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攻牙机的故障保护机制是硬件检测 + PLC 逻辑判断 + 驱动级响应的三层防护体系，核心目标是在丝锥卡滞、断锥、超程、过载等故障发生时，快速停机 / 复位，避免设备损坏和工件报废。以下按 “故障类型→检测方式→PLC 实现逻辑→驱动联动” 拆解，适配伺服 / 步进 / 变频等主流攻牙机类型：

一、核心故障类型与防护目标

二、故障保护的实现层级（从硬件到软件）

层级 1：硬件检测（最前端，快速反馈）

通过传感器 / 驱动器内置检测模块，实时采集故障信号，为 PLC 判断提供依据：

层级 2：PLC 逻辑判断（核心，智能识别故障）

PLC 接收硬件检测信号后，通过 “阈值判断 + 防抖 + 时序验证”，避免误触发，精准识别故障：

1. 主轴过载保护（最常用，以伺服攻牙机为例）

• 核心逻辑：实时读取伺服驱动器反馈的主轴电流 / 转矩值，超过设定阈值且持续一定时间，判定为过载；

• 三菱 FX5U PLC ST 代码示例：

  st

  // 变量定义：D300=主轴实时电流（A），D301=过载阈值（如5A），T0=防抖延时（100ms）
  IF D300 > D301 THEN // 电流超阈值
      OUT T0 K10; // 防抖100ms（避免瞬时波动）
  ELSE
      RST T0;
  END_IF;
  IF T0 >= K10 THEN // 过载持续100ms，判定故障
      SET M200; // 过载故障标志
      RST Y1; // 主轴正转停止
      RST Y2; // Z轴进给停止
      SET Y5; // 报警灯亮
      // 触发退丝流程（紧急退丝）
      Y3 := TRUE; // 主轴反转
      Y4 := TRUE; // Z轴回退
  END_IF;

• 关键：阈值需适配丝锥规格（如 M8 丝锥过载阈值 5A，M12 丝锥阈值 8A），HMI 可手动调整。

2. Z 轴超程保护（安全级，优先于所有逻辑）

• 核心逻辑：限位开关信号为 ON 时，立即切断 Z 轴输出，禁止反向运动（仅允许复位）；

• 梯形图逻辑：

  plaintext

  LD     X2 OR X3 // X2=Z轴正限位，X3=Z轴负限位
  OUT    M201     // 超程故障标志
  LD     M201
  RST    Y2       // Z轴进给停止
  RST    Y4       // Z轴回退停止（仅保留手动复位权限）
  SET    Y5       // 报警灯亮
  // 仅允许手动复位（X10=复位按钮）清除故障
  LD     X10
  RST    M201
  RST    Y5

• 关键：限位开关需接常闭触点（断线时也能触发保护），避免开关故障导致防护失效。

3. 断丝锥保护（基于负载突变）

• 核心逻辑：攻丝过程中，主轴电流从 “过载高值” 骤降至 “空载低值”，判定为断丝锥；

• PLC 逻辑：

  st

  IF M100 = TRUE THEN // 攻丝中标志
      // D300=实时电流，D302=空载电流（如1A），D303=电流差值阈值（如3A）
      IF (D300 < D302) AND (D300_OLD - D300 > D303) THEN
          SET M202; // 断丝锥故障标志
          // 停机+报警
          RST Y1; RST Y2; SET Y5;
          // HMI显示“断丝锥，请检查”
          D400 := 1; // 报警代码1=断丝锥
      END_IF;
  END_IF;
  D300_OLD := D300; // 缓存上一周期电流值

4. 同步失步保护（避免丝锥崩牙）

• 核心逻辑：计算主轴转速与 Z 轴进给的理论脉冲数差值，超阈值则暂停；

• 公式：理论 Z 轴脉冲数 = 主轴脉冲数 × 螺距 / 编码器分辨率；

• PLC 逻辑：

  st

  // D200=Z轴实际脉冲数，D201=理论Z轴脉冲数，D202=失步阈值（如50脉冲）
  IF ABS(D200 - D201) > D202 THEN
      SET M203; // 失步故障标志
      Y1 := FALSE; Y2 := FALSE; // 暂停攻丝
      // 小幅回退修正偏差
      Y4 := TRUE; 
      T1 := K5; // 回退50ms
      IF T1 >= K5 THEN
          Y4 := FALSE;
          // 重新同步后继续
          Y1 := TRUE; Y2 := TRUE;
          RST M203;
      END_IF;
  END_IF;

5. 急停 / 安全门保护（最高优先级）

• 核心逻辑：急停信号触发时，立即切断所有输出，禁止自动运行（仅允许手动复位）；

• 梯形图逻辑：

  plaintext

  LD     X4 // X4=急停按钮（常闭，按下为ON）
  OUT    M204 // 急停故障标志
  LD     M204
  RST    Y1 // 主轴正转
  RST    Y2 // Z轴进给
  RST    Y3 // 主轴反转
  RST    Y4 // Z轴回退
  SET    Y5 // 报警灯
  // 复位条件：急停释放+手动复位
  LD     NOT X4 AND X10 // X10=复位按钮
  RST    M204
  RST    Y5

层级 3：驱动级联动（快速响应，比 PLC 更及时）

驱动器（伺服 / 变频）内置保护功能，可直接响应故障，无需等待 PLC 逻辑，作为 “最后一道防线”：

三、故障报警与复位机制

1. 报警呈现：

• HMI：显示故障代码 + 文字说明（如 “E01 - 主轴过载”），弹出报警弹窗；

• 硬件：报警灯（红色常亮）+ 蜂鸣器（间歇鸣叫）；

• 日志：PLC 记录故障时间、类型、当时参数（如过载时的电流值），便于追溯。

2. 复位机制：

• 轻故障（如同步失步、气压不足）：故障解除后，自动复位或按 “复位” 按钮继续；

• 重故障（如过载、断丝锥、超程）：需人工排查故障（如更换丝锥、清理切屑），按下 “复位” 按钮 + 确认 HMI 报警，才能清除故障标志；

• 急停故障：必须先释放急停按钮，再按复位，避免误操作。

四、不同类型攻牙机的保护差异

五、避坑要点（避免保护失效）

1. 防抖处理：所有开关量信号需加 20-100ms 防抖延时，避免瞬时干扰触发误保护；

2. 优先级排序：急停 > 限位 > 过载 > 同步失步，急停信号需直接接入驱动器（旁路 PLC，更快速）；

3. 阈值校准：过载阈值需按丝锥规格校准（如 M6 丝锥阈值 3A，M10 丝锥阈值 6A），避免阈值过高 / 过低；

4. 冗余检测：关键保护（如 Z 轴超程）需双重检测（限位开关 + 编码器位置校验）；

5. 紧急退丝：过载 / 卡滞时，PLC 需优先触发 “主轴反转 + Z 轴回退”，而非直接停机（避免丝锥卡死在工件中）。

总结

攻牙机故障保护的核心是 “快速检测→精准判断→分级响应”：

• 硬件层：传感器 / 驱动器实时采集故障信号，做到 “早发现”；

• PLC 层：通过逻辑过滤误触发，区分轻 / 重故障，做到 “准判断”；

• 驱动层：联动停止 / 回退，做到 “快响应”；最终通过报警和复位机制，确保故障可追溯、可恢复，最大化降低设备损失。