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1、数控机床维修高级应用人才培养丛书数控机床维修高级应用人才培养丛书现代数控机床故障诊断与维修现代数控机床故障诊断与维修2022/6/31第三章 国产数控系统故障诊断与维修 天津工程师范学院天津工程师范学院数控机床维修高级应用人才培养丛书数控机床维修高级应用人才培养丛书现代数控机床故障诊断与维修现代数控机床故障诊断与维修教学提示：教学提示：本章主要介绍了数控机床的发展，数控机床及其维修的基本概念，数控机床故障诊断及维修原则、一般步骤和方法，数控机床故障诊断及维修技术的发展，让读者对数控机床故障诊断及维修技术有个全面的基本认识。教学要求：教学要求：了解数控机床的发展，数控机床及其维修的特点,对数控机
2、床维修人员的要求，数控机床故障诊断及维修技术的发展；掌握数控机床故障的分类，数控机床可靠性的基本概念，数控机床故障诊断及维修的一般步骤和方法。2022/6/32数控机床维修高级应用人才培养丛书数控机床维修高级应用人才培养丛书现代数控机床故障诊断与维修现代数控机床故障诊断与维修2022/6/33第三章 国产数控系统故障诊断与维修 3.1 概述3.2 国产数控系统组成3.3 华中数控系统PMC华中数控系统参数配置国产数控系统故障诊断与维修国产数控系统数据备份恢复2022/6/34一、国产数控系统发展概况一、国产数控系统发展概况 在数控系统方面，20世纪80年代初，国内先后从日本、美国等国引进了一些
3、CNC装置及主轴、伺服系统的生产技术，并陆续投入了批量生产，从而结束了数控机床发展徘徊不前的局面，推动了数控机床的发展。80年代至90年代初北京机床研究所先后引进日本FANUC的3、5、7、6系统进行消化吸收，与FANUC合资生产的各类型数控系统最高年产量已达500套。东方西门子集团引进德国西门子的3系统、810和820系统。到20世纪90年代初，国内的数控机床及数控系统的生产具有了一定的规模，但前进中的数控机床产业正面临十分严峻的形势。概述2022/6/35 进入WTO后，中国将进入日趋完善的国内外相统一的大市场，大量数控机床及数控系统进口，将对发展中的数控产业造成巨大的冲击，其中国家“八五
4、”重点科技攻关项目“中华型数控系统”于1991年9月28日通过国家级鉴定。该系统是以通用的工业控制机(32位CPU)为基础的全功能数控系统。此系统在我国首次将微机客户服务器模型用于窗口式操作系统。形成了一个集成化的软件环境。此外，有关数控系统生产厂商还根据客户需要开发有一批不同档次的数控系统产品。如大连大森，广州数控等。2022/6/36二、国产数控系统介绍二、国产数控系统介绍1华中系统华中数控系统是基于通用PC的数控装置，是武汉华中数控股份有限公司在国家“八五”、“九五”科技攻关的重大科技成果。华中数控系统发展为三大系列：世纪星系列、小博士系列和华中I型系列。世纪星系列采用通用原装进口嵌入式
5、工业PC机，彩色LCD液晶显示器，内置式PLC，可与多种伺服驱动单元配套使用；小博士系列为外配通用PC机的经济型数控装置。华中世纪星系统如图3-1所示。2022/6/37华中数控系统是我国为数不多具有自主版权的高性能数控系统之一。它以通用的工业PC机（IPC）和DOS、WINDOWS操作系统为基础，采用开放式的体系结构，使华中数控系统的可靠性和质量得到了保证。它适合多坐标（25）数控镗铣床和加工中心，在增加相应的软件模块后，也能适应于其它类型的数控机床（如数控磨床、数控车床等）以及特种加工机床（如激光加工机、线切割机等）。华中数控装置的硬件基本结构如图3-2所示。系统的硬件由工业PC机（IPC
6、）、主轴驱动单元和交流伺服单元等几个部分组成。各组成部分介绍如下：（1）CPU卡的配置是CPU80386以上、内存2MB以上、cache128kB以上、软硬驱接口、键盘接口、二串一并通信接口、DMA控制器、中断控制器和定时器；外存是包括软驱、硬驱和电子盘在内的存储器件。（2）系统总线是一块由四层印刷电路板制成的无源母板。（3）图3-2中的定制功能接口部分是数控系统的操作面板，其中数控键盘通过COM2口直接写入标准键盘的缓冲区。（4）图3-2中的“定制功能接口”表示是可根据用户特殊要求而定制的功能模块。2022/6/38（5）位置单元接口根据伺服单元的不同而有不同的具体实施方案；当伺服单元为数字
7、交流伺服单元时，位置单元接口可采用标准RS-232C串口；当伺服单元为模拟式交/直流伺服单元时，位置单元接口采用位置环板。当用步进电机为驱动元件时（教学型数控机床），位置单元接口采用多功能数控接口板。（6）光电隔离I/O板主要处理控制面板上以及机床测量的开关量信号。（7）多功能板主要处理主轴单元的模拟或数字控制信号，并回收来自主轴编码器、手摇脉冲发生器的脉冲信号。2022/6/392022/6/3102.航天数控十多年来，航天数控充分发挥航天工业的高技术优势，相继开发了高、中、低档次的多个系列的产品，功能覆盖了车床、铣床、加工中心、磨床、火焰切割机等控制系统，广泛应用于军工、船舶、汽车、航空、
8、航天、造纸、建筑等各领域。其主要数控系统产品CASNUC2100系列数控系统，如图3-3所示：CASNUC2100数控系统是一个总线式、模块化的控制系统。该系统采用开放式体系结构，可以广泛借用丰富的外部软、硬件资源。可控制5轴，8轴联动的机械设备。系统具有内装PLC图形显示功能。系统可配有软、硬盘接口，通信接口。很好的通信功能，可以为FMS、CIMS提供技术支持。其典型应用有车床、铣床钻床、磨床、加工中心、螺杆铣、凸轮加工、火焰切割、玻璃雕刻、4轴机器人控制，4轴激光表面处理控制等。这种开放式的平台结构系统既可以为用户提供最终产品，也可为其他数控系统生产厂家和工业过程控制用户提供OEM(原始设
9、备生产商)的软、硬件产品。2022/6/3113.广州数控广州数控是近几年来发展比较迅速的数控系统，在我国特别是广大南方地区有着众多的用户。广州数控的主要产品有：GSK系列车床、铣床、加工中心数控系统。DA98系列全数字式交流伺服驱动装置。DY3系列混合式步进电机驱动装置，DF3系列反应式步进电机驱动装置GSKSJT系列交流伺服电动机。以其加工中心数控系统GSK218M为广州数控自主研发的普及型数控系统(适配加工中心及普通铣床)，采用32位高性能的CPU和超大规模可编程器件FPGA，实时控制和硬件插补技术保证了系统m级精度下的高效率，可在线编辑的PLC使逻辑控制功能更加灵活强大，如图3-4所示
10、。2022/6/3122022/6/313广州数控加工中心系统标准配置为四轴三联动，旋转轴可由参数设定；最高定位速度可达30米/分，最高插补速度达15米/分；可以提供直线型、指数型和S型多种加减速方式；具有双向螺距误差补偿、反向间隙误差补偿、刀具长度补偿、刀具半径补偿功能；提供多级密码保护功能，方便设备管理；中、英文界面可参数选择；程序区空间为56M，最大可存储400个程序，支持后台编辑功能；具有标准RS-232及USB接口功能，可实现CNC与PC机双向传输程序、参数及PLC程序；具有DNC控制功能，波特率可由参数设定；2022/6/314内置PLC，实现机床的各种逻辑功能控制；梯形图可在线编
11、辑、上传、下载；I/O口可扩展；标准梯形图可适配斗笠式刀库和机械手刀库；手动干预返回功能使自动和手动方式灵活切换；手轮中断和单步中断功能可完成自动运行过程中的坐标系平移；程序再启动功能使公休或断刀后的断点处启动成为可能；背景编辑功能允许在自动运行时编辑程序；刚性攻丝和主轴跟随方式攻丝可由参数设定；三级自动换挡功能，可由设定主轴转速随时切换变频输出电压；具有旋转、缩放、极坐标和多种固定循环功能。3.2 国产数控系统组成一、华中数控系统一、华中数控系统华中数控系统的基本组成结构如图3-5所示。2022/6/315图3-5 华中数控系统组成结构机机床床1输入输出装置输入输出装置主要用于零件加工程序的
12、编制、存储、打印、显示或机床的加工信息的显示等。简单的输入输出装置只包括键盘和若干个数码管，较高级的系统一般配有CRT显示器和液晶显示器。2数控装置数控装置是数控系统的核心，这一部分主要包括微处理器、存储器、外围逻辑电路及与数控系统其它组成部分联系的接口等。其原理是根据输入的数据段插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件（伺服单元、驱动装置和机床），加工出所需要的零件。因此，输入、轨迹插补、位置控制是数控装置的三个基本部分，在数控系统中主要由数控板来完成硬件功能。如图3-6所示：2022/6/3162022/6/3173伺服单元和驱动装置伺服单元接受来自数控装置的进给指令，经变换和放大后通过驱
13、动装置转变成机床工作台的位移和速度。因此伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接受指令的不同伺服单元有脉冲式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类又分为直流伺服单元和交流伺服单元。驱动装置把放大的指令信号变成为机械运动，通过机械连接部件驱动机床工作台，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。华中伺服单元如图3-7所示。将电源模块和驱动模块集成为一体，具有结构小巧、使用方便、可靠性高等特点。HSV-16采用最新运动控制专用数字信号处理器（DSP）、大规模现场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能
14、化功率块（IPM）等当今最新技术设计。它可以通过修改伺服驱动单元参数对伺服驱动系统的工作方式、内部参数进行设置，以适应不同应用环境和要求。HSV-16D全数字交流伺服电机驱动单元拥有以下四种控制方式：2022/6/318(1)位置控制方式（脉冲量接口）：HSV-16系列伺服驱动单元可以通过内部参数设置接收三种形式的脉冲指令（正交脉冲；脉冲+方向；正、负脉冲）。(2)速度控制方式（模拟量接口）：HSV-16系列伺服驱动单元可以通过内部参数设置为速度控制方式，可接收幅值不超过10V的（如：-10V-+10V）模拟量。(3)JOG控制方式：此种方式是HSV-16系列伺服驱动单元通过按键（而无须外部指
15、令）操作使驱动单元驱动电机运动，给用户提供的一种测试伺服驱动系数统安装、连接是否正确的运行方式。(4)内部速度控制方式：HSV-16系列伺服驱动单元在内部速度控制的方式下，可根据伺服驱动单元内部设定的速度运行。2022/6/3194主轴驱动系统现代数控机床对主轴驱动系统提出了更高的要求，其中有很高的主轴转速和很宽的无级调速范围等，为满足上述要求，现在绝大多数数控机床均采用鼠笼式感应交流异步电动机配矢量变换变频调速的主轴驱动系统，驱动器如图3-8所示。HSV-18S全数字交流主轴驱动单元是武汉华中数控股份有限公司继HSV-20S系列交流主轴驱动单元后推出的新一代高压交流主轴驱动产品。该驱动单元采
16、用AC380V电源输入。HSV-18S全数字交流主轴驱动单元采用专用运动控制数字信号处理器（DSP）、大规模现场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能化功率模块（IPM）等当今最新技术设计，具有025A、050A多种规格，具有很宽的功率选择范围。可以根据要求选配不同规格驱动单元和交流伺服主轴电机。2022/6/3205可编程控制器可编程控制器（PC，ProgrammableController）是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研究这种装置的目的，是为了解决生产设备的逻辑及开关量控制故也称为可编程逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController）。当PLC用于控制机床顺序动作时也可称为可编程逻辑机床控制器（PMC，ProgrammableMachineController）。2022/6/321PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，它接受数控装置的控制代码M（辅助功能）、S（主轴转速）、T（选刀、换刀）等顺序动作信息，对其进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件
