现代数控机床调试与维护课件：数控系统的调试与维护 -

数控系统的调试与维护

2023/11/251数控系统的调试要从了解系统的硬件结构入手，进而熟练掌握参数配置、数据备份等内容。数控系统的硬件结构多样，包括的内容也较多，其中伺服驱动器是其中一个重要硬件结构。右图为SIEMENS公司生产的SIMODRIVE611伺服驱动器实物图。SIMODRIVE611是一种模块化的伺服驱动器，可以实现多轴以及组合驱动的解决方案。该伺服驱动器由多个功能模块组成。电源模块可以提供最大120KW的总功率。功率模块可以与任何电机配合。使用SIMODRIVE611插入式闭环控制单元，可以控制所有类型的电机。引例2023/11/252数控系统的调试与维护3.3数控系统的维护与保养3.2SIEMENS802D数控系统3.1FANUC数控系统调试与维护2023/11/253

目前，FANUC公司生产的数控装置有F0/F10/F11/F12、F15、F16、F18系列。其中F00/F100/F110/F120/F150系列是在F0/F10/F12/F15的基础上加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一体的CNC。3.1FANUC数控系统调试与维护2023/11/254

数控机床一般由输入输出设备、数控装置（CNC装置）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器（PLC或称PMC）及电气控制装置、辅助装置、机床主体及测量装置组成。2023/11/2553.1.1数控系统的结构

其中数控装置即数控系统是数控机床的核心，是由硬件和软件两大部分组成。数控装置主要包括微处理器（CPU）、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统其他组成部分联系的接口等。

FANUC系统的典型构成如下：1．数控主板：用于核心控制、运算、存储、伺服控制等。2．PLC板：用于外围动作控制。3．I/O板：早期的I/O板用于数控系统和外部的开关信号交换。4．MMC板：人机接口板。5．CRT接口板：用于显示器接口。另外，还提供其他一些可选板卡等。2023/11/256本章以FANUC0iMateC为例来介绍FANUC数控系统的组成。FANUCSeries0iMate（系统配置图见图3.1）是高可靠性、高性能价格比的CNC。2004年4月在中国大陆市场推出的FANUC的0i-C/0iMate-CCNC系统是高可靠性、高性价比、高集成度的小型化系统。该系统是基于16i/18i-B的技术设计的，代表了目前常用CNC的最高水平。使用了高速串行伺服总线（用光缆连接）和串行I/O数据口，有以太网口。

2023/11/257用该系统的机床可以单机运行，也可以方便地入网用于柔性加工生产线。和0i-B一样，有提高精度的先行控制功能（G05和G08），因此非常适合模具加工机床使用。1．系统总体见图3.2所示：2．FANUC0iMateC系统的功能连接FANUC0iMateC系统结构与FANUC0iC系统基本相同，只是取消了扩展小槽功能板，如远程缓冲器串行通信板DNC1/DNC2、数据服务器板、以太网功能板等。具体结构见图3.3。2023/11/258FAPTLADDER-Ⅲ是在Window95/98，Windows2000，WindowsXP环境下运行的FANUCPMC程序的系统开发软件。1．新建梯形图程序运行LADDER软件，利用鼠标按下“File”菜单，选择“NewProgram”（如图3.4），出现如图3.5所示画面。然后，输入程序名称（例如pmc1）及PMC类型（比如FANUC0iMate系统PMC类型为PMC-SA1），确定后出现如图3.6。即可编写自己的程序。2023/11/2593.1.2PMC应用程序的调试2．调试PMC程序编辑好PMC程序后，在Tool中选择Compile（如图3.7所示）将该程序进行编译成机器语言，如果没有提示错误，则编译成功，如果提示有错误，要退出修改后重新编译，然后保存。3．利用M-CARD将编译好的PMC程序传到CNC中。当把计算机格式（PMC.LAD）的PMC转换成M-CARD

格式的文件后，可以将其存储到M-CARD上，通过M-CARD装载到CNC中，而不用通过外部通讯工具（例如：RS-232-C或网线）进行传输。2023/11/2510(1)在LADDERⅢ软件中打开要转换的PMC程序。将该程序编译成功后保存，再选择File中的Export，出现图3.8所示画面。注意：如果要在梯形图中加密码，则在编译的选项中点击Option，选中“SettingofPassword”，按“Exec”输入密码即可，如图3.9所示。（2）在选择Export后，软件提示选择输出的文件类型，选择M-CARD格式，如图3.9所示。确定M-CARD格式后，选择下一步指定文件名，按照软件提示的默认操作即可得到转换了格式的PMC程序，注意该程序的图标是一个Windows图标（即操作系统不能识别的文件格式，只有FANUC系统才能识别）。转换好的PMC程序即可通过存储卡直接装载到CNC中。2023/11/2511

参数在NC系统中用于设定数控机床及辅助设备的规格和内容，及加工操作所必需的一些数据。机床厂家在制造机床、最终用户在使用过程中，通过参数的设定，来实现对伺服驱动、加工条件、机床坐标、操作功能、数据传输等方面的设定和调用。机床厂商和用户在配备、使用FANUC系统时，根据具体的使用状况，有大量的参数需要调整和设置。在使用和调整这些参数是有必要搞清楚这些参数的用途和设置方法。在下文中介绍一些有关FANUC系统参数的常识和一些常用参数。2023/11/25123.1.3数控系统参数调试1．FANUC系统参数分类按照数据形式参数可以分为表3-1所示的类别；说明：（1）对于位型和位轴型参数，每个数据号由8位组成，每一位有不同的意义。（2）轴型参数允许参数分别设定给每个控制轴。（3）每个数据类型有一个通用的有效范围，参数不同其数据范围也不同。2023/11/25132．FANUC常见系统参数（1）控制轴①基本参数其中1020参数设定2023/11/2514参数号数据类型含义8130字节型可控制轴数1010字节型CNC可控制轴数1020字节轴型各轴的程序轴名称1004位型最小设定单位轴名称设定值轴名称设定值轴名称设定值轴名称设定值X88U85A65E69Y89V86B66Z90W87C67②增量系统（编程移动量和刀具移动量）增量系统IS－A公制0.01mm增量系统IS－B公制0.001mm增量系统IS－C公制0.0001mm相关参数2023/11/2515参数号数据类型含义1004#1位型IS—C来选择1006#3位轴型DIAx直径编程（T系统）1004#7位型IPR可设置10倍指令单位0000#2位型INI公英制选择③回转轴（2）误差控制①存储型螺距误差补偿2023/11/2516参数号含义1006#1ROSx#0ROTx00直线轴01旋转轴11260每转移动量参数号数据类型含义3620字轴型位于参考点的螺补位置号3621字轴型螺补的最小位置号3622字轴型螺补的最大位置号3623字节轴型螺补的倍率因子3624双字节轴型螺补的位置间隔②反向间隙补偿（3）超程检测①3004＃5OTH设为0检测超程信号②软限位2023/11/2517参数号数据类型含义1800＃4位型切削进给和快速移动分别指定反向间隙1851字轴型各轴的反向间隙补偿值1852字轴型各轴快速移动的反向间隙补偿值参数号数据类型参数含义1320字节轴型存储式行程检测1各轴正方向坐标值1321字节轴型存储式行程检测1各轴负方向坐标值1300＃0位型参数1322、1323设定的检测区域的内侧或外侧为禁止区域1300＃6位型LZR：上电至返回参考点期间是否执行存储行程检测1，通常设为1，表示不检测（4）报警信号3111＃7NPA：产生报警时是否切换到报警信息画面（5）JOG进给（6）手轮进给2023/11/2518参数号数据类型含义1423字轴型各轴JOG进给的速度1002＃0位型JOG手动快速和返回参考点时同时控制轴数；（0：1轴，1：3轴）参数号数据类型含义8131#0位型是否使用手轮进给7113字型手轮进给倍率（G019#5为1时）；1007114字型手轮进给倍率（G019#4、#5都为1，即×1000）7102位轴型手轮旋转方向与轴进给方向一致7110字节型使用手轮的数量（7）手动返回参考点①有挡块回参考点方式回参考点动作见图3.10所示。②无挡块回参考点方式无挡块回参考点方式回参考点动作见图3.11所示。2023/11/2519（8）柔性进给齿轮比对不同丝杠的螺距或机床运动有减速齿轮时，为使位置反馈脉冲数与指令脉冲数相同而设定进给齿轮比，由于是通过系统参数可以修改，所以又叫做柔性进给齿轮比。半闭环控制伺服系统：N/M=（伺服电动机一转所需的位置反馈脉冲数/100万）的约分数全闭环控制伺服系统：N/M=（伺服电动机一转所需的位置反馈脉冲数/电动机一转分离型检测装置位置反馈的脉冲数）的约分数。

2023/11/25203．参数显示的操作步骤参数显示的步骤请参照2.1.6小节中介绍。2023/11/2521参数号数据类型含义2084字轴型柔性进给齿轮比（分子）2085字轴型柔性进给齿轮比（分母）相关参数：

本节以FANUC0iMate系统为例分别介绍利用这两种方法进行系统数据备份与恢复操作过程。1．使用存储卡进行数据备份和恢复（1）系统进入BOOTSYSTEM界面进行系列备份和恢复（2）使用M-CARD分别备份系统数据（3）使用存储卡备份梯形图在MDI面板上按下system键，然后依次按下PMC键、扩展键、I/O键，进入如下画面。2023/11/25223.1.4系统数据恢复与备份

2．使用外接PC进行数据的备份与恢复使用外接PC进行数据备份与恢复，是一种非常普遍的做法。这种方法比前面一种方法用的更多，在操作上也更为方便。3．系统数据的发送（CNC到PC的数据传送）把系统的数据发送到计算机中，首先计算机侧就绪，然后CNC系统执行操作。4．系统数据的接收（PC到CNC的数据传送）把计算机中备份中备份好的机床数据传送到系统时，首先CNC系统侧就绪，然后计算机执行操作。2023/11/25231．FANUC-0i常见报警及处理方法（1）P/S00#报警（2）PS/100#报警（3）P/S101#报警（4）P/S85~87串行接口故障（5）ALM910/911RAM奇偶校验报警（6）手动及自动均不能运行

2023/11/25243.1.5报警、故障分析、处理（7）不能JOG操作运行（8）不能自动运行（9）系统ROM奇偶校验错误报警#900的处理方法（10）系统动态存储器DRAM奇偶校验错误报警#912-919(11)静态存储器SRAM发生ECC错误报警#935(12)系统926（伺服串行总线报警）2023/11/2525

SIEMENS802D系统虽属于低档系统，但是基本上已经是标准的数控系统，最适合于数控车床、铣床、磨床和带小型刀库的数控加工中心的配套及改造。3.2SIEMENS802D数控系统2023/11/2526

1、硬件组成

图3.32为802D硬件组成图。2、PROFIBUS总线连接SIEMENS802D是基于PROFIBUS总线的数控系统。系统提供PROFIBUS的插头和电缆，插头应按照图3.33连接。PROFIBUS的连接请参照图3.34。2023/11/25273.2.1SIEMENS802D数控系统的结构

1．PLC应用程序子程序库中可提供的子程序见表3-18。2．PLC用户程序的调试2023/11/25283.2.2802D数控系统PLC调试3.2.3802D数控系统驱动器的调试当PLC应用程序正确无误后，即可进入驱动器的调试。2023/11/25292023/11/2530

3.2.4802D数控系统参数及调试1、802D数控系统参数简介SIEMENS802D的系统参数分为两大类：机床数据和设定数据。机床数据的设置与调整在数控机床的调试、维修过程中经常用到。机床数据涉及的方面较多，如轴数据、驱动数据、监控数据、优化数据、回参考点数据等。2、存取保护级SIEMENS802D具有一套恢复数据区的保护级概念。保护级从0到7，其中0是最高级，7是最低级。

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3、机床数据生效方式修改过的机床数据必须激活才能生效。802D系统会在数据的右边显示激活方式。激活方式的级别是通过它们的优先级来排列的。4、总线参数配置SINUMERIK802D是通过现场总线PROFIBUS和外设模块（如驱动器和输入输出模块等）进行通信的，PROFIBUS的配置是通过通用参数MD11240来确定的。5、驱动器模块定位数控系统与驱动器之间通过总线连接，系统根据下列参数与驱动器建立物理联系(见表3-21)：2023/11/2532

6、位置控制使能系统出厂设定各轴均为仿真轴，既系统不产生指令输出给驱动器，也不读电机的位置信号。按表3-23设定参数可激活该轴的位置控制器，使坐标轴进入正常工作状态。7、机械传动系统配比参数机械传动系统配比参数是数控系统计算运动位置的依据。由于数控机床的运动是利用滚珠丝杠的螺旋原理将伺服电机的旋转运动转变为直线运动的，因此对于采用电机测量系统的位置控制，数控系统检测的是伺服电机的角位置，将角位置换算成直线位置需要依据机械传动系统配比参数，如表3-24所示。2023/11/25338、速度参数的设定①进给轴速度的设定

表3-25列出的是进给轴相关的速度参数。另外，数控系统还可以通过用户操作界面随时设定速度。②主轴速度的设定主轴速度的设定与进给轴速度的设定原理基本相同。只是主轴可能有五档速度，每档位都有该档的最高速度、最低速度和该档的速度限制。从图3.40中可以看出，各档速度范围允许叠加，同时可以看到主轴相关参数名和参数说明。2023/11/25349、回参考点相关机床数据参考点是确定机床坐标原点的基准，而且还是轴的软限位和各种误差补偿生效的条件。如果采用带绝对值编码器的伺服电机，机床的坐标原点是在机床调试时设定的。由于成本的原因，大多数机床采用增量型编码器的伺服电机。采用增量编码器时，必须进行回参考点的操作，数控系统才能找到参考点，从而确定机床各轴的原点，所以在数控机床上电后的第一个必要执行的操作任务就是返回机床各轴的参考点。2023/11/2535

3.2.5数控系统的数据备份与恢复

在系统调试完毕后进行数据备份是十分重要的。SIEMENS802D提供了多种数据备份的方法。系统的数据可在系统内部备份，可在PC卡上备份，也可在计算机的硬盘上备份。1、数据备份1)数据内部备份2)数据外部备份2、数据恢复1)计算机数据恢复2)PC卡数据恢复2023/11/2536

3.2.6数控系统的报警

通常数控系统的报警分为系统报警和用户报警两大类。系统报警是数控系统根据其诊断功能对硬件、功能、参数、用户零件程序的故障、错误等做出的信息提示。用户报警是机床制造厂的设计部门，利用数控系统提供的工具，根据机床设计的诊断功能对相关的机床电气故障、动作错误等做出的信息提示。

表3-27列出了SIEMENS802D数控系统的报警分类，关于报警的详细解释可以参阅西门子的报警诊断说明手册。

数控系统是数控机床控制系统的核心。数控系统的维护与保养是为了尽可能地延长系统的使用寿命，保持机床的加工精度，提高机床的稳定性和可靠性，防止各种故障，特别是恶性事故的发生。数控系统日常的维护与保养主要包括：数控系统的使用检查和数控系统的日常维护。3.3数控系统的维护与保养2023/11/25372023/11/25383.3.1数控系统的使用检查

为了避免数控系统在使用过程中发生一些不必要的故障，数控机床的操作人员在操作使用数控系统以前，应当仔细阅读有关操作说明书，详细了解所用数控系统性能，熟练掌握数控系统和机床操作面板上各个按键、按钮和开关的作用以及使用注意事项。一般来说，数控系统在通电前后要进行检查。1．数控系统在通电前的检查2．数控系统在通电后的检查2023/11/25393.3.2数控装置的日常维护与保养CNC系统的日常维护保养主要包括以下几个方面：1．制定并且严格执行CNC系统的日常维护规章制度2．应尽量少开数控柜门和强电柜门3．定时清理数控装置的散热通风系统，以防数控装置过热4．定期检查和更换直流电机电刷5．经常监视CNC装置用的电网电压6．存储器用电池的定期检查和更换7．CNC系统长期不用时的维护8．备用印刷线路板的维护9．CNC系统发生故障时的处理2023/11/2540图3.1FANUC0iMateC系统配置2023/11/2541图3.2FANUC0iMateC系统总连图2023/11/2542图3.3FANUC0iMateC主板接口布置图2023/11/2543图3.4创建新程序2023/11/2544图3.5选择合适的PMC类别图3.6创建新程序成功2023/11/2545图3.7编译PMC程序2023/11/2546图3.8导出程序2023/11/2547图3.9设置密码选项画面

2023/11/2548图3.10有挡块模式回参考点动作2023/11/2549图3.11无挡块模式回参考点动作2023/11/2550图3.32802D硬件组成图2023/11/2551图3.33插头连接2023/11/2552图3-2插头连接图3.34PROFIBUS连接参照图2023/11/2553图3.40主轴各档速度设定2023/11/2554第一挡第二挡第一挡低速MD35120[1]第一挡高速MD35110[1]第二挡低速MD35120[2]第三挡低速MD35120[3]第二挡高速MD35110[2]第五挡第四挡低速MD35120[4]第五挡低速MD35120[5]第三挡高速MD35110[3]第四挡高速MD35110[4]第五挡高速MD35110[5]第三挡第四挡主轴转速表3-1FANUC系统参数类型列表2023/11/2555数据形式数值备注位型0或1位轴型字节型-128`127或0~256有些参数中不使用符号字节轴型字型-32768~3276或0~65535有些参数中不使用符号字轴型双字型-99999999~99999999双字轴型表3-18子程序说明SBR子程序名说明32PLC_INI系统初始化33EMG_STOP急停处理(包括电源馈入模块的上电下电时序控制)34MCP_802D传送802DMCP的I/O信号至信号接口V1000xxxx和V1100xxxx35SPD_OVR主轴倍率码生成(二进制码或格林码)37MCP_SIMUMCP仿真38MCP_NCKMCP信号送至NCK39HANDWHL根据HMI在数控机床坐标系(MCS)或工件坐标系(WCS)选择手轮40AXES_CTL各坐标轴的使能控制(包括硬限位，参考点和抱闸释放等控制)43MEAS_JOG手动刀具测量(只适用于数控车床)44COOLING冷却液控制45LUBRICAT定时定量润滑控制46TURRET1数控车床刀架控制1(4或6工位霍尔元件转塔