數(shù)控機床故障診斷與維修 教學(xué)課件 ppt 作者 顧春光 正文

1、數(shù)控機床故障診斷與維修,一、數(shù)控機床故障的分類二、數(shù)控機床故障診斷的思路、原則及方法任務(wù)1　通過狀態(tài)指示燈診斷故障任務(wù)2　通過機床運動速度和位置診斷回參考點故障任務(wù)3　調(diào)整機床坐標軸的位置跟隨誤差任務(wù)4　總線配置故障診斷任務(wù)1　進給驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷任務(wù)2　主軸驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷任務(wù)3　使用SimoComU對進給軸運動性能進行優(yōu)化任務(wù)1　電源故障診斷任務(wù)2　輸入/輸出控制故障診斷,一、數(shù)控機床故障的分類,1.按故障發(fā)生的

2、性質(zhì)2.按故障的起因3.按故障發(fā)生時的狀態(tài)4.按故障的嚴重程度,1.按故障發(fā)生的性質(zhì),1)軟件故障——程序編制錯誤、參數(shù)設(shè)置不正確、機床操作失誤等引起。2)硬件故障——電子元器件、潤滑系統(tǒng)、限位機構(gòu)、換刀系統(tǒng)、機床本體等硬件損壞造成。3)干擾故障——由于系統(tǒng)工藝、線路設(shè)計、電源地線配置不當以及工作環(huán)境的惡劣變化而產(chǎn)生。,2.按故障的起因,1)關(guān)聯(lián)性故障——與系統(tǒng)的設(shè)計、結(jié)構(gòu)或性能等缺陷有關(guān)而造成。2)非關(guān)聯(lián)性故障——與系統(tǒng)本

3、身結(jié)構(gòu)和制造無關(guān)的故障。,3.按故障發(fā)生時的狀態(tài),1)突然故障——發(fā)生前無故障征兆。2)漸變故障——發(fā)生前有故障征兆，逐漸嚴重。,4.按故障的嚴重程度,1)危險性故障——數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障，機床安全保護系統(tǒng)在需要動作時，因故障失去保護動作，造成人身或設(shè)備事故。2)安全性故障——機床安全保護系統(tǒng)在不需要動作時發(fā)生動作，引起機床不能起動。,二、數(shù)控機床故障診斷的思路、原則及方法,1.數(shù)控機床故障診斷的思路2.數(shù)控機床故障診斷應(yīng)遵循的原則

4、3.數(shù)控機床故障診斷要進行的檢查4.數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法,1.數(shù)控機床故障診斷的思路,(1)確認故障現(xiàn)象，調(diào)查故障現(xiàn)場，充分掌握故障信息1)故障發(fā)生時報警號和報警提示是什么，有哪些指示燈和發(fā)光管指示了什么報警。2)如無報警，系統(tǒng)處于何種工作狀態(tài)和工作方式。3)故障發(fā)生在哪個程序段，執(zhí)行何種指令，故障發(fā)生前進行了何種操作。4)故障發(fā)生在何種速度下，機床坐標軸處于什么位置，與指令值的誤差有多大。5)以前是否發(fā)生過類似故障，現(xiàn)

5、場有無異?，F(xiàn)象，故障是否重復(fù)發(fā)生。6)觀察系統(tǒng)的外觀、內(nèi)部各部分是否有異常之處。,1.數(shù)控機床故障診斷的思路,7)在確認數(shù)控系統(tǒng)通電無危險的情況下方可通電，通電后再觀察系統(tǒng)有何異常，顯示的報警內(nèi)容是什么等。(2)根據(jù)所掌握的故障信息，列出故障部位的全部疑點　在充分調(diào)查現(xiàn)場、掌握第一手資料的基礎(chǔ)上，把故障問題正確地列出來。(3)分析故障原因，制訂排除故障的方案　分析故障時，不應(yīng)局限于CNC部分，而是要對機床強電、機械、液壓、氣動等方

6、面都作詳細的檢查，并進行綜合判斷，制訂出故障排除的方案，達到快速確診和高效率排除故障的目的。1)無論是數(shù)控系統(tǒng)、強電部分，還是機、液、氣等方面，都應(yīng)將有可能引起故障的原因以及每一種可能解決故障的方法全部列出來，進行綜合分析、判斷和篩選。,1.數(shù)控機床故障診斷的思路,2)在對故障進行深入分析的基礎(chǔ)上，擬定檢查的內(nèi)容、步驟和方法，制訂出故障排除的方案。(4)檢測故障，逐級定位故障部位　根據(jù)分析的故障原因和預(yù)先確定的排除方案，用試驗的方法

7、去驗證，逐級定位故障部位，最終找出故障的真正發(fā)生源。(5)排除故障　根據(jù)故障部位及準確的原因，采用合理的故障排除方法，高效、高質(zhì)量地修復(fù)故障。(6)解決故障后的資料整理　故障排除后，應(yīng)迅速恢復(fù)機床現(xiàn)場，并做好相關(guān)資料的整理，以便提高自己的業(yè)務(wù)水平，以利于機床后續(xù)的維護和維修。,2.數(shù)控機床故障診斷應(yīng)遵循的原則,(1)先方案后操作(或先靜后動)　維修人員碰到機床故障后，應(yīng)先靜下心來，考慮出維修方案后再動手，即先靜后動，不可盲目動手，應(yīng)

8、先詢問機床操作人員故障發(fā)生的過程及狀態(tài)，閱讀機床說明書、圖樣資料后，再動手查找和處理故障。(2)先安檢后通電　確定方案后，先在機床斷電的狀態(tài)下，通過觀察測試，確認為非危險性故障或非破壞性故障后，方可給機床通電。(3)先軟件后硬件　當發(fā)生故障的機床通電后，應(yīng)先檢查軟件的工作是否正常。(4)先外部后內(nèi)部　數(shù)控機床是機械、電氣、液壓一體化的機床，其故障的發(fā)生必然要從機械、電氣、液壓這三方面綜合反映出來。,2.數(shù)控機床故障診斷應(yīng)遵循的原則

9、,(5)先機械后電氣　一般來講，機械故障較易察覺，而數(shù)控系統(tǒng)故障的診斷難度要大些。(6)先公用后專用　公用性的問題往往影響全局，而專用性的問題只影響局部。(7)先簡單后復(fù)雜　當出現(xiàn)多種故障相互交織掩蓋、一時無從下手時，應(yīng)先解決容易的問題，后解決難度較大的問題。(8)先一般后特殊　在排除某一故障時，要先考慮最常見的可能原因，然后再分析很少發(fā)生的特殊原因。,3.數(shù)控機床故障診斷要進行的檢查,(1)機床的工作狀況檢查1)機床的調(diào)整狀況

10、如何，機床工作條件是否符合要求。2)加工時所使用的刀具是否符合要求，切削參數(shù)選擇是否合理、正確。3)自動換刀時，坐標軸是否到達了換刀位置，程序中是否設(shè)置了刀具偏移量。4)系統(tǒng)的刀具補償量等參數(shù)設(shè)定是否正確。5)系統(tǒng)的坐標軸間隙補償量是否正確。6)系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)(包括坐標旋轉(zhuǎn)、比例縮放因子、鏡像軸、編程尺寸單位等)是否正確。7)工件坐標系“零點偏置值”的設(shè)置是否正確。8)工件安裝是否合理，測量手段、方法是否正確、合理。,3.

11、數(shù)控機床故障診斷要進行的檢查,9)機械零件是否存在因溫度、加工而產(chǎn)生變形的現(xiàn)象，等等。(2)機床的運轉(zhuǎn)情況檢查1)在機床自動運轉(zhuǎn)過程中是否改變或調(diào)整過操作方式，是否插入了手動操作。2)機床是否處于正常加工狀態(tài)，工作臺、夾具等裝置是否處于正常工作位置。3)機床操作面板上的按鈕、開關(guān)位置是否正確，機床是否處于“程序測試”狀態(tài)，倍率開關(guān)是否設(shè)定為“0”。4)機床操作面板上、數(shù)控系統(tǒng)上的“急停”按鈕是否處于急停狀態(tài)。5)電氣柜內(nèi)的熔

12、斷器是否有熔斷，自動開關(guān)、斷路器是否有跳閘。,3.數(shù)控機床故障診斷要進行的檢查,6)機床的工作方式是否選擇正確，程序停止按鈕是否被按下。(3)機床和系統(tǒng)之間連接情況的檢查1)電纜是否有破損，電纜拐彎處是否有破裂、損傷現(xiàn)象。2)電源線與信號線布置是否合理，電纜連接是否正確、可靠。3)信號屏蔽線的接地是否正確，系統(tǒng)接地線是否連接可靠。4)繼電器、電磁閥以及電動機等電磁部件是否裝有噪聲抑制器(滅弧器)。(4)電氣裝置的外觀檢查1

13、)是否在電氣柜門打開的狀態(tài)下運行數(shù)控機床。2)電氣柜內(nèi)部的風(fēng)扇、熱交換器等部件的工作是否正常。3)電氣柜內(nèi)是否有灰塵、金屬粉末等污染。4)數(shù)控系統(tǒng)各單元上的狀態(tài)指示燈是否正常。,3.數(shù)控機床故障診斷要進行的檢查,5)電纜連接器插頭是否完全插入、擰緊。6)系統(tǒng)的總線設(shè)置是否正確。,4.數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法,(1)直觀法　利用人的手、眼、耳、鼻等感覺器官來尋找故障原因。1)問——問機床的故障現(xiàn)象、加工狀況等。2)看——看系統(tǒng)顯

14、示的報警信息、報警指示燈狀態(tài)、斷路保護器脫扣等，以此判斷有無過流、短路等問題，傳動軸是否彎曲、晃動。3)聽——聽異常聲響。4)聞——聞電氣元件焦糊味及其他異味。5)摸——摸發(fā)熱、振動、接觸不良等。(2)CNC系統(tǒng)的自診斷法　數(shù)控機床一旦發(fā)生故障，借助CNC系統(tǒng)的自診斷功能，往往可以迅速、準確地查明原因并確定故障部位。,4.數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法,1)開機自診斷——從開機到進入正常運行狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)部自診斷程序自動對CPU、存儲器、

15、總線和I/O等模塊及功能板、顯示器、磁盤驅(qū)動器等外圍設(shè)備進行功能測試，確認主要硬件是否能正常工作。2)運行中的故障信息提示——發(fā)生故障時在顯示屏幕上顯示報警信息。(3)數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢查　維修人員可以通過對CNC系統(tǒng)的操作，調(diào)出各種系統(tǒng)參數(shù)和PLC信號狀態(tài)信息，通過在顯示屏上檢查這些數(shù)據(jù)和信號狀態(tài)來診斷故障。1)PLC信號(PLC與CNC、PLC與機床之間的輸入/輸出信號)狀態(tài)檢查——PLC信號狀態(tài)檢查功能可將所有開關(guān)量信號的狀態(tài)顯示

16、在屏幕上，“1”表示通，“0”表示斷。,4.數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法,2)參數(shù)檢查——數(shù)控機床的CNC系統(tǒng)參數(shù)是經(jīng)過一系列的試驗和調(diào)整而獲得的重要參數(shù)，是機床正常運行的保證，如增益、加速度、輪廓監(jiān)控及各種補償值等。(4)報警指示燈顯示故障　除CNC可以在屏幕上顯示故障報警外，還有許多“硬件”報警指示燈，分布在電源、主軸驅(qū)動、伺服驅(qū)動和I/O裝置上，由此可判斷故障的原因。(5)交換法　將功能相同的給定、反饋、模板或單元相互交換，觀察故障

17、的轉(zhuǎn)移情況，就能快速判斷故障的部位。例0-1　開環(huán)控制的數(shù)控車床，X軸不能運動，其他功能正常，進給驅(qū)動系統(tǒng)的連接框圖如圖0-1所示。,4.數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法,圖0-1　數(shù)控車床開環(huán)進給驅(qū)動系統(tǒng)連接框圖,1)低壓電器的替換應(yīng)注意電壓、電流和其他有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，并盡量采用相同規(guī)格的替換。2)拆卸時應(yīng)對各部分做好記錄，特別是接線較多的地方，可防止接線錯誤引起的人為故障。,4.數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法,3)在有反饋環(huán)節(jié)的線路中，更換時要注

18、意信號的極性，以防反饋錯誤引起其他的故障。(6)功能程序測試法　當數(shù)控機床加工造成廢品而無法確定是編程、操作不當還是數(shù)控系統(tǒng)故障，或是閑置時間較長的數(shù)控機床重新投入使用時，將G、M、S、T、F功能的全部指令編寫一個測試程序，并在這臺機床上運行，可快速判斷哪個功能不良或喪失。(7)測量比較法　在數(shù)控系統(tǒng)上往往有一些檢測端子，用萬用表、示波器等儀器對這些端子的電平或波形進行測試，將測試值與正常值進行比較，可以分析和判斷故障的原因及故障的

19、部位。,4.數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法,１.掌握數(shù)控裝置故障診斷的一般方法。２.掌握數(shù)控裝置典型參數(shù)對機床性能的影響。３.理解位置控制理論。４.了解操作、安全規(guī)范。,4.數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法,１.通過查閱技術(shù)資料能夠診斷Sinumerik 802D數(shù)控裝置的典型故障。２.通過完成學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)會如何制訂合理的工作計劃。３.通過完成學(xué)習(xí)任務(wù)能夠自覺地遵守操作、安全規(guī)定。,任務(wù)1　通過狀態(tài)指示燈診斷故障,一、Sinumerik 802D

20、數(shù)控系統(tǒng)的組成二、Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)的連接三、Sinumerik 802D數(shù)控裝置的接口和狀態(tài)指示四、PLC輸入/輸出模塊(PP72/48)接口和狀態(tài)指示五、RS—SY—802D數(shù)控機床綜合實訓(xùn)系統(tǒng)六、維修任務(wù)執(zhí)行流程,任務(wù)1　通過狀態(tài)指示燈診斷故障,表1-1　維修任務(wù)書,任務(wù)1　通過狀態(tài)指示燈診斷故障,圖1-1　Sinumerik 802D數(shù)控裝置、液晶顯示單元與鍵盤輸入單元,一、Sinumerik 80

21、2D數(shù)控系統(tǒng)的組成,1.數(shù)控裝置及顯示單元(PCU)2. PLC輸入/輸出模塊(PP板),圖1-2　PLC輸入/輸出模塊,一、Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)的組成,3.機床控制面板(MCP),圖1-3　機床控制面板,一、Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)的組成,4. PROFIBUS總線單元,圖1-􀰊4　PROFIBUS總線單元,5.Simodrive 611UE數(shù)字伺服驅(qū)動器,一、Sinumerik 802

22、D數(shù)控系統(tǒng)的組成,圖1-5　Simodrive 611UE數(shù)字伺服驅(qū)動器,6.伺服電動機,一、Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)的組成,圖1-􀰊6　伺服電動機a)進給伺服電動機　b)主軸伺服電動機,二、Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)的連接,圖1-7　Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)連接圖,三、Sinumerik 802D數(shù)控裝置的接口和狀態(tài)指示,1.Sinumerik 802D數(shù)控裝置的接口,圖1-

23、051658;8　Sinumerik 802D數(shù)控裝置的接口,1)DC24V(X8)——24VDC電源接口，,三、Sinumerik 802D數(shù)控裝置的接口和狀態(tài)指示,用于和直流24V電源連接的3芯端子式插座(插頭上已標明24V、0V和PE)。2)PROFIBUS(X4)——與PROFIBUS電纜連接的9芯D型孔式插座。3)COM1(X6)——RS232C接口，9芯D型針式插座。4)手輪1、手輪2、手輪3(X14/X15/X16)

24、——用于連接手輪的15芯D型針式插座。5)鍵盤(X10)——6芯鍵盤連接接口。2. Sinumerik 802D數(shù)控裝置上的狀態(tài)指示,圖1-9　Sinumerik 802D數(shù)控裝置上的狀態(tài)指示,三、Sinumerik 802D數(shù)控裝置的接口和狀態(tài)指示,1)ON(綠色)——電源接通。2)NC(黃色)——NC運行標記(閃爍)。3)WD(紅色)——過程監(jiān)視(系統(tǒng)出現(xiàn)故障時點亮)。4)PB(黃色)——PROFIBUS狀態(tài)。,表1-2　

25、Sinumerik 802D指示燈狀態(tài)及故障處理,四、PLC輸入/輸出模塊(PP72/48)接口和狀態(tài)指示,圖1-10　PLC輸入/輸出模塊接口和狀態(tài)指示圖,1. PLC輸入/輸出模塊接口,四、PLC輸入/輸出模塊(PP72/48)接口和狀態(tài)指示,1)DC24V(X1)——24VDC電源接口，用于和直流24V電源連接的3芯端子式插座(插頭上已標明24V、0V和PE)。2)PROFIBUS(X2)——與PROFIBUS電纜連接的9芯D型

26、孔式插座。3)I/O(X111，X222，X333)——3個輸入/輸出接口，用于和輸入/輸出信號連接的50芯扁平電纜插座。2. PLC輸入/輸出模塊(PP72/48)狀態(tài)指示1)POWER(綠色)——電源接通。2)READY(紅色)——PP72/48就緒，未進行循環(huán)數(shù)據(jù)交換。3)EXCHANGE(綠色)——PP72/48就緒，已經(jīng)進行循環(huán)數(shù)據(jù)交換。4)OVERTEMP(紅色)——溫度過高指示。,四、PLC輸入/輸出模塊(PP

27、72/48)接口和狀態(tài)指示,表1-3　PP72/48模塊指示燈狀態(tài)及故障處理,五、RS—SY—802D數(shù)控機床綜合實訓(xùn)系統(tǒng),圖1-11　RS—SY—802D數(shù)控機床綜合實訓(xùn)系統(tǒng),五、RS—SY—802D數(shù)控機床綜合實訓(xùn)系統(tǒng),圖1-12　控制實訓(xùn)臺的布局,1)工作臺尺寸,五、RS—SY—802D數(shù)控機床綜合實訓(xùn)系統(tǒng),2)T形槽尺寸　　　　　　　　　　　　　3)X軸／Y軸／Z軸行程　　　　　　　　　4)X、Z軸絲杠螺距　　　　　　　　　

28、　　5)X軸／Y軸／Z軸快進速度　　　　　　　6)主軸轉(zhuǎn)速(無級)　　　　　　　　　　7)主電動機功率　　　　　　　　　　　　8)刀具形式　　　　　　　　　　　　　　9)刀具規(guī)格　　　　　　　　　　　　　　1.電氣控制模塊及電源控制模塊(1)電氣控制模塊　電氣控制模塊在綜合實驗臺的右部，裝有有機玻璃罩，如圖1-12所示。,五、RS—SY—802D數(shù)控機床綜合實訓(xùn)系統(tǒng),(2)電源控制模塊　電源控制模塊在實訓(xùn)臺的上方，如圖1-

29、12所示。1)當將外部電源總開關(guān)合上后，交流380V電源進入實訓(xùn)系統(tǒng)，電源指示燈點亮，電壓表和電流表將有顯示。2)在電源控制模塊上有一電源鑰匙開關(guān)，控制實訓(xùn)系統(tǒng)的強電回路供電，只有開關(guān)閉合，系統(tǒng)才能操作。2. 802D系統(tǒng)構(gòu)成圖模塊3.顯示與開關(guān)機模塊4.主軸變頻器模塊(1)主軸控制電路　802D數(shù)控系統(tǒng)的變頻器主軸控制信號是由611UE伺服模塊輸出的。,五、RS—SY—802D數(shù)控機床綜合實訓(xùn)系統(tǒng),1)速度給定電路——將端

30、子3與611UE伺服模塊演示板上X441的75.A端子連接，端子4與611UE伺服模塊演示板上X441的15端子連接。2)正轉(zhuǎn)控制電路——將端子5與611UE伺服模塊演示板上X453的Q0.A端子連接。3)反轉(zhuǎn)控制電路——將端子6與611UE伺服模塊演示板上X453的Q1.A端子連接。(2)手動操作主軸　將主軸模塊面板上各開關(guān)置于“關(guān)”位置，802D系統(tǒng)在JOG方式下按主軸正向、反向運轉(zhuǎn)鍵，主軸即可按設(shè)定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。,五、RS—SY

31、—802D數(shù)控機床綜合實訓(xùn)系統(tǒng),(3)自動操作主軸　將主軸模塊面板上各開關(guān)置于“關(guān)”位置，802D系統(tǒng)在AUTO或MDA方式下輸入主軸運轉(zhuǎn)編程指令，然后按啟動鍵啟動程序，主軸即可運轉(zhuǎn)。(4)主軸故障設(shè)置　故障設(shè)置裝置由撥碼開關(guān)組成，正常狀態(tài)見出廠文件。5. 611UE伺服模塊6. PP72／48 I/O模塊7.I／O演示模塊(1)輸入/輸出接口的使用　輸入／輸出接口的輸入端子接至實訓(xùn)臺面板上(背面)，再經(jīng)指示燈、撥動開關(guān)、故障

32、設(shè)置裝置接到它們的電源上。(2)故障設(shè)置　故障設(shè)置由撥碼開關(guān)組成。,六、維修任務(wù)執(zhí)行流程,1)接受維修任務(wù)書；領(lǐng)取維修工具、技術(shù)資料和維修報告書。2)調(diào)查故障現(xiàn)場，制訂故障診斷方案。3)實施故障測試，排除故障。4)清理現(xiàn)場，填寫維修報告。,一、教學(xué)內(nèi)容,1)RS—SY—802D綜合實訓(xùn)系統(tǒng)簡介。2)Sinumerik 802D數(shù)控裝置的組成。3)Sinumerik 802D數(shù)控裝置的接口信號。4)Sinumerik 802

33、D數(shù)控裝置運行狀態(tài)顯示。5)維修任務(wù)執(zhí)行流程。6)安全規(guī)范。,二、教學(xué)方法,1)知識準備的內(nèi)容，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)，教師集中總結(jié)。2)任務(wù)實施的過程采用角色扮演法和團隊學(xué)習(xí)法——教師在下達任務(wù)書時為維修主管，在學(xué)生執(zhí)行任務(wù)時為技術(shù)支持；學(xué)生為維修人員。,三、任務(wù)實施步驟,表1-􀰊4　維修任務(wù)的實施過程,三、任務(wù)實施步驟,表1-5　維修報告書,任務(wù)2　通過機床運動速度和位置診斷回參考點故障,一、數(shù)控機床坐標系

34、二、數(shù)控機床位置檢測裝置三、增量式光電編碼器四、數(shù)控機床回參考點原理五、Sinumerik 802D控制機床回參考點六、回參考點故障診斷,任務(wù)2　通過機床運動速度和位置診斷回參考點故障,表1-􀰊6　維修任務(wù)書,一、數(shù)控機床坐標系,1.標準機床坐標系,圖1-13　數(shù)控機床坐標軸的規(guī)定,2.數(shù)控機床坐標軸的確定,一、數(shù)控機床坐標系,圖1-14　數(shù)控車床坐標軸,(1)數(shù)控車床坐標軸的確定　Z坐標軸平行于主軸軸線，,一

35、、數(shù)控機床坐標系,正方向為遠離主軸的方向；X坐標軸沿工件的徑向且平行于橫向?qū)к墸较驗檫h離工件旋轉(zhuǎn)中心的方向，如圖1-14所示。(2)數(shù)控銑床和加工中心坐標軸的確定　Z坐標軸平行于主軸軸線，正方向為刀具遠離工件的方向；X坐標軸是水平的，且平行于工件的裝夾表面。1)對于臥式銑床，沿Z坐標軸負方向看，X坐標的正方向指向右邊，如圖1-15a所示。2)對于立式銑床，從刀具向立柱方向看時，X坐標的正方向指向右邊，如圖1-15b所示。,一、

36、數(shù)控機床坐標系,圖1-15　銑床坐標軸a)臥式銑床坐標軸　b)立式銑床坐標軸,一、數(shù)控機床坐標系,3.數(shù)控機床坐標系的建立,二、數(shù)控機床位置檢測裝置,1.直接測量和間接測量2.增量式測量和絕對式測量3.接觸式測量和非接觸式測量4.數(shù)字式測量和模擬式測量,三、增量式光電編碼器,圖1-16　增量式光電編碼器外形,1)增量式光電編碼器測量系統(tǒng)由光源、聚光鏡、光電碼盤、光欄,三、增量式光電編碼器,板、光敏元件和信號處理電路等組成，如圖1

37、-17所示。,圖1-17　增量式光電編碼器示意圖1—工作軸　2—軸承　3—刻線　4—光電碼盤5—光源　6—聚光鏡　7—光欄板　8—光敏元件,三、增量式光電編碼器,2)增量式光電編碼器測量系統(tǒng)的工作原理是，當光電碼盤隨工作軸一起轉(zhuǎn)動時，光源發(fā)出的光線通過聚光鏡，透過光電碼盤和光欄板形成忽明忽暗的光信號，光敏元件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后通過信號處理電路的整形、放大、分頻、計數(shù)、譯碼后輸出或顯示。,圖1-18　光電式脈沖編碼器輸出的信號

38、波形,四、數(shù)控機床回參考點原理,圖1-19　回參考點的過程,(1)階段1：尋找減速擋塊　在回參考點方式下，按“軸移動”鍵，,四、數(shù)控機床回參考點原理,坐標軸以設(shè)定的速度移動尋找減速擋塊，當減速開關(guān)撞上減速擋塊后，坐標軸速度減速到零速，進入階段2。(2)階段2：與零脈沖同步　坐標軸以設(shè)定的速度同向或反向移動，當減速擋塊離開減速開關(guān)時，即開關(guān)釋放時，開始尋找碼盤零脈沖信號，找到零脈沖信號后，進入階段3。(3)階段3：尋找參考點　坐標軸以

39、設(shè)定的速度移動設(shè)定的距離到達參考點，回參考點結(jié)束。,五、Sinumerik 802D控制機床回參考點,1.回參考點的方式,圖1-20　不帶減速擋塊的坐標軸回參考點過程,(1)不帶減速擋塊的坐標軸　機床數(shù)據(jù)MD34000要設(shè)為“0”，回參考點的過程如圖1-20所示。,五、Sinumerik 802D控制機床回參考點,(2)帶減速擋塊、零脈沖信號檢測在減速擋塊之外的坐標軸　機床數(shù)據(jù)MD34000要設(shè)為“1”，回參考點的過程如圖1-21所示。

40、,圖1-21　帶減速擋塊、零脈沖信號檢測在減速擋塊之外的回參考點過程,五、Sinumerik 802D控制機床回參考點,(3)帶減速擋塊、零脈沖信號檢測在減速擋塊之上的坐標軸　機床數(shù)據(jù)MD34000要設(shè)為“1”，回參考點的過程如圖1-22所示。,圖1-22　帶減速擋塊、零脈沖信號檢測在減速擋塊之上的回參考點過程,五、Sinumerik 802D控制機床回參考點,2. Sinumerik 802D中與返回參考點有關(guān)的機床數(shù)據(jù)(1)通用數(shù)

41、據(jù)　MD20700——不回參考點禁止啟動NC加工程序。(2)軸數(shù)據(jù)1)MD34000——回參考點是否有減速擋塊。2)MD34010——回參考點方向。3)MD34020——尋找減速擋塊的速度(mm/min)。4)MD34030——尋找減速擋塊的最大距離(mm)。5)MD34040——尋找零脈沖信號的速度(mm/min)。6)MD34050——尋找零脈沖信號的方向。7)MD34060——尋找零脈沖信號的最大距離(一般要大于一

42、個絲杠螺距)。8)MD34070——參考點定位速度(mm/min)。,五、Sinumerik 802D控制機床回參考點,9)MD34080——參考點偏移量(mm)。10)MD34090——參考點偏移量的修正量(mm)。11)MD34100——參考點在機床坐標系中的位置值(mm)。,六、回參考點故障診斷,1.影響回參考點動作的主要因素1)數(shù)控系統(tǒng)必須選擇回參考點工作方式。2)“減速信號”必須按要求輸入。3)位置檢測裝置發(fā)出的“

43、零脈沖信號”必須正確。4)系統(tǒng)參數(shù)必須設(shè)置正確。2.回參考點故障分析(1)找不到參考點，出現(xiàn)限位報警　這主要是減速開關(guān)信號或零標志信號失效造成的。1)運行中擋塊松動或減速開關(guān)損壞、松動，使數(shù)控裝置的PLC接收不到減速信號,出現(xiàn)超程報警，此時應(yīng)檢查減速信號連線、減速開關(guān)、接線端子、擋塊等。,六、回參考點故障診斷,2)減速開關(guān)短路、被壓下且不能彈起、進油、進水，使數(shù)控裝置的PLC接收到的減速信號一直有效,此時坐標軸會向回參考點相反的

44、方向慢速運動。3)尋找減速擋塊的速度MD34020設(shè)得太高，撞到減速擋塊后坐標軸還沒減速到零速就撞到了限位開關(guān)。4)位置檢測編碼器及接線或位置反饋接口有故障，系統(tǒng)采集不到零脈沖信號，此時機床回參考點的動作正常。(2)找不準參考點1)滾珠絲杠間隙太大。2)電動機與絲杠的連接松動——聯(lián)軸器松動。3)回參考點減速開關(guān)或擋塊位置變動。4)位置編碼器的供電電壓太低。,六、回參考點故障診斷,5)位置編碼器臟污或故障。6)位置反饋接口

45、故障。7)位置環(huán)增益MD32200設(shè)定過大或過小。8)干擾引起——位置編碼器反饋信號線應(yīng)采用屏蔽雙絞線，并雙端接地；位置編碼器的反饋信號線與電動機的動力線應(yīng)分開走線；電動機、伺服驅(qū)動器外殼需通過電氣柜中的接地排接入大地。,一、教學(xué)內(nèi)容,1)數(shù)控機床坐標軸的規(guī)定。2)增量式光電編碼器的工作原理。3)數(shù)控機床回參考點的過程。4)Sinumerik 802D數(shù)控裝置可設(shè)置的回參考點方式。5)Sinumerik 802D中與返回參考

46、點有關(guān)的機床數(shù)據(jù)。6)回參考點故障分析。,二、教學(xué)方法,1)【知識準備】的內(nèi)容，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)，教師集中總結(jié)。2)【任務(wù)實施】的過程采用角色扮演法和團隊學(xué)習(xí)法——教師在下達任務(wù)書時為維修主管，在學(xué)生執(zhí)行任務(wù)時為技術(shù)支持；學(xué)生為維修人員。,三、任務(wù)實施步驟,表1-7　維修任務(wù)的實施過程,表1-7　維修任務(wù)的實施過程,三、任務(wù)實施步驟,表1-􀰊8　維修報告書,三、任務(wù)實施步驟,圖1-23　光柵尺外觀示意圖1—

47、光柵尺　2—讀數(shù)頭　3—電纜,三、任務(wù)實施步驟,1.光柵尺的分類,圖1-24　光柵尺種類a)透射光柵　b)反射光柵1—光敏元件　2、4—透鏡　3—狹縫　5—光源　—標尺光柵　—指示光柵,2.光柵尺工作原理和特點,三、任務(wù)實施步驟,圖1-25　光柵尺工作原理,(1)放大作用　因為θ角度非常小，,三、任務(wù)實施步驟,因此莫爾條紋的紋距W要比柵距大得多。(2)均化誤差作用　莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，例如，線密度200條/m

48、m、寬10mm的光柵就由2000條線紋組成，這樣?xùn)啪嘀g的制造誤差就被平均化了，消除了柵距不均勻造成的誤差。(3)莫爾條紋的移動與柵距的移動成比例　當標尺光柵移動時，莫爾條紋就沿著垂直于光柵尺運動的方向移動，并且光柵尺每移動一個柵距ω，莫爾條紋就準確地移動一個紋距W，只要測量出莫爾條紋的數(shù)目，就可以知道光柵尺移動了多少個柵距，而柵距是制造光柵尺時確定的，因此工作臺的移動距離就可以計算出來。3.光柵測量系統(tǒng),三、任務(wù)實施步驟,圖1-2

49、6　光柵測量系統(tǒng),三、任務(wù)實施步驟,圖1-27　五倍頻信號處理波形a)正弦測量信號波形　b)整形后的信號波形　c)五倍頻后的信號波形,任務(wù)3　調(diào)整機床坐標軸的位置跟隨誤差,一、數(shù)控機床的分類二、數(shù)控機床的位置控制三、位置環(huán)增益Kc對機床性能的影響四、Sinumerik 802D數(shù)控裝置故障診斷方法,任務(wù)3　調(diào)整機床坐標軸的位置跟隨誤差,表1-9　維修任務(wù)書,一、數(shù)控機床的分類,1.按伺服系統(tǒng)的類型分類(1)開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床

50、　這類機床沒有位置檢測裝置，以功率步進電動機作為驅(qū)動部件，數(shù)控裝置將零件程序處理后，輸出數(shù)字脈沖指令信號給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動機床運動，如圖1-28所示。,圖1-28　開環(huán)數(shù)控機床控制簡圖,(2)閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床　這類機床裝有位置檢測裝置，并且直接安裝在機床移動部件上，如工作臺上裝直線位移檢測裝置，對工作臺的位移量進行測量。,一、數(shù)控機床的分類,圖1-29　閉環(huán)數(shù)控機床控制簡圖,(3)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床　這類數(shù)控機床的位置檢測裝置一般

51、安裝在電動機的軸上或滾珠絲杠的軸端，通過測量角位移間接地測量出移動部件的直線位移，然后反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，與系統(tǒng)中的位移指令值進行比較，用比較后的誤差值控制機床移動部件的移動，直到誤差值等于零為止，如圖1-30所示。,一、數(shù)控機床的分類,圖1-30　半閉環(huán)數(shù)控機床控制簡圖,2.按功能水平分類(1)中央處理單元(CPU)　低檔數(shù)控機床一般采用8位CPU；而中檔、高檔數(shù)控機床已經(jīng)由16位CPU發(fā)展到32位或64位CPU，并用具有精簡指令集(

52、RISC)的CPU。,一、數(shù)控機床的分類,(2)分辨率和進給速度　低檔數(shù)控機床的分辨率為10μm，進給速度為6～15m/min；中檔數(shù)控機床的分辨率為1μm，進給速度為12～24m/min；高檔數(shù)控機床的分辨率為0.1μm或更小，進給速度為24～100m/min或更高。(3)多軸聯(lián)動功能　低檔數(shù)控機床多為2～3軸聯(lián)動；中檔、高檔數(shù)控機床則都是3～5軸聯(lián)動或更多。(4)顯示功能　低檔數(shù)控機床一般只有簡單的數(shù)碼顯示或簡單的陰極射線管(C

53、RT)字符顯示功能；中檔數(shù)控機床有較齊全的CRT顯示功能，如字符、圖形、人機對話、自診斷等功能顯示；高檔數(shù)控機床還有三維動態(tài)圖形顯示功能。,一、數(shù)控機床的分類,(5)通信功能　低檔數(shù)控機床無通信功能；中檔數(shù)控機床有RS232C或直接數(shù)控(DNC，也稱群控)等接口；高檔數(shù)控機床有制造自動化協(xié)議(MAP)等高性能通信接口，且具有聯(lián)網(wǎng)功能。3.按加工方式分類(1)金屬切削類數(shù)控機床　如數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控銑床、數(shù)控齒輪加工機

54、床、加工中心等。(2)金屬成形類數(shù)控機床　如數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控壓力機、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機等。(3)數(shù)控特種加工機床　如數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花成形機、數(shù)控激光切割機、數(shù)控火焰切割機等。,二、數(shù)控機床的位置控制,圖1-31　數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的控制簡圖,二、數(shù)控機床的位置控制,圖1-32　位置控制原理,1.脈沖比較法,二、數(shù)控機床的位置控制,圖1-33　脈沖比較器,(1)脈沖比較器組成　脈沖比較器由可加減的可逆計數(shù)器和脈沖分離

55、器組成，如圖1-33所示。,二、數(shù)控機床的位置控制,表1-10　、、、的加減定義,(2)工作原理　當數(shù)控系統(tǒng)要求工作臺向一個方向進給時，經(jīng)插補運算得到一系列進給脈沖作為指令脈沖，其數(shù)量代表了工作臺的指令進給量，頻率代表了工作臺的進給速度，方向代表了工作臺的進給方向。2.相位比較法(1)相位比較器組成　相位比較法實質(zhì)是脈沖相位的比較，而不是脈沖數(shù)量上的比較。,二、數(shù)控機床的位置控制,圖1-34　感應(yīng)同步器相位比較控制原理框圖,

56、(2)工作原理　基準脈沖發(fā)生器通過脈沖-相位變換器分頻，,二、數(shù)控機床的位置控制,產(chǎn)生基準相位脈沖，該脈沖經(jīng)過勵磁電路，形成與基準相位脈沖同頻率的正、余弦勵磁電壓，加在感應(yīng)同步器的正、余弦勵磁繞組上。,圖1-35　相位比較波形,二、數(shù)控機床的位置控制,圖1-36　速度控制信號的形成,三、位置環(huán)增益Kc對機床性能的影響,1.位置環(huán)增益與進給速度和跟隨誤差的關(guān)系,圖1-37　閉環(huán)系統(tǒng)的跟隨誤差和速度響應(yīng),三、位置環(huán)增益Kc對機床性能的影響,

57、2.位置環(huán)增益對機床加工精度的影響,圖1-38　直線加工輪廓誤差,三、位置環(huán)增益Kc對機床性能的影響,(1)直線加工　當進行X、Y兩軸聯(lián)動加工直線時，如圖1-38所示。1)當KX=KY時，ΔK=0，ε=0；說明當兩軸開環(huán)增益相等時，跟隨誤差ΔDX、ΔDY對輪廓精度無影響。2)當sin2α=0，即α=0°或90°時，ε=0；說明當沿著X或Y軸運動時，不存在輪廓誤差。3)當兩軸增益不一致，且不沿X軸或Y軸運動，但K

58、X、KY為常數(shù)時，K、ΔK為常數(shù)，則ε為常數(shù)，也就是說，直線的輪廓形狀無誤差，但存在位置偏差。4)當兩軸增益不一致，且不沿X或Y軸運動，KX、KY不是常數(shù)時，則ε不是常數(shù)，也就是說，將產(chǎn)生輪廓形狀誤差，即加工出的輪廓不是直線；當加工45°直線時，輪廓誤差ε最大。,三、位置環(huán)增益Kc對機床性能的影響,5)在實際機床上，很難保證KX與KY完全相等，但只要KX與KY足夠大，所產(chǎn)生的輪廓誤差就很小。6)輪廓誤差與進給速度成正比。,

59、圖1-39　圓弧加工輪廓誤差,三、位置環(huán)增益Kc對機床性能的影響,(2)圓弧加工　當進行X、Y兩軸聯(lián)動加工圓弧時，如圖1-39所示。1)當KX=KY時，圓弧輪廓誤差可簡化為2)當KX≠KY時，不僅產(chǎn)生尺寸誤差，而且產(chǎn)生形狀誤差。(3)拐角加工　數(shù)控機床在進行加工時，在兩個輪廓(直線或圓弧)的交接處會產(chǎn)生誤差，此誤差稱為拐角輪廓誤差，如圖1-􀰊40所示。,圖1-􀰊40　拐角輪廓誤差,三、位置環(huán)增益

60、Kc對機床性能的影響,1)選取動態(tài)性能盡可能好的伺服驅(qū)動裝置，這樣就可以調(diào)高位置增益，而不會產(chǎn)生超調(diào)。2)如果對拐角誤差要求較高，要盡可能降低切削速度，因為跟隨誤差與切削進給速度是成正比的。3)可在要求較高的輪廓交接處，加入一條G04延時指令，延時數(shù)十至數(shù)百毫秒，在這段時間里前段輪廓加工時的跟隨誤差會迅速得以修正。4)采用尖角過渡指令。5)使用數(shù)控系統(tǒng)的自動升降速功能有利于在較高的增益時減小超調(diào)量，提高輪廓的加工精度。,四、Si

61、numerik 802D數(shù)控裝置故障診斷方法,1. 802D報警號說明,四、Sinumerik 802D數(shù)控裝置故障診斷方法,表1-11　報警號分配,四、Sinumerik 802D數(shù)控裝置故障診斷方法,表1-11　報警號分配,四、Sinumerik 802D數(shù)控裝置故障診斷方法,2.與位置環(huán)增益MD32200有關(guān)的報警號1)25040——靜止誤差超差報警：NC監(jiān)控靜止狀態(tài)時坐標軸位置的保持情況。2)25050——位置跟隨誤差超差報

62、警：位置跟隨誤差超出在MD36400(CONTOUR_TOL)中設(shè)定的值。3)25080——定位誤差超差報警：一個程序段運行結(jié)束后，坐標軸在MD36020(POSITIONING_TIME)中設(shè)定的定位時間之后，必須到達粗準停和精準停的定位允許誤差MD36000(STOP_LIMIT_COARSE)、MD36010(STOP_LIMIT_FINE)之內(nèi)。3.坐標軸位置跟隨誤差顯示1)按組合鍵+，進入系統(tǒng)診斷和調(diào)試顯示界面，如圖1-

63、􀰊41所示。,四、Sinumerik 802D數(shù)控裝置故障診斷方法,圖1-􀰊41　系統(tǒng)診斷和調(diào)試顯示界面,2)按屏幕下方的軟鍵，屏幕切換到軸信息顯示界面。,3)按屏幕下方的軟鍵，屏幕切換到軸驅(qū)動信息顯示界面。,一、教學(xué)內(nèi)容,1)數(shù)控機床的分類。2)伺服系統(tǒng)位置控制原理。3)位置跟隨誤差與位置環(huán)增益的關(guān)系。4)位置環(huán)增益對機床加工精度的影響。5)Sinumerik 802D數(shù)控裝置的報警號。6

64、)Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)中與位置增益有關(guān)的報警。7)操作、安全規(guī)范。,二、教學(xué)方法,1)知識準備的內(nèi)容教師集中講解。2)任務(wù)實施的過程采用團隊學(xué)習(xí)法——學(xué)生以4～5人為一組組成一個團隊，協(xié)作完成調(diào)試任務(wù)。,三、任務(wù)實施步驟,表1-12　維修任務(wù)的實施過程,三、任務(wù)實施步驟,表1-13　維修報告書,表1-13　維修報告書,任務(wù)4　總線配置故障診斷,一、PROFIBUS-DP通信電纜接口信號二、PROFIBUS-DP通信

65、電纜的連接三、PROFIBUS-DP總線配置,任務(wù)4　總線配置故障診斷,表1-14　維修任務(wù)書,一、PROFIBUS-DP通信電纜接口信號,表1-15　PROFIBUS-DP孔型9針插頭的引腳信號,二、PROFIBUS-DP通信電纜的連接,圖1-􀰊42　PROFIBUS-DP插頭的接線,二、PROFIBUS-DP通信電纜的連接,圖1-􀰊43　Sinumerik 802D的總線連接,三、PROFIBU

66、S-DP總線配置,1. Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)總線配置,表1-16　Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)總線配置,三、PROFIBUS-DP總線配置,表1-16　Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)總線配置,2.Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)總線設(shè)備地址設(shè)置(1)PCU　PCU是PROFIBUS-DP總線上的主站，系統(tǒng)已設(shè)置了其地址，用戶不能修改。(2)PP72/48模塊　PP72/48模塊是PROFIBUS-D

67、P總線上的從站，Sinumerik 802D數(shù)控系統(tǒng)最多能連接兩塊PP模塊。,三、PROFIBUS-DP總線配置,圖1-􀰊44　PP72/48輸入/輸出模塊總線地址設(shè)置,(3)611UE伺服驅(qū)動器　611UE是PROFIBUS-DP總線上的從站，,三、PROFIBUS-DP總線配置,其總線地址可利用工具軟件SimoComU設(shè)定，也可以通過611UE操作面板上的輸入鍵、、來設(shè)定。1)用鍵找到參數(shù)A651。2)用鍵找到

68、參數(shù)A918。3)用鍵找到參數(shù)A651。4)按鍵找到參數(shù)A652，按鍵后，窗口顯示“0”，按鍵窗口顯示“1”，等自動變?yōu)椤?”時，設(shè)置的地址被存儲。3.與總線配置有關(guān)的報警,三、PROFIBUS-DP總線配置,表1-17　與總線配置有關(guān)的報警,三、PROFIBUS-DP總線配置,表1-17　與總線配置有關(guān)的報警,三、PROFIBUS-DP總線配置,表1-17　與總線配置有關(guān)的報警,三、PROFIBUS-DP總線配置,表1-17　與

69、總線配置有關(guān)的報警,一、教學(xué)內(nèi)容,1)Sinumerik 802D的PROFIBUS-DP總線連接。2)Sinumerik 802D的PROFIBUS-DP總線配置。3)Sinumerik 802D系統(tǒng)各從站設(shè)備的總線地址設(shè)置。,二、教學(xué)方法,1)【知識準備】的內(nèi)容，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)，教師集中總結(jié)。2)【任務(wù)實施】的過程采用角色扮演法和團隊學(xué)習(xí)法——教師在下達任務(wù)書時為維修主管，在學(xué)生任務(wù)執(zhí)行時為技術(shù)支持；學(xué)生為維修人員。,