模塊五 數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷與維修

1、模塊五 數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷與維修 一、教學內容課題一 數(shù)控系統(tǒng)維修基礎課題二 常用數(shù)控系統(tǒng)配置課題三 數(shù)控系統(tǒng)的常見故障診斷與維修 二、教學目的和要求： 了解數(shù)控系統(tǒng)軟件故障的基本含義；掌握數(shù)控系統(tǒng)的軟件配置；熟悉軟件故障形成原因； 掌握軟件故障排除方法；掌握數(shù)控系統(tǒng)硬件的組成；了解硬件故障的檢查方法。 了解FANUC系統(tǒng)的連接；熟悉FANUC系統(tǒng)0i系列、0iMate系列的基本配置；熟悉華中數(shù)控系統(tǒng)的基本配置。 了解數(shù)控系統(tǒng)的組成；了解數(shù)控系統(tǒng)的工作過程；掌握數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷方法。 三、知識點： 數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷方法。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件配置；軟件故障形成原因；軟件故障排除方法；硬件故障的檢

2、查。 FANUC系統(tǒng)0i系列、0iMate系列的基本配置；華中數(shù)控系統(tǒng)的基本配置；數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法。 四、技能點： 軟件故障排除方法；硬件故障的檢查。五、內容提要和學習指導（一）數(shù)控系統(tǒng)組成(1)輸入。輸入數(shù)控裝置的零件程序、控制參數(shù)、補償量等數(shù)據(jù)。數(shù)控裝置在輸入過程中通常還要完成無效碼刪除、代碼校驗、代碼轉換等工作。(2)譯碼。譯碼處理，是根據(jù)一定的語言規(guī)則對輸入的零件加工程序中，含有零件的輪廓信息(線型、起終點坐標)、進給速度(F代碼)和其他的輔助信息(M、S、T代碼等)，解釋成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內存專用區(qū)間。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法

3、檢查等工作，發(fā)現(xiàn)錯誤立即報警。 (3)數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理包括刀具補償、速度計算、輔助功能的處理等。刀具補償分刀具長度補償和刀具半徑補償?，F(xiàn)代的CNC裝置中，刃具補償工作還包括程序段之問的自動轉接和過切削判斷。 速度計算是按編程所給的合成進給速度計算出各坐標軸運動方向的分速度。另外，對機床允許的最低速度和最高速度的限制進行判別并處理。 輔助功能如換刀、主軸啟停、冷卻液開停等大部分都是開關量信號。主要工作是識別、存儲設置標志，在程序執(zhí)行時發(fā)出信號，讓機床相應部件執(zhí)行相應的動作。 (4)插補。插補的任務是通過插補計算程序在一條已知起點和終點的曲線上進行“數(shù)據(jù)點的密化”。插補程序在每個插補周期運行一次

4、，在每個插補周期內，根據(jù)指令進給速度計算出一個微小的直線數(shù)據(jù)段。通常經(jīng)過若干個插補周期后，插補加工完一個程序段，即完成從程序段起點到終點的“數(shù)據(jù)密化”工作。 目前，在CNC裝置中，僅能對直線、圓弧和螺旋線進行插補計算。在一些專用的或較高檔的CN(：裝置中還能完成對橢圓、拋物線、正弦線和一些專用曲線的插補計算。 (5)位置控制。位置控制處在伺服回路的位置環(huán)上，這部分工作可以由軟件實現(xiàn)，也可以由硬件完成。它的主要任務是在每個采樣周期內，將理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電機。在位置控制中通常還要完成位置回路的增益調整、各坐標方向的螺距誤差補償和反向間隙補償，以提高機床的定位精度。

5、(6)IO處理。Io主要處理CNC裝置面板開關信號、機床電氣信號的輸入、輸出和控制(如換刀、換擋、冷卻等)。 (7)顯示。CNC裝置的顯示主要為操作者提供方便，通常用于零件程序的顯示、參數(shù)顯示、刀具位置顯示、機床狀態(tài)顯示、報警顯示等。有些CNC裝置中還有刀具加工軌跡的靜態(tài)和動態(tài)圖形顯示。(8)診斷?，F(xiàn)代CN(：裝置都具有聯(lián)機和脫機診斷的能力。聯(lián)機診斷是指cNC裝置中的自診斷的程序，隨時檢查不正確的事件。脫機診斷是指系統(tǒng)運轉條件下的診斷，一般CNC裝置配備有各種脫機診斷程序以檢查存儲器、外圍設備(CR'I、閱讀機、穿孔機)、IO接口等。脫機診斷還可以來用遠程診斷方式進行，即將用戶的(；N

6、C：通過網(wǎng)絡與遠程通信診斷中心的計算機相連，對(2N(：裝置進行診斷、故障定位和修復。（二）數(shù)控裝置的工作過程 （三）數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷方法數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷與維修方法除模塊一中介紹的幾種方法外，應重點利用系統(tǒng)的自診斷功能。故障自診斷技術是當今數(shù)控系統(tǒng)中一項十分重要的技術，它的強弱是評價系統(tǒng)性能的一項重要指標。其思想是向被診斷的部件或裝置寫入一串稱為測試碼的數(shù)據(jù)，然后觀察系統(tǒng)相應的輸出數(shù)據(jù)(稱為校驗碼)，根據(jù)事先已經(jīng)知道的測試碼、校驗碼與故障的對應關系，通過對觀察結果的分析以確定故障。 隨著微處理器技術的快速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的自診斷能力越來越強，從原來簡單的診斷朝著多功能和智能化方向發(fā)展。數(shù)控系

7、統(tǒng)一旦發(fā)生故障，借助系統(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。因此，對維修人員來說，熟悉和運用系統(tǒng)的自診斷功能是十分重要的。 (1)數(shù)控系統(tǒng)自診斷的功能。數(shù)控系統(tǒng)自診斷的功能包括以下幾個方面。 1)動作診斷。監(jiān)視機床各個動作部分，判定不良動作的部位。自診斷部位是ATC、APC和機床主軸。 2)狀態(tài)診斷。當機床電機帶動負載時，觀察運行狀態(tài)。診斷部位是主軸和進給軸。 3)點檢診斷。定期點檢液壓元件、氣動元件和強電柜內主要電氣元件。 4)操作診斷。監(jiān)視操作錯誤和程序錯誤。(2)數(shù)控系統(tǒng)自診斷的方法。數(shù)控系統(tǒng)自診斷的方法包括開機自診斷、實時診斷和數(shù)控系統(tǒng)高級診斷。 1)開機自診斷。

8、每當數(shù)控系統(tǒng)通電開始，系統(tǒng)內部自診斷軟件對系統(tǒng)中最關鍵的硬件和控制軟件，如裝置中CPU、RAM、ROM等芯片，MDI、CRT、I0等模塊及監(jiān)控軟件、系統(tǒng)軟件等逐一進行檢測，并將檢測結果在CRT上顯示出來。一旦檢測通不過，即在CRT上顯示報警信息或報警號，指出哪個部分發(fā)生了故障。只有當全部開機診斷項目都正常通過后，系統(tǒng)才能進入正常運行準備狀態(tài)。開機診斷通常在一分鐘內結束。有些采用硬盤驅動器的數(shù)控系統(tǒng)，如SINUMERIK 840C系統(tǒng)因要調用硬盤中的文件，時間要略長一些。上述開機診斷有些可將故障原因定位到電路板或模塊上，有些甚至可定位到芯片上，如指出哪塊EPROM出了故障，但多數(shù)情況下僅將故障原

9、因定位在某一范圍內，維修人員需要根據(jù)維修手冊中所指出的可能原因及相應排除方法，找到真正的故障原因并加以排除。 2)實時診斷。實時診斷是指通過數(shù)控系統(tǒng)的內部程序，在系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，對CNC系統(tǒng)本身以及與CNC裝置相連的各個伺服單元、伺服電動機、主軸伺服單元、主軸電動機、外部設備等進行自動測試、檢查，并顯示相應的狀態(tài)信息和故障。只要系統(tǒng)不停電，實時診斷就不會停止。 實時診斷時，系統(tǒng)不僅能在屏幕上顯示報警號及報警內容，而且還能實時顯示CNC內部的關鍵標志寄存器及PLc。的操作單元的狀態(tài)，為故障診斷提供極大的幫助。 3)數(shù)控系統(tǒng)高級診斷。隨著IC和微機的性價比的提高，近年來，國外已將一些新的概念和

10、方法成功地引入到診斷領域，使診斷技術進入更高的階段。這些新的診斷技術，有的已走向實用，有的正在研制和完善過程中，主要有自修復系統(tǒng)、具有人工智能功能的專家故障診斷系統(tǒng)、遠程診斷、神經(jīng)網(wǎng)絡診斷、多傳感器信息融臺技術、智能化集成診斷。（四）FANuC oi系列基本配置FANUC系統(tǒng)的oi一C0i Mate-c是高可靠性、高性價比、高集成度的小型化系統(tǒng)，于2004年4月在中國大陸市場上推出。該系統(tǒng)是基于16i18iB的技術設計的，代表了目前常用CN(：的最高水平。使用了高速串行伺服總線(用光纜連接)和串行IO數(shù)據(jù)口，有以太網(wǎng)口。用該系統(tǒng)的機床可以單機運行，也可以方便地入網(wǎng)用于柔性加工生產(chǎn)線。和oiB一

11、樣，有提高精度的先行控制功能(；05和(；08)，因此，非常適合于模具加工機床使用。1)OiC系統(tǒng)的配置如圖57所示。顯示器與MDI鍵盤。顯示器只用I。CD(液晶顯示器)，可以是單色也可是彩色。在顯示器的右面或下面有MI)I鍵盤。進給伺服。與oiB一樣，經(jīng)FANuc串行伺服總線FSSB，用一條光纜與多個進給伺服放大器(ai系列)相連。進給伺服電動機使用ais系列。最多可接4個進給軸電動機。伺服電動機上裝有脈沖編碼器，標配為1，000，000脈沖轉。編碼器既用做速度反饋，又用做位置反饋。系統(tǒng)支持半閉環(huán)控制和使用直線尺的全閉環(huán)控制。檢測器的接口有并行口(AB相脈沖)和串行口兩種。位置檢測器可用增量

12、式或絕對式。主軸電機控制。主軸電機控制有模擬接口(輸出o10V模擬電壓)和串行口(二進制數(shù)據(jù)串行傳送)兩種。串行口只能用FANUC主軸驅動器和主軸電動機，用口i系列。機床強電的I()點接口。oiC取消了內置的IO卡，只用如圖57所示的IO模塊或IO單元，最多可連1024個輸入點和1024個輸出點。FANUC有標準的機床操作面板(哪閣57)。用戶可以根據(jù)需要選用。io Link伺服。與0iB一樣，可以使用經(jīng)IO Link口連接的盧伺服放大器驅動的陋。電動機，甬于驅動外部機械(如換刀、交換工作臺、上下料裝置等)，最多可接7個。網(wǎng)絡接口。網(wǎng)絡功能與0iB完全一樣。以太網(wǎng)有三種形式：以太網(wǎng)板、數(shù)據(jù)服務

13、器板和PCMCIA網(wǎng)卡，根據(jù)使用情況選擇。 數(shù)據(jù)輸入輸出口。圖57中未畫出。0iC有RS-232C和PCMCIA口。經(jīng)RS-232C可與計算機或Handy File(3”盤驅動器)等連接。在PCMCIA口中可插上述的以太網(wǎng)卡或ATA存儲卡。（五）數(shù)控系統(tǒng)的軟件故障診斷 數(shù)控機床運行的過程就是在數(shù)控軟件的控制下機床的動作過程。完好的硬件和完善的軟件以及正確的操作是數(shù)控機床能夠正常進行工作的必要條件。所以數(shù)控機床在出現(xiàn)故障之后，除了硬件控制系統(tǒng)故障之外，還可能是軟件系統(tǒng)出現(xiàn)了問題。因為：數(shù)控機床停機故障多數(shù)是由軟件錯誤或操作不當引發(fā)的；優(yōu)先檢查軟件可以避免拆卸機床而引發(fā)的許多麻煩。 軟件故障只要將

14、軟件內容恢復正常之后就可排除故障，所以軟件故障也稱為可恢復性故障。 (1)數(shù)控系統(tǒng)的軟件配置?？偟膩碚f，數(shù)控系統(tǒng)軟件包括三個部分。 第1部分由數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家研制的啟動芯片、基本系統(tǒng)程序、加工循環(huán)、測量循環(huán)等組成。出于安全和保密的需要，這些程序出廠前被預先寫入到。EPR()M中，因為有了它們，才構成了具體的所謂系統(tǒng)。這部分軟件對于機床生產(chǎn)廠和機床用戶讀出、復制和恢復都十分困難。如果因為意外破壞了該部分軟件，應注意所使用的機床型號和所使用的軟件版本號，及時與數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家取得聯(lián)系，要求更換或復制軟件。第部分由機床制造廠編制的針對具體機床所用的NC機床數(shù)據(jù)、PLC機床數(shù)據(jù)、PLC用戶程序等組

15、成。PLC用戶可以隨時根據(jù)具體的使用要求和具體機床的性能對它進行修改。這部分軟件是由機床的生產(chǎn)廠在出廠前分別寫入到RAM和EPR()M中，并已提供技術資料加以說明。由于存儲于RAM中的數(shù)據(jù)容易丟失，所以機床用戶可以對這部分軟件數(shù)據(jù)進行改寫、清除。第部分由機床用戶編制的加工程序、刀具補償參數(shù)、零點偏置參數(shù)、R參數(shù)等組成。這部分軟件或參數(shù)被存儲于RAM中，它們這部分軟件或參數(shù)是與具體的加工密切相關的。因此，它們的設置、更改和正確是機床正確完成加工所必備的。(2)軟件故障形成原因。軟件故障是由軟件變化或丟失而形成的。機床軟件存儲于RAM中，以下情況可能造成軟件故障。 1)調試方式的誤操作?？赡軇h除了

16、不該刪除的軟件內容或寫入了不該寫入的軟件內容，使軟件丟失或變化。 2)供電電池電壓不足。為RAM供電的電池電壓經(jīng)過長時間的使用后，電池電壓降低到額定值以下，或在停電情況下拔下為RAM供電的電池或電池電路斷路或短路、接觸不良等都會造成RAM得不到維持電壓，從而使系統(tǒng)丟失軟件及參數(shù)。 注意以下幾點。 對長期閑置不用的數(shù)控機床經(jīng)常定期開機，以防電池長期得不到充電，造成機床軟件的丟失。實際上，數(shù)控機床開機也是對電池充電的過程。 為RAM供電的電池里出現(xiàn)電量不足報警時，應及時更換新的電池，以防最后連報警都無法提供，出現(xiàn)軟件和數(shù)據(jù)的丟失。 有時電源的波動及干擾脈沖會串人數(shù)控系統(tǒng)總線，引起時序錯誤或造成數(shù)控

17、裝置等停止運行。 軟件滅懲環(huán)。運毹復雜程害或進懲大量計算時，有時會造成系統(tǒng)死循環(huán)弓I起系統(tǒng)中斷，造成軟件故障。 操作不規(guī)范。這里指操作者違反了機床的操作規(guī)程，從而造成機床報警或停機現(xiàn)象。若數(shù)控機床開機后沒有進行回參考點，就進行加工零件的操作。 用戶程序出錯。由于用戶程序中出現(xiàn)語法錯誤、非法數(shù)據(jù)、運行或輸人中出現(xiàn)故障報警等現(xiàn)象。 零件加工程序也屬于數(shù)控軟件的范疇，無論對數(shù)控機床的維修人員還是編程人員來說， 能熟練掌握和運用手工編程指令進行零件加工程序的編制是必須的。 （六）軟件故障排除方法。 1)對于軟件丟失或變化造成的運行異常、程序中斷、停機故障更改補充法，可采取對數(shù)據(jù)、程序更改補充法，亦可采

18、用清除再輸入法。 這類故障，主要指存儲于RAM中的NC機床數(shù)據(jù)、設定數(shù)據(jù)、PLC機床程序、零件程 序出錯或丟失。這些數(shù)據(jù)是確定系統(tǒng)功能的依據(jù)，是系統(tǒng)適配于機床所必需的。出錯后造成 系統(tǒng)故障或某些功能失效，PLC機床程序出錯亦可能造成故障停機。對這種情況進行檢索， 找出出錯位置或丟失位置，更改補充后即可排除故障；若出錯較多或丟失較多，采用清除重 新寫人法恢復更好。需注意到，許多系統(tǒng)在清除所有的軟件后會使報警消失。但執(zhí)行清除前 應有充分準備，必須將現(xiàn)行可能被清除的內容記錄下來，以便清除后恢復它們。 2)對于機床程序和數(shù)據(jù)處理中發(fā)生了引起中斷的運行結果而造成的故障停機，可采取 硬件復位法、關開系統(tǒng)電

19、源法排除。 NC RESET和PI。C RESET分別可對系統(tǒng)、PLC復位，使后繼操作重新開始。但它們不會破壞有關軟件及正常的中間處理結果。不管任何時候都允許這樣做，以消除報警。亦可 采用清除法，但對NC、PLC采用清除時，可能會使數(shù)據(jù)、程序全部丟失，這時應注意保護不欲清除的部分。 開關系統(tǒng)電源一次的作用與使用RESET法類似，系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，有必要這樣做。 （七）典型例題 【例51】機床類型CA6140車床。 控制系統(tǒng)：CNC：為FAGoR 8025T系統(tǒng)。 故障現(xiàn)象：PLC程序丟失。 故障診斷：西班牙FAGOR系統(tǒng)的內置PLC信息存儲在EEPROM中，PLC通過RAM讀取NC的信息，而其信息是靠NC的電池保持的。所以當電池失電時，即能造成信息丟失。另外，換電池應在NC通電的狀態(tài)下進行，而有些用戶的維修人員不注意這些，停電后換電池，從而造成RAM中信息的丟失。此時在PI頁面見不到PLc程序，但實際上機床設計者備份了PLC程序，所以可調出1EEPR()M的程序傳到RAM中。 操作方法：進入到機床界面，將其調出即可。 【例5-2】一臺配置SINUMERIK 820T數(shù)控系統(tǒng)的車床在通電后，數(shù)控系統(tǒng)啟動失敗，所有功能操作鍵都失效，(；R2