现代数控机床故障诊断与维修ppt课件第三章

章国产数控系统故障诊断与维修2024/6/281章2023/8/111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。2024/6/282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PMC3.4华中数控系统参数配置3.5国产数控系统故障诊断与维修3.6国产数控系统数据备份恢复2024/6/283第三章 国产数控系统故障诊断与维修 3.1 概述2023/一、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。3.1概述2024/6/284一、国产数控系统发展概况3.1概述2023/8/114 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”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。2024/6/285进入WTO后，中国将进入日趋完善的国内外相统一的大市二、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。2024/6/286二、国产数控系统介绍2023/8/116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）、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：2024/6/287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。（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。2024/6/288（1）CPU卡的配置是CPU80386以上、内存2MB以上（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。2024/6/289（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；2.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、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：2024/6/28102.航天数控2023/8/1110CASNUC2100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(原始设备生产商)的软、硬件产品。2024/6/2811CASNUC2100数控系统是一个总线式、模块化的控制系统。3.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。2024/6/28122023/8/1112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；2024/6/2813广州数控加工中心系统标准配置为四轴三联动，旋转轴可由参内置PLC，实现机床的各种逻辑功能控制；梯形图可在线编辑、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。2024/6/2814内置PLC，实现机床的各种逻辑功能控制；梯形图可在线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。图3-5 华中数控系统组成结构机机床床2024/6/28153.2国产数控系统组成一、华中数控系统图3-5华中数1输入输出装置输入输出装置主要用于零件加工程序的编制、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：2024/6/28161输入输出装置2023/8/11163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。2024/6/28173伺服单元和驱动装置2023/8/1117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：2024/6/2818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(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。2024/6/2819(1)位置控制方式（脉冲量接口）：HSV-16系列伺服驱动4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。2024/6/28204主轴驱动系统2023/8/11205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）。2024/6/28215可编程控制器2023/8/1121PLC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，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作；它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床动作，另一方面将指令送往数控装置用于加工过程的控制。华中数控系统使用的是嵌入在数控系统内部的内嵌式PLC，也称PMC，在本章的第3节将作详细介绍。2024/6/2822PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上6测量装置测量装置也称反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给数控装置，与指令值比较产生误差信号以控制机床向消除该误差的方向移动。此外，由测量装置和数显环节构成数显装置，可以在线显示机床坐标值，可以大大提高工作效率和工件的加工精度。常见测量装置有光电编码器、光栅尺、旋转变压器等。华中数控系统可以与以上介绍的多种检测元件进行配合使用。以华中HNC-21TF数控系统为例说明整个数控与其他装置、单元连接的基本连线如图3-9所示。2024/6/28236测量装置2023/8/1123二、广州数控二、广州数控下面以广州数控GSK990M型数控系统为代表介绍广州数控系统的组成结构。GSK990M数控系统采用高速微处理器(16位CPU)和超大规模可编程门阵列(CPLD)进行硬件插补，实现高速m级控制。数控系统GSK990M是广州数控专门为经济型数控机床开发的的控制步进电机的钻、镗、铣床及加工中心用数控系统。在控制软件上，系统将全功能数控系统的机能引入步进机控制系统中，并针对步进机的特点增加了许多适合于步进电机的机能，使其发挥最佳的性能，从而使系统具有较高的性能价格比。广州数控系统的组成与华中数控系统的组成是以数控单元为中心，集合其它各部分GSK990M系列数控系统主要由下列单元组成，系统的组成如图3-10所示。2024/6/2824二、广州数控2023/8/1124广州数控系统的组成与华中数控系统的组成是以数控单元为中心，集合其它各部分GSK990M系列数控系统主要由下列单元组成：（1）CNC控制单元（2）附加操作面板（选择件）（3）步进机驱动器（数字交流伺服驱动器）（4）步进电机（伺服电机）（5）电源变压器在系统内部，键盘控制板通过电线与LCD显示屏联接，如图3-11所示。2024/6/2825广州数控系统的组成与华中数控系统的组成是以数控单元为中心，系统的主控板通过扁平电缆与板金上的DB型插座进行转接，DB插座供外部使用。连接关系及各IDC插座的位置如下如图3-12所示。图3-12 插座，设定开关位置图2024/6/2826系统的主控板通过扁平电缆与板金上的DB型插座进行转接，GSK990M型数控系统可以连接步进电机及伺服电机，其联接图如图3-13及3-14所示。图3-13 步进电机系统联接图2024/6/2827GSK990M型数控系统可以连接步进电机及伺服电机，图3-14 伺服电机系统联接图2024/6/2828图3-14伺服电机系统联接图2023/83.3华中数控系统PMC一、华中数控内置式一、华中数控内置式PMCPMC的结构及相关寄存器的访问的结构及相关寄存器的访问图3-15 华中世纪星內置式PMC结构图2024/6/28293.3华中数控系统PMC一、华中数控内置式PMC的结构及相关其中：X寄存器为机床输出到PMC的开关信号，最大可有128组(或称字节，下同)；Y寄存器为PMC输出到机床的开关信号，最大可有128组；R寄存器为PMC内部中间寄存器，共有768组；G寄存器为PMC输出到计算机数控系统的开关信号，最大可有256组；F寄存器为计算机数控系统输出到PMC的开关信号，最大可有256组；P寄存器为PMC外部参数，可由机床用户设置(运行参数子菜单中的PMC用户参数命令即可设置)，共有100组；B寄存器为断电保护信息，共有100组。2024/6/2830其中：2023/8/1130二、华中数控内置式二、华中数控内置式PMC的软件结构及其运行原理的软件结构及其运行原理和一般C语言程序都必须提供main()函数一样，用户编写内置式PMC的C语言程序必须提供如下系统函数定义及系统变量值：externvoidinit(void);/初始化PLCexternunsignedplc1_time;/函数plc1()的运行周期，单位：毫秒externvoidplc1(void);/PLC程序入口1externunsignedplc2_time;/函数plc2()的运行周期，单位：毫秒externvoidplc2(void);/PLC程序入口22024/6/2831二、华中数控内置式PMC的软件结构及其运行原理2023/8系统初始化PLC时，将调用PLC提供的init()函数(该函数只被调用一次)。在系统初始化完成后，数控系统将周期性地运行如下过程：1）从硬件端口及数控系统成批读入所有X、F、P寄存器的内容；2）如果plc1_time所指定的周期时间已到，调用函数plc1()；3）如果plc2_time所指定的周期时间已到，调用函数plc2()；4）系统成批输出G、Y、B寄存器。2024/6/2832系统初始化PLC时，将调用PLC提供的init()函数(该函三、华中数控三、华中数控PLC程序的编写及其编译程序的编写及其编译华中数控PLC程序的编译环境为：BorlandC+3.1+MSDOS6.22。数控系统约定PLC源程序后辍为“.CLD”，即“*.CLD”文件为PLC源程序。最简单的PLC程序只要包含系统必须的几个函数和变量定义即可编译运行，当然它什么事也不能做。2024/6/2833三、华中数控PLC程序的编写及其编译华中数控P四、华中数控四、华中数控PLC程序的安装程序的安装PLC源程序编译后，将产生一个DOS可执行.COM文件。要安装写好的PLC程序，必须更改华中数控系统的配置文件NCBIOS.CFG。在DOS环境下，进入数控软件所安装的目录，如C:HNC-21，在DOS提示符下敲入如下命令：C:HNC-21editncbios.cfg可编辑数控系统配置文件。2024/6/2834四、华中数控PLC程序的安装PLC源程序编译后，将产生一个D五、车床标准五、车床标准PLC系统系统PLC配置系统可供工程人员进行修改，它运行于DOS平台下，与其他高级操作系统兼容，可以对PLC选项进行配置，配置完以后生成的头文件加上标准PLC源程序就可以编译成可执行的PLC执行文件了。1将数控系统上电，在系统主操作界面下，按F10键进入扩展功能子菜单。菜单条的显示如图3-16所示，扩展功能条如图3-17所示；2在扩展功能子菜单下，按F1键，系统将弹出如图3-18所示的PLC子菜单；3在PLC子菜单下，按F2键，系统将弹出如图3-19所示的输入口令对话框，在口令对话框输入初始口令“HIG”，按Enter确认，便进入如图3-20所示的标准PLC配置系统；2024/6/2835五、车床标准PLC系统PLC配置系统可供工程人员进行修改，它4按F2键，便进入车床标准PLC系统；5Pgup、Pgdn为五大功能项相邻界面间的切换键；同一功能界面中用Tab键切换输入点；用、键移动蓝色亮条选择要编辑的选项；按Enter键编辑当前选定的项；编辑过程中，按Enter键表示输入确认，按Esc键表示取消输入；无论输入点还是输出点，字母“H”表示为高电平有效，即为“1”，字母“L”表示低电平有效，即为“0”；在任何功能项界面下，都可按ESC键退出系统。6在查看或设置完车床标准PLC系统后，按ESC键，系统将弹出如图3-21和图3-22所示的系统提示，按Enter键确认后，系统将自动重新编译PLC程序，并返回系统主菜单，新编译的PLC程序生效。2024/6/28364按F2键，便进入车床标准PLC系统；2023/8/1133.4华中数控系统参数配置1常用名词和按键说明窗口：显示和修改参数值的区域。部件：HNC-21数控装置中的各种控制接口或功能单元。权限：HNC-21数控装置中，设置了三种级别的权限，即数控厂家、机床厂家、用户；不同级别的权限，可以修改的参数是不同的。数控厂家权限级别最高，机床厂家权限其次，用户权限的级别最低。主菜单与子菜单：在某一个菜单中，用Enter键选中某项后，出现另一个菜单，则前者称主菜单，后者称子菜单。菜单可以分为两种：弹出式菜单和图形按键式菜单如图3-23所示。参数树：各级参数组成参数树。如图3-24所示。2024/6/28373.4华中数控系统参数配置1常用名词和按键说明2023/2.输入权限口令华中数控装置的运行，严格依赖于系统参数的设置因此，对参数修改的权限分三级予以规定：数控厂家：最高级权限，能修改所有参数；机床厂家：中间级权限，能修改机床调试时，须设置的参数；用户厂家：最低级权限，仅能修改用户使用时，须改变的参数。2024/6/28382.输入权限口令2023/8/1138数控机床在最终用户处安装调试后，一般不需修改参数。在特殊的情况下，如需要修改参数，首先应输入参数修改的权限口令，如图3-25所示。具体操作步骤如下：(1)在参数功能子菜单环境中按F3键，系统会弹出权限级别选择窗口；(2)用、选择权限，按Enter键确认，系统将弹出输入口令对话框；(3)在口令对话框中输入相应的权限口令，按Enter键确认；(4)若所输入的权限口令正确，则可进行此权限级别的参数修改；否则，系统会提示权限口令输入错。2024/6/2839数控机床在最终用户处安装调试后，一般不需修改参数。在3参数查看与设置在图3-26所示的主操作界面下，按F3键进入参数功能子菜单。命令行与菜单条的显示如图3-27所示：图3-26 主操作界面2024/6/28403参数查看与设置图3-26主操作界面参数查看与设置的具体操作步骤如下：(1)在参数功能子菜单下，按F1键，系统将弹出如图3-27所示的参数索引子菜单；(2)用、选择要查看或设置的选项，按Enter键进入下一级菜单或窗口；(3)如果所选的选项有下一级菜单，例如“坐标轴参数”，系统会弹出该坐标轴参数选项的下一级菜单，如图3-28所示的坐标轴参数菜单；2024/6/2841参数查看与设置的具体操作步骤如下：2023/8/1141(4)用同样的方法选择、确定选项，直到所选的选项没有更下一级的菜单，此时，图形显示窗口将显示所选参数块的参数名及参数值，例如在坐标轴参数菜单中选择轴0则显示如图3-27所示的坐标轴参数-轴0窗口；用、Pgup、Pgdn等键移动蓝色光标条，到达所要查看或设置的参数处；(5)继续用、Pgup、Pgdn等键在本窗口内移动蓝色光标条，到达需要查看或设置的其他参数处，直至完成窗口中各项参数的查看和修改；(6)按Esc或F1键，退出本窗口。如果本窗口中，有参数被修改，系统将提示是否保存所修改的值，如图3-29所示，按Y键存盘，按N键不存盘；然后，系统提示是否将修改值作为缺省值保存，如图3-30所示。按Y键确认，按N键取消。2024/6/2842(4)用同样的方法选择、确定选项，直到所选的选项没有更下(7)系统回到参数索引菜单，可以继续进入其他的菜单或窗口，查看或修改其他参数；若连续按Esc键将最终退回到参数功能子菜单。如果有参数已被修改，则需要重新启动系统，以便使新参数生效。此时，系统将出现如图3-31所示的提示。图3-31是否当缺省值保存2024/6/2843(7)系统回到参数索引菜单，可以继续进入其他的菜单或3.5 国产数控系统故障诊断与维修一、国产数控系统软件系统故障诊断与维修一、国产数控系统软件系统故障诊断与维修1华中数控系统软件组成(1)底层软件主要负责系统的运动控制与硬件管理，如：内存驻留程序文件NCBIOS.COM；系统配置件NCBIOS.CFG。(2)上层软件完成人机交互与程序解释功能，即后缀为*.EXE的可执行文件。(3)参数文件系统的参数，包括参数的结构文件：PARM*.STR，参数的数据文件PARM*.DAT，参数的初值文件：PARM*.DFT。2024/6/28443.5国产数控系统故障诊断与维修一、国产数控系统软件系统故(4)数据文件刀具信息与断电保护信息，其数据文件为PRAM*.DAT。(5)数控系统设备驱动程序板卡驱动程序此类文件系统主要针对不同型号的数控系统及相应的数控板卡进行驱动。驱动文件的形式为*.DRV文件。如数控系统的驱动HNC2000.DRV以及HC5905.DRV，进给单元的驱动程序SV-L9.DRV，14寸显示器面板键盘HC5503.COM，10寸显示器面板键盘HC5504.COM。2024/6/2845(4)数据文件刀具信息与断电保护信息，其数据文件为PRA2数控系统软件相关故障实例与排除(1)系统不能进入，造成死机。这类故障一般都是由于DOS系统文件损坏或电子盘(硬盘)损坏，或者是华中数控系统软件损坏。解决的方法可以首先确认CONFIG.SYS文件，是否调用了HIMEM.SYS和EMM386.EXE文件，以及指定的文件路径下是否有该文件。如果没有，需要重新安装数控系统全部软件。2024/6/28462数控系统软件相关故障实例与排除2023/8/1146(2)系统能够进入，但进入之前会显示“CANTOPEN”，进入系统后也有“出错”报警。此故障的引发是由于系统底层支持软件NCBIOS.CFG中板卡、伺服等驱动程序的调用路径不对，可重新设置新的路径。如果在NCBIOS.CFG中指定的路径找不到所需的驱动程序，可重新拷贝所需的驱动程序。(3)进入系统后，察看参数索引时，系统显示“无任何参数结构数据文件”。经文件查找确认，在NCBIOS.CFG文件中BINPATH指定的路径下找不到PARM*.STR文件，应该重新拷贝PARM*.STR文件或在NCBIOS.CFG中重新设置BINPATH的路径。2024/6/2847(2)系统能够进入，但进入之前会显示“CANTOPEN(4)进入系统后，有“出错”报警，报警内容显示各种参数丢失系统未联机，不能正常工作。检查通信控制线缆、驱动程序及参数是否正确。如果在数控系统配置文件NCBIOS.CFG中PARMPATH所指定的路径下找不到PARM*.DAT文件，可以考虑重新拷贝PARM*.DAT文件到PARMPATH所指定的目录中去，或者在NCBIOS.CFG中重新设置PARMPATH的路径，重新设置的路径一定要包括上述提到的PARM*.DAT文件。2024/6/2848(4)进入系统后，有“出错”报警，报警内容显示各种参数丢失系二、国产数控系统报警信息二、国产数控系统报警信息报警号报警信息系统动作处理方法0lh初始化错急停正确设置参数并正确连接坐标轴控制电缆02h参数错急停正确设置参数03h通信错误急停正确设置参数并正确连接坐标轴控制电缆04h伺服失去联系急停正确连接坐标轴控制(串口)电缆；检查伺服驱动器控制电源05h机床位置丢失急停检查坐标轴控制电缆、电机强电缆、编码器电缆后，重新通电09h未知故障急停检查参数、接线与电源，重新通电华中系统的常用报警信息如表3-1所示2024/6/2849二、国产数控系统报警信息报警号报警信息系统动作处理方法0lh20h正向超程急停按住超程解除按钮，用手动方式负向移动，退出超程位置21h负向超程急停按住超程解除按钮，用手动方式正向移动，退出超程位置22h正软超程超程轴停止正向移动负向移动超程轴23h负软超程超程轴停止负向移动正向移动超程轴30h硬件故障急停关闭电源3arin后，重新通电31h主回路故障急停更换HSV11型伺服驱动器32h过热急停检查电机、HSV11型伺服驱动器；检查电机热保护开关及电缆；更换驱动33h保险丝熔断急停更换HSV11型伺服驱动器保险丝；更换HSV11型伺服驱动器34h直流过电话急停增加轴参数中加减速时间常数和加速度时间常数；更换HSV-11型驱动2024/6/285020h正向超程急停按住超程解除按钮，用手动方式负向移动，退出35h直流过电压急停增加轴参数中加减速时间常数和加减速度时间常数；更换HSV11型伺服驱动器36h泵升故障急停增加轴参数中加减速时间常数和加速度时间常数，减小升降轴移动速度；更换HSV11型伺服驱动器37h控制欠压急停检查HSV11型伺服驱动器控制电源，应该为AC220V、单相38h反馈异常急停检查HSV11型伺服驱动器的编码器反馈电缆39h伺服驱动器报警急停检查HSV11型伺服驱动器的报警信息40h超速急停检查伺服驱动器的参数；检查伺服驱动器坐标轴控制电缆41h跟踪误差过大急停检查机械负载是否合理；检查伺服驱动器动力电源是否正常；检查抱闸电动机的抱闸；检查坐标轴参数中的最高快移速度是否超出了电机额定转速；检查伺服驱动器内部参数的设置；检查电机每转脉冲数是否正确；对于脉冲式伺服，检查伺服内部参数0和1。44h找不到参考点急停检查参考点开关；检查编码器反馈电缆；检查编码器0脉冲信号2024/6/285135h直流过电压急停增加轴参数中加减速时间常数36h泵升故障三、国产数控系统维修实例三、国产数控系统维修实例1急停报警对于简易数控机床，出现急停报警的原因一般为：因安全问题，人为按压“急停”按钮；行程开关控制的急停。对于半闭环或闭环数控机床，产生急停报警的原因还有其它因素，如伺服驱动系统出现故障产生的飞车急停等。简易数控机床的急停报警处理可按下述方法进行：2024/6/2852三、国产数控系统维修实例1急停报警2023/8/1152因安全原因：人为按压“急停”按钮后，要解除急停报警，则要顺着“急停”按钮箭头指示的方向转抬，即可解除。有急停报警：一种是硬超程；另一种是软超程。解除硬超程，需在点动工作方式下，按住超程解除键不放，再按超程的反方向进给键，使工作台或刀架(车床)向超程的反方向移动，直至“超程”指示灯灭为止。解除软超程，需按如下步骤进行：数控系统基本功能菜单F3键F3键(输入权限)数控厂家输入密码(密码一般为数控厂家给定用户)F1键(参数索引)轴(为软超程的轴序号)软极限位置(为软超程的正极限位置或负极限位置方向)输入值1000(输入值比原来值大一些)F10键，保存退出Alt+x(退出数控系统)E，回车(从内存中退出)n，回车(重新启动数控系统)，即可解除软超程。2024/6/2853因安全原因：人为按压“急停”按钮后，要解除急停报警，则要2联机不通例例3-1：有一华中系统加工中心，在进行DNC加工时显示在联机不通，数控机床操作面板上“联机”指示灯不亮。从如下方面进行检查和维修。计算机并口和操作面板上的接口是否正常，联接电缆是否松动。电源输入单元有无问题，输入单元的保险是否烧断。电源单元的工作允许信号是否消失；NC板是否有电源信号。一般通过测量比较法进行。光电隔离板工作是否正常。操作面板上的电源开关(ON，OFF按钮)是否损坏或接触不良。2024/6/28542联机不通2023/8/11543有时出现的故障并无明显特点供参考，或出现故障的部位是电路板，其上面元器件非常多，无法精确判断故障所在位置。对于这些故障一定要认真分析原因找出特点，进行登记并且备档。例3-2：数控车床CJK6032接通电源后，打开复位开关，无法驱动机床。分析原因：“数控车床CJK6032的整个电源部分正常；系统驱动指示灯不亮，检测系统参数全部正确；检测计算机与机床连接部分，连接线正常。怀疑控制部分出错，于是将该机床的NC板与正常机床NC板对调，系统可正常运行。确定NC板出现故障。根据以往经验，NC板上易出现故障的是集成块AT89C51，特点是发热且烫手。检查集成块AT89C51，故障与以往相同。判断集成块AT89C51损坏，将集成块AT89C51更换，系统正常运行。解决办法：将集成块AT89C51更换，系统正常。2024/6/28553有时出现的故障并无明显特点供参考，或出现故障的部位是电路4设备在使用过程中所出现的故障都会及时的反馈给生产厂家，生产厂家都会对这些故障做出相应的解决方法，和生产厂家保持经常联系对于解决已知和未知故障有很大帮助。例3-3：数控车床CJK6032在加装稳压器后，有时仍然出现自动退出系统。分析原因：多次研究此故障，都未发现其产生的原因，和厂家技术人员联系后，得知数控车床CJK6032控制柜中的光电隔离板与NC板之间存在电磁干扰，导致上述故障。经厂家技术人员介绍用调磁环来解决此故障。解决办法：在光电隔离板与NC板之间的连接线上加装调磁环。2024/6/28564设备在使用过程中所出现的故障都会及时的反馈给生产厂家，生5在设备使用中，通过故障发生时的各种光声、味等异常现象的观察，认真察看系统的各个部分，尽可能的缩小故障范围。例例3-4：数控车床CJK6032主轴电机启动后随即停转，车床背板处有火花闪现。有胶皮烧糊的味道。分析原因：由于出现火花，有胶皮烧糊的味道，并且是主轴电机出现的问题。则判断其主要故障可能是主轴电机电路某处短路。检查主轴电机回路，发现主轴电机电源线与传动皮带相互摩擦，造成电源线部分裸露，由于电机启动时产生的震动，造成电机回路瞬时短路。解决方法：将裸露电源线包好，选择合适位置将电源线固定好。2024/6/28575在设备使用中，通过故障发生时的各种光声、味等异常现象的观6整个数控设备是由许多个元件构成的。充分了解每个元件的工作原理及所控制的部分对判断故障及解决故障有着重要的作用。判断元件是否完好，则必须借助各种检测仪器。通过对故障的初步判断及检测来缩小故障范围，进一步确定故障的位置。2024/6/28586整个数控设备是由许多个元件构成的。充分了解每个元件的工作例例3-5：数控车床CJK6032无法正常回参考点。分析原因:数控车床CJK6032回参考点过程是刀架上的挡块压下行程开关中间触头，松开，再压下。于是检查行程开关。利用万用表检查行程开关，发现行程开关中间触头工作不正常。判断形成开关损坏。另一种故障，检查行程开关一切正常。仔细观察回参考点的过程，发现刀架上的挡块不能正常压下行程开关中间触头。分析原因是挡块位置不合适。于是调整档块到合适的位置。2024/6/2859例3-5：数控车床CJK6032无法正常回参考点。2023/例例3-6：数控车床CJK6032加工带有螺纹的工件时，加工到螺纹部分时，数控车床停止不动。分析原因：其他加工程序都可顺利完成，则判断其主要故障在于控制部分，由于螺纹加工的控制部分是光电编码盘，判断故障位于光电编码盘。打开编码盘后，发现完好，并无损坏，于是检查光电编码盘上的电子元件，发现无异常，于是利用示波器检测其工作状态，经检测集成块SN7518N无波形输出，判断是集成块SN7518N损坏。解决办法：将集成块SN7518N更换，加工螺纹正常2024/6/2860例3-6：数控车床CJK6032加工带有螺纹的工件时，加工到7在数控设备的使用中，要考虑到工作环境及主要工作参数对数控设备的影响。有时出现的故障是由工作环境及主要工作参数引起的。例例3-7：在加工过程中，数控车床CJK6032的控制柜中交流接触器的触头突然跳开，数控车床自动退出系统，无报警显示，当打开复位开关后又可进人系统。分析原因：系统无报警显示，则控制系统工作正常。再次打开复位开关，系统又可正常运行。则分析系统正常。于是针对故障特征检测交流接触器，交流接触器能正常工作。根据交流接触器的工作特性及工作参数，检测工作电压，发现其电压远远底于正常工作电压380V，判断故障是由于电网电压不稳引起的。解决办法：为数控车床安装稳压器。2024/6/28617在数控设备的使用中，要考虑到工作环境及主要工作参数对数控8下面结合几个实例分析一下运行、加工过程中遇到的问题。例3-8：机床在加工较复杂的曲面时经常会有停顿现象这是由于在程序开头没加G64(小线段连续加工)指令。这个指令是华中系统所特有的，故有些用户在编加工程序时漏掉此指令。例例3-9：用G02或G03加工圆弧，在过象限的位置出现停顿这是由于在过象限时有一个轴有反向的动作，当轴参数中的定位允差值小于轴补偿参数中的反向间隙补偿值时，该轴反向时需要检测是否完成间隙补偿停顿现象影响加工精度并且间隙不大，可适当调整定位误差值超过反向间隙补偿值消除停顿现象。2024/6/28628下面结合几个实例分析一下运行、加工过程中遇到的问题。20例3-10：伺服电机缓慢转动零漂。检查数控装置与伺服驱动器之间的坐标轴控制电缆是否接好坐标轴控制电缆是否受到干扰，其屏蔽层是否可靠接地。坐标轴控制电缆尽量不要缠绕，并与其他强电电缆尽量远离且不要平行布置在没有正确可靠的接地情况下经常会导致加工工件的精度太差，要注意接地线不能构成环路。例3-11：打开抱闸时垂直轴自动下滑。机械方面检查是否有配重或平衡装置，电方面察看垂向电机抱闸是否打开太早，确保在接通垂向电机驱动器的动力电源之后再打开抱闸(通常滞后1-2s)2024/6/2863例3-10：伺服电机缓慢转动零漂。检查数控装置与伺服驱动器之例例3-12：程序校译或启动时报错。加工代码中有些是模态的、有些是非模态的，有些指令是连续有效的，有些是非连续有效的。另外还要注意G92与G54的用法，如果采用G54编程那运行程序前必须先做返回机床参考点的操作以建立机床坐标系。2024/6/2864例3-12：程序校译或启动时报错。加工代码中有些是模态的、有9屏幕无显示或进入后黑屏或不能启动。检查电源是否正确、功率是否合适。调节合适的亮度。检查文件是否被破坏。检查参数。检查CPU主板。2024/6/28659屏幕无显示或进入后黑屏或不能启动。2023/8/116510急停与复位不正常检查急停回路，如急停按钮、超程限位开关、中间继电器等。检查互锁逻辑电路。确认PLC程序正确。11若电机不能正常工作，常会有以下几种情况：伺服电机不能运行：检查所有连线、电源、数控系统及驱动参数、电机是否堵转，操作是否正确，电机与驱动是否损坏。静止时伺服电动机抖动：检查位置反馈电缆、位置反馈编码器以及驱动PID参数是否调整好。2024/6/286610急停与复位不正常2023/8/116612伺服上电立即报警。出现此故障的原因可能有以下几种原因造成：伺服电机动力线相序不正确。位置反馈电缆不正确。伺服电机动力线、位置反馈电缆与伺服驱动未对应。13若电机不能正常工作，常会有以下几种情况：伺服电机不能运行：检查所有连线、电源、数控系统及驱动参数、电机是否堵转，操作是否正确，电机与驱动是否损坏。静止时伺服电动机抖动：检查位置反馈电缆、位置反馈编码器以及驱动PID参数是否调整好。2024/6/286712伺服上电立即报警。2023/8/1167四、故障预防四、故障预防1防止电磁干扰电磁干扰既可来自设备内部，也可来自设备外部。无论是内部还是外部，都存在传导和辐射两种途径传输干扰。在设备内部，通过电路间的耦合(电阻、电感、电容性耦合)来传输干扰，是电路或设备互相干扰的主要方式。耦合是指公共地线、电源线本身的电阻、电感，信号线之间的互感以及分布电容在元件安装密度不断提高的情况下，由于耦合造成的传导干扰越来越严重。治理布线适当设置去耦合电路等是减少传导干扰的有效措施。2024/6/2868四、故障预防1防止电磁干扰2023/8/1168电路中交变电磁能量将有一部分脱离激励源以波的形式在空间传播，一般来说频率越高辐射越严重。数控系统内部某些起激励源作用的功能电路虽然工作频率相当高，但功率不会很大，不足以对被干扰电路造成有效的干扰。开关电源从干扰的角度看是一种大功率激励源，其干扰能量通过辐射和传导两种途径传输给电路，对电路工作构成严重威胁。数控设备中应避免使用此类电源。在设备外部，来自其他设备的强辐射，动力线上尖峰脉冲通过电源线的串扰以及强电对信号电缆的干扰。给设备配备足够厚度的屏蔽，对电源线进行滤波和信号电缆加屏蔽等均是减少外部干扰行之有效的措施。总之，弄清设备所处位置的电磁环境，进行周密的电磁兼容设计，才能保证系统投入运行后死机现象保持在可接受的范围内。2024/6/2869电路中交变电磁能量将有一部分脱离激励源以波的形式在空间2自动恢复技术的应用提出自动恢复装置解决死机问题的思路可以归结为：允许死机，保存现场，实时监督，及时恢复。允许死机接受死机这一现实，把死机丧失的时间压缩到最小，做好死机后的恢复工作。这不同于第一种解决死机措施的思路力图把死机现象从根本上给予解决；保存现场控制系统具备妥善保存当时系统的全部状态、中间结果和程序运行进程的手段，以备进行自动恢复操作时使用；实时监督时刻监视软件的运行，一旦出现停顿，马上执行死机的重新启动操作；及时恢复重新启动操作将触发软件的恢复过程，使控制软件进入死机前的状态并继续运行。2024/6/28702自动恢复技术的应用2023/8/1170根据上述解决死机现象的思路，自动恢复装置应具备如下功能：存储保护、实时监督、重新启动和软件恢复功能。每一种功能都在自动恢复装置和微机及其软件的协同动作下完成。因此，自动恢复技术是一项软硬件结合的技术。配置原则：系统“死机”意味着它的软件已丧失工作能力，企图借助软件完成恢复操作是不可能的，必须设置独立于机的自动恢复装置；微机(或系统)恢复的实质，是控制软件的恢复，上述功能的每一项，都离不开软件。因此软件的配置将占有更大的比重，它将占用微机的相当一部分软件开销，对控制软件的总体结构亦有一定影响。2024/6/2871根据上述解决死机现象的思路，自动恢复装置应具备如下功自动恢复技术的硬件组成如图3-32所示。其中除了监视信号及重新启动指示，部分可以利用微机已有的硬件外，其余4个方框的硬件作为独立的装置与微机连接。它们不因微机的异常或死机而丢失数据或停止工作。图3-32 自动恢复技术的硬件组成框图2024/6/2872自动恢复技术的硬件组成如图3-32所示。其中除了监视信号3.6 国产数控系统数据备份恢复一、一、RS-232串行通讯串行通讯1串行通讯的特点和功能串行通讯是工控机最常见的一种数据交换方式，它操作起来简单、快捷。串行通讯可用来实时加工或单纯的传输数据，2串口通讯的组成串口通讯主要由两部分组成：发送端和接收端。在硬件方面，机床的工控机部分往往作为通讯的接收端，而发送端可以由一台386以上的电脑承担。串口线的连接比较简单，如图3-33所示。只需将脚2与脚3对调，脚4与脚6对调，脚5仍与脚5对应脚7与脚8对调即可。剩下的脚1和脚9可以悬空不接。2024/6/28733.6国产数控系统数据备份恢复一、RS-232串行通讯203串口通讯的参数设置在进行串口通讯之前，首先设置好通讯的参数。尤其是对串口传输的程序进行实时加工时，如果通讯的参数设置不对，可能使数控程序混乱、出错，甚至导致被加工模具报废，或机床、刀具损坏的严重事故。因此，必须慎重对待。串口通讯的参数主要包括：串口号、数据位长度、停止位、奇偶校验位和传输的波特率。(1)串口号：串口的顺序号，一般的PC机都备有两个串口COM1和COM2，串口号的设定取决于您串口线所接的端口号。默认值为1。(2)数据位长度：表示在十六位二进制信号中，数据位所占的长度。该值只有取5、6、7、8之一，方才有效。默认值为8。2024/6/28743串口通讯的参数设置2023/8/1174(3)停止位：表示在十六位二进制信号中，停止位所占的长度。只能取1或2。默认值为1。(4)奇偶校验位：是否进行校验及校验时采取的方式0表示不进行校验；1表示奇校验；2表示偶校验。默认值为0。(5)传输的波特率：传输数据时采用的传输速度（单位：字节/秒）。共有十四个可取的数值。从小到大依次为：300b/s、600b/s、1200b/s、1800b/s、2400b/s、3600b/s、4800b/s、7200b/s、9600b/s、14400b/s、19200b/s、38400b/s、57600b/s、115200b/s。默认值为38400。2024/6/2875(3)停止位：表示在十六位二进制信号中，停止位所占的长度。4如何设置接收端的参数由于接收端采用的是数控加工程序，所以对于如何设置数控加工参数，想必您已经非常熟悉了。其方法同样适用于串口通讯的参数设置。以铣床加工软件为例：首先，进入数控加工主界面，如图3-34所示；然后，按下F10键，进入扩展功能子界面。如图3-35所示；在图3-34所示界面下按F3键，进入参数子菜单。输入修改权限后，选取“DNC参数设置”选项，按下回车键后，会出现如图3-36及图3-37所示的参数编辑及传输参数修改界面。选择相应的参数即可以作修改。2024/6/28764如何设置接收端的参数2023/8/1176二、系统参数的备份及恢复二、系统参数的备份及恢复 1参数备份为防止参数丢失可以对参数进行备份，在如图3-38所示的参数功能子菜单中。按F7键弹出如图3-39所示的参数选择对话框。在对话框中的“文件名”栏中输入存储文件的文件名按Enter键完成参数备份操作。2024/6/2877二、系统参数的备份及恢复2023/8/11772参数恢复在输入了权限口令后，在如图3-40所示的参数功能子菜单下按F8键，弹出如图3-41所示的选择恢复文件对话框。按Enter键完成参数备份操作。2024/6/28782参数恢复2023/8/11782024/6/28792023/8/1179图3-1 华中世纪星数控系统2024/6/2880图3-1华中世纪星数控系统2023/8/1180图3-2 CNC装置硬件结构2024/6/2881图3-2CNC装置硬件结构2023/8/1181图3-3 航天数控系统2024/6/2882图3-3航天数控系统2023/8/1182 图3-4广州数控系统2024/6/2883图3-4广州数控系统2023/8/1183 图3-6 华中数控系统主板2024/6/2884图3-6华中数控系统主板2023/8/1184图3-7 HSV-16D全数字交流伺服驱动单元图3-8HSV-18S全数字交流伺服主轴驱动单元2024/6/2885图3-7图3-82023/8/1185 图3-9 华中系统连接框图2024/6/2886图3-9华中系统连接框图2023/8 图3-10 广州数控系统组成2024/6/2887图3-10广州数控系统组成2023/8/图3-11 系统内部连接图2024/6/2888图3-11系统内部连接图2023/8/1188 图3-16 系统主菜单2024/6/2889图3-16系统主菜单2023/8/1189 图3-17 扩展功能子菜单2024/6/2890图3-17扩展功能子菜单2023/8/1190 图3-18 PLC子菜单2024/6/2891图3-18PLC子菜单2023/8/1191图3-19 确认输入权限口令2024/6/2892图3-19确认输入权限口令2023/8/1192图3-20 标准PLC配置系统2024/6/2893图3-20标准PLC配置系统2023/8/1193 图3-21退出PLC系统提示2024/6/2894图3-21退出PLC系统提示2023/8/1图3-22 生成PLC头文件提示2024/6/2895图3-22生成PLC头文件提示2023/8/1195图3-23 主菜单和子菜单2024/6/2896图3-23主菜单和子菜单2023/8/1196参数树：各级参数组成参数树。如图3-24所示。图3-24 参数树2024/6/2897参数树：各级参数组成参数树。如图3-24所示。图