数控机床诊断与维修实验报告.docx

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数控机床诊断与维修实验报告

第一章FUNAC-OiMateTD实训台简介

FUNAC-OiMateTD实训系统主要由一台控制演示台和一台数控车床组成，如图2-1所示：

图1-1FUNAC-ioMateTD系统

实训台的组成部分有显示与控制模块，数控系统模块，主轴变频器模块，I/O输入输出模块，伺服模块，电源输出模块，换刀装置。

1.1、C模块

FANUC-0i-MateTD的控制轴数为2轴。

C模块包括C单元、LCD单元、MDI单元。

C单元为FANUC-0i-MateTD的中央控制器，C单元内部包括电源单元、坐标轴控制卡、显示控制卡（显卡）、CPU卡、FROM/SROM、模拟主轴选件、PMC等基本组件。

LCD是8.4英寸彩色，其为MDI/LCD/C集成式结构。

MDI单元的机床操作台的布局是键盘水平布置。

如图1-1所示为C模块。

图1-1C模块

1.2、I/O单元模块

I/O模块（POWERI/OMODULES）将c控制器、分布式I/O模块、机床操作面板连接起来，在各设备间高速传送I/O信号（位数据）I/O接口JD51A插座位于主板上，I/O点数最多可达1024/1024点，用来连接I/O模块的的插座分别叫做JD1A和JD1B，CE56和CE57为连接X1、X2的输出接口，对所有单元（具有I/O模块功能）来说，总览总是从一个单元的JD1A连接到下一单元的JD1B。

如图1-2所示：

图1-2I/O接口

1.3主轴变频器模块

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

实训系统配备的MITSUBISHIFR-D720S系列0~0.75KW变频器。

如图1-3所示：

图1-3变频器

1.4伺服驱动单元模块

伺服驱动器按照其控制对象由外到内分为位置环、速度环和电流环，相应伺服驱动器也就可以工作在位置控制模式、速度控制模式和力矩控制模式。

端子接口功能：

L1、L2、L3:

主电源输入接口，三相交流电源220V、50/60Hz。

U、V、W：

伺服电动机的动力线接口。

DCC、DCP：

外接DC制动电阻接口。

CX29：

MCC控制信号接口。

CX30：

急停信号接口。

CXA20：

DC制动电阻过热信号接口。

CX19A：

DC24V控制电路电源输入接口，连接外部24V稳压电源。

CX19B:

DC24V控制电路电源输出接口，连接下一个伺服单元的CX19A。

型号：

50Hz/60Hz240v6.8Abisv203-ph200V-240V8.0A1-ph220V-240V8.0A。

如图1-4所示：

图1-4伺服驱动器

1.5电器模块

电器模块包括：

电源模块、主轴模块、伺服模块、接触器，断路器、继电器、浪涌吸收器、24V电源模块、变压器，I/O模块等。

一、断路器

电源接线端子L、N、PE接入，过漏保护开关（QF0）后接入个电源回路中。

在漏电保护开关后的线路中，装有7个断路器（QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7）如图1-5-1所示。

图1-5-1断路器

二、接触器

接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。

交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来导通控制回路。

主接点一般是常开接点，而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点。

实验中用到5个接触器（KM1、KM2、KM3、KM4、KM5）如图1-5-2所示。

图1-5-2接触器

三、继电器

该实验中用到5个继电器（KA1、KA2、KA3、KA4、KA5）如图1-5-3所示。

继电器用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。

它用于在控制电路中传递中间信号。

继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：

接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。

所以，它只能用于控制电路中。

它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。

所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。

图1-5-3继电器

四、220V变压器

1个220V的变压器，如图1-5-4所示。

该实验装置使用单相交流220V电源接线，所有强电都安装在电气柜内。

AC220单相电源通过漏电保护开关QF1和接触器KM1，使主轴变频器之用；AC220V单相电源通过空气开关QF4、接触器KM1、变压器和整流滤波器转换成DC24V电源，供步进驱动器做电源用；AC220V单相电源通过空气开关QF1/QF7和接触器KM4/KM5使刀架换位电机正转、反转。

图1-5-4220V变压器

五、24V稳压电源

此实验用到1个DC24V开关电源，如图1-5-5所示。

能将不稳定的的直流电源变换为稳定的24V直流电源输出。

具有输入过压、输出过流、过温、输出短路等自动保护功能，并在故障消除后恢复正常工作。

图2-5-524V稳压电源

第二章数控机床电气系统的连接

2.1、电气接线标准

1、满足系统的用户对供电可靠性和电能质量的要求：

衡量主接线的可靠性应从以下几个方面考虑：

（1）断路器检修时是否影响供电。

（2）设备或线路故障或检修时，停电线路数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对主要用户供电。

（3）有没有使发电厂和变电站全部停止工作的可能性。

2、具有一定的灵活性：

主接线不仅在正常情况下能根据调度的要求灵活的改变运行方式，而且能在各种故障和设备检修时，能尽快退出设备、切除故障，停电时间最短、影响X围最小，并且保证人员的安全。

3、操作力求简单方便：

主接线应简单清晰、操作方便。

复杂的接线不利于操作，还往往造成误操作而发生事故：

但接线过于简单，又给运行带来不便或造成不必要的停电。

4、经济上应合理：

在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，主接线应节省基建投资和减少年运行费用。

5、有发展和扩建的可能：

除满足以上技术经济条件要求外，还应有发展和扩建的可能，以适应电力工业的不断发展。

电气主接线一般按母线分类，常用的形式分为有母线和无母线两大类。

有母线的主接线形式包括单母线和双母线。

单母线又分为单母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式；

双母线又分为单断路器双母线、双断路器双母线、双母线分段、二分之三断路器

（也称一个半断路器接线）双母线及带旁路母线的双母线等多种形式。

无母线的主接线形式主要有单元接线、扩大单元接线、桥形接线和多角形接线等。

接线标准

电气接线颜色标准如下表1所示

表1电气接线颜色标准

CE标准

美国标准

国内标准

动力线

三相全为黑色

三相为红黑棕

三相为黄绿红

控制零线

蓝色

白色

黑色

控制火线

红色

红色

红色

地线

黄绿

绿色

黄绿

24V+（24v）

黄色

黄色

黄色

24V-（GND）

浅蓝色

浅蓝色

浅蓝色

2.2机床启动电气控制

如图3-所示，为主电源电气回路24V电气回路。

工作方式：

当电源线接好，接通SA1，闭合QF0,机床上电，通过QF4和TC2输出220V的电源到开关电源，将其转换成24V直流电源，一路接到伺服控制电源输入接口，一路接到数控系统主机和I/O模块的24V直流电源输入接口，并且为机床信号指示灯和中间继电器线圈提供电源。

图2-2电源电气回路

2.3主轴电气控制

如图2-3所示，主轴电气回路变频器引脚连接图。

数控系统主机的JA40接口输出模拟电压接入变频器，变频器的主电源由一根动力线和接地线接入，通过QF6和继电器KM3的主触点接入变频器的L1/L2/N接口,并由U、V、W接口输出，接到主轴电机。

SD为公共端，输出24V直流电源，通过KA3接入STF实现正转，通过KA4接入STR实现反转。

A、B、C为异常信号输出端。

继电器主触点KM3由线圈KM3控制，线圈KM3由中间继电器KA控制，并接入220V电路。

中间继电器KA2、KA3、KA4的线圈如图所示接入PLC,由PLC控制。

图2-3主轴电气回路

2.4伺服电气控制

伺服电气回路,如图2-4所示。

工作方式：

X、Z轴伺服驱动器的控制电源由开关电源输出的24V电源通过伺服驱动器的CXAA19B接口接入，主电源动力线通过QF2和TC1转换为200V的电源通过继电器KM2连接伺服驱动的L1、L2、L3接口输入到伺服驱动器。

同时通过QF3,继电器KM1并联一个浪涌吸收器，并引出两根线接入主电源MCC控制信号接口。

伺服驱动器的U、V、W、PE接口输出电源到X轴电机。

伺服驱动器的接口JF1连接X轴的电机反馈。

继电器KM1的主触点由线圈KM1控制，线圈KM1由中间继电器KA1控制，中间继电器KA1的触点和线圈接入如图所示的电路起到互锁的作用。

2-4伺服电气回路伺服引脚连接图

2.5刀架电气控制

如图2-5所示为刀架电气控制回路。

数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。

回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：

同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。

回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：

（1）刀架抬起

（2）刀架转位3）刀架压紧（4）转位液压缸复位。

图2-5刀架电气控制回路

2.6FANUCOi—MateTD与外围设备的连接

RS-SX-Oi系统从外形上分为内装式和分离式两种，两种形式的硬件组成是一样的。

本机床系统采用的是内装式，而控制单元外围硬件连接如图2-6所示：

图2-6外围硬件连接图

CPI电源插座。

该插座用于为系统提供DC24V电源。

串行主轴或位置编码器插座JA41。

I/OLink插座JD44A,FANUC系统的I/OLink是一个串行接口，该插座为PMC的输入，输出点，它将C、单元控制器、分布式I/O、机床操作面板或PowerMate连接起来，并且在各设备间高速传送I/O信号。

模拟主轴或高速跳转插座JA40，用于给定模拟主轴伺服单元或变频器模拟电压。

I/O接口装置插座，有两个接口JD36A、COP10A-2.

与伺服放大器的连接，控制单元侧插座COP10A-1、COP10A-2。

在C控制单元和伺服放大器之间只用一根光缆连接，与控制轴数无关。

在控制单元侧，COP10A插头安装在主板的伺服卡上。

光缆从控制单元侧的COP10A连接到伺服放大器的COP10B，伺服放大器之间采用级联连接。

2.7线路检查

1.检查24V电源的连接

确认C的24V电源是否正常，C系统24VDC的容量最好5A以上。

确认I/O模块的24V电源连接、IO接口信号确认有无短路现象；

2.检查I/O-Link的连接和手轮的连接

a）如果配有分线盘式I/O，检查C001/C002/C003的连接扁平电缆，方向不要搞错。

b）对于长距离的传输，由于需要采用光I/O-link适配器和光缆配合进行传输，故两端采用的I/O-link，电缆和普通短距离的I/O-link电缆不同（含5V驱动电源），确认其型号（A03B-0807-k803，如果连接不当，PMC将出现ER97报警，普通的I/O-link电缆型号为A02B-0120-K842），确认JD51A-JD1B（或JD1A-JD1B）插座的连接方式（保证B进A出的原则，最后一个I/O模块的JD1