3654516825第4章 典型数控系统的故障诊断与维护.ppt
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1、第4章 典型数控系统的故障诊断与维护,目录,4.1 典型数控系统介绍,1,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,2,4.3 SIEMENS数控系统故障故障诊断与维修,3,4,4.4数控系统的维护与保养,4.1 典型数控系统介绍,数控机床配置的数控系统品种繁多,性能和结构也不尽相同。目前国内数控机床所配置的系统大多为日本FANUC公司和德国SIEMENS公司生产的系统。此外还有西班牙FAGOR公司、美国ACRAMATIC公司、法国NUM公司、日本三菱和大森公司生产的数控系统。近年来数控机床在我国得到了迅速发展。一些国内公司的数控系统也占有了一定的市场份额,如华中数控公司、广州数控公
2、司、北京航天数控集团公司等。,4.1 典型数控系统介绍,4.1.1FANUC数控系统 日本FANUC公司是专门从事数控装置及工业机器人生产的著名厂家,也是世界上有影响的专业生产厂家之一。该公司自上世纪50年代末开始生产数控系统以来,已研发的40多种系列的数控系统。目前其主推产品是FANUC-0i、FANUC-16/18/21系列,而现在使用机床中配置最多的系统还是FANUC0系列。,4.1 典型数控系统介绍,4.1.1FANUC数控系统现就其常见系统的结构、特点逐一介绍:F6系列 主板采用大板结构,上面插有电源模块、存储器板等小板。该系统为多微处理器控制系统,其CPU板、PMC所用的CPU以及
3、图开显示的CPU均为8086。F11系列 主板也是采用大板结构,它也是一种多微处理器控制系统,其CPU为68000。在控制线路中采用下列专用大规模集成电路。,4.1 典型数控系统介绍,4.1.1FANUC数控系统F15系列 它是一种模块化、多总线结构的微处理器控制系统,也被称为AI(人工智能)CNC,其CPU采用32位的68020。F15系列共有F15-MA、F15-TA、F15-TF、F15-TTA、及F15-TTF等规格。FANUC0 系统 这是目前在中国市场上销售量最大的一种系统,它是一种采用高速32位微处理器的高性能的CNC。在结构上采用传统结构方式,即在主板上插有存储器板、I/O板、
4、轴控制模块以及电源单元。只是其主板较其它系列的主板要小得多,因而在结构上显得非常紧凑,体积小。,4.1 典型数控系统介绍,4.1.1FANUC数控系统F16/18系列及F160/180系列 它是专门为工厂自动化设计的数控系统,是目前国际上工艺与性能最先进的数控系统之一。16i/18i/21i MODEL B系列 具有联网接口功能的超小型超薄型高档CNC,利用光缆传输信息,采用超高速串行通信总线FSSB,与PC机相联建立以大网,大大减少了联接电缆数,最多可达8轴联动控制,系统可采用FL-NET,PROFIBUS-DP等现场总线,利用丰富的软件包和网络功能,可以简单地构造起适合机床的最佳系统。,4
5、.1 典型数控系统介绍,4.1.1FANUC数控系统FANUC公司的0i数控系统 具有很高的性能、价格比。它是在继承0系统的基础上,集成了FROM和SRAM模块、PMC模块、存储器和伺服模块,从而更进一步提高了集成度,体积变得更小,可靠性更高,采用整体软件功能包,可实现高速、高精度加工,并具有网络功能。,4.1 典型数控系统介绍,4.1.2 SIEMENS数控系统 SIEMENS公司也是全球著名的数控系统生产厂家,其生产数控系统的公司为SINUMERIK公司。SINUMERIKCNC装置有3、8、810、820、850、805、880、840、802等系列,而目前主流产品有SINUMERIK8
6、02D、810D、840D等系列。每个系列都有适用于不同性能和功能的机床的数控装置。SINUMERIK系统采用模块化结构设计,经济性好,在一种标准硬件上,配置多种软件,使它具有多种工艺类型,满足各种机床的需要,并成为系列产品。,4.1 典型数控系统介绍,4.1.2 SIEMENS数控系统1.SINUMERIK 802系统 它包括 802S/Se/Sbase line、802C/Ce/Cbase line、802D 等型号,两种系统的区别是:802S/Se/Sbase line 系列采用步进电动机驱动,802C/Ce/Cbase line 系列采用数字式交流伺服驱动系统。该系统是西门子公司 20
7、 世纪 90 年代才开发的集CNC、PLC 于一体的经济型控制系统。该系统的性能 价格比较高,比较适合于经济型与普及型车、铣、磨床的控制。SINUMERIK 802 系列数控系统的共同特点是结构简单、体积小、可靠性高,此外系统软件功能也比较完善。,4.1 典型数控系统介绍,4.1.2 SIEMENS数控系统2.SINUMERIK 802D系统 该系统具有免维护性能,其核心部件-PCU(面板控制单元)将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体。可靠性高、易于安装。SINUMERIK802D可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴。通过生产现场总线PROFIBUS将驱动器、输入输出模块连接起来。
8、,4.1 典型数控系统介绍,4.1.2 SIEMENS数控系统3.SINUMERIK 840C系统 该系统是西门子公司20世纪90年代初开发出的最新数控系统。该系统最多可控制30个轴(其中最多6个主轴),具有五轴联动、蓝图编程、三维图形模拟、6个CNC通道、多CPU、网络接口等功能,PLC为功能强大的PLCl35WB2。可控制模拟驱动、数字驱动或者两者混合控制,适用于全功能车削中心、铣床和加工中心及FMS、CIMS等。,4.1 典型数控系统介绍,4.1.2 SIEMENS数控系统4.SINUMERIK 810D系统 SINUMERIK 810D是采用32位微处理器的CNC连续轨迹控制系统,它集
9、成在SIMODRIVE模块中,采用S7-300作为其PLC的开发工具,通过PROFIBUS实现和分布式外部设备的信息交换。主轴和伺服系统采用数字式控制方式,可控制到6个坐标轴。,4.1 典型数控系统介绍,4.1.2 SIEMENS数控系统5.SINUMERIK 840D 该系统是SINUMERIK公司最新推向市场的一种中挡数控系统,它与以往的数控系统不同的是数控与驱动的接口信号是数字量,它的人机界面建立在FlexOs基础上,更易操作和掌握。它的硬件结构更加简单,软件内容更加丰富。840D的计算机化、模块的驱动化、控制与驱动接口的数字化代表着当今数控的发展趋势。,4.2 FANUC 0i数控系统
10、故障故障诊断与维修,4.2.1FANUC 0i系统的主要功能及特点 1.FANUC 0i系统与FANUCl6/18/21等系统的结构相似,均为模块化结构。主CPU板上除了主CPU及外围电路之外,还集成了FROMSRAM模块,PMC控制模块,存储器和主轴模块,伺服模块等。其集成度较FANUC 0系统的集成度更高,因此0i控制单元的体积更小,便于安装排布。2.采用全字符键盘,可用B类宏程序编程,使用方便。3.用户程序区容量比FANUC0-MD系统大一倍,有利于较大程序的加工。4.使用编辑卡编写或修改梯形图,携带与操作都很方便,特别是在用户现场扩充功能或实施技术改造时更为便利。,4.2 FANUC
11、0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.1FANUC 0i系统的主要功能及特点 5.使用存储卡存储或输入机床参数、PMC程序以及加工程序,操作简单方便。使复制参数、梯形图和机床调试程序过程十分快捷,缩短了机床调试时间,明显提高数控机床的生产效率。6.系统具有HRV(高速矢量响应)功能,伺服增益设定比0MD系统高一倍,理论上可使轮廓加工误差减少一半。以切削圆为例,同一型号机床0MD系统的圆度误差通常为0.02mm0.03mm,换用0i系统后圆度误差通常为0.010.02mm。7.机床运动轴的反向间隙,在快速移动或进给移动过程中由不同的间隙补偿参数自动补偿。该功能可以使机床在快速定位和切削进给不同
12、工作状态下,反向间隙补偿效果更为理想,这有利于提高零件加工精度。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.1FANUC 0i系统的主要功能及特点 8.0i系统可预读12个程序段,比0MD系统多。结合预读控制及前馈控制等功能的应用,可减少轮廓加工误差。小线段高速加工的效率、效果优于0MD系统,对模具三维立体加工有利。9.与0MD系统相比,0i系统的PMC程序基本指令执行周期短,容量大,功能指令更丰富,使用更方便。10.0i系统的界面、操作、参数等与18i、16i、21i基本相同。熟悉0i系统后,自然会方便地使用上述其他系统。11.0i系统比0M、0T等产品配备了更强大的诊断功
13、能和操作信息显示功能,给机床用户使用和维修带来了极大方便。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.1FANUC 0i系统的主要功能及特点 12.在软件方面0i系统比0系统也有很大提高,特别在数据传输上有很大改进,如RS232串口通信波特率达19200b/s,可以通过HSSB(高速串行总线)与PC机相连,使用存储卡实现数据的输入/输出。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.2.FANUC0i系统的硬件结构1.系统硬件构成 由于FANUC 0i与FANUC-0i mate硬件结构有所不同,这里以FANUC 0i-B为例介绍其硬件结构。FANUC 0i-
14、B系统硬件包括主板和IO板两部分,并排插在系统框架内。根据系统功能,主板上还可安装存储板、PMC控制模块、轴模块等基本配置及DNC、HSSB、PROFIBUS等选件。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.2.FANUC0i系统的硬件结构系统硬件构成:,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,主板模块提供以下功能:系统电源、主CPU、系统软件、宏程序、梯形图及参数的存储;PMC控制、IO Link控制、伺服控制、主轴控制、MDI及显示控制等;IO板主要提供以下功能:IO接口、手摇轮接口,以太网的数据服务接口等。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维
15、修,4.2.2.FANUC0i系统的硬件结构2.系统连线(1)系统与显示单元及MDI的连接 系统可以选配LCD显示器或CRT显示器,当选配LCD显示器时系统通过光缆连接信号,接口为COP20A;当选配CRT显示器时,显示信号从主板的CRT(JA1)插座引出,MDI键盘操作信息从MDI(JA2)输入。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.2.FANUC0i系统的硬件结构2.系统连线(2)系统与I/O设备的连接 系统主板的接口JD5、JD6是用来连接串行通讯RS232C接口的。JD5A、JD5B两个接口的硬件是一样的,可通过选择系统参数来确定使用哪一个接口。,4.2 FAN
16、UC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.2.FANUC0i系统的硬件结构2.系统连线(3)系统与主轴单元的连接及控制信号 系统可与两类主轴单元连接,一类是串行主轴单元,指令信号通过JA41接口输出,最多可以串行方式连接两个数字主轴;另一类为通过JA40模拟指令信号接口连接主轴变频器。串行主轴接口的信号,模拟主轴接口连接。对于选用JA41还是JA40的硬件接口连接,需通过调整相应的系统参数激活相应接口才有效。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.2.FANUC0i系统的硬件结构2.系统连线(4)数字伺服连接 系统的伺服卡FSSB通过光缆与伺服模块联系起来,通过光缆传
17、递指令信号和接受位置反馈信号。这种连接最多可连接到4个轴。控制的轴需要通过设置相应的参数来激活。其连接连接形式。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.2.FANUC0i系统的硬件结构2.系统连线(5)控系统PMC的物理输入输出点连接 PMC物理输入输出的连接点是I/O板的接口CB104CB107,输入点的机床连接,输入电路包括电平转换和光电隔离,RV表示接受电路。输出点的电气连接。输出电路以输出元件的不同分为晶体管输出和场效应管输出,DV表示驱动电路,即输出电路。当I/O基本配置不够用时,可通过FANUC I/O Link来扩展,FANUC I/O Link是一个串行接
18、口,将CNC控制单元,分布式I/O、机床操作面板连接起来,并在各设备之间高速传送I/O信号。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.3FANUC 0i系统的参数1.数控机床参数概述 数控机床参数是用来设定数控系统功能、辅助设备的规格与内容以及加工操作所必需的一些数据。FANUC 0i系统中参数可分为系统参数和PLC参数。这两类参数是数控机床正常启动的前提条件。机床厂家在制造机床、最终用户在使用过程中,通过参数的设定,来实现对伺服驱动、加工条件、机床坐标、操作功能、数据传输等方面的设定和调用。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.3FANUC 0i系
19、统的参数2.参数重要性 这些参数设置正确与否直接影响数控机床的正常使用和其性能的充分发挥。特别是用户如果能充分地熟悉和掌握这些参数,将会使一台数控机床的使用和性能的发挥上升到一个新的水平。实践证明充分地了解参数的含义会给数控机床故障诊断和维修带来很大的方便,会大大减少故障诊断时间,提高机床的使用率。同时,一台数控机床的参数设置还是了解CNC系统软件设计指导思想的窗口,也是衡量机床品质的参考数据。比如,在参数设置中如果间隙补偿值设置过大,那么就可判定机床不是一台好机床;如果升降速时间设置较大,就可判定此机床装配精度不高,或者是机床部件加工精度不高等等。在条件许可前提下,通过修改参数可以对数控系统
20、的某些功能进行二次开发。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.3FANUC 0i系统的参数3.系统参数的分类 FANUC 0i系统参数有几千个,看起来眼花缭乱。以FANUC-0iB为例,系统参数分为43类,对这些参数的具体含义,资料中都作了详细的解释与说明,使用时可根据实际情况进行适当调节和优化。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.3FANUC 0i系统的参数3.系统参数的分类(1)、按参数本身的形式的不同,可分为三类 1)功能性参数 这类参数表示数控系统某种功能的有无,用0和1表示。其中数据形式为位形。2)比率型参数 这类参数代表某类参量的比
21、例关系。这类参数设置时一定要在弄清参数含义的基础上结合机床的具体参数来设置。其中数据形式为字节型。3)真实值型参数 这种参数直接设定其真实值,设定的范围一般都是已给定的,如各轴返回参考点时减速后各轴的FL速度,其数据类型为字轴型,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.3FANUC 0i系统的参数3.系统参数的分类(2)、按参数本身的性质可分为两类,1)普通型参数 凡是在数控系统制造厂家提供的资料上有详细介绍的参数均可视为普通级参数。这类参数只要查看参数说明书弄清参数含义,就能正确、灵活应用。2)秘密级参数 这类参数在数控系统资料中没有说明,只是给定好设定值,机床用户根本了
22、解不到它的含义与作用。一旦这类参数出现问题,机床并不报警,但机床功能会出现很大变化,甚至不能出现正常工作,给用户带来很大麻烦。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.3FANUC 0i系统的参数FANUC0i系统参数形式FANUC0i系统参数有位、字节、字、双字四种形式:,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.4 FANUC 0i数控系统常见故障诊断1.报警信息的查看方法 数控系统可对其本身以及其相连的各种设备进行实时的自诊断。当数控机床出现不能保证正常运行的状态或异常都可以通过数控系统强大的功能,对其数控系统自身及所连接的各种设备进行实时的自诊断,
23、并将自诊断结果及报警信息处理方法在CRT或LCD上显示出来。这样,维修者就可以根据屏幕上显示的内容采取相应的措施。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.4 FANUC 0i数控系统常见故障诊断2.FANUC 0i数控系统报警的分类FANUC 0i数控系统的报警信息很多,便于查找,可以归纳为以下类别:,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.4 FANUC 0i数控系统常见故障诊断3.数控系统常见报警的故障排除 数控机床都有自诊断功能,根据显示故障所性不同,报警可分为外围报警和系统报警两种。外围报警是指由机床厂家根据不同的机床结构将可以预见的异常情况汇
24、总后,由机床厂家自己编写错误代码和报警信息,这类故障称为外围报警(这是相对于数控系统而言)。也就是说不同结构类型的机床就会有不同的外部故障的错误代码和报警信息。而系统报警是由数控系统生产厂家根据数控系统部件所能预见的异常情况汇总后,所编写的错误代码和报警信息,这类故障称为系统报警(数控系统故障)。数控系统故障的错误代码和报警信息不会因不同结构类型的机床而改变,不同型号的数控系统的系统报警可能会有所不同。系统报警是数控系统生产厂家在数控系统传递到机床厂家之前就编写好的,是固定不变的,机床厂家没法对其进行编辑和增删。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.4 FANUC 0i
25、数控系统常见故障诊断3.数控系统常见报警的故障排除下面重点对比较典型的系统报警进行分析:1.P/S000#报警 故障原因:设定了重要参数,如伺服参数,系统进入保护状态,需要系统重新启动,装载新参数。恢复办法:在确认修改内容后,切断电源,重新启动即可。,4.2 FANUC 0i数控系统故障故障诊断与维修,4.2.4 FANUC 0i数控系统常见故障诊断3.数控系统常见报警的故障排除2.P/S100#报警 故障原因:修改参数时,将写保护设置为PWE=1后,系统发出该报警。恢复方法:发出该报警后,可照常调用参数页面修改参数。修改参数确认后,将写保护设置为PWE=0。按RESET键复位,如果修改了重要
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