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1、模块五 数控系统的故障诊断与维修 一、教学内容课题一 数控系统维修基础课题二 常用数控系统配置课题三 数控系统的常见故障诊断与维修 二、教学目的和要求： 了解数控系统软件故障的基本含义；掌握数控系统的软件配置；熟悉软件故障形成原因； 掌握软件故障排除方法；掌握数控系统硬件的组成；了解硬件故障的检查方法。 了解FANUC系统的连接；熟悉FANUC系统0i系列、0iMate系列的基本配置；熟悉华中数控系统的基本配置。 了解数控系统的组成；了解数控系统的工作过程；掌握数控系统的故障诊断方法。 三、知识点： 数控系统的故障诊断方法。 数控系统的软件配置；软件故障形成原因；软件故障排除方法；硬件故障的检
2、查。 FANUC系统0i系列、0iMate系列的基本配置；华中数控系统的基本配置；数控系统故障诊断的方法。 四、技能点： 软件故障排除方法；硬件故障的检查。五、内容提要和学习指导（一）数控系统组成(1)输入。输入数控装置的零件程序、控制参数、补偿量等数据。数控装置在输入过程中通常还要完成无效码删除、代码校验、代码转换等工作。(2)译码。译码处理，是根据一定的语言规则对输入的零件加工程序中，含有零件的轮廓信息(线型、起终点坐标)、进给速度(F代码)和其他的辅助信息(M、S、T代码等)，解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区间。在译码过程中，还要完成对程序段的语法
3、检查等工作，发现错误立即报警。 (3)数据处理。数据处理包括刀具补偿、速度计算、辅助功能的处理等。刀具补偿分刀具长度补偿和刀具半径补偿。现代的CNC装置中，刃具补偿工作还包括程序段之问的自动转接和过切削判断。 速度计算是按编程所给的合成进给速度计算出各坐标轴运动方向的分速度。另外，对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判别并处理。 辅助功能如换刀、主轴启停、冷却液开停等大部分都是开关量信号。主要工作是识别、存储设置标志，在程序执行时发出信号，让机床相应部件执行相应的动作。 (4)插补。插补的任务是通过插补计算程序在一条已知起点和终点的曲线上进行“数据点的密化”。插补程序在每个插补周期运行一次
4、，在每个插补周期内，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。通常经过若干个插补周期后，插补加工完一个程序段，即完成从程序段起点到终点的“数据密化”工作。 目前，在CNC装置中，仅能对直线、圆弧和螺旋线进行插补计算。在一些专用的或较高档的CN(：装置中还能完成对椭圆、抛物线、正弦线和一些专用曲线的插补计算。 (5)位置控制。位置控制处在伺服回路的位置环上，这部分工作可以由软件实现，也可以由硬件完成。它的主要任务是在每个采样周期内，将理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电机。在位置控制中通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。
5、(6)IO处理。Io主要处理CNC装置面板开关信号、机床电气信号的输入、输出和控制(如换刀、换挡、冷却等)。 (7)显示。CNC装置的显示主要为操作者提供方便，通常用于零件程序的显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示等。有些CNC装置中还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。(8)诊断。现代CN(：装置都具有联机和脱机诊断的能力。联机诊断是指cNC装置中的自诊断的程序，随时检查不正确的事件。脱机诊断是指系统运转条件下的诊断，一般CNC装置配备有各种脱机诊断程序以检查存储器、外围设备(CRI、阅读机、穿孔机)、IO接口等。脱机诊断还可以来用远程诊断方式进行，即将用户的(；NC：通过网
6、络与远程通信诊断中心的计算机相连，对(2N(：装置进行诊断、故障定位和修复。（二）数控装置的工作过程 （三）数控系统的故障诊断方法数控系统的故障诊断与维修方法除模块一中介绍的几种方法外，应重点利用系统的自诊断功能。故障自诊断技术是当今数控系统中一项十分重要的技术，它的强弱是评价系统性能的一项重要指标。其思想是向被诊断的部件或装置写入一串称为测试码的数据，然后观察系统相应的输出数据(称为校验码)，根据事先已经知道的测试码、校验码与故障的对应关系，通过对观察结果的分析以确定故障。 随着微处理器技术的快速发展，数控系统的自诊断能力越来越强，从原来简单的诊断朝着多功能和智能化方向发展。数控系统一旦发生
7、故障，借助系统的自诊断功能，往往可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位。因此，对维修人员来说，熟悉和运用系统的自诊断功能是十分重要的。 (1)数控系统自诊断的功能。数控系统自诊断的功能包括以下几个方面。 1)动作诊断。监视机床各个动作部分，判定不良动作的部位。自诊断部位是ATC、APC和机床主轴。 2)状态诊断。当机床电机带动负载时，观察运行状态。诊断部位是主轴和进给轴。 3)点检诊断。定期点检液压元件、气动元件和强电柜内主要电气元件。 4)操作诊断。监视操作错误和程序错误。(2)数控系统自诊断的方法。数控系统自诊断的方法包括开机自诊断、实时诊断和数控系统高级诊断。 1)开机自诊断。每当数控系
8、统通电开始，系统内部自诊断软件对系统中最关键的硬件和控制软件，如装置中CPU、RAM、ROM等芯片，MDI、CRT、I0等模块及监控软件、系统软件等逐一进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来。一旦检测通不过，即在CRT上显示报警信息或报警号，指出哪个部分发生了故障。只有当全部开机诊断项目都正常通过后，系统才能进入正常运行准备状态。开机诊断通常在一分钟内结束。有些采用硬盘驱动器的数控系统，如SINUMERIK 840C系统因要调用硬盘中的文件，时间要略长一些。上述开机诊断有些可将故障原因定位到电路板或模块上，有些甚至可定位到芯片上，如指出哪块EPROM出了故障，但多数情况下仅将故障原因定位在某
9、一范围内，维修人员需要根据维修手册中所指出的可能原因及相应排除方法，找到真正的故障原因并加以排除。 2)实时诊断。实时诊断是指通过数控系统的内部程序，在系统处于运行状态时，对CNC系统本身以及与CNC装置相连的各个伺服单元、伺服电动机、主轴伺服单元、主轴电动机、外部设备等进行自动测试、检查，并显示相应的状态信息和故障。只要系统不停电，实时诊断就不会停止。 实时诊断时，系统不仅能在屏幕上显示报警号及报警内容，而且还能实时显示CNC内部的关键标志寄存器及PLc。的操作单元的状态，为故障诊断提供极大的帮助。 3)数控系统高级诊断。随着IC和微机的性价比的提高，近年来，国外已将一些新的概念和方法成功地
10、引入到诊断领域，使诊断技术进入更高的阶段。这些新的诊断技术，有的已走向实用，有的正在研制和完善过程中，主要有自修复系统、具有人工智能功能的专家故障诊断系统、远程诊断、神经网络诊断、多传感器信息融台技术、智能化集成诊断。（四）FANuC oi系列基本配置FANUC系统的oi一C0i Mate-c是高可靠性、高性价比、高集成度的小型化系统，于2004年4月在中国大陆市场上推出。该系统是基于16i18iB的技术设计的，代表了目前常用CN(：的最高水平。使用了高速串行伺服总线(用光缆连接)和串行IO数据口，有以太网口。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oiB一样，有提高
11、精度的先行控制功能(；05和(；08)，因此，非常适合于模具加工机床使用。1)OiC系统的配置如图57所示。显示器与MDI键盘。显示器只用I。CD(液晶显示器)，可以是单色也可是彩色。在显示器的右面或下面有MI)I键盘。进给伺服。与oiB一样，经FANuc串行伺服总线FSSB，用一条光缆与多个进给伺服放大器(ai系列)相连。进给伺服电动机使用ais系列。最多可接4个进给轴电动机。伺服电动机上装有脉冲编码器，标配为1，000，000脉冲转。编码器既用做速度反馈，又用做位置反馈。系统支持半闭环控制和使用直线尺的全闭环控制。检测器的接口有并行口(AB相脉冲)和串行口两种。位置检测器可用增量式或绝对式
12、。主轴电机控制。主轴电机控制有模拟接口(输出o10V模拟电压)和串行口(二进制数据串行传送)两种。串行口只能用FANUC主轴驱动器和主轴电动机，用口i系列。机床强电的I()点接口。oiC取消了内置的IO卡，只用如图57所示的IO模块或IO单元，最多可连1024个输入点和1024个输出点。FANUC有标准的机床操作面板(哪阁57)。用户可以根据需要选用。io Link伺服。与0iB一样，可以使用经IO Link口连接的卢伺服放大器驱动的陋。电动机，甬于驱动外部机械(如换刀、交换工作台、上下料装置等)，最多可接7个。网络接口。网络功能与0iB完全一样。以太网有三种形式：以太网板、数据服务器板和PC
13、MCIA网卡，根据使用情况选择。 数据输入输出口。图57中未画出。0iC有RS-232C和PCMCIA口。经RS-232C可与计算机或Handy File(3”盘驱动器)等连接。在PCMCIA口中可插上述的以太网卡或ATA存储卡。（五）数控系统的软件故障诊断 数控机床运行的过程就是在数控软件的控制下机床的动作过程。完好的硬件和完善的软件以及正确的操作是数控机床能够正常进行工作的必要条件。所以数控机床在出现故障之后，除了硬件控制系统故障之外，还可能是软件系统出现了问题。因为：数控机床停机故障多数是由软件错误或操作不当引发的；优先检查软件可以避免拆卸机床而引发的许多麻烦。 软件故障只要将软件内容恢
14、复正常之后就可排除故障，所以软件故障也称为可恢复性故障。 (1)数控系统的软件配置。总的来说，数控系统软件包括三个部分。 第1部分由数控系统的生产厂家研制的启动芯片、基本系统程序、加工循环、测量循环等组成。出于安全和保密的需要，这些程序出厂前被预先写入到。EPR()M中，因为有了它们，才构成了具体的所谓系统。这部分软件对于机床生产厂和机床用户读出、复制和恢复都十分困难。如果因为意外破坏了该部分软件，应注意所使用的机床型号和所使用的软件版本号，及时与数控系统的生产厂家取得联系，要求更换或复制软件。第部分由机床制造厂编制的针对具体机床所用的NC机床数据、PLC机床数据、PLC用户程序等组成。PLC
15、用户可以随时根据具体的使用要求和具体机床的性能对它进行修改。这部分软件是由机床的生产厂在出厂前分别写入到RAM和EPR()M中，并已提供技术资料加以说明。由于存储于RAM中的数据容易丢失，所以机床用户可以对这部分软件数据进行改写、清除。第部分由机床用户编制的加工程序、刀具补偿参数、零点偏置参数、R参数等组成。这部分软件或参数被存储于RAM中，它们这部分软件或参数是与具体的加工密切相关的。因此，它们的设置、更改和正确是机床正确完成加工所必备的。(2)软件故障形成原因。软件故障是由软件变化或丢失而形成的。机床软件存储于RAM中，以下情况可能造成软件故障。 1)调试方式的误操作。可能删除了不该删除的软件内容或写入了不该写入的软件内容，使软件丢失或变化。 2)供电电池电压不足。为RAM供电的电池电压经过长时间的使用后，电池电压降低到额定值以下，或在停电情况下拔下为RAM供电的电池或电池电路断路或短路、接触不良等都会造成RAM得不到维持电压，从而使系统丢失软件及参数。 注意以下几点。 对长期闲置不用的数控机床经常定期开机，以防电池长期得不到充电，造成机床软件的丢失。实际上，数控
