吴海锋的毕业设计

1、台州职业技术学院毕 业 设 计( 2010届 )课题名称 西门子802C数控机床调试和故障分析 专业名称： 数控技术应用与维护 班 级： 数修0732 学 号： 0423072028 姓 名： 吴海锋 指导教师： 梁寒冰 日 期 ：2010年5月 目 录 第一部分：概述 31.1数控机床的简述 3 1.2西门子802C数控机床的简述5 第二部分 调试.62.1系统介绍6 2.2与系统重要的一些相关接口62.3机床一些参数的设置7 2.4进给轴的动态特性调试 8 2.5主轴参数调试92.6参考点的调试10第三部分 故障分析123.1 关于回转刀架的故障问题和分析: 123.2 换刀过程 123.

2、3 实际举例问题（一） 123.4实际举例问题（二）143.5主轴部分故障 143.6进给轴部分故障 15结束语 16参考文献 17第一部分：概述1.1数控机床的简述数控机床的简介：数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。数控机床的控制单元、数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。 与普通机床相比，数控机床有如下特点： 1.加工精度高，具有稳定的加工质量； 2.可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 3.加工零件改变时，一般只需要更改数控程

3、序，可节省生产准备时间； 4.机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； 5.机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 6.对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。数控机床一般由下列几个部分组成：主机:他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。数控装置:是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。驱动装置:他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元

4、、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。辅助装置:指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 数控机床坐标系有机床坐标系和工件坐标系，其中工件坐标系又称为编程坐标系。1. 机床坐标系机床坐标系XYZ是生产厂家在机床上设定的坐标系，其原点是机床上的一个固定点，作为数控机床运动部

5、件的运动参考点，在一般数控车床中，原点为卡盘端面与主轴轴线的交点；在一般数控立铣床中，原点为运动部件在X、Y、Z三根坐标轴反方向运动的极限位置的交点，即在此状态下的工作台左前角上。2. 工件坐标系设定工件坐标系XpYpZp目的是为了编程方便。设置工件坐标系原点的原则尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上，工件坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。在数控车床中，如图2所示，原点Op点一般设定在工件的右端面与主轴轴线的交点上。在数控铣床中，如图3所示，Z轴的原点一般设定在工件的上表面，对于非对称工件，X、Y轴的原点一般设定在工件的左前角上；对于对称工件，X、Y轴的原点一般设定在工件对

6、称轴的交点上。常用的数控机床系统主要是 西门子 三菱 发那克三种。1.2西门子802C数控机床的简述西门子802C的简介：SINUMERIK802Cbaseline是专门为中国数控机床市场而开发的经济型CNC控制系统，性能价格比非常高。结构紧凑，高度集成于一体的数控单元，操作面板，机床操作面板和输入输出单元机床调试配置数据少，系统与机床匹配更快速、更容易简单而友好的编程界面，保证了生产的快速进行，优化了机床的使用SINUMERIK802Cbaseline集成了所有的CNC，PLC，HMI，IO于一身可独立于其他部件进行安装。坚固而又节省空间的设计，使它可以安装到最方便用户的位置。  

7、操作面板提供了所有的数控操作，编程和机床控制动作的按键以及8英寸LCD显示器，同时还提供12个带有LED的用户自定义键。工作方式选择（6种），进给速度修调，主轴速度修调，数控启动与数控停止，系统复位均采用按键形式进行操作SINUMERIK802Cbaseline的输入输出点为48个24V的直流输入和16个24V的直流输出。输出同时工作系数为0.5时负载能力可达0.5A。为了方便安装，输入输出采用可移动的螺丝夹紧端子，该端子可用普通的螺丝刀来紧固SINUMERIK802Cbaseline可控制三个进给轴。SINUMERIK802Cbaseline提供传统的±10V的伺服驱动接口除三个进

8、给轴外，SINUMERIK802Cbaseline都提供一个±10V的接口用于连接主轴驱动。     SINUMERIK802Cbaseline基本配置的驱动系统为SIMODRIVEbaseline，3Nm6Nm和6Nm8Nm双轴模块与11Nm单轴模块，驱动带单极对旋转变压器的1FK7伺服电机，当需要进行功率扩展应用时，可以选用SIMODRIVE611U伺服驱动系统和带单极对旋转变压器的1FK7伺服电机。     SINUMERIK802Cbaseline控制软件已经存储在数控部分的Flash-EPROM（闪存）上，Tool

9、box软件工具（调整所用的软件工具）包含在标准的供货范围内。系统不再需要电池，免维护设计。采用电容防止掉电引起的数据丢失。程序的变化和新程序软件存储。在每一个工具盒中都包含有车床的PLC程序示例，以便用户能很快地调试完毕。第二部分：调试2.1系统介绍 西门子802C base Line是在西门子802C基础上新开发的一种经济型系统。它可以控制2或3个步进电机轴和一个伺服主轴或变频器，连接步进驱动STEPDRIVE C。步进电机信号为脉冲信号、方向信号和使能信号。电机每转给出1000个脉冲。西门子802C base Line系统组成: CNC控制器: 集成式、紧凑式CNC控制器，配置液晶显示器、

10、全功能操作键盘、机床操作界面； 驱动器和电机: 伺服进给驱动SIMODRVIE 611U或者 SIMODRIVE base Line带1FK7系列伺服电机。 电缆: 连接CNC控制器到步进驱动器的电缆为速度给定值电缆和位置反馈值电缆；连接驱动器到电机的电缆为编码器电缆和电机动力电缆。2.2与系统重要相关的一些接口 例如通讯接口RS232-X2,这个接口是通过PC/PG与西门子802C系统进行数通讯的。编码器的接口X3X6，编码器接口的引脚分配图X3 X4 X5 X6； 引脚 信号 说明 引脚 信号 说明 1 nc 9 M 电压输出 2 nc 10 Z 输入信号 3 nc 11 Z_N输入信号

11、4 P5EST 电压输出 12 B_N输入信号 5 nc 13 B 输入信号 6 P5EST电压输出 14 A_N输入信号 7 M电压输出 15 A输入信号 8 nc 16在西门子802C系统中有48个数字输入端子和16个数字输出接线端子。数字输入/输出接口X100X105, X200和X201现在我以西门子802C数控车床作为说明例子： 输入信号说明X100I0.0硬限位X+I0.1硬限位Z+I0.2X参考点开关I0.3Z参考点开关I0.4硬限位X 1）I0.5应限位Z 1）I0.6过载（611馈入模块的T52）I0.7急停按钮X101 I1.0刀架信号T1I1.1刀架信号T2I1.2刀架信

12、号T3I1.3刀架信号T4I1.4刀架信号T5I1.5刀架信号T6I1.6超程释放信号（用于超程链）I1.7就绪信号（611U馈入模块的T72）说明：实列中X102和X105还没有确切的定义。 输出信号说明X200Q0.0主轴正转CWQ0.1 主轴反转CCWQ0.2冷却控制输出Q0.3润滑输出Q0.4刀架正传CWQ0.5刀架反转CCWQ0.6卡盘卡紧Q0.7卡盘放松X201Q1.0无定义Q1.1无定义Q1.2无定义Q1.3电机抱闸释放Q1.4主轴制动Q1.5馈入模块端子T48Q1.6馈入模块端子T63Q1.7馈入模块端子T642.3机床一些参数的设定 机床类型 ： MD14510（16） 0表

13、示车床 定义输入输出：MD14512（0）(4)DI16的输入使能和输入逻辑； MD14512(4 ) (7)DO16的输出使能和输出逻辑； 定义点动键： MD14510(26)X + 键 MD14510(27)X 键 MD14510（28）Y +键 （在MD14510(16)=1时） MD14510 （29）Y 键 （在MD14510（16）=1时） 定义使用功能：MD14512(11) Bit7=1 车床刀架有效 Bit3=1 主轴控制有效有效 Bit2=1 卡紧放松控制 Bit1=1 自动润滑有效 Bit0=1 冷却控制有效 注：（ 要使设定的参数生效，必须在设定参数后先关机然后再上电。

14、） 2.4进给轴的动态特性调试在西门子802C系统中，进给轴的动态特性是可以调试的。802C是通过SimoComU进行的。 对于伺服系统，首先要对速度环的动态特性进行调试，然后才能对位置环进行调试。速度环动态特性优化通过SimoComU进行。步骤如下： 1） 将NC轴参数MD30220设置为“0”（优化后设置为“1”）,使优化时的NC给定电缆中的伺服使能信号65和9不会断开； 2）如果需要组合键对电机抱闸进行控制，需设定NC同用参数MD14512（18）的位为2（bit） “1” （优化完毕后恢复“0”）； 3）驱动器使能（电源模块端子T48、 T63和T64与T9接通）；并将坐标移动到适中的

15、位置（因为优化时电机要旋转约两圈）；优化时驱动器的速度给定由PC机以数字量给出； 4）然后进入工具软件SimoComU； 选择联机方式，在选择PC机控制键选“OK”; 5) 在西门子802C通过机床控制区域组合键释放电机抱闸； 6）进入控制目录（Controller），在界面上出现“The PC now has master control Conbnue with”后选择画面下的“None of these”， 7）选择运行自动速度控制器优化“Execute automatic speed controller setting”， 8）在进入速度优化后，选择“Execute steps 14

16、 ”自动执行： 机械特性一（电机正传，抱闸应释放）； 机械特性二（电机反转，抱闸应释放）； 电流环的测试（电机静止，垂直轴电机的抱闸应夹紧）； 参数的优化计算； 9）在运行完第二步时，SimoComU出现提示：“电流环优化，垂直轴的电机抱闸一定要夹紧，以防止坐标下滑”；10）通过MCP组合键使抱闸夹紧；11）显示优化前后的参数的比较，入可以，需进行数据存储，上电复位； 12）通过机床控制区域的组合键释放电机抱闸； 13）恢复NC通用参数MD14512(16)=0,轴参数MD30200=1，然后西门子802C base line重新上电使参数生效； 2.5主轴参数调试主轴分为开关量主轴和模拟量主

17、轴，如果是模拟量主轴，则可以通过设定主轴参数， 根据不同的机床类型使机床具有各种丰富的功能，比如螺纹加工，恒定切削速度、编程主轴转速极限等。 参数设定 如果采用交流电机加变频器，或者采用伺服主轴控制；在加工螺纹或者使用每转进给编程时，则机床数据MD30130设定为1。 轴参数号输入值参数定义30130 0无模拟量输出30130 1有+10或10Vdc模拟量输出 机床主轴可以设定为单极和双极性主轴输出。轴参数号输入值参数定义301340双极性主轴输出，Q0.0和Q0.1可以由PLC使用30134 1 单极性主轴输出，Q0.0和Q0.1不可以由PLC使用30134. 2单极性主轴输出，Q0.0和Q

18、0.1不可以由PLC输出 MD30134=1时 Q0.0=伺服使能 Q0.1=负方向运行 MD30134=2时 Q0.0=伺服使能正方向运行 Q0.1=伺服使能负方向运行 如果主轴无编码器反馈， 则机床数据MD30200设定为0轴参数号输入值参数定义302000主轴无编码器反馈 在加工螺纹时，主轴安装了编码器： 参数编号输入值参数定义302402主轴带测量系统下列主轴参数应设定；轴参数号单位举例值参数设定义31020IPR1024编码器每转脉冲数32260RPM3000主轴额定转速36200RPM3300最大主轴监控速度加权后填入机床参数；轴参数号单位举例值参数定义36300Hz55000主轴

19、监控频率如果使用模拟量主轴，并且有机械换挡轴参数号单位输入值参数定义35010 1模拟主轴换挡使能35110RPM转速（i）主轴换挡最大速度35130RPM转速（i）主轴各档最大速度36200RPM转速（i）各档最大主轴监控速度31050分母（i）主轴各档变比（电机端）31060分子（i）主轴各档变比（主轴端）注：（主轴最多可提供五档变速,必须通过PLC应用程序设置相应的接口信号才能实现换挡）;数据号数据名保护级数据说明206USER-CLASS-WRITE-TOA-GEO37刀具几何写保护级 207USER-CLASS-WRITE-TOA-WEAR37刀具磨损参数写保护级 208USER-C

20、LASS-WRITE-ZOA37可设定零点偏移写写保护级 210USER-CLASS-WRITE-SEA-37设定数据写保护级 216USER-CLASS-WRITE-RPA-37R参数写保护级 217USER-CLASS-WRITE-V24-37RS232参数写保护级注：（保护级3 需要用户口令CUSTOMER; 保护级4 PLC设定V26000000.7； 保护级5 PLC设定V26000000.6; 保护级6 PLC设定V26000000.5; 保护级7 不需口令和PLC 接口信号;）2.6参考点的调试 西门子802C系统很多功能都建立在参考点的基础上的，比如MDA和自动方式只有在机床返

21、回参考点的情况下才能进行操作；还有丝杠螺距误差补偿也只有返回参考点才能生效。所以，系统在正常工作前必须返回参考点。减速开关 近开关信号/零脉冲位置，又可以分为两种情况：(1) 接近开关信号/零脉冲在减速开关前MD34050: REEP-SEARCH-MARKER-REVERS=0,遇减速开关后反向寻找接近开关/零脉冲信号； Vc Rv Vp Vm 开始 Rk BERO-脉冲 减速挡板2）接近开关信号/零脉冲在减速开关之后； MD34050: REEP-SEARCH-MARKER-REVERS=1，遇减速开关之后，同向寻找接近开关/零脉冲信号； Vm Rv Vp 开始 减速开关 BERO-脉冲

22、Rk当参数号34000设定值为1时减速开关生效，而34010的0为减速开关的正方向，1为减速开关的负方向。34020为寻找减速开关的速度，而速度一般设定为2000。34040则为寻找零脉冲的速度，此速度一般为300。34050的0则代表零脉冲在0开关外，1则代表零脉冲在1开关内。第三部分：故障分析 机床的实际操作中会出现很多的问题，现在我们就常见的关于西门子802C的一些常见问题进行故障分析。 3.1关于回转刀架的故障问题和分析: 在解决问题前我们必须对刀架的相关知识进行了解学习：在数控机床使用回转刀架是一个比较简单的自动装置，数控机床的刀架是由机床的PLC来控制的。我们分析车床刀架的控制原理

23、其实就是指刀架的整个换刀过程。 刀架的换刀过程其实是通过PLC对控制刀架的所有I/O信号进行逻辑处理及计算的。实现刀架的顺序控制。为了确保换刀的正确，系统一般还要设置一些相应的参数来对换刀过程进行调整。 自动刀架控制涉及到的I/O信号如下： PLC输入信号： X2.7 刀架电动机过热报警输入； X3.0X3.3 14号刀位信号输入； X30.6 手动刀位选择按钮信号输入； X30.7 手动换刀启动按钮信号输入； PLC输出信号： Y0.6:刀架正转继电器控制输出 Y0.7：刀架反转继电器控制输出。 3.2换刀过程：1 选择刀具2 刀位转换 3刀架正转信号输出Q0.4(4) KA5吸合（5）KM

24、4吸合（6）刀架电机正转（7）反馈刀架到位信号（8）检测刀架刀位（|1.0-|1.5）（9）停止刀架输出信号Q0.4（10）输出反转信号Q0.5（11）A6吸合（12）KM5吸合（13）刀架反转锁紧 3.3实际故障问题一：选择了目标刀位，按下刀位转换按钮后，电动刀架不转故障原因处理方法1 刀架电机三相反相或缺相将刀架电机线中两条互调或检查外部供电2 系统的正转控制信号Q0.4无输出用万用表量系统PLC出线端Q0.4，量M24V和Q0.4两触电，同时手动换刀，看这两点的输出电压是否有+24V，若电压不存在，则为系统故障或PLC程序和参数问题，参数14512（11）-7应为1，刀架有效。3 系统正

25、转控制信号Q0.4输出正常，但控制信号这一回路存在短路或元器损坏检查正转控制信号线是否短路，检查这一回路各触点接触是否良好；检查直流继电器或交流接触器是否损坏4 刀架电机无电源供给检查刀架电机电源供给回路是否存在短路，各触电是否接触良好，强电电气元件是否有损坏5 上拉电阻未接入将刀位输入信号接上2K上拉电阻，若不接此电阻，刀架在宏观上表现不转，实际上的动作为先进行正转后立即反转，使刀架看似不动6 机械卡死通过手摇使刀架转动，通过松紧程度判断是否卡死，若是，则需拆开刀架，调整机械，加入润滑油7 反锁时间过长造成机械卡死在机械上放松刀架，然后通过系统参数调整刀架反锁时间8 刀架电机损坏拆开刀架电机

26、，转动刀架，看电机是否转动，若不转动，再确定线路没有问题时，更换刀架电机9 刀架电机进水短路烘干电机， 加装防护，做好绝缘措施故障处理技巧：1、首先我们可以利用现象比较明显，比较容易观察到的地方来进行判断，在这里我们可以把接触器作为一个特殊点，以接触器为分界点，做出一个初步判断，可以观察下一接触器是否动作，如果接触器动作我们可以听到接触器吸合的声音，相反则听不到。2接触器吸合的情况下，我们可以判断出换刀过程中的（1）-(4)PLC都，没有问题。那么问题应该在（6）或（7）上，具体原因如下:1） 电机电源缺相或者电压过低；2） 接触器主触点被烧坏或接触不良3） 刀架电机电源相序错，造成电机旋转方

27、向发生改变，刀架选刀的过程变成刀架锁紧的过程；4） 电机烧坏；接触器在没有吸合的情况下，我们可以判断出故障原因有可能在1，5这几步上，具体分析过程；1） KM4没有吸合的情况下，观察KA5是否吸合，如果KA5已经动作，那么可以测量一下KM4线圈有没有烧坏，控制电缆有没有断线，KA5的触点接触是否良好。2） 如果KA5没有动作，可以通过观察PLC的输入的输出寄存器的状态来确定刀架正转信号Q0.4是否有输出，如果有输出，可以检测一下继电器KA5线圈是否被烧坏，PLC输出板是否有问题啊，系统PLC到KA5的连线是否有问题。如果没有输出，则检测一下是否PLC编写有误，是否有些换刀条件没有满足。当刀架无

28、动作，但刀架电机有堵转电流声，应检查机床电源相序或电动刀架相序，可调换相序一试。3.4实际举例问题二：选择了目标刀位，按下刀位转换按钮以后，电动刀架转个不停；故障原因处理方法1系统有+24V;COM输出，但与刀架发信盘连线断路；或是+12V对COM地短路用万用表检查刀架上的+24V、COM地与系统的接地是否存在断路；检查+24是否对COM地断路，将+24V电压拉低2 系统有+24V;COM输出，连接正常，发信盘的发信电路板上+24V和COM地回路有断路发信盘长期处于潮湿环境造成线路氧化断路，用焊锡或导线重新连接3刀位上+24V电压偏低，线路上的拉电阻开路用万用表测量每个刀位上的电压是否正常，如

29、果偏低，检查上拉电阻，若是开路，则更换1/4W2K上拉电阻4系统的反转控制信号Q0.5无输出用万用表量系统出线端，看这一点的输出电压是否正常或存在，若是电压不存在，则为系统故障5系统有反转控制信号Q0.5输出，但与刀架电机之间的回路存在问题检查各中间线路是否存在断路，检查各触点是否良好，检查强电柜内直流继电器和交流接触器是否损坏6刀位电平信号参数未设置好检查系统参数刀位高低电平检测参数是否正常，修改参数。参数MD14512(3)=*1117霍尔元件损坏在对应刀位无断路的情况下，若是所对应的刀位线有低电平输出，则霍尔元件无损坏，否则需更换刀架发信盘或其上的霍尔元件。一般四个霍尔元件同时损坏的机率

30、很小8磁块故障，磁块无磁性或不强更换磁块或是增强磁性，若磁块在刀架抬起时位置太高，则需调整磁块的位置，使磁块对霍尔元件3.5主轴故障分析故障现象1：主轴不转，无任何报警分析及处理过程：由于机床其他动作正常，CNC与变频器均无报警。分析故障原因可能是有这几种原因：1检查系统机床参数MD14512(11)-4主轴是否设为有效1，若设为0则无效，主轴不转。2检查系统主轴参数30130是否为1，若是0，则无模拟量输出，主轴不转。3检查系统主轴参数30134是否正确为1。观察主轴接收正反转指令时，Q0.0和Q0.1的输出情况，Q0.0是使能信号，Q0.1是反转信号。正常情况下，正转时Q0.0输出有效，反

31、转时Q0.0、Q0.1同时有效。4若正反转指令时Q0.0、Q0.1信号正常，检查Q0.0、Q0.1信号送到变频器5、6端的信号有无断线。（CW、CCW码盘）5检查系统有无模拟量给定信号送到变频器给定输入端，若给定信号断线，则电机不转。故障现象2：主轴不转，显示“SP轴有源编码器硬件故障”检查SP有源编码器的拨码开关故障现象3：主轴只能正转（按反转键，主轴也是正转） Q0.1信号送到变频器的6号端子线端，查CCW拨码3.6进给轴部分故障故障现象1：开机，CNC屏幕上即现21614号报警，即X(Z)轴正向（负向）硬件限位报警。分析及处理：1 ）+X方向已经到达最大行程，撞块撞到+X限位开关。在JO

32、G方式下按-X退出使撞块脱离开关，按复位键看能否消除报警。2）限位开关或触电接触不良。3）限位开关至PLC I0.0输入点断线。查看PLC状态，用手按动限位开关，看状态变化情况。或用万用表查开关至PLC各点电压情况。故障现象2： 将工作方式置于REF回参考点方式，按动+X(或+Z)使机床回参考点，不能正常回参考点，出现超程报警。 分析及处理过程：1 ）机床回参考点“减速挡块”放开位置由于长期接触后，位置产生了移动，处于机床减速挡块之后，导致了超程。2）编码器的“零位脉冲”存在不良。机床回参考点“减速挡块”放开后，机床有减速动作，但不管怎么样调整减速挡块，工作台总是运动到压上行程极限开关的位置，

33、而且减速距离已经超过一个螺距。故障的可能原因是编码器连接不良，导致减速后找不到Z脉冲而致压上限位开关。3 ）减速挡块或减速开关至PLC输入点I0.2信号线断（查拨码盘）。机床回参考点时，CNC出现ALM20000报警，含义为“在回参考点时未检测到减速挡块”。原因（1）参数设置不当（MD34030设定的距离内检测不到“参考点减速”信号。（2）信号连接不良，回参考点时 “参考点减速”信号未输入到系统。（3）调整不当，回参考点时坐标轴压不到“减速挡块”。故障现象3：将机床置于JOG方式，开机无报警，按使能键即报“025040 Z轴静止功能监控”，“05030 Z轴实际速度报警”，Z(或X)轴不能进给。故障现象4：开机无报警，按使能键正常，按X或Z移动，即报警“025050 X(Z)轮廓监控。”分析处理过程：025040含义是坐标轴停止运动时，实际定位位置与给定位置的误差超过了系统参数MD36030所设定的值。025050轮廓监控的含义是坐标轴运动时，实际定位位置与给定位置间的误差超过了系统参数MD36400规定的最大允许值。检查机床，以手动的方式移动坐标轴，发出CNC的显示变