一个入门级数控维修教学项目：冷却功能的故障诊断与维修

数控机床PLC逻辑控制由于涉及外部元件，特别容易出问题，是数控维修的主要内容。能够识读PLC程序，利用PLC的诊断功能来作故障诊断，是数控维修课的必修内容。

针对机械系数控专业短课时的学生，本项目拟通过搞懂数控机床上难度较低的冷却功能控制，使学生理解PLC，识读梯形图，从而掌握利用PLC进行故障诊断的方法。

PLC编程是手段，不是目的。汤老师常说，PLC不是教会的，不是学会的，一定是做会的。

适用人群：数控维修初学者

本项目学时：16hrs

1. PLC、FANUC PMC概况 4hrs

2. 基本指令编程（手动冷却） 4hrs

3. 功能指令编程（自动冷却） 4hrs

4. 冷却功能故障诊断与维修 4hrs

学习目标：

✔ 能够说出数控机床冷却控制流程

✔ 能够读懂冷却PMC控制梯形图

✔ 能够排除冷却系统相关故障

✔ 能够正确维护冷却系统

实训任务：

1. PMC I/O信号寻址

2. 手动冷却PMC梯形图编程和调试

3. 自动冷却PMC梯形图编程和调试

实训设备：

YL569数控车床（或铣床）实训设备（配置FANUC 0i Mate-D系统）

必备基础：（戳蓝字自学）

✔ 三相电源

✔ 低压电器（断路器、接触器、继电器、按钮等）

课后作业：

PMC编程与调试（低阶）练习题

冷却是数控机床的基本辅助功能，机床加工会产生大量切削热，良好的冷却能够提高工件的的加工质量，延长数控机床零部件的寿命。

冷却系统包括冷却泵（coolant pump）、冷却箱（coolant reservoir）、阀门、过滤装置、冷却管路等部件，如图1所示。冷却控制说白了就是用PMC控制一个抽水泵电机的启动和停止。

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图1 冷却系统

一

冷却控制需求分析

1. 手动冷却

在手动方式下（如JOG、手轮）按一次机床控制面板上的冷却按键（如图2所示），冷却泵电机启动，冷却液喷出；再按一次冷却按键，冷却泵电机停止，冷却液关闭。交替往复。

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图2 冷却按键

2. 自动冷却

在自动方式下（如MEM、MDI、DNC）执行NC加工程序中M08代码（如图3所示），冷却液（水状）喷出；执行NC加工程序中M09代码，冷却液关闭。

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图3 冷却代码

3. 冷却异常处理

（1）冷却箱液位低

用液位开关检测冷却箱是否有充足的冷却液，从而控制冷却回路的通断。

（2）冷却电机堵转

由于冷却液中铁屑油污多而阻塞叶轮、轴承生锈等原因造成冷却泵电机在通电后不能转动，称为电机堵转。冷却电机是三相异步电动机，堵转时的电流最高可达额定电流的7倍，时间稍长就会烧坏电机。

如何检测电机中的电流过大？可使用冷却电机主回路中的断路器辅助触点信号，当断路器由于过电流而跳闸时，辅助触点也断开。

二

电气原理图设计

冷却功能的控制流程是这样的：

冷却按键作为输入信号连接至数控系统内置PMC的I/O单元

↓

此输入信号经过PMC梯形图处理后输出冷却启动信号

↓

此输出信号连接电气柜中的继电器线圈

↓

继电器触点控制交流接触器线圈的吸合

↓

此交流接触器的触点又接通或者断开冷却泵电机的动力电路

表达以上流程需要三张电气连接图，如图4所示（以FANUC系统PMC为例，已预先找出实训设备上的冷却按键输入信号和冷却输出继电器和指示灯的输出地址）：

PMC I/O接口图（a）
中间回路图（b）
主回路图（c）

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图4 冷却电气原理图

（a）图表示输入信号（按键SB4、液位开关SL1、过电流QF4，用X地址表示）/输出信号（继电器KA4、指示灯HL4，用Y地址表示）连接至PMC I/O单元

（b）图表示继电器KA4的触点控制交流接触器KM4线圈的吸合

（c）图表示交流接触器KM4的主触点又接通或者断开冷却泵电机M4的动力电路

三

PMC控制程序设计

由于采用一个按键完成冷却ON/OFF的控制，所以需要利用基本指令制作冷却按键的上升沿，并以此制作乒乓信号（用R地址表示），作为手动控制的触发信号。（戳蓝字学习）

对于M08、M09代码，需要功能指令DECB译码输出触发信号（用R地址表示）。（戳蓝字学习）

所谓PMC控制程序设计就是将以上用中文表达的控制需求用梯形图语言（LADDER）表达出来，梯形图语言无非就是输入（条件）和输出（结果）的组合。输入/输出信号如表1所示。

表1 冷却相关输入/输出信号表

	输入	输出
1	X11.4（冷却按键）	Y2.7（冷却启动）
2	R40.1（按键乒乓）	Y6.6（冷却指示）
3	R100.5（M08译码）
4	R100.6（M09译码）
5	F3.2（手动方式）
6	F0.7（自动方式）
7	X10.3（冷却液位）
8	X10.4（冷却堵塞）
9	F1.1（复位）
10	G8.4（急停）

其中，X、Y信号是直接与硬件相连的（如图4所示），R信号是中间寄存器（R0~R999由梯形图设计者自由定义），G、F信号是FANUC专属。

根据表1，很容易编制出如图5所示的梯形图。

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图5 冷却控制梯形图

四

PMC控制程序调试

单独训练冷却PMC控制程序的调试能力时，需要将实训设备原梯形图暂时删除，此时，机床所有功能皆丢失，且可能出现急停（EMG）和超程报警。

为了在练习中得到预期的控制结果，在实训任务3中，还需要补上方式选择、循环启动、辅助功能完成（FIN）等信号的PMC处理程序，如图6所示。

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图6 方式选择、循环启动、M功能完成梯形图

方式选择是指选择JOG和MDI两种工作方式，根据机床方式开关的形式和方式选择信号G43.0~2的组合表编制梯形图，如图6中N6~8句。

运行M08、M09时，需用到循环启动按钮，且运行时指示灯点亮，如图6中N9~12句。

对于NC程序中的每一个M代码，执行后必须向CNC报告M功能已完成，否则，将不能继续执行NC程序的下一个程序段。同时，M功能作为辅助功能（M、S、T功能），也必须报告辅助功能完成信号。如图6中N13句。

↓ ↓ ↓

实训步骤

① 将PMCCNF菜单“编辑后保存”改为“不”（操作1）；
② 在MDI方式下删除全部梯形图（但不保存）（操作3）；
③ 在LEVEL 2中输入冷却梯形图（功能指令输入见操作4），以功能指令END2结束；
④ 退出编辑状态（操作1）；
⑤ 检查重复线圈（操作12）；
⑥ 调试手动冷却：

JOG方式下，按冷却键一次，灯亮，再按一次，灯灭；
⑦ 调试自动M08、M09冷却：

在MDI方式下，按PROG功能键→在MDI页面输入M08；（EOB）→按INSERT→循环启动，听见接触器吸合的声音，同时冷却按键指示灯亮。

继续输入M09；（EOB）→按INSERT→循环启动，听见接触器弹开的声音，同时冷却按键指示灯灭；
⑧ 拍照记录，关机，下一位同学上（使用不同的R地址编程），重复以上步骤。

戳视频跟随汤老师调试，有问题怎么办？戳这里。你可能需要：

▲ 视频：PMC程序调试过程

五

冷却故障案例

根据以上所学，你来试试冷却故障诊断与维修（troubleshooting）？

故障案例：

一台数控机床在做DNC加工运行到M08指令时，机床冷却系统工作不正常，冷却液喷嘴输出的流量非常小，几乎是一滴一滴地出来，根本达不到正常加工的流量要求，导致零件加工无法进行。（本案例来自网络）

故障诊断：
根据现场调查，数控机床冷却水泵是工作的，说明电路控制方面无问题，可能存在的故障有以下几点：
（1）冷却电机电压过低或缺相，导致冷却水泵动力不足，无法正常输出冷却液
（2）冷却液水箱里的冷却液不足，导致冷却水泵无法抽取足够的冷却液
（3）冷却液喷嘴开关没调到适合位置，导致出水量过小
（4）冷却泵输出管道堵塞或过度弯折，导致出水不顺畅

（5）冷却泵输出管道内藏有空气，也会导致输出水压不足

检查步骤：

① 用万用表测量三相电压，电压正常（标称电压380V的±10%以内）且三相平衡；

② 把机床的水箱拉出来，看到里面的冷却液很充足；
③ 调节冷却液的喷嘴开关，发现已经是打在全开的位置，但就是输出不顺畅；
④ 检查整条输出管道，没有弯折现象，也没有堵塞，用手整理一下后也没能解决输出过小的问题；
⑤ 拆开冷却水泵，发现冷却水泵底部粘有很多的切屑，进一步检查发现，原来是冷却水箱回流的过滤网（见图1）损坏了，导致切屑随冷却液回流到水箱里，越积越多，最终把冷却泵给堵塞了，产生冷却液输出不足现象。

故障维修：

清理沉积在水箱里的切屑，并换上新的滤网后，故障排除。

六

冷却系统维护

冷却装置的日常维护（regular maintenance）主要包括冷却液的补给、更换及过滤装置的清洗等。观视频看老外如何维护冷却系统（无论从语言还是从专业的角度，此视频非常适合学习者）。

▲ 视频：冷却液箱的清洗

（设计/文稿：汤彩萍）