《数控机床调试与维修》项目六：数控系统的故障维修与保养

1、项目六：数控系统的故障维修与保养【学习目标】（一）专业能力目标1、能进行PC机与数控机床之间的数据传输；2、能排除机床无法回参考点的故障；3、能进行系统参数的修调；（二）社会能力目标1. 具有良好的职业道德和敬业精神；2. 具有较强的责任感；3具有团结协作精神；4具有良好的心理素质和身体素质；（三）方法能力目标1. 具有通过电教片、网络等现代途径学习和图书查询等自学能力；2. 具有综合运用知识与技术从事程度较复杂的技术工作的能力。【相关知识】任务一：数据传输与备份一、DNC和PCIN的介绍以前，数控机床加工程序的输入采用纸带传输程序或是手工输入时，存在如下缺点：（1）纸带传输效率低，识别正确率

2、低；（2）纸带传输程序时会将机床中原有的程序自动删除；（3）纸带不易长时间保存；（4）手工输入效率低，编程者劳动强度大，易出错；（5）CNC内存较小，程序比较大时就无法输入。针对上述问题，学院应用PCIN4.2和DNC4.0数控机床的数据传输软件，通过笔记本电脑,即可解决所有数控机床的程序数据的输入和输出。DNC4.0数据传输软件是台湾NEWCAM为WINDOWS操作界面，适用于FANUC16i系统、FANUC18M系统、SIEMENS840D。PCIN4.2软件（SIEMENS公司出品），DOS操作界面，适用于较早的NC操作系统，如FANUC0、6系统、SIEMENS850系统。接口，通过笔

3、记本电脑与数控机床CNC之间用一根RS232数据传输电缆线联接，即可快速而准确地实现互相传输的目的。下面分别介绍DNC和PCIN的使用和具体的操作方法。1、DNC软件的使用1） 参数设置利用笔记本电脑传输程序，将数据线连接好。打开电脑中的DNC软件，出现菜单界面。点击 “参数”键后，参数对话框中，添入相应内容：收送码别：ASCII；收送埠值：COM1收送速率：19200；同位检查：偶数；资料长度：7；停止位元：1；交谈模式：控制器码，收送目标：控制器。参数设置完成后按“确定”键(注意参数必须与机床搭配，否则无法进行程序传输)。2）传送程序将电脑中存储的已编制好的程序传送到机床中。点击菜单中的“

4、传送”键，在传送程式对话框中，选择已编制好的加工程序，在窗口中找到要传输的程序的路径。这时将机床传输操作准备好（机床操作参考“加工中心电控系统操作说明书”）。用点击传送程式对话框“打开”键。同时，按机床的传输执行键，NC便开始读入程序。（注意：如果按执行键过早，机床屏幕显示无连接；如果按执行键过晚，机床接收到的程序将缺少前面的程序段。）3） 接收程序将机床中存储的加工程序传送到电脑中，点击软件界面的“接收”键，出现接收程式对话框。在“接收程式” 对话框中设置要存入的路径，设置完成后按“保存”键，然后可操作机床进行传输（机床操作参考“加工中心电控系统操作说明书”）。2、PCIN软件的使用利用笔记

5、本电脑传输程序，将数据线连接好，电脑和机床送电启动，先打开笔记本中的PCIN软件。出现另一菜单界面。在PCIN目录下,点击pcin.exe文件,出现PCIN对话框,选V24-INI，先在电脑侧运行PCIN软件输出程序，将机床软件操作面板上的DNC项设定为ON，然后在机床侧方式选择开关置于AUTO状态，按下CYCLESTART键，即可运行从电脑传来的程序。1）设置数控加工中心的参数 (注意参数必须与机床搭配，否则无法进行程序传输, 其他参数可不用更改)。2） 传送程序将电脑中已编制的程序传送到机床中。将参数设置完毕退出后，用方向键选择菜单“DATA_OUT”，按回车键，出现“FILE_NAME”

6、窗口，找到要传送的程序路径，如：D:PROGRAM。按回车键后，将机床传输设置好即可传送。传送完成后选择菜单“EXIT”按回车键退出“PCIN”软件。3） 接收程序从机床中将程序传送到电脑中,将参数设置完毕退出后，用方向键选择菜单“DATA_IN”，按回车键，出现“FILE_NAME”窗口，写好程序要存储的路径和文件名，例如：D:PROGRAM。按回车键后，将机床传输设置好即可传送。二、参数的备份（传输）：1、硬件连接2、接口的连接3、操作过程3.1把数控机床上的参数传到计算机上计算机侧：数控机床侧：把计算机上的参数传到数控机床上数控机床侧：计算机侧：三、参数丢失的原因1、数控系统后备电池失效

7、数控系统后备电池失效将导致全部参数丢失。针对这类原因，在机床正常工作时应注意 CRT是否有电源电压过低的报警显示。如果发现CRT上有报警显示，应在一周内按照系统生产厂要求的电池更换同等型号性能的电池。2、参数存储器故障或元器件老化参数存储器故障或电气元件老化都将使参数发生变化或导致参数不可用，遇到此类故障，一般需更换存储器板或损坏的电气元件，然后将备份好的参数重新传回到数控系统中。定期检查数控系统的元件是否老化也是十分必要的。3、机床长期闲置不用，没有定期对机床上电如果机床长期停用，很容易出现后备电池失效或保持数据用电容失电的现象。为了防止这类故障发生，应定期为机床通电，使机床空运行一段时间。

8、这样不但有利于后备电池使用寿命的延长和及时发现后备电池是否失效，更重要的是对机床数控系统、机械系统等整个系统使用寿命的延长有很大益处。4、机床在DNC状态下加工工件或进行数据通讯过程中电网瞬间停电此类故障，由于其不可预知性，所以一般是无法避免的。解决这类问题的办法就是将备份好的参数重新传回到数控系统中。5、受到外部干扰，使参数丢失或发生混乱针对这类原因，在数控机床安置时一定要考虑周围的环境，如CNC系统周围的温度、湿度，电器控制柜中应装有空调或风扇，空气过滤器应保持良好的状况，系统周围应避免振动源和高频放电设备及其它干扰源等，并且数控机床所采用的电缆线一定要做好屏蔽，动力线与信号线分离，信号线

9、采用铰合线，以减少和防止磁场耦合和电场耦合的干扰。6、操作者误操作为避免出现这类情况，应对操作者加强上岗前的业务技术培训及经常性的操作规程培训，制定可行的操作章程并严格执行。四、参数恢复的方法一般情况下，当参数发生改变和丢失时可以采用以下两种方式进行参数的恢复。1、根据故障现象和参数说明，找到排除故障的相应参数，进行正确的参数设置。在有针对性的利用机床参数进行设备维修的过程中，这种方法是非常实用和有效的。利用这种方法可以处理许多常见的机床故障，例如主轴准停位置的调整， 机床原点位置的调整，解除软件超程报警，补偿反向间隙，螺距补偿参数设置等等。可以说调整机床参数是修复机床常见故障的重要手段之一。

10、但是由于参数的数量非常庞大，当参数大范围丢失和改变时，这基本上是一个不能完成的任务。只能借助于参数的备份与回装完成参数的恢复任务。2、利用机床的备份数据进行参数的下载和恢复。这种方法简单易行，效率高，可靠性高，是进行参数恢复的主要手段。五、常见数控系统参数传输实例1、Siemens840D系统的参数备份与恢复对于MMC103来说，可以选择硬盘备份、软盘备份、NC卡备份和数据外部备份等多种数据备份形式，无论选择哪种备份形式，操作的方法大同小异，这里仅以通过V24串口进行外部数据备份为例，简明介绍一下数据备份和恢复的操作步骤。做参数备份一般需要辅助工具：WINPCIN软件；V24电缆；PC机。MM

11、C103参数备份的简明操作步骤如下：（1）V24参数的设定：在MMC侧设定，打开菜单Service下的V24界面，通过选择键切换选项。主要有波特率、停止位、奇偶、数据位等。（2）将WINPCIN软件安装到PC机上，选择RS232 config进行WINPCIN参数的设定。其设定的参数应与V24的参数设定一致。（3）将PC机与机床侧的RS232接口用V24电缆连接好，MMC侧选择Service下的Series Startup菜单，进行PLCMMCNC的系列备份。从垂直菜单中，选择V24作为存储目标。在WINPCIN界面上选择Receive Data，给文件起名，回车，使计算机处于等待状态。在MM

12、C侧选择Start垂直软件条，则从NC到PC机的数据备份开始。恢复数据是与数据备份相反的操作，其V24的参数设定和WINPCIN的参数设定方与数据备份相同。其简明操作步骤如下：（1）PC上做：起动WINPCIN软件，选择Data Out，选中存档文件并回车。（2）MMC 103上做：选择Service下的Series Start-up菜单，在垂直菜单中选择Read From V24，然后选择Start。则从PC到NC机的数据恢复开始。无论是数据恢复还是数据备份，传送的原则是：（1）永远是准备接收数据的一方先准备好，处于接收状态。（2）V24和WINPCIN两端参数设定一致。2、 Fanuc i

13、系统的参数备份与恢复对于Fanuci系统可以使用C-F卡进行数据传输，也可以使用RS232接口进行数据传输，下面将其数据恢复的过程简述如下：（1）将PC机或CF卡与数控机床连接好，如果使用CF卡，在Setting画面I/O通道一项中设定I/O4。如果使用RS232接口则根据硬件连接情况设定I/O0或I/O1。（2）计算机侧装好相应的通讯软件，例如DNC软件或PCIN软件，并起动该软件。（3）按下急停，使系统处于急停状态。（4）按功能键OFFSET SETTING，按软键SETTING，在SETTING画面中，将PWE1，机床出现P/S100报警。（5）按下功能键SYSTEM，按软键PARAM，

14、按软键操作，按操作扩展键，再按软件读入，然后按执行。参数就被读到内存中了。画面右下脚的INPUT字样消失时，说明参数输入完成。（6）按功能键OFFSET SETTING，按软键SETTING，在SETTING画面中，将PWE0，切断CNC电源后再通电。参数传输过程完毕。参数备份的步骤如下：（1）确认输出设备已经准备好（2）通过参数设定输出代码(ISO或 EIA)（3）使系统处于EDIT状态（4）按下功能键SYSTEM，按软键PARAM，按软键操作，按操作扩展键，再按软件输出，按下软件ALL，然后按执行。所有参数以指定格式输出。3、Num 1020系统的参数备份与恢复对NUM系统进行参数备份可以

15、使用NUMCOM软件，也可以使用DNC等通用的通讯软件，下面以使用NUMCOM软件为例，介绍其参数备份一般操作步骤：（1）首先，连接好PC机与数控系统的通讯电缆。（2）运行PC机，起动相应的通讯软件。（3）在CNC侧，按下UTIL F11，选择菜单操作0，输入，选择菜单操作5，输入，选择菜单操作3，输入。（4）在PC侧，选择接收ASC文件。（5）在CNC侧，按Y并确认，机床提示READY？再次按下输入键。（6）当文件传输结束后，PC关闭文件并给文件分配了文件名。（7）在CNC侧，退出F11，并按CTRLS，退出。参数备份结束。当需要进行数据恢复时，则其步骤如下：（1）首先，连接好PC机与数控系

16、统的通讯电缆。（2）运行PC机，起动相应的通讯软件。（3）在CNC侧，按下UTIL F11，选择菜单操作0，输入，选择菜单操作5，输入，选择菜单操作2，输入。（4）在PC侧，选择输出ASC文件，选择要输出的文件，并确认。当参数传输完毕后，文件关闭。（5）在CNC侧，退出F11，并按CTRL+S，退出。参数备份结束。任务小节本节主要阐述了DNC和PCIN传输软件的参数设置与使用，列举了程序的传输与接收方法，数据线的连接方法，数控系统与电脑之间的协议设定方法。从以上的阐述可以看出，对于不同的数控系统其参数备份方式是不同的，即使都为SIEMENS公司开发的数控系统，802D系统和840D系统的参数备

17、份方式也不尽相同， FANUNC 0系统还要手动输入900号以后的特殊参数。所以针对具体的数控系统，在参数备份前，最好查看其调试手册或相关说明，以保证所备份参数的完整性、正确性和有效性。课后自测1、常用的数据传输软件名称是什么？2、数控系统参数丢失的原因有哪些？日常中怎样进行维护保养？3、自制一根RS232接口数据线，并用它在数控系统和电脑间进行程序传输。任务二：机床无法回参考点故障维修目前数控机床回参考点的方式有两种：使用脉冲编码器或光栅尺的栅格法和使用磁感应开关的磁开关法。磁开关法由于存在定位漂移现象，因此较少使用。大多数机床均采用栅格法返回参考点。栅格法根据检测元件计量方法的不同又可分为

18、绝对栅格法和增量栅格法。采用绝对栅格法返回参考点的数控机床在驱动器储器电池支持下，只需在机床第一次开机调试时进行回参考点调整，此后每次开机均记录有参考点位置信息，因而不必再进行回参考点操作。采用增量栅格法来确定参考点的数控机床，其位置反馈元件为增量脉冲编码器，在每次开机时都需进行回参考点操作，使机床各坐标轴回到机床坐标系零点。一、返回参考点的作用机床坐标系是机床固有的坐标系，该坐标系的原点称为机床原点。经过设计、制造和调整后，这个原点便被确定下来。数控装置上电时并不知道机床原点，为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点（测量起点），机床起动时，通常要

19、进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系。参考点可以与机床原点重合，也可以不重合，通过参数指定参考点到机床原点的距离。机床回到了参考点位置，也就知道了该坐标轴的原点位置， 找到所有坐标轴的参考点，CNC就建立起了机床坐标系。在编程加工过程中所建立的工件坐标系原点，是机床坐标系中的一个特殊点而已，只有CNC建立了机床坐标系后，工件坐标系才有效。返回参考点是数控机床操作中最重要的功能环节之一，直接影响数控机床的各种刀具补偿、间隙补偿、轴向补偿以及其他精度补偿和零件加工质量。二、参考点的调整方法数控机床回参考点有3个必要条件，以FANUC系统为例：必须沿每一坐标轴的正（负）方向；起始点距参考点不小于

20、30mm；回参考点的速度不小于200mm/min。每台机床有一个参考点，根据需要也可以设置多个参考点，用于自动刀具交换（ATC）、自动拖盘交换（APC）等。通过G28指令（G28 U V W ）执行快速复归的点称为第一参考点，通过G30指令（G30 P U V W ）复归的点称为第二、第三或第四参考点。1、使用增量脉冲编码器的参考点回归方式 1）工作原理：当手动或自动回机床参考点时，首先，回归轴以正方向快速移动，当挡块碰上参考点接近开关时，开始减速运行。当挡块离开参考点接近开关时，继续以FL速度移动。当走到相对编码器的零位时，回归电机停止，并将此零点作为机床的参考点。2）相关参数：PRM100

21、2；PRM1821；PRM1850；PRM1815，每个参数设定方法如下：1002#参数（DLZ） 0：返回参考点的方式为通常方式（挡块） 1：使用无挡块设定参考点的方式1821#参数(按电机每转的反馈脉冲数或脉冲数被整数除尽的商值作为参考计数器容量设定)1850#参数(设定单位为0.0001mm时，应设定检测单位10倍的值)1815#参数（APC） 0：使用增量脉冲编码器作为位置检测器 1：使用绝对脉冲编码器作为位置检测器（APZ） 绝对脉冲编码器的原点位置的设定 0：没有建立 1：已建立（原点建立后，自动变为1）（OPT） 0：用内装式脉冲编码器进行位置检测 1：使用分离式编码器、直线尺进

22、行位置检测3）调整方法：a、调整参数：b、机床重启，回参考点。c、由于机床参考点与设定前不同，重新调整每轴的栅格偏移量。2、使用绝对脉冲编码器的参考点回归方式1）工作原理：绝对位置检测系统参考点回归比较简单，只要在参考点方式下，按任意方向键，控制轴以参考点间隙初始设置方向运行，寻找到第一个栅格点后，就把这个点设置为参考点。2）相关参数：PRM1002；PRM1821；PRM1850；PRM1815；PRM1062，参数设定方法如下：其中，参数PRM1002；PRM1821；PRM1850；PRM1815的设定方法参照增量脉冲编码器的参考点回归方式设定。1062#参数（ZMI） 0：返回参考点间

23、隙初始方向为正 1：返回参考点间隙初始方向为负3）设置方法：a、设定参数：b、机床重启，手动回到参考点附近； c、是否使用绝对脉冲编码器作为位置检测器1；绝对脉冲编码器原点位置的设定1；e、机床重启；f、由于机床参考点与设定前不同，重新调整每轴的栅格偏移量。三、回参考点过程中常见故障维修数控机床在回参考点过程中出现的故障主要有以下表现形式：1、回零动作过程异常，无法找到零点。此类故障产生的原因有：零点开关损坏（未给出系统减速信号），致使回零轴高速通过零点；检测元件损坏（未给出零标志脉冲信号），致使系统零点查询失败；接口电路损坏（系统接收不到零点开关、零点脉冲信号）。可重点检查零点开关、检测元件

24、以及接口电路的工作状态。2、回参考点时没有减速过程，只到超程报警，从而造成回参考点失败。该故障原因是该轴的减速开关失效，从而导致运行中位置检测元件发出的基准脉冲信号不起作用。首先检查减速撞块是否松动，然后检查减速开关至系统的连接电路是否断路等3。3、回参考点过程中有减速，但以关断速度移动直到触及限位开关，也没找到参考点，回参考点失败。该故障原因有两种可能：一种是检测元件在回参考点操作中没有发出一转信号，或 该脉冲在传输或处理中丢失，或测量系统发生了硬件故障；另一种是传动误差等原因，使得一转信号刚转过，在等待下一个一转信号的过程中，坐标轴触及到限位开关。对第一种情况可用跟踪法对该信号的传输通道进

25、行分段检查，看检测元件是否有一转信号发出，或信号在哪个环节丢失，从而采取相应对策。对第二情况，可试着适当调整限位开关或减速开关与参考点位置标记间的距离，即可消除故障。4、在返回参考点过程中有减速，也有制动到零的过程，但停止位置与参考点正确位置前移或后移一个丝杠螺距（即相当编码器一转的机床位移量的偏差）。出现这种情况的原因是一转信号产生的时刻离减速信号从断到通处太近，加之传动误差，使得工作台在返回参考点操作过程中碰上减速开关时，测量系统所用的脉冲编码器上的一转信号刚错过，只能等待脉冲编码器再转一周后，测量系统才能找到一转信号，故出现上述故障。在这种情况下，可适当调整减速开关的位置或修改栅格偏移量

26、参数，使一转信号产生的时刻离减速信号从断到通时相距约半个一转信号产生的周期，即可消除故障。 任务小节当返回参考点出现故障时，先检查减速块是否松动，减速开关是否牢固，开关是否损坏，若无问题，应进一步用百分表或激光测量仪检查机械相对位置的漂移量，检查减速块的长度，检查回原点起始位置、减速开关位置与原点位置的关系，检查回原点模式，是否是在开机后的第一次回原点，是否采用绝对脉冲编码器，伺服电机每转的运动量、指令倍比及检测倍乘比，检查回原点快速进给速度的参数设置、接近原点速度的参数设置及快速进给时间常数的参数设置是否合适，检查系统是全闭环还是半闭环，检查参考计数器设置是否适当等。课后自测1、采用绝对编码

27、器与采用增量编码器来确定返回参考点的数控机床有什么区别？2、机床坐标系原点、工件坐标系原点、参考点这三者的关系是什么？3、数控机床在回参考点过程中出现的故障形式有哪些？任务三：系统参数的修调与保护一、常见参数的意义1.setting的意义0000 SEQ INI ISO TVC#0#6#7#5#4#3#2#1数据形式：位数TVC：是否进行TV检查（0：不进行；1：进行）ISO：数据输入时的代码为（0：EIA代码；1：ISO代码）INI：输入单位为（0：公制输入；1：英制输入）SEQ：是否进行插入顺序号的自动插入（0：不进行；1：进行）在MDI操作编程时，在各程序段之间，按一个固定的增量之值，系

28、统会自动的插入增量的程序号。2.具体内容0101NFD ASI SBZ#0#6#7#5#4#3#2#1数据形式：位数SBZ：停止位数（1：2位）ASI：数据输入时的代码（0：EIA或ISO代码自动识别；1：ASCII代码）NFD：数据输出时，数据前后的进给孔（0：输出；1：不输出）0102输入/输出设备的检查号设定值 输入/输出设备 0 RS232C（使用控制代码DC1DC4） 1 FANUC CASSETTE ADADTOR1 2 FANUC CASSETTE ADADTOR30103波特率（常用的）设定值波特率（bps）760081200924001048001196001219200二、

29、部分轴参数1010CNC控制轴数1.数据形式：字节型数据范围：1、2、3. . . . . .控制轴数；设定CNC可控制的最大轴参数。注：该参数设定后，需切断一次电源。1020各轴的程序轴名称2.数据形式：字节轴型轴名称设定值轴名称设定值X88A65Y89B66Z90C67U85E69V86W87三、坐标轴参数1220外部工件原点偏移量1221工件坐标系1（G54）的工件原点偏移量1222工件坐标系2（G55）的工件原点偏移量1223工件坐标系3（G56）的工件原点偏移量1224工件坐标系4（G57）的工件原点偏移量1225工件坐标系5（G58）的工件原点偏移量1240在机械坐标系上的各轴第一

30、参考点的坐标值注：该参数设定后，需切断一次电源。BFA LIR RL3 LMS OUT BFA LIR LMS OUT1300#7#6#5#4#3#2#1#0OUT：用参数（NO.1322、NO.1323）设定的存储式行程检测2的区域为（0：禁止内侧区域；1：禁止外侧区域）LMS：存储式行程检测切换信号EXLM是否有效（0：无效；1：有效）注：用存储式行程限位切换信号，可以选择哪组设定的禁止区域有效。1.禁止区域I：参数NO.1320、NO.13212.禁止区域II：参数NO.1326、NO.1327RL3：行程检测3释放信号，RLSOT3是否有效（0：有效；1：无效）LIR：接通电源回参考点

31、之前，是否进行存储式行程检测（0：进行；1：不进行）五、进给速度参数四、软限位参数1410空运行速度1420各轴快速运行速度1423各轴手动连续进给（JOG进给）时的进给速度1424各轴的手动快速运行速度1425各轴返回参考点的IL速度（碰挡块后的速度）1428各轴返回参考点的速度六、伺服参数1815 APCx APZx OPTx#0#6#7#5#4#3#2#1注：该参数设定后，必须切断一次电源。OPTx：位置监测器（1：使用分离型脉冲编码器；0：不使用分离型脉冲编码器）APZx：使用绝对位置监测器时，机械位置与绝对位置监测器的位置（0：不一致；1：一致）APCx：位置监测器（0：不使用绝对位置监测器；1：使用绝对位置监测器，即绝对脉冲编码器）注：使用绝对位置监测器时，进行初调时或更换绝对位置监测器后，此参数必须设定为“0”，切断电源后，再接通电源，进行手动返回参考点，这样机