摘要: 米克朗UCP1x50 加工中心刀庫是故障率較高的部件，涉及到較為復雜的一系列調整步驟和方法。詳細介紹了該加工中心刀庫故障的維修判斷過程及調整方法，為該系列機床刀庫的維修調整提供有實用價值的參考。
米克朗UCP1x50 加工中心采用海德漢530 數控系統，高速電主軸，刀庫采用Commander SK 系列變頻器驅動，46 把刀，其刀庫系統結構復雜，相對于機床其他部件故障率較高。對于此次故障，作者也是第一次碰到，缺乏經驗，經過一周的反復摸索、實驗并與廠家反復交流，終于總結出一套完整的解決方案，徹底排除了故障。以下就是作者維修判斷的過程以及處理問題的方式方法。
1 、故障現象
2010 年3 月，某單位米克朗UCP1x50 加工中心刀庫出現刀鏈無法轉動故障，排除機械卡死的原因后，刀庫在完成回零動作后，在目標刀位發生相鄰兩個刀位之間來回振蕩的現象，持續1 分多鐘后改為逆時針慢速旋轉，且無法停止，只能拍下急停按鈕。
2、 機械卡死的故障原因及刀庫恢復方法
2. 1 刀鏈故障原因及清除故障的方法
一般刀鏈無法轉動時，會采取使用變頻器手動控制和手盤電機的方法使刀鏈轉動。變頻器手動控制旋轉是利用變頻器的手動功能，即設定其5 號參數為Pad，利用變頻器上的按鈕操作電機旋轉，或模擬外部指令信號控制電機的正反轉( 具體會在后面的篇幅中有詳細介紹) ; 手盤電機則要拆掉電機后端蓋( 由于安裝條件的限制挨近安裝底板的螺釘拆卸非常困難) ，然后就可以盤動電機了。
但是此次故障無論用那種方式，都只能正、反移動1 /4 個刀位就轉不動了，明顯有異物卡住。作者采取了如下方法:
( 1) 拍下急停按鍵，關掉機床進氣開關，等待幾分鐘后，控制換刀回轉臂的氣缸桿就可以手動拉出或收回了，推動換刀位刀套把換刀位的回轉臂擺出去，從而讓開了換刀刀位。
( 2) 把刀鏈上的刀套依次沿導軌滑到換刀位取出，等所有刀套取出后，清理刀鏈滑軌里的障礙，然后把刀套按刀套號依次順序裝回，再把回轉臂擺回復原，接通進氣開關，彈起急停，完畢。
通過上述手動操作完成了異物清理工作，結果發現故障原因在于: 粘接在8 號刀套上的固定圓形槽里的圓鋼片脫落在刀鏈滑軌上，造成了刀鏈運行的阻礙。
把圓鋼片表面被撞出的毛刺、突起打磨光滑，用環氧樹脂牢固粘接于8 號刀套上的固定圓形槽里，特別注意不要高出圓形槽表面。
8 號刀套的作用在于作為刀庫的零位標記，其他刀套則不具備這個功能。
2. 2 刀庫恢復方法和步驟
( 1) 重啟機床。
( 2) 按下CE 清除所有信息，直到啟動刀庫開始回參考。
( 3) 當刀庫運行時，必須用急停鈕將刀庫停在正確的位置。如圖1 所示，正確的位置就是1 號刀位的定位釘正對V 型中心槽，在這個位置上，8 號刀位則在參考傳感器B607 下面，這時B607 將變為1。如果按下急停鈕時，刀庫不在正確位置，則重做，直到刀庫停在正確位置為止。
圖1 刀位定位釘正對V 型中心槽示意圖
( 4) 這時選擇programming and editing 方式，按下MOD 鍵，并輸入PLC 密碼807667，回車。
( 5) 按下軟鍵“Trace”后，按下select“M/I /O/T /C”，然后選取I81、I80 和I82 作為波形觀察信號，I81 為刀庫零位接近開關輸入信號，I80 為刀庫編碼器計數信號，I81 為刀庫編碼器零位信號。
( 6) 按下軟鍵“table”，再按“I”鍵，觀察I81、I80 和I82 的狀態，用手盤動電機使得上述3 個信號均為“1”。
( 7) 按下軟鍵“Logic Diagram”，再按下“StartTrace”。
( 8) 松開刀鏈減速器上固定電機編碼器的扇形片上的兩個螺釘，這時松開急停鈕，按下CE 清除信息，刀庫開始轉動，這時立即切換到后臺Logic Diagram查看波形。轉動編碼器，直到出現如圖2 所示正確的波形為止。
圖2 高速運行時正確的信號時序圖
( 9) 擰緊電機編碼器的兩個螺釘，完成調整。正確的時序是: 當刀鏈轉到8 號刀套位置正對刀庫零位接近開關時，I81 發出高電平，I82 編碼器零位脈沖也要出現在I81 高電平包括的范圍之內，考慮到刀庫就近找到有可能正轉或反轉，所以I82 的信號最好在I81 的中間，正對I81 包含的I80 六個方波的第三個方波。
出現如圖3 所示這種錯誤的波形時，可以把編碼器旋轉180°安裝; 再微調使得編碼器零位脈沖出現在如圖2 所示的中間位置。
圖3 錯誤的信號時序圖
在慢速運行時，調整編碼器使得I82 的零位脈沖與I81 高電平包含的I80 第3 個計數脈沖的上升沿和下降沿一致，如圖4 所示。
圖4 慢速運行時正確的時序圖
上述調整方法是在變頻器驅動系統正常的前提下實施的，而此次維修中作者遇到了很大的困難，需要先排除變頻器控制系統的故障。
3 、 變頻器控制系統故障查找與調整
機械故障排除后，機床刀庫出現了前述的新問題，作者分析了導致該問題的可能因素有如下幾個方面: 刀庫調整不好; 變頻器故障; 編碼器故障; 變頻電機故障; 機床參數錯誤; PLC 硬件接口故障; PLC軟件或參數錯誤等。
3. 1 刀庫驅動變頻器控制方式簡介
刀庫驅動變頻器是采用Commander 公司的SK 系列產品，型號: SKB3400037，0. 37kW/400 V。端子B2、B4、B5、B6、B7 組成了控制邏輯，其中B2、B4 通過K464 完成變頻器使能控制，B7 控制變頻器以預置55 Hz 高速運行; B5 控制變頻器以預置15 Hz低速運行; B6 以高/低電平確定變頻器的反/正轉控制。控制時序由PLC 軟件結合I80、I81、I82 的外部邏輯狀態，通過O23、O43、O44 的輸出實現對變頻器B5、B7、B6 的控制。刀庫位置反饋由脈沖編碼器B608 提供。
3. 2 刀庫調整
為了排除刀庫調整不良可能造成的影響，作者按照第2. 2 節所述的調整步驟進行了調整，使得I81、I80 和I82 的波形如圖2 所示，為正確波形，從波形上可以看出，兩個零位脈沖之間對應著20 個計數脈沖，同時觀察渦輪蝸桿減速器下面的凸輪結構。發現: 編碼器每轉360°，下面的凸輪撥2 個刀位，這樣就可以推斷10 個計數脈沖對應一個刀位。這也就驗證了編碼器是正常的。
3. 3 變頻控制系統的檢修
先對變頻器的參數進行了記錄，具體數據見表1。首先把其5 號參數設為Pad，利用變頻器上的按鈕操作，電機可以按照手動設置的頻率朝固定方向旋轉; 其次，把11 號參數設為0，用接在B2 端子的導線連接B5 端子，相當于給B5 一個24 V 高電平，這時電機可以正向旋轉，斷開后電機就停止; 同樣給B6 高電平，電機反轉，斷開，電機停止。電機轉速由B7 控制; 第三，再把11 號參數設為2，給B5 高電平時，B6 為低電平，電機正轉，B6 為高電平，電機反轉; B5 低電平時，無論B6 是高、低電平，電機均不轉。電機轉速由B7 控制。5 號和11 號參數的定義見圖5、圖6。由此可以說明電機是正常的。
表1 變頻器參數設置表
圖5 變頻器5 號參數為Pr 時的接線方式
圖6 變頻器11 號參數為0 － 6 時的接線端子邏輯定義通過對11 號參數的分析，結合圖11 所示的變頻器控制邏輯圖，再參考米克朗UCP1350 的變頻器設置，作者認為: 11 號參數設為2 比較符合控制邏輯，但是變頻器上設的是0，設成2 則電機根本不動。設成6 則與設成0 的狀況一樣。所以無法判斷變頻器的好壞。
3. 4 機床參數調整及PLC 輸入輸出硬件檢查為了驗證是否由于機床參數和PLC 軟硬件的意外變化對變頻器控制造成影響，作者采取如下檢查措施:
首先，利用海德漢專用傳輸軟件TNCremoNT，建立好網絡連接( 注意: 必須使用交叉連接的網線) ，對現機床所有參數進行備份; 其次，把該設備進廠時備份的參數進行回傳，該備份是設備調試驗收完畢后做的，結果發現情況沒有任何改變，這就說明機床參數和PLC 軟件是正常的; 第三，再次把剛剛備份的數據回傳，恢復現有狀態( 主要是為了避免對當前加工的影響) 。
用示波器監控B5、B6、B7 端子，結合海德漢530 系統的波形顯示功能，觀察對應的O23、O44、O43 的時序，發現是一致的，說明PLC 的硬件I /O 口是正常的。
3. 5 變頻器故障的排除與調整
上述幾個方面的影響被排除后，就只剩下變頻器的因素了，但是在沒有備件的情況下無法確定變頻器的好壞，于是向機床生產廠家進行了咨詢，對方給我們報價是12 082 元，而且是換購價，單買一臺要2 ～3 萬元。嫌貴，作者通過有關途徑在成都買了一臺同型號變頻器，3 天到貨，價格僅為2 250 元。換上新的變頻器，輸入抄錄的老變頻器的參數，結果令作者非常沮喪: 新變頻器根本就沒有動作! 無論11 號參數設0、2、6 都不動作; 而老變頻器11 號參數則除了設2 以外均能動作，這就非常奇怪了!按照第3. 3 節所述的辦法對新變頻器進行模擬控制，也可以運行，無法解釋這樣的現象。
再次聯系米克朗廠家，把作者所做的調整進行了交流，并要求廠家把變頻器參數發給了作者，通過對比作者發現廠家的11 號參數設的是6，而且60 － 80號參數都有數值，而作者抄錄的參數則沒有，且61－ 70 號參數根本就顯示不出來，見表1。按照廠家發過來的參數和方法進行了設置:
( 1) 設置參數前先將B4 移去，然后必須按順序將以下參數輸入;
( 2) 首先設10、29 號參數，再輸入2 － 19 號參數，再輸入71 － 80 號參數，這時61 － 70 號參數才會顯示出來，設置61 － 70 號參數。表中未出現的參數按缺省值設置。
( 3) 重新接上B4。
( 4) 關閉并打開驅動器，重啟后顯示變為rd =0. 0。該驅動器現在可以準備運行了。
運行后，發現新變頻器可以正常使用，刀庫運行恢復正常，老變頻器故障依舊。
在調試中還發現65 號參數漏輸時，出現8 號刀套找到零位后只向前走了半個刀位就停止的現象，說明參數影響很大，由于變頻器說明書中，沒有提及71 － 80、61 － 70 號參數的定義，所以無法判斷這些參數所能起到的作用。作者所能做的就是記錄下這些參數的設定值，并嚴格按要求正確輸入變頻器。
由此作者可以得出如下結論: 刀庫卡死后，由于強電流沖擊或意外干擾，使得老變頻器的參數和接口電路發生了異常變化，而作者手上又沒有變頻器的原始參數資料，這就是造成上述調整始終無法見效的原因。
4、 刀庫的控制邏輯和原理分析
以往都是根據原理來進行維修，而這次維修由于作者不掌握廠家的設計原理，只能通過大量的模擬試驗來推測。
機床恢復正常運行后再仔細觀察I81、I80、I82、O23、O44、O43 的組合時序波形，發現刀庫正常運行時的時序是這樣的:
( 1) 機床開機，自檢完畢后，彈起急停開關，首先開始執行刀庫回零的PLC 程序，O43 低電平變高電平，執行高速55 Hz 運行，并啟動刀庫運行，I80 出現規律的計數脈沖，O44 根據就近選刀的原則正轉低電平，反轉發出高電平，O23 保持低電平。
( 2) 當8 號刀套到達零位接近開關，I81 發出高電平，I82 編碼器發出一個零位脈沖信號時，建立刀庫零點位置。參見圖7 所示波形。
圖7 刀庫運行到零位前后的組合時序圖
( 3) 運行到零位脈沖信號后的第4 個計數脈沖的下降沿，O23 發出高電平，O43 變成低電平，電機減速至15 Hz 運行，直到第10 個計數脈沖，刀鏈繼續向前運行一個刀位，O23 變成低電平，稍做延遲，O44 電平改變，刀鏈反轉，同時O43 低電平變高電平，執行高速55 Hz 運行，反轉再次回到8 號刀套，從編碼器零位脈沖開始計數，根據上一次關機前記憶的刀位距離零位相差幾個刀位( 假設差N 個刀位) ，就計N × 10 個計數脈沖( 本刀庫N≤46) 。參見圖8所示波形。
圖8 刀庫到了零位再向前運行一個刀位后執行反向運行的組合時序圖
( 4) 當運行到目標刀位的前一個刀位到位后，第4 個計數脈沖的下降沿，O23 發出高電平，O43 變成低電平，電機減速至15 Hz 運行，直到第10 個計數脈沖，O23 變成低電平，到達目標刀位，刀鏈停止，從而完成刀庫初始化。參見圖9 所示波形。
圖9 刀庫運行到目標刀位準備停止的組合時序圖
相對比老變頻器前3 個步驟是正常的，執行到第4 個步驟，即出現振蕩，刀庫無法停止，只有拍急停中斷，由于刀庫回零的PLC 程序沒有執行完畢，機床無法正常運行。
由此推斷變頻器11 號參數設6，特別是71 － 80、61 － 70 號參數被正確設置后，各端子的定義應該是:
B5 即O23，為高電平時，執行變頻器預置1 的15 Hz低速和變頻器運行指令; B6 即O44，為PLC 發出的正反轉信號，高電平執行反轉，低電平執行正轉;B7 即O43，為高電平時，執行變頻器預置2 的55 Hz高速和變頻器運行指令。
這樣的端子邏輯定義決定了，新、老變頻器在11 號參數設2 時，以上述PLC 發出控制時序，變頻器無法接收到啟動信號，因此不能運行; 新變頻器無論設置成0 － 6 的哪個值，只要71 － 80、61 － 70 號參數沒有正確設置，均不能運行; 老變頻器除了設2 不能運行外，設其他值，均無法正確運行，這也就說明該變頻器的接口電路已經發生了異常，確實需要更換。
5、 結束語
這一次的維修經歷使作者對米克朗UCP1x50 加工中心刀庫控制有了較深入的了解和理解，同時也希望為大家在維修同類型機床的類似故障提供參考。
參考文獻:［1］米克朗機床說明書 ．［2］Commander SK 系列變頻器英文說明書
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