《机电设备管理故障诊断与维修技术》第9章 数控系统的维护与管理

第9章数控系统的维护与管理

9.1常用数控系统简介9.1.1FANUC系统的数控装置1．F0系列F0系列数控装置是多微处理器系统。FOA系列的主CPU为80186，FOB系列的主CPU为80286，FOC系列的主CPU为80386。内置可编程序控制器（PLC）的CPU为8086。FOC系列是F0系列的中高档产品，它除了有标准的串行通信RS-232接口外，还增加了具有高速串行接口的远程缓冲器，实现计算机分布式直接控制（DNC）。F0系列数控装置适用于各种中小型数控机床：F0MA、F0MB、F0MEA、F0MC数控装置用于加工中心、镗床、铣床。F0MF是对话型数控装置，用于加工中心、镗床、铣床。F0TA、F0TB、F0TEA、F0TC数控装置用于车床。F0TO、F0TF是对话型数控装置，用于车床。F0TTA、F0TTB、F0TTC数控装置用于主轴双刀架或两个主轴双刀架的四轴车床。F0GA、F0GB数控装置用于磨床。F0PB数控装置用于回转头压力机。12．F10、F11、F12系列F10、F11、F12系列有M、T、TT等型号。M型数控装置用于加工中心、铣床、镗床，T型数控装置用于车床，TT型数控装置用于双刀架车床。F10、F11系列数控装置的主板采用大板结构，其他模块采用了小板，插在主板上。F12系列数控装置中所有电路板分别安装在两个底板上。F10、F11、F12系列为多处理器系统，主CPU和PLC的CPU是68000。电路板使用专用LSI芯片，包括了BAC、系统支持单元（SSU）、IOC、操作面板控制器（OPC）、MB87103，系统有RS-232、RS-422接口。23．F15系列F15系列是32位人工智能（AI）型数控装置，结构为模块化多主控总线（FANUCBus），主CPU为68020，在PLC、轴控制、图形控制、通信、自动编程功能中都有各自的CPU。PSl5系列可构成2～15轴系统，适用于大型机床、多系统和多轴控制的数控机床。4．F16系列F16系列的性能位于F15系列和F0系列之间，结构为多主控总线，它在采用了32位CISC（ComplexInstructionSetComputer）处理器的基础上增加了用于高速运算处理的32位RISC（ReducedInstructionSetComputer）高速处理器。5．F18系列F18系列是在F16系列之后推出的32位数控装置，性能位于F15系列和F0系列之间，但低于F16系列。其特点是可进行四轴伺服和两轴主轴控制。39.1.2SIEMENS系统的数控装置1．SIN810系列SIN810系列按功能分有810T、810G、810N；按型号分有810I、810II、810III型。810系列适用于中、低档的中、小型机床。810I型适用于车床和铣床，可控制3轴，联动2轴。810II型适用于车床、铣床和磨床，可控制4轴，联动3轴。810III型适用于车床、铣床、磨床和冲压类机床，可控制5轴，联动3轴。SIN810系列数控装置的主CPU为80186，系统分辨率为1m，内置PLC为128点输入、64点输出。该系统具有轮廓监控、主轴监控和接口诊断等功能。2．SlN3型SIN3型是标准16位微处理机系统，CPU为8086，可控制4轴，联动3轴。内置PLC输入、输出各512点。该数控装置适用于多种机床，3T型用于车床和车削加工中心，3TT型用于双刀架车床及双主轴车床，3M型用于钻床、镗床、铣床或加工中心，3G型用于磨床，3N型用于冲压类机床。43．SIN850、880型SIN850、880型是多微机轮廓轨迹控制数控装置，具有机器人功能，适用于复杂功能机床以及FMS、CIMS需要。850、880型主CPU为80386，内置PLC输入、输出点数为1024，有256个定时器和128个计数器。数控装置采用SINECH1总线连线方式联网，SINEC是以以太网为基础开发的具有很强的通信功能，可在加工的同时与柔性制造系统交换信息。880型数控装置可控制24轴，比850型数控装置能控制的轴数多一倍。4．SlN840C型SIN840C型数控装置是32位微处理机系统，具有计算机辅助设计（CAD）功能，能控制多轴，可5轴联动。内置PLC用户程序存储器的容量为32KB，可扩展到256MB。840C型数控装置可用于全功能车床、铣床、加工中心以及FMS和CIMS。目前，SIEMENS推出的840D、840U数控装置，其性能优于840C。5．SIN8型SIN8型数控装置是用于柔性制造的控制系统，它采用多微处理器，CPU均为8086。该数控装置可扩展到控制12个轴，适用于车床、镗床、铣床和加工中心。59.1.3SKY系统的数控装置1．SKY2000-I型数控系统SKY2000-I型数控系统的开发基于Windows平台，控制核心为32位CPU和DSP，支持PC标准网络，采用中文操作界面，实现了实时图形跟踪和错误智能诊断，可进行程序的仿真运行和二维或三维刀具动态轨迹的显示。此外，SKY2000-I型的系统分辨率可达0.1m，拥有超大规模的程序容量（20GB以上），可通过全闭环光栅对闭环丝杆螺距及间隙的制造误差进行补偿，而且还具备对空间几何误差的补偿功能及机电一体化的CAD/CAM/CNC功能。SKY2000-I型数控系统具有易操作、大容量、高精度和稳定可靠等优势，自其问世以来，深得广大用户的喜爱和信赖。62．SKY数控系统的面板

SKY数控系统的显示装置由14英寸CRT彩色显示器和SKY控制系统专用按钮共同组成，如图2.1所示。7图9-1SKY2000-I型显示器装置外观图1）14英寸CRT显示器为标准的PC台式显示器。2）薄膜开关采用平面触摸式按键（底色为黑色），共包括9个功能键，从左向右依次排列为：主轴正转、主轴停、主轴反转、冷却开、冷却关、开、关、机床工作、机床锁住。当机床和系统均处于上电准备已完成状态时，按下以上任一功能键则可打开相应的机床功能。3）电源指示为一白色小灯：机床总电源接通（机床上电）则显示为橙色，并且在机床正常的运行过程中一直为橙色。4）超程指示返回为一绿色小灯：在机床运作过程中，如果工作行程超出正常规定范围时，该绿色小灯则呈现高亮状态，以示意操做人员及时做出调整，直至消除高亮，从而避免发生意外事故。85）钥匙开关：同时配有银色钥匙两把，用以控制伺服驱动及计算机等系统部分电源的通断状况。顺时针方向转动钥匙→打开计算机和伺服驱动，完成机床的工作准备；逆时针方向转动钥匙→关闭计算机并切断伺服上电，机床停止工作。6）紧急停止为一红色旋转按钮，上面标有指示方向的箭头。该旋转按钮是数控机床用于救急和保护的特别设置，当系统或机床在运作过程中由于错误操作而陷入系统报警或失控状态时，将该旋钮立即按下锁住机床，可暂时避免事态的恶化，在对错误及故障进行排除解决后重新打开机床工作；顺着旋钮上箭头所示方向（即顺时针方向）旋转打开，则机床处于联机开启状态，可以进行下一步对机床的操作。此外，当需要结束机床工作以及系统操作时，要求首先按下紧急停止旋钮锁住机床，以保证机床在开关机过程中的操作安全。注意：在所有机床工作打开之前，紧急停止按钮必须置于打开状态，否则机床处于锁住状态，无法打开机床工作。99.2数控系统的常见故障分析

9.2.1位置环（1）位控环报警：可能是测量回路开路，测量系统损坏，位控单元内部损坏。（2）不发指令就运动：可能是漂移过高，正反馈，位控单元故障；测量元件损坏。（3）测量元件故障：一般表现为无反馈值，机床回不到基准点，高速时漏脉冲产生报警可能的原因是光栅脏、读头脏和光栅坏了。109.2.2伺服驱动系统1.系统损坏一般由于网络电压波动太大，或电压冲击造成的。我国大部分地区电网质量不好，会给机床带来电压超限，尤其是瞬间超限，如无专门的电压监控仪，则很难测到，在查找故障原因时，要加以注意，还有一些是由于特殊原因造成的损坏。2.无控制指令而电机高速运转这种故障的原因是速度环开环或正反馈。3.加工时工件表面达不到要求，走圆弧插补，轴换向时出现凸台，电机低速爬行或振动这类故障一般是由于伺服系统调整不当，各轴增益系统不相等或与电机匹配不合适引起的，解决办法是进行最佳化调节。4.保险烧断，或电机过热，以致烧坏这类故障一般是机械负载过大或卡死。119.2.3电源部分

电源是维持系统正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。一般在欧美国家，这类问题比较少，在设计上这方面的因素考虑得不多，但在中国由于电源波动较大，质量差，还隐藏有高频脉冲这一类的干扰，加上人为的因素（如突然拉闸断电等），这些原因可造成电源故障监控或损坏。另外，数控系统部分运行数据、设定数据以及加工程序等一般存储在RAM存储器内，系统断电后，靠电源的后备蓄电池或锂电池来保持。因而，停机时间比较长，拔插电源或存储器都可能造成数据丢失，使系统不能运行。129.2.4可编程序控制器逻辑接口

数控系统的逻辑控制，如刀库管理、液压启动等，主要由PLC来实现，要完成这些控制就必须采集各控制点的状态信息，如断电器、伺服阀、指示灯等。因而它与外界种类繁多的各种信号源和执行元件相连接，变化频繁，所以发生故障的可能性就比较多，而且故障类型亦千变万化。由于环境条件，如干扰、温度、湿度超过允许范围，操作不当，参数设定不当，亦可能造成停机或故障。有一工厂的数控设备，开机后不久便失去数控准备信号，系统无法工作，经检查发现机体温度很高，原因是通气过滤网已堵死，引起温度传感器动作，更换滤网后，系统正常工作。不按操作规程拔插线路板或无静电防护措施等，都可能造成停机故障甚至毁坏系统。139.3FANUC数控系统的故障诊断9.3.1FANUC各系统的共性故障1.数据输入/输出接口不能正常工作（1)输入数据操作时，系统没有反应。（2)按FANUC系统出厂时的数据单，重新输入功能选择参数(3)检查系统是否处于RESET状态2)输入/输出数据操作时，系统发生了报警。(1)请按表9-1检查系统参数

1415(2)按图9-2检查电缆接线

图9-2是机床面板的中继插头（25芯）到外部输入/输出设备（计算机）插头的信号电缆连接。164）CNC系统与通信接口有关的印制板如表9-2所示。

表9-2FANUC各系统与通信接口有关的印制板

175）当CNC系统与计算机进行通信时，要注意如下4点。（1）计算机的外壳与CNC系统同时接地。（2）不要在通电的情况下插拔连接电缆。（3）不要在打雷时进行通信作业。（4）通信电缆不能太长。186）如果发生85，86，87号报警，原因大致有如下几点。（1）85号ALARM：CNC系统波特率、停止位等参数的设定不正确。外部输入/输出设备的通信参数与CNC的通信参数不匹配。外部输入/输出设备故障。（2）86号ALARM：通信参数的设定不正确。外部通信设备未通电。电缆连接不正确，请按照图2.2焊接电缆，并插入正确插口。外部传输设备不良。CNC的通信接口已坏。（3）87号ALARM：外部输入输出设备的通信参数与CNC的通信参数不匹配。外部传输设备不良。

CNC的通信接口已坏。197）CNC电源单元不能通电：CNC单元的电源上有2个灯，1个是电源指示灯，是绿色的；1个是电源报警灯，是红色的，这里说的电源单元，包括电源输入单元和电源控制部分。（1）电源不能接通，电源指示灯（绿色）不亮。①电源单元的保险Fl、F2已熔断。这是因为输入高电压引起的，或者是电源单元本身的元器件已损坏。②输入电压低。检查进入电源单元的电压，电压的允许值为AC200V+10％，50Hz±1Hz。③电源单元不良，内有元件损坏。（2）电源指示灯亮，报警灯也消失，但电源不能接通，这是因为电源接通（ON）的条件不满足，由图9-3的开关电路，电源的接通条件有3个：电源ON按钮闭合、电源OFF按钮闭合和外部报警接点打开。203）电源单元报替灯亮。①24V输出电压的保险熔断：9英寸显示器屏幕使用+24V电压，如图9-4所示，检查+24V与地是否短路。显示器/手动数据输入线路板不良。21②电源单元不良，此时，可按下述步骤进行检查：把电源单元所有输出插头拔掉，只留下电源输入线和开关控制线。把机床所有电源关掉，把电源控制部分整体拔掉。再开电源，此时如果电源报警灯熄灭，那么可认为电源单元正常，而如果电源报警灯仍然亮，那么电源单元损坏。注意：16/18系统电源拔下的时间不要超过半小时，因为SRAM的后备电源在电源单元上。22③24V的保险熔断：+24V是供外部输入/输出信号用的，按图9-5检查外部输入/输出回路是否短路。外部输入/输出开关引起+24V短路或系统I/O板不良。23④4.5V电源的负荷短路。检查方法：把+5V电源所带的负荷一个一个地拔掉，每拔一次，必须先关闭电源再打开电路，如图9-6所示。24⑤系统的印刷板上有短路，用万用表测量+5V、±15V、+24V与0V之间的电阻，必须在电源关的状态下测量。把系统各印刷板一个一个地往下拔，再开电源，确认报警灯是否亮。如果当某一印刷板拔下后，电源报警灯不亮，那就可以证明该印刷板有问题，更换该印刷板。对于0系统，如果+24V与0V短路，更换时一定要把输入/输出板与主板同时更换。当计算机与CNC系统进行通信作业，如果CNC通信接口烧坏，有时也会使系统电源不能接通。25（4）返回参考点时出现偏差。①参考点位置偏差1个栅格，其故障原因和排除方法见表9-3。

26②参考点返回位置是随机变化的，其故障原因和排除方法见表9-4。27282930313233343536373839409.3.2系统维修的方法

1.报警的显示当产生报警时，CNC显示画面可以直接切换至报警画面，这由参数确定。16系统的参数是3111#7（NAP），0系统的参数是64#5（NAP）。一般设定该参数，使产生报警时切换至报警画面。取下控制轴电动机，如果需要把控制轴的其中一个轴的放大器和电机取下，有以下几种方法。如果在自动和手动方式下，运行程序时，位置画面的显示的位置值还能变化，修改下列参数或PMC信号。4142434445469.4SIEMENS数控系统的故障分析

9.4.1SIN8lOGA3系统的故障分析4748499.4.2SIN850系统的故障分析5051525354555657589.5数控系统的维护与保养

9.5.1概述数控系统的维修概念，不能单纯局限于数控系统发生故障时，如何排除故障和及时修复，这当然是维修很重要的方面，但另一方面还应包括正确使用和日常保养等。数控系统使用寿命的长短，效率的高低，固然取决于系统的性能，很大程度上也取决于它们的使用和维护。正确的使用可避免突发事故，延长无故障工作时间。精心维护可使其处于良好的技术状态，延缓劣化的进程。及时发现和消灭隐患于萌芽状态，才能确保系统安全运行。因此正确的使用和精心维护是很重要的。599.5.2正确操作和使用

用户初次使用数控机床时，多是由于操作技术不熟练或使用不当而引起数控系统故障造成数控机床的停机。因此操作人员在操作、使用数控系统以前，应详细阅读所附的各说明书，详细了解数控系统的性能，熟练地掌握数控系统和机床操作面板上的各个开关的作用，从而避免一些不必要的人为故障。

609.5.3数控系统的日常维护及保养619.5.4数控系统长期不使用时的维护及保养

数控机床长时间不用时应将机床按规定封存起来。应将数控系统的内部及外部清洁干净，套上防护罩，切断电源。为提高系统的利用率和减少系统的故障率，数控机床长期闲置不用是不可取的。若CNC系统处在长期闲置的情况下，需注意经常给系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更是如此。在机床锁住不动的情况下，让系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控装置内的潮气，保证电子部件的性能稳定可靠。实践证明在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。629.5.5数控系统故障检测和维修工具1．维修工具1）电烙铁：2）吸锡器：吸锡器是用来将元器件从电路板上分离出来的一种工具。吸锡器有手动和电动两种，手动的吸锡器价格便宜，但在一些场合吸锡效果不好，如拆多层电路板上芯片的接地和电源引脚时，因散热快，难以吸净焊锡。3）螺丝刀：4）钳类工具：5）扳手：6）化学用品：松香、纯酒精、清洁触点用喷剂、润滑油等7）其他：剪