FANUC 0i数控加工中心应用与维修.doc

FANUC 0i数控加工中心应用与维修前言数控机床集计算机技术，电子技术，自动控制，传感测量，机械制造，网络通讯于一体，是典型的机电一体化产品，它的发展和运用开创了制造业的新时代。改变了制造业的身缠方式，产品结构，管理方式。数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的核心标志，实现加工机床以及生产过程的数控化已成为当今制造业的发展方向。数控机床的主要发展发展方向：（1），高速化高精度化，使伺服电机的位置环，速度环的控制实现数字化，以达到对电动机的高速，高精度控制。采用现代控制理论，减少滞后量提高更随精度。采用高分辨率的位置编码器，现代高分辨率位置编码器绝对位置的测量可达163840脉冲/转。实现多种补偿功能提高机床加工和动态精度。（2），智能化，网络化，开放化，数控机床的故障诊断技术的发展方向：（1） 通信诊断（2） 自动修复诊断（3） 人工智能AI专家故障诊断系统（见图）数据库推理机动态数据知识工程师领域专家诊断实例知识库知识获取诊断结果解释诊断结论用户界面（4） 人工神经元网络诊断本文采用的是FANUC数控加工中心系统，深入浅出的介绍了数控加工中心的构成，电气原理图，以及加工中心的几个典型故障的维修诊断。由于本人水平有限，此文中难免有错，敬请各位指导指正。一， 绪论1.1加工中心（Machining Center）简称MC是一种具备刀库，并可以自动更换刀具对工件经行多工序加工的数控机床。它是适应省力，省时和节能的时代要求而迅速发展起来的，它综合了机械技术，电子技术，拖动技术，现代控制理论，测量以及传感技术以及通讯诊断，刀具和应用编程技术的高技术产品。将数控铣床，数控镗床，数控钻床的功能集聚在一台加工设备上，并且增设自动换到装置和刀库，可以在一次安装工件后数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具。自动改变主轴的旋转速度，进给量和刀具相对工件的运动轨迹以及其他辅助功能，依次完成多面和多工序的端面，孔系，内外倒角和环形槽以及攻螺纹等加工。由于加工中心能够集中完成多种工序，因而可以加少工件装夹，测量和调整时间，减少工件搬运，周转存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床的3-4倍。达80，所以说加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。随着电子技术的迅速发展，以及各种性能良好的传感器的出现和应用，加工中心的功能日趋完善，这些功能包括：刀具寿命的监视功能，刀具磨损磨伤的监视功能，切削状态的监视功能，切削异常的监视功能，报警和自动停机的功能，自动诊断和自我诊断的功能以及自适应控制功能等等。加工中心还与载有随行夹具的自动托板经行有机连接，并进行切削自动处理使加工中心成为柔性系统，计算机集成制造系统和自动化工厂的关键设备和基本单元。1.2 FANUC数控系统概述1.2.1 FANUC数控系统主要类型（1）高可靠性的Power mate 0系列（2）普及型CNC 0-D系列（3）全功能型的0-C系列（4）高性能/性价比的0i系列（5）具有网络功能的超小型，超薄型CNC 16i/18i/21i系列1.2.2 FANUC数控系统的特点FANUC数控系统是控制单元与LCD集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通信。FANUC数控系统以及高质量，低成本，高性能，较全的功能，适用于各种机床和生产机械等特点，在市场占有率远远超过其他数控产品，主要体现在以下几个方面：（1） 系统在设计中大量采用了模块化结构，这种结构易于拆装，个各控制板高度集成，是可靠性大大提高，而且便于维修和更换。（2） 具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力，其工作环境温度为045C相对湿度75有较完善的保护措施，自身也有较好的保护电路。（3） FANUC数控系统所配置的系统软件齐全，系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能，对于一般机床基本功能就能完全满足使用要求。（4） 具有丰富的PMC指令提供大量的PMC信号和PMC功能指令这些丰富的信号和编程指令便于用于编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。（5） 具有很强的DNC功能，系统提供串行RS-232传输接口，使PC和机床之间的数据传输能够可靠地完成，从而实现高速DNC操作。（6） 提供丰富的维修报警和诊断功能FANUC维修手册给用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类型进行分类。1.2.3 FANUC 0系列的主要功能及特点（1）采用高速的微处理器芯片（2）采用高可靠性的硬件设计以及全自动化生产制造。（3）丰富的系统控制功能（4）高精度的控制（5）全数字伺服控制结构（6）全数字主轴控制1.2.4 FANUC 0i系列的主要功能及特点(1) FANUC 0i系列与FANUC 16i/18i/21i等系统的结构相似均为模块化结构，主CPU板上除了主CPU以及外围线路之外还集成了PROM&SROM模块，PMC控制模块，存储器和株洲模块，伺服模块等，其集成度较FANUC 0系统的集成度高，因此0i控制单元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0MD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图，携带与操作都很方便，特别是在用户现场扩充功能活实施技术改造时更为便利。（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。（6）系统具有HRV（高速矢量相应）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倍。（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。（8）0i系统可预读12个程序段，比0MD系统多。（9）与0MD系统比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，参数与16i，18i，21i基本相同，（11）0i比0T,0M产品配备了更强大的诊断功能和操作显示信息功能，给机床用户和维修带来了极大方便。（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串行通信波特率达19200bit/s，可以通过HSSB（高速串行总线）与PC机相连，是存储卡实现数据的输入/输出1.3数控系统的组成（见图）二FANUC加工中心电气原理图的设计2.1常用电器的选择2.1.1伺服电机的选择 伺服电机是电气元件选型的依据。机床的机械设计完成后，根据各坐标传动系统的机械数据以及该轴的设计指标，可以选择出合适的伺服电机。合理的选择伺服电机是从驱动机械设备的具体对象，加工规范，也就是从机械设备的使用条件出发，经济，合理，安全等多方面考虑，使电动机可以安全可靠地运行，伺服电机的选择有三个原则：（1） 传动方式（2） 电机负载的大小（3） 电机的转速2.1.2低压元器件的选择低压电器元件是指工作在直流1200V,交流1500V，以及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制，检测，保护，变换，调节，等作用的电气。（1） 电源：根据自动装配自动控制系统的功能和实际输入输出设备的情况，系统选用交流200V为供电电源，（三相380V经过伺服变压器转变为三相200V），经过直流变压器，或者开关电源变为直流24V为控制系统PLC，手动按钮，传感器，电磁换向阀供电。（2） 按钮：按钮在低压控制电路中用于手动发出控制信号，（3） 低压断路器：低压断路器俗称自动空气开关，是一种既有手动开关作用又能经行自动经行欠电压，失电压，过载和短路保护的电器，（4） 接触器，继电器：根据不同需要选择相应型号的接触器，继电器，以实现系统对电单元，驱动单元，水泵电机，油泵电机，排屑电机等负载设备的控制。（5） 系统主板：根据不同设备类型选择相应功能的主板，FANUC0i系统主板和系统的CRT显示器集成于一体，用总线和系统的I/O以及驱动单元连接通信。（6） 电单元，以及驱动单元：在选择好伺服电机后根据伺服电机的型号查找相对应的电单元以及驱动单元。一般立式加工中心需要配置X,Y,Z三个驱动轴，和一个串行主轴。2.2电气原理图的基本要求2.2.1电气原理图：电气原理图是一种反映电子设备中各元器件的电气连接情况的图纸，电路由一些抽象的符号按照一定规律构成，通过对电路图的了解和分析，我们就可以了解生产机械以及设备电路结构和工作原理。2.2.2电气原理图的构成要素（1）图形符号：各元器件的符号连接起来可以反映出控制系统的电路结构。（2）文字符号：在图形符号旁标有该电气元件的文字符号，可以理解和阐述电路图的原理。（3）注释性字符：用来说明元器件的数值大小，或者具体型号。2.2.3电气原理图示例（1）I./O输入输出的画法（2）驱动单元的画法三，FANUC0i系统典型故障案例分析与解决方案3.1机床回参考点的故障3.1.1首先要知道什么是参考点：所谓加工中心参考点又名原点或零点，是机床的机械原点和电气原点相重合的点，是原点复归后机械上的固定点，所为机械原点是基本机械坐标系的基准点，机械部件一旦安装完毕，机械原点随即确立，所谓电气原点，是由机床所使用的检测反馈原件所发出的栅点信号或零标志信号确立的参考点，为了使电气原点和机械原点相重合，必须将电气原点到机械原点用一个设置原点偏移量的参数经行设置，这个重合点就是机床原点。3.1.2回参考点的目的：数控机床在送电后要做回参考点的操作（增量编码器），这是因为机床在断电后就失去了对各坐标轴位置的记忆，数控系统不知道哪一点作为基准对机床工作台的位置经行跟踪，显示等，所以在接通电源后，必须让各坐标轴回到机床的一个固定点上，这一固定点就是机床坐标系的原点或零点，也称机床参考点，机床参考点在机床厂家设计机床时就确定了，但这仅仅是机械意义上的，使机床回到这一固定点的操作称作回参考点或会零操作，在数控机床上，各坐标轴的正方向是定义好的，只要机床原点确定，机床坐标系也就确定。3.1.3回参考点的原理：按照机床检测元件检测原点的信号方式的不同，返回参考点有两种方法。（1） 栅格法：数控机床按照理论控制可分为闭环，半闭环，和开环系统，闭环控制系统装有检测最终直线位移的反馈装置（光栅尺），半闭环数控系统的位置检测装置安装在伺服电机转动轴上或者丝杆端部。反馈信号取自角位移，开环数控系统不带位置检测反馈装置，闭环，半闭环，通常利用位移检测反馈装置（脉冲编码器，光栅尺）经行回参考点定位，即栅格法回参考点。回参考点的步骤：将方式开关拨到“回参考点”挡，选择回参考点的轴，按下该轴的点动按钮，该轴以快速移动速度（v1）移向参考点。当与工作台一起运动的减速挡块压下减速开关触点时，减速信号由通(ON)转位断（OFF）状态，工作台进给会减速按参数慢速进给速度(v2)继续移动，减速可削弱运动部件的移动惯量，使零点停留位置准确。栅格法是采用编码器上每转一次的栅格信号（又称一转信号PCZ）来确定参考点，当减速撞块释放减速开关触电状态由断转位通后，数控系统将等待编码器上的第一个栅格信号出现，该信号已出现，工作台立即停止移动，同时数控系统发出参考点返回完成信号，参考点灯亮，表明机床回该轴参考点成功，有的数控机床在减速信号由通（ON）转位断（OFF）后，减速继续向前移动，当有脱开开关后轴的方向与机床会像相反的进给方向移动，直到系统接收到第一个零点脉冲轴停止移动，同时数控系统发出参考点返回完成信号，下图为增量栅格法返回参考点原理。（2）磁开关法：磁开关法是在机械本体上安装磁铁以及磁感应原电开关或者接近开关，当磁感应原点开关或接近开关检测到原点信号后，进给电机立即停止，该停止点被认作为原点，磁开关法常用于开环控制系统。由于开环系统没有位移检测反馈装置脉冲编码器或光栅尺，所以不会产生栅格信号，通常利用磁感应开关回零定位。3.1.4回参考点的方法：采用增量式检测装置的数控机床一般有四种回零方法。（1）回参考点前先用手动方式以速度V1快速将轴移到参考点附近，然后启动回参考点操作，以便以速度V2慢速向参考点移动，碰到参考点开关后，数控系统即开始寻找位置检测装置上的零标志，当到达零点标志时发出与零标志脉冲相对应的栅格信号。轴速度在此信号作用下制动到零，然后再前移参考点偏移量而停止，所停位置就是即为参考点，偏移量的大小通过测量由参数设定。如图：（2）回参考点时，轴先以速度V1向参考点快速移动，碰到参考点开关后，在减速信号的控制下，减速到速度V2并继续前移，脱开挡块后。再找零标志，当轴达到测量系统零标志发出的栅格信号时，速度即制动到零。然后再以V2速度前移参考点偏移量二停止与参考点。如图（3）回参考点时轴先以速度V1快速向参考点移动，碰到参考点开关后速度制动到零，然后反向以速度V2慢速移动，达到测量系统零标志产生的栅格信号时，速度制动到零，再前移参考点偏移量而停止与参考点如图（4） 回参考点时轴先以速度V1快速向参考点移动，碰到参考点开关后速度制动到零，再反向微动到脱离参考点开关，然后又沿原方向微动撞上参考点开关，并且以速度V2慢速前移，达到测量系统零标志产生的栅格信号时，速度制动到零，再前移参考点偏移量而停止与参考点如图3.2主轴准停的故障3.2.1什么是主轴准停：主轴准确的定位功能称为主轴定向或准停功能。3.2.2主轴准停的目的：数控机床为了完成ATC（刀具自动交换）的动作过程，必须设置主轴准停机构。 由于刀