现象，检测触电有无熔接或熔化现象；

其次，还可以根据机床的接口信号和PLC控制，进入机床数控系统调用PLC，查看PLC的运行状况，以判定有无故障点；

最后，检查换刀的接近开关工作是否正常、刀库准备信号与换刀信号有无线路虚接的现象，信号是否正常工作等以及传动机构及刀库的转盘是否灵活，有无

卡死的故障现象。

(2)数控机床撞刀故障

数控机床在换刀时出现撞刀故障，需要对机床的电磁阀和主轴的紧刀信号进行检查。

首先，在排除用户程序无误的情况下，要检查紧刀电磁阀是否正常工作。

其次，根据输入输出接口和机床PLC控制，进入系统调用PLC，以观察此循环是否正常，不正常则说明电磁阀的工作有问题，对电磁阀进行检查与更换。

最后，检查主轴的紧刀信号丢失会导致主轴停止转动，但是X与Y坐标依然走动。此时可进行修改PLC的控制程序或者调整紧刀开关使其压合正常。

5 结论

作者在熟练掌握HNC-818加工中心换刀的原理与过程的基础上，快速、准确的实现了维修机床换刀故障。尤其对刀库不动时所产生的故障，采用了调用PLC梯形图，分析梯形图的运行状况，快速的发现故障的所在位置，仔细的分析故障发生的原因，很好的消除了机床换刀时故障，为安全生产提供可靠的保障。

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