数控机床故障诊断与维修实训教材.docx
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数控机床故障诊断与维修实训教材
项目一:
系统认知实训
任务一:
认知数控实验台结构及基本操作
任务二:
认知FANUC数控系统组成及硬件连接
任务三:
认识FANUC数控系统软件界面及基本操作
任务一:
认知数控实验台结构及基本操作
1.1目的要求:
1、了解NNC-RTF-AE数控机床综合实验台的组成和电缆连接;
2、掌握NNC-RTF-AE数控机床综合实验台的开机方法及步骤。
1.2相关知识:
NNC-RTF-AE数控机床综合实验台由八块控制演示板和一台模拟车（铣床组成。
其控制演示板布置如图1-1所示,控制演示板各部分的组成如下:
1系统模块
2主板模块
3电器模块
4I/O模块
5换刀模块
6主轴模块
7进给模块
8
图1-1
在模拟车床后侧有8个电缆接插头,分别接着演示板。
（图1-2
图1-2
1.3实训步骤:
1将系统板上的JA12插头插上。
2将I/O模块演示板左下方的CE56插头插上。
3电器模块演示板的上方有以下器件组成:
4个空气开关（QS1~QS4;
1个接触器（KM0
1个直流24V小型继电器（KA0。
24V开关电源:
AC220/DC24V
电器模块板后方有:
变压器:
AC220/AC40V
电桥:
整流滤波电路
4连接并检查系统模块演示板与主轴演示板的连接:
虚线为连接线。
5
系统模块主轴模块
SVC-----------------------2
ES------------------------5
6连接并检查I/O模块演示板与主轴模块演示板的连接:
I/O模块主轴模块I/O模块主轴模块
Y0.0STFY0.1STR
SDSD
7为了给I/O模块提供24V电源,将电源模块演示板上的24V电源连接至I/O模块演
示板的相应端子。
8检查I/O模块演示板与换刀模块演示板的连接:
虚线为连接线。
换刀板I/O板换刀板I/O板
CWY0.4CCWY0.5
（CE56（CE56
1◎◎X4.0
2◎◎X4.1
3◎◎X4.2
4◎◎X4.3
5◎◎X4.4
6◎◎X4.5
刀位信号（CE56
9将电源总开关合上后,交流220V电源进入实验台,电压表和电流表将有显示,插
座上有220V电压,可供外部测试仪器通电使用.
10将电器模块演示板上的QS1、QS2、QS3、QS4合上
11合上直流24V电源开关。
按下NCON按钮,电器模块上KM0、KA0动作,驱动和变频
器得电,数控系统得电。
大约等待1分钟,数控系统启动完毕。
12系统引导以后进入位置显示画面。
选择回参考点方式,按X+和Z+,待机床回完成
参考点后,即可进行正常的的加工。
图2-1
说明:
当有紧急情况时,可按下实验台电源模块上急停按钮,交流220V电源被切断,此时须将故障排除后,才能再次上电。
如果有故障使总电源跳闸,排除故障后,须按下电源总开关上的兰色按钮,使其复位,才能再次上电。
1.4任务训练
通过查看实训设备的配置填写下表:
任务二:
认知FANUC数控系统组成及硬件连接
2.1任务要求:
1、了解NNC-RTF-AE数控机床综合实验台的系统配置;
2、掌握FANUC系统的硬件结构及各单元的接口;
3、能对系统功能进行阐述;
4、完成FANUC数控系统的FSSB总线的硬件连接;
5、完成FANUC数控系统的I/Olink的硬件连接;
6、完成发那科车床的电气连接。
2.2相关知识:
2.2.1FANUC系统介绍
FANUC0i-C/0iMate-C系统是基于16i/18i-B的技术设计的,具有较高性价比的小型化系统,使用了HSSB高速串行伺服总线（用光缆连接和串行I/O数据口以及以太网口,并可以使用PCMCIA卡传递数据。
FANUC0iC系统具有扩展功能槽板和系统内置的I/O模块,除了使用βis伺服电动机和βi主轴电动机外,还可以使用αis伺服电机和αi主轴电机,最多可控制4个伺服轴和2个串行主轴,也可以采用模拟量控制的变频主轴。
0i-C取消了内置的I/O卡,使用I/O模块或I/O单元,最多可连1024个输入点和1024个输出点。
另外,该系统还可以使用经I/OLink口连接的ß伺服放大器驱动的βis电动机,用于驱动外部机械。
FANUC0iMate-C系统为性价比较高的数控系统,是在FANUC0iC系统的基础上开发的,有如下功能特点:
1.基于基本规格,在配置上重视性价比,取消了扩展功能槽板和系统内置的I/O模块,机床的输入/输出信号通过外置I/O卡和PMC与系统进行串行数据通信控制。
使整个系统的体积大大减小。
2.进给伺服单元采用βi伺服放大器和βis伺服电动机。
该系列用于机床的进给轴和主轴,性能和功能能满足实际需要,与αi系列一样具有ID信息和电动机温度信息等智能化功能,有助于提高系统的维修性。
3.主轴驱动单元可以采用模拟量主轴控制（变频器,也可以采用βi伺服的串行数字控制,FANUC0iMate-C系统一般采用电源模块、主轴模块、进给伺服模块为一体的βi伺服放大器。
4.显示装置一般采用经济型的黑白液晶LCD显示装置或单色CRT显示装置。
FANUC0iMate-C系统产品主要有数控车床用的FANUC0iMate-TC系列（两轴联动和数控铣床用的FANUC0iMate-MC（三轴三联动。
2.2.2数控系统接口信号
因为使用调试机床前先要在机床不通电的情况下,按照电气设计图纸将CRT/MDI单元、数控系统、放大器、I/O板、机床操作面板、主轴电机和伺服电机等安装到正确位置,所以下面简述数控系统的主要接口信号。
JA7A
数控系统的接口如图2-1所示。
图2-1数控系统接口示意图
1.伺服/主轴放大器的连接
COP10A:
FANUC伺服串行通信（FSSB接口（光缆,与伺服放大器的CP10B连接,数控系统对进给轴的指令信号及各轴的反馈信号均通过该接口传递,接线简单、可靠传输速
度快。
对于FANUC0iMate-C系统,配套的伺服放大器是一体型（SVPM。
数控系统经的COP10A-1接口（一般接左边的通过FSSB光缆接伺服放大器的COP10B接口,如图2-2所示。
图2-2数控系统与伺服/主轴放大器的连接示意图
JA7A:
使用串行主轴时,JA7A与主轴放大器相连,传递数控系统对主轴的控制信号。
2.模拟主轴的连接
JA40:
模拟量主轴的速度信号接口。
数控系统经JA40接口连接模拟主轴,CNC系统输出的速度信号（0~10V与变频器的模拟量频率输入端相连接,如图2-3所示。
当主轴为模拟主轴时,上述的JA7A接口是主轴位置编码器的主轴位置反馈信号接口。
图2-3数控系统JA40接口的连接示意图
3.I/O单元的连接
JD1A:
外接的I/O卡或I/O模块信号接口（I/OLink控制,包括机床操作面板用的I/O卡、分布式I/O单元、手脉、PMM等。
图2-4为连接示意图。
图2-4I/O的连接示意图图2-5MDI单元的连接示意图
4.MDI单元的连接
CA55:
数控系统主板与MDI键盘的连接接口。
连接示意图如图2-5所示。
5.数据输入输出接口
10i-C系统可以经JD36A、JD36B通过RS232通讯电缆和个人计算机相连,实现DNC加工、数据备份与数据恢复。
20i-C系统有专门的存储卡插槽可以使用M-CARD传输参数及加工程序。
另外,数控系统通过CA69接伺服检测板,CN2接系统操作软键信号。
1.3实训步骤:
1FANUC0IMATETC系统构成见图2-6。
FANUC0IMATETC系统可控制2个伺服电机电机轴和一个开环主轴（为变频器。
伺服电机控制由动力和反馈构成。
FANUC0IMATETC由下列各部分组成:
①显示器和MDI键盘②机床面板（自制③控制单元（NC
④输入/输出单元（I/O
图2-6FANUC0IMATETC系统构成
2掌握FANUC0IMATETC系统的接线
系统连线.见图2-7:
图2-7系统连线
①、数控系统工作电源CP1
插头1脚接直流24V,2脚接24V地。
DC.24V由外部提供。
演示板上的电源已连接好。
当合上电源总开关QS1、变频器电源开关QS2,伺服驱动电源开关QS3,开关电源开关QS4,按下小面板上的NCON,数控系统得电。
②、AMP1和AMP2为系统至伺服的连线。
其各脚号见表一。
③JA12为主轴编码器输入（20芯。
其各脚号定义见表二。
表二:
来自主轴编码器的信号接入演示板下方的15芯插座JA12上,接至JA12蓝色框中
的相应检测端子,再接入系统。
见图2-8:
编码器15芯针插座检测端子系统
图2-8编码器输入
④、JA11为模拟主轴接口。
其各脚号定义见表三:
表三:
⑤JD14为CRT接口。
其各脚号定义见表四:
表四:
⑥JD1A1为I/O接口。
其各脚号定义见表五:
表五:
1.4任务训练
1、对实训设备进行观察,找出系统的型号及规格,并对各控制端口的作用
2、连接控制框图。
任务三:
认识FANUC数控系统软件界面及基本操作
3.1任务要求:
1、了解FANUC数控系统软件界面;
2、掌握FANUC数控系统的基本操作;
3、掌握FANUC数控系统的工作方式及面板按键作用。
3.2相关知识:
3.2.1常用操作界面
对机床及数控系统进行故障诊断,离不开对机床的操作,数控维修人员必须具备操作数控机床的技能。
FANUC0i-C系统提供了丰富的操作方式来满足对不同类型数控机床进行不同操作的需要。
其中,手动操作常用的有手动返回参考点、JOG进给（手动连续进给、手轮进给等;自动运行有存储器运行、MDI运行等;安全功能有急停、超程检查。
数控机床操作者通过数控系统操作面板和机床操作面板实现对数控机床的操作。
3.2.1.1、数控系统操作面板和机床操作面板
1.数控系统操作面板
FANUC0i-C的数控系统操作面板有横形和竖形,下图中为横形7.2"单色/8.4"彩色LCD/MDI操作面板。
图3-1LCD/MDI操作面板
操作面板的左侧是显示器,设在显示器下面的一行键称为软键;操作面板的右侧是MDI键盘,MDI操作面板上键的位置分布如下,各键盘的用途标识在图中。
图3-2MDI操作面板上键的位置分布
其中,功能键用于选择显示的屏幕功能类型,功能键和软键配合使用就可以打开所需要的界面,按了功能键之后,再按一软键,所选功能对应的屏幕就显示出来。
下面简单介绍功能键的作用,各操作界面的切换可参照操作说明书。
按此键显示位置画面;
按此键显示程序画面
按此键显示刀偏/设定画面
按此键显示系统画面
按此键显示信息画面
按此键显示会话式宏画面或显示图形画面
2.机床操作面板
这里仅介绍机床操作面板上与操作方式选择有关的部分按键。
下图为机床面板示例中的部分按键,其中左边的为方式选择键,中间的为快速倍率选择键,右边的为进给轴及运行方向键。
图3-3机床面板上的部分按键
FANUC系统把机床的操作方式分为以下几种,分别由上图中的方式选择键选择,即编辑、存储器运行、DNC运行方式、手动数据输入、手轮、手动连续进给、回参考点和手动示教。
3.2.1.2基本操作
1.手动操作
1手动返回参考点
CNC机床上确定机床位置的基准点叫做参考点,在这点上设定坐标值。
通常上电后,机床要返回参考点以建立机床坐标系,手动返回参考点就是用操作面板上的开关或按钮将刀具移动到参考点。
手动返回参考点的步骤如下:
①按方式选择键中的返回参考点开关“ZERORETURN”;
②为了减小速度,按快速移动倍率开关;
③按与返回参考点相应的进给轴和方向选择开关。
按住开关直至刀具返回到参考点。
如果设定相应的参数,刀具可以沿三个轴同时返回参考点。
刀具以快速移动速度移动到减速点,然后按参数中设定的FL速度移动到参考点。
下图为返回参考点的过程示意图:
图3-4返回参考点的过程示意图
2JOG进给（手动连续进给
在JOG方式中,持续按机床操作面板上的进给轴方向选择开关,机床便会沿选定轴的选定方向移动,这里要注意各轴之间、刀具与各轴之间是否有干涉。
JOG进给步骤如下:
①按手动连续开关“JOG”;
②持续按进给轴方向选择开关,机床沿对应轴的相应方向移动。
开关一释放,机床就停止;
③手动连续进给速度可由手动连续进给速度倍率刻度盘调整;
④若在按进给轴方向选择开关时按了快速移动开关,则在快速移动开关被按期间,机床按快速移动速度运动,在快速移动期间,快速移动倍率有效。
3手轮进给
在对数控机床的保养和维修过程中,经常需要对各轴进行精确的微量移动操作。
手轮进给比手动连续进给有更好的准确定位特性和可控性。
在手轮方式,机床可用旋转机床操作面板上手摇脉冲发生器而连续不断地移动,用开关选择移动轴。
手轮进给步骤如下:
①按“HANDLE”开关,选择手轮进给工作方式;
②按手轮进给轴选择开关,选择机床要移动的轴;
③按手轮进给放大倍率开关,选择机床移动的放大倍率。
手摇脉冲发生器转过一个刻度机床移动的距离等于最小输入增量单位乘以放大倍率。
手摇轮旋转一格,轴向位移可为
0.001mm/0.01mm/0.1mm/1mm。
④旋转手轮,机床沿选择轴移动,手轮旋转360°,机床移动距离相当于100个刻度的对应值。
2.自动运行
1存储器运行
程序预先存在存储器中,机床可以按程序指令运行,该操作称为存储器运行方式。
存储器运行操作步骤如下:
①按“MEMORY”键,选择存储器运行方式;
②从存储的程序中选择一个程序。
按显示程序画面,按地址键,用数字键输入程序号,按[OSRH]软键检索出所要运行的程序;
③按机床操作面板上循环启动按钮,自动运行起动,循环起动灯亮,当自动运行结束时,循环指示灯灭;
④有两种方式停止和结束存储器运行:
停止或结束指令;操作暂停键和复位键,操作暂停键是中途停止存储器运行,而复位键是终止存储器运行。
2MDI运行
在对机床进行日常的维修和保养作业中,需要调试和检测在自动运行状态下的某一个特定动作,MDI运行为进行类似的简单测试操作提供了可能。
在MDI方式,MDI面板作为输入装置,在程序显示画面可编制最多10行程序段,程序格式与普通程序的格式一样。
MDI运行的操作步骤如下:
①按MDI方式选择开关“MDI”;
②按下MDI面板上的程序键,出现程序画面;
③用MDI面板按键编制要执行的程序,程序画面如下图;
图3-5程序画面
④按机床操作面板上的循环启动按钮,程序开始执行;
⑤中途停止MDI运行,可按机床操作面板上的进给暂停按钮;终止MDI运行,可按MDI
面板上的复位键,自动运行结束并进入复位状态。
3.安全操作
1急停
当按了机床操作面板上的急停按钮后机床的各运动部件在移动中紧急停止运行,数控系统复位,通常旋转急停按钮即可释放。
在排除机床的故障后要恢复机床的正常工作,通常须进行手动返回参考点,如急停是在换刀时发生的,则必须用MDI方式把换刀机构调整好。
2超程检查
在手动、自动加工过程中,若机床移动部件（如刀具、工作台超出其行程极限（软键控制限位或机械限位时,则为超程。
超程时系统报警,限位超程处理步骤为:
①按“HANDLE”,将操作模式设为手轮进给方式;
②旋转手轮使超程轴反向移动适当距离;
③按复位键,使数控系统复位;
④超程轴原点复位,恢复坐标系统。
不同机床的超程处理方法可能会有所不同,需参考机床制造商提供的操作说明。
4.报警的查看
当发生报警时,系统屏幕将出现相应的报警画面并显示相关的报警信息。
关于自诊断画面、报警的显示界面和报警履历显示界面在本章后续小节中阐述。
5.参数的设定
数控系统的参数是系统软件中一个可以调整的部分,参数在NC系统中用于设定数控机床的功能、性能和规格,及运行中所必须的一些数据,数控系统只有设置了正确的参数,机
床才能保证较高的控制精度并按其特定的功能和程序发挥出最佳性能。
在设计数控系统的功能时,数控系统的设计者考虑到实际应用到不同机床的很大差异,专门设计了一些预留存储空间放置有关数据,即系统参数。
当数控系统与机床联机时,根据机床的功能,参数先由生产厂家设定,或根据机床使用者的具体要求在现场调试时进行再修改、确定。
在机床使用的过程中,由于存在操作工的误操作、机械传动的磨损、松弛,电气参数的改变等因素而会引起参数的不匹配,形成故障,这时就需要对参数进行校对并改正,故障才能排除。
各种不同类型的数控系统,参数的意义也会不同,主要有与数控系统功能有关的参数和用户参数。
与数控系统功能有关的参数是数控装置生产厂家根据用户对系统功能的要求设定的,其中有部分参数有较高级别的密码保护,用户不能轻易修改,否则会丢失某些功能。
用户参数是供用户在使用机床时自行设置的参数,可随时根据机床使用的情况进行调整,包括与机械有关的参数,如各坐标轴的反向间隙补偿量等,与伺服系统有关的参数,如位置增益等,与外设有关的参数,如波特率等,还有PLC参数,设置PLC中允许用户修改的定时、计时、计数、刀具号和PLC中的一些控制功能的参数。
数控系统参数是以数据的形式保存在数控装置内具有掉电保护功能的存储区域里,系统参数可以显示在显示器上以人机交互的方式设置、调整。
1.和机床加工操作有关的画面操作
1.1回零点方式
回零方式,主要是进行机床机械坐标系的设定,选择回零方式,用机床操作
面板上各轴返回参考点用的开关使刀具沿参数（1006#5指定的方向移动。
首先刀具以快速移动速度移动到减速点上,然后按FL速度移动到参考点。
快速移动速度和FL速度由参数（1420、1421、1425设定。
如图3-1
1.2手动（JOG方式
在JOG方式,按机床操作面板上的进给轴和方向选择开关（一般为同一个键,机床沿选定轴的选定方向移动。
手动连续进给速度由参数1423设定。
按快速移动开关,以1424设定的速度移动机床。
手动操作通常一次移动一个轴,但也可以用参数1002#0选择同时2轴运动。
如图3-2。
1.3增量进给（INC方式
在增量进给方式,按机床操作面板上的进给轴和方向选择开关,机床在选择
的轴选方向上移动一步。
机床移动的最小距离是最小增量单位。
每一步可以是最小输入增量单位的1倍、10倍、100倍或1000倍。
当没有手摇时,此方式有效。
如图3-3.
1.4手轮进给方式
在手轮方式,机床可用旋转机床操作面板升手摇脉冲发生器而连续不断地移动。
用开关选择移动轴和倍率。
如图3-4。
1.5存储器运行方式
在自动运行期间,程序预先存在存储器中,当选定一个程序并按了机床操作
面板生的循环启动按钮时,开始自动运行。
如图3-2-5
1.6MDI运行方式
在MDI方式,在MDI面板上输入10行程序段,可以自动执行,MDI运行一般用于简单的测试操作。
如图3-6
1.7程序编辑（EDIT方式
在程序编辑方式下可以进行程序的编辑、修改、查找等功能。
如图3-2-7。
2.1参数设定画面
用于参数的设置、修改等操作,在操作时需要打开参数开关,按OFSSET键显示图3-8示画面就可以进行修改参数开关,参数开关为1时,可以进入参数进行修改。
图3-9
参数开关画面
参数画面
2.2诊断画面
当出现报警时,可以通过诊断画面进行故障的诊断,按上图中的诊断键,图
3-10
2.3PMC画面
PMC就是利用内置在CNC的PC执行机床的顺序控制的可编程机床控制器,PMC
画面是比较常用的一个画面,它可以进行状态查询、PMC在线编辑、通讯等功能。
按SYSTEM键后按右扩展键出现PMC,图3-11
2.4伺服监视画面
主要是进行伺服的监视,如位置环增益、位置误差、电流、速度等,按SYSTEM键后按右扩展键出现SV设定,图3-12
3.3实训步骤:
下面介绍显示参数画面和参数设定的步骤。
1选中MDI方式或进入急停状态;
2按下功能键;
3按下软键[SETING]显示画面;
图3-6允许/禁止参数写入设定画面
4使用光标键移动光标至参数写入开关（PARAMETERWRITE处;
5按软键[（OPRT],然后按下[1:
ON]使写入开关置1,于是参数可以写入,此时CNC出现P/S[NO.100]报警;
6按下功能键;
7按软键[PARAM]显示参数画面;
图3-7参数画面
8可以用以下任一种方法将光标移动到所需设定或显示的参数号处
①输入参数号并按下软键[No.SRH]
②使用翻页键以及光标键移动光标到参数号处
9为设定参数,在MDI方式下,用数字键输入新值并按下软键[INPUT],参数被设定为输入值并显示该值;
10设定参数后,返回“允许/禁止参数写入设定画面”,移动光标到参数写入开关（PARAMETERWRITE处,并按下软键[（OPRT],然后按下[0:
OFF];
11按下复位键,以解除报警状态,如出现P/S报警No.000,则要关闭电源然后上电,否则无法清除P/S报警。
一些参数设定后,必须关断电源然后再接通电源才能生效。
设定这种参数时,产生
P/S[NO.000]号报警,此时,必须关断电源后再上电。
参数表见FANUC0i系统参数说明书。
FANUC0i系统报警的显示
一般情况下,当系统报警时,就会出现报警画面,如图3-8所示。
图3-8报警屏幕界面
有些情况,出现报警时不直接出现报警画面,而只是在屏幕底部的状态显示部位显示有报警的提示字符“ALM”,如图3-9所示。
图3-9报警状态显示画面
这时可通过按MDI面板上的,然后按软键[ALARM]即可调出报警界面。
另外FANUC0i系统还有报警履历显示的功能,在报警显示画面上最多可显示50个最近出现的报警信息。
调出报警履历显示画面的步骤如下:
①按MDI面板上的,显示信息界面;
②按软键[HISTRY],出现报警履历,如图3-10;
图3-10报警履历显示画面
③当最近报警信息较多时,可以用翻页键转换页面。
FANUC0i系统报警的分类
FANUC0i系统的报警代码分类如下表:
表3-1报警代码分类表
要从报警状态恢复到正常运行,应排除故障后再按复位键。
3.4任务训练
1、简要概述下列各按键功能,并说明在该界面下能进行哪些操作。
;
;
;
;
;
;
项目二:
参数的设置
任务一:
参数的认知及参数设置的基本方法
任务二:
有关基本参数的设置
任务三:
有关速度参数的设置
任务四:
有关编程参数的设置
任务五:
RS232通讯线缆的制作与使用
任务六:
储存卡的使用及操作
任务七:
数据的保护与备份
任务一:
参数的认知及参数设置的基本方法
任务要求:
1、了解FANUC
升级会员 