aaa数控机床故障诊断与维修

1、一、数控机床故障诊断与维护作业及题解第一章1-1 按工艺用途分，数控机床常见的类型有哪些？分别适合于哪种类型的加工?（1）、金属切削类数控机床；包括数控车床、立式数控车床、数控钻床、数控镗床、数控铣床、数控磨床。（2）、加工中心；加工中心包括车削中心、钻铣镗加工中心、磨削中心等。车削中心集中了车、钻、铣、磨等工艺特点，其回转刀盘上配备具有动力刀头（3）、金属成型类数控机床；这类机床包括数控折弯机，数控组合冲床、数控弯管机、数控回转头压力机等。 （4）、数控特种加工机床；这类机床包括数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、数控火焰切割机、数控激光切割机床、专用组合机床等。 （5）、其他类型的

2、数控设备；非加工设备采用数控技术，如自动装配机、多坐标测量机、自动绘图机和工业机器人等。1-2 分析普通类的数控机床、数控铣床、加工中心的成型运动和辅助运动。（1）、数控车床存在以下运动：主运动传动系统：交流伺服电机驱动后带动主轴旋转纵向进给系统横向进给系统回转分度运动自动定心卡盘装夹（2）、数控铣床存在以下运动：主运动是铣床主轴的旋转运动工作台的纵向（X向）进给和滑枕的横向（Y向）进给传动系统升降台的垂直（Z向）进给运动（3）、加工中心存在以下运动：主运动X、Y、Z三个轴各有一套基本相同的进给伺服系统。圆盘形刀库亦用直流伺服电动机经蜗杆蜗轮驱动，该加工中心采用机械手自动换刀 所有这些动作都是

3、通过各自独立的液压缸驱动实现的。1-3 分析FS 0系统的体系结构和接口定义。从结构上讲，FS0系列数控系统是在主板上安装有存储器板、I/O板、轴控制板以及电源单元等。（1）、数控装置是数控机床的核心。现代数控装置是具有专用系统软件的微型计算机，它由输入输出接口线路、控制运算器和存储器等构成。它接受控制介质上的数字化信息，经过控制软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：一类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散的开关控制量，送往机床强电控制系统，从而协调数控机床各部分的运动，完成所有运动的控制，实现数控机床的加工过程。（2）、进给伺服系统由进给轴伺服

4、电机（一般内装速度和位置检测装置）和进给伺服装置组成。进给伺服系统驱动机床各坐标轴的切削进给，提供切削过程中所需要的转矩和运转速度。（3）、主轴伺服系统包括主轴电机（含速度检测装置）和主轴伺服装置，实现对主轴转速的调节控制，有的主轴伺服装置还含有主轴定向控制功能。（4）、机床强电控制系统，除了对机床辅助运动和辅助动作（包括电动系统、液压系统、气动系统、冷却箱及润滑油箱等）的控制外，还包括对保护开关、各种行程极限开关和操作盘上的各种按键、操作指示灯、波段开关等的检测和控制。在机床强电控制系统中，润滑、冷却、气动、液压和主轴换刀等系统的逻辑控制通常由可编程控制器实现。1-4 分析SIEMENS 8

5、02C Baseline 系统的体系结构和接口定义。SIEMENS 802C Baseline系统基本结构构成及基本布局框图如图所示。从图中可以看出，系统采用了一体化结构，将操作面板、机床控制面板、8英寸液晶显示器、ECU、I/O模块有机的结合在一起，大大减少了连接部位，减少了故障环节，同时系统具有更高的电磁兼容性和抗干扰能力。1-8 交换部件法常用于什么场合？部件交换法，就是在故障范围大致确认，并在确认外部条件完全正确的情况下利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或兀器件替换有疑点的部分的方法。部件交换法是一种简单，易行、可靠的方法，也是维修过程中最常用的故障判别方法之一。 交换的部件可以

6、是系统的备件，也可以用机床上现有的同类型部件替换通过部件交换就可以逐一排除故障可能的原因把故障范围缩小到相应的部件上。 必须注意的是：在备件交换之前仔细检查、确认部件的外部工作刹长在线路中存在短路、过电压等情况时，切不可以轻易更换备件此外备件（或交换板）应完好，且与原板的各种设定状态一致。 在交换CNC装置的存储器板或CPU板时，通常还要对系统进行某些特定的操作，如存储器的初始化操作等并重新设定各种参数，否则系统不能正常工作。这些操作步骤应严格按照系统的操作说明书、维修说明书进行。第二章2-5 根据图2-30、图2-31和图2-32所示的数控车床电气控制线路图，分析分别实现了机床的哪些控制？主

7、轴、刀架如何实现正反转？各变压器分别给哪些环节供电？主电路分析：u QF1用来接通电源并对整个动力线路进行过载及短路保护；u KM1和KM2用来控制主轴电动机M1的正反转；u QF2作为主轴电动机的过载及短路保护；u KM3用来控制冷却电动机M2的启动和停止；u QF3作为冷却电动机的过载及短路保护；u KM4和KM5用来控制刀架电动机M3的正反转；u QF4作为刀架电动机的过载及短路保护；u 灭弧器RC1RC3用来保护交流接触器的主触点；防止当主触点断开时，在动、静触点间产生强烈电弧，烧坏主触点。机床交流控制电路分析：u KM1线圈和KM2一对常闭辅助触点串联，KM2线圈和KM1一对常闭辅助

8、触点串联，实现主轴电动机正反转接触器间的互锁控制；u KM4线圈和KM5一对常闭辅助触点串联，KM5线圈和KM4一对常闭辅助触点串联，实现刀架电动机正反转接触器间的互锁控制；u KM3线圈用来控制KM3的主触点吸合。u KA2KA6触点由可编程控制器或数控装置I/O口控制，用来控制交流接触器KM1KM5的线圈得电或断电。机床电源线路分析：变压器TC2原边接三相AC380V，副边三组绕组分别提AC220V、AC24V、AC110V电压。AC220V给开关电源供电，AC24V给电柜风扇供电，断路器QF6QF10用来对线路进行过载及短路保护。2-6 数控机床用PLC的基本构成是什么？为什么说PLC的

9、工作方式为扫描的工作方式？数控机床用可编程控制器PLC的基本结构有中央处理单元(CPU)、存储器、IO接口，电源、扩展接口、通信接口、编程工具、智能IO接口等组成。用户程序通过编程器输入到用户存储器，CPU对用户程序循环扫描并顺序执行，这是PLC的基本工作原理。所谓扫描与顺序执行是指，只要PLC接通电源，CPU就对用户存储器的程序进行扫描，即从第一条用户程序开始顺序执行，直到用户程序最后一条，形成一个扫描周期，周而复始。用梯形图形象地说就是从上至下，从左至右，逐行扫描执行梯形图所描述的逻辑功能。2-8 根据图2-53，分析FANUC-PLC是如何控制主轴正反转的。主轴换档结构简图如图1所示，控

10、制梯形图如图2所示。图1 主轴换档结构简图1-主轴齿轮 2-换档齿轮 3-拨叉 4-换档齿轮到位开关图2 主轴控制梯形图 图2中各信号含义如下： HSM 手动操作开关 ASM 自动操作开关 CWM 主轴正转按钮 CCWM 主轴反转按钮 OFFM 主轴停转按钮 SPLGEAR 齿轮低速换挡到位开关 SPHGEAR 齿轮高速换挡到位开关 LGEAR 手动低速换挡操作开关 HGEAR 手动高速换挡操作开关 程序中应用了译码和延时2个功能指令。所涉及到的M功能是： M03 主轴正转 M04 主轴反转 M05 主轴停转 M41 主轴齿轮换低速挡 M42 主轴齿轮换高速挡由梯形图控制可知，当在预定时间内齿

11、轮换挡不成功，则通过时间继电器TM01常开触点的延时闭合，送出主轴错误信号SPERR。在主轴正反转控制和高、低速换挡控制梯形图中，都有逻辑互锁关系，以免造成控制功能切换时发生故障。在执行电路中，主轴正、反转接触器电路中还要加上相应的互锁环节，以提高互锁的可靠性。第三章3-1 数控系统由哪些部分构成，各部分的作用分别是什么？数控系统是所有数控设备的核心。数控系统的主要控制对象是坐标轴的位移(包括移动速度、方向、位置等)，其控制信息主要来源于数控加工或运动控制程序。因此，作为数控系统的最基本组成应包括：程序的输入输出装置、数控装置、伺服驱动这三部分。 （1）、输入/输出装置 输入/输出装置的作用是

12、进行数控加工或运动控制程序、加工与控制数据、机床参数以及坐标轴位置、检测开关的状态等数据的输入、输出。键盘和显示器是任何数控设备都必备的最基本的输入输出装置。此外，根据数控系统的不同，还可以配光电阅读机，磁带机或软盘驱动器等。作为外围设备，计算机是目前常用的输入输出装置之一。 （2）、数控装置 数控装置是数控系统的核心。它由输入输出接口线路、控制器、运算器和存储器等部分组成。数控装置的作用是将输入装置输入的数据，通过内部的逻辑电路或控制软件进行编译、运算和处理，并输出各种信息和指令，以控制机床的各部分进行规定的动作。 在这些控制信息和指令中，最基本的是坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移量指令

13、。它经插补运算后生成，提供给伺服驱动，经驱动器放大，最终控制坐标轴的位移。它直接决定了刀具或坐标轴的移动轨迹。 此外，根据系统和设备的不同，如：在数控机床上，还可能有主轴的转速、转向和起、停指令；刀具的选择和交换指令：冷却、润滑装置的起、停指令；工件的松开、夹紧指令；工作台的分度等辅助指令。在基本的数控系统中，它们是通过接口，以信号的形式提供给外部辅助控制装置，由辅助控制装置对以上信号进行必要的编译和逻辑运算，放大后驱动相应的执行器件，带动机床机械部件、液压气动等辅助装置完成指令规定的动作。 （3）、伺服驱动 伺服驱动通常由伺服放大器(亦称驱动器、伺服单元)和执行机构等部分组成。在数控机床上，

14、目前一般都采用交流伺服电动机作为执行机构；在先进的高速加工机床上，已经开始使用直线电动机。另外，在20世纪80年代以前生产的数控机床上，也有采用直流伺服电动机的情况；对于简易数控机床，步进电动机也可以作为执行器件。伺服放大器的形式决定于执行器件，它必须与驱动电动机配套使用。 以上是数控系统最基本的组成部分。随着数控技术的发展和机床性能水平的提高，对系统的功能要求也日益增强，为了满足不同机床的控制要求，保证数控系统的完整性和统一性，并方便用户使用，常用、较为先进的数控系统，一般都带有内部可编程序控制器作为机床的辅助控制装置。此外，在金属切削机床上，主轴驱动装置也可以成为数控系统的一个部分；在闭环

15、数控机床上，测量检测装置也是数控系统必不可少的。对于先进的数控系统，有时甚至采用计算机作为系统的人机界面和数据的管理、输入输出设备，从而使数控系统的功能更强、性能更完善。 总之，数控系统的组成决定于控制系统的性能和设备的具体控制要求，其配置和组成具有很大的区别，除加工程序的输入输出装置、数控装置、伺服驱动这三个最基本的组成部分外，还可能有更多的控制装置。3-4 根据图3-8，分析FS 6 数控系统与外设的连接方式。FS 6系统（包括6M，6T）的控制功能：（1）、6M的控制轴是X，Y，Z三轴，6T是X和Z两轴，6M还可以增加选用功能控制第四轴。（2）、联动轴数：6M可以进行三轴中的两轴联动，6

16、T能进行X和Z两轴联动，6M增加选用功能后可以进行X，Y，Z三轴联动，能进行直线、圆弧、螺旋线等插补。（3）、辅助功能为2位数（M2），主轴功能为2位数或4位数，刀具功能为2位数或4位数。3-5 根据图3-14，分析SIEMENS 810 数控系统体系结构。（1）、 西门子 SIEMENS 810 数控系统连接概况SIEMENS 810 系列系统可以进行 3 轴控制及3 轴联动控制，系统带有10V 的主轴模拟量输出接口, 可以配具有模拟量输人功能的主轴驱动系统。SIEMENS 810 CNC 控制器与伺服驱动SIMODRIVE611U 和 lFK7 伺服电动机的连接, SIEMENS 810

17、CNC 控制器与伺服驱动 SIMODRIVE base line 和 lFK7 伺服电动机的连接, 如图所示。（2）、 西门子 SIEMENS 810 数控系统的接口1) 电源端子:X1, 系统工作电源为直流 24V, 接线端子为 X1 。2) 通信接口: X2RS232, 在使用外部 PC/PG 与西门子 SIEMENS 810 进行数据通信 (WINPCIN) 或编写 PLC 程序时 , 使用 RS232 接口。3) 编码器接口:X3X6, 编码器接口X3,X4 和 X5 为 SUB-D15 芯孔插座,编码器接口 X6 也是 SUB-D15 芯孔插座, 在 810中作为编码器 4 接口,

18、在 810 中作为主轴编码器接口使用。4) 驱动器接口:X7, 驱动器接口X7为SUB-D 50 芯针插座, SIEMENS 810中 X7 接口的引脚。5) 手轮接口:Xl0, 通过手轮接口X10可以在外部连接两个手轮。 Xl0 有 10 个接线端子 。6) 数字输入/输出接口:XlOOX105,X200和X201, 共有48个数字输入和16 个数字输出接线端子。其48个输入接口X100X105 引脚分配见表6-5,16个输出接口 X200和X201 。第四章4-1 根据图4-2，分析FS 6输入单元主回路分别给哪些部分供电，各元器件的作用是什么？图1所示为FANUC系统电源输入单元的主回路

19、。(图1)外部电源经输入端子TP1的U,V,W经接触器LC2,熔断器F4,F5和F6输出,作为伺服驱动器的电源.另一路经熔断器F1,F2,接触器LC1从端子TP3的200A,200B输出,作为数控系统的输入电源,输入单元本身的控制电源U1,V1亦来自熔断器F1,F2的输出端.接触器LC2的线圈直接连接于接触器LC1的主触点,因此,伺服驱动器的电源必须在系统输入电源已经接通(接触器LC1吸合)的情况下,才能正常接通.图1中的SK1,SK2为RC(0.1f/200)吸收器,在电路中作为过电压保护与抗干扰器件。4-2 根据图4-4，分析FS 6输入单元ON/OFF控制电源回路工作原理。图2为FANU

20、C输入单元辅助控制电源回路。(图二)U1,V1经变压器降压,DS1全波整流以及Q1,ZD1组成稳压环节,为输入单元本身提供DC 24V的辅助电源.当DC 24V电源正常后,发光二极管PIL正常发光。图3为输入单元的电源通,断控制回路。 (图三)由中间继电器PY1,AL,接触器LC1等组成。电路中综合考虑了电柜门互锁,MDI/CRT单元上的电源ON/OFF控制,外部电源通断(E-ON/E-OFF)控制和系统电源模块的报警(P.ALM)等多种条件,为用户使用提供了方便。图3的电源通断控制过程如下为:接通MDI/CRT单元上的ON按钮S1或外部电源接通(E-ON)按钮S3,使RY1得电.RY1的常开

21、触点使LC1得电,于是图1中的数控系统输入电源(200V/200B)加入,同时使LC2得电,伺服驱动主回路电源(SU,SV,SW)加入。4-4 电源的抗干扰措施有哪些？操作时应注意什么？（1）减少供电线路的干扰 数控机床远离具有中、高频电源的设备 数控机床不要和大功率且频繁起、停的设备在同一供电干线上 在电源电压波动较大的地区，加稳压电源 动力线和信号线分开走线 信号线采用屏蔽线或双绞线 控制线和电源线相交时，要采用直角相交（2）减少机床控制中的干扰 压敏电阻保护（浪涌吸收器）可对线路中的瞬变、尖蜂等噪声进行保护 阻容保护交流接触器和电机频繁起停时，因电磁感应会在机床电路中产生浪涌或尖蜂，可抑

22、制、吸收干扰噪声 续流二极管保护直流电感元件在断电时，在线圈着将产生较大的感应电动势并联的二极管可减少对控制电路的干扰（3）屏蔽技术（电磁、静电屏蔽） 信号线采用屏蔽线（铜质网状）、穿在铁质蛇皮管或铁管中 关键元件或组件采用金属容器屏蔽（4）保证“接地”良好“接地”是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。电网的许多干扰都市通过“接地”对机床起作用的。 信号地用来提供电信号的基准电压（0V） 框架地是以安全性及防止外来噪声和内部噪声为目的的地线系统。它是装置的面板、单元的外壳、操作板及各装置间接口的屏蔽线 系统地是将框架地和大地相连接 接地要可靠（接地电阻应小于10欧姆） 接地线要粗（应大于电

23、源线的截面积）4-11 说明 FANUC 0系统参数恢复过程。（一）、概述FANUC数控系统中加工程序、参数、螺距误差补偿、宏程序、PMC程序、PMC数据，在机床不使用是是依靠控制单元上的电池进行保存的。如果发生电池时效或其他以外，会导致这些数据的丢失。因此，有必要做好重要数据的备份工作，一旦发生数据丢失，可以通过恢复这些数据的办法，保证机床的正常运行。FANUC数控系统数据备份的方法有两种常见的方法：1、使用存储卡，在引导系统画面进行数据备份和恢复；2、通过RS232口使用PC进行数据备份和恢复。（二）、使用存储卡进行数据备份和恢复数控系统的启动和计算机的启动一样，会有一个引导过程。在通常情

24、况下，使用者是不会看到这个引导系统。但是使用存储卡进行备份时，必须要在引导系统画面进行操作。在使用这个方法进行数据备份时，首先必须要准备一张符合FANUC系统要求的存储卡（工作电压为5V）。具体操作步骤如下：（1）、数据备份：1）、将存储卡插入存储卡接口上(NC单元上，或者是显示器旁边)；2）、进入引导系统画面；（按下显示器下端最右面两个键，给系统上电）；3）、调出系统引导画面；下面所示为系统引导画面： 4）、在系统引导画面选择所要的操作项第4项，进入系统数据备份画面；（用UP或DOWN键） 5）、在系统数据备份画面有很多项，选择所要备份的数据项，按下YES键，数据就会备份到存储卡中；6）、按

25、下SELECT键，退出备份过程；（2）、数据恢复：1）、如果要进行数据的恢复，按照相同的步骤进入到系统引导画面；2）、在系统引导画面选择第一项SYSTEM DATA LOADING;3）、选择存储卡上所要恢复的文件；4）、按下YES键，所选择的数据回到系统中；5）、按下SELECT键退出恢复过程；（三）使用外接PC进行数据的备份与恢复使用外接PC进行数据备份与恢复，是一种非常普遍的做法。这种方法比前面一种方法用的更多，在操作上也更为方便。操作步骤如下：（1）、数据备份：1）、准备外接PC和RS232传输电缆；2）、连接PC与数控系统；3）、在数控系统中，按下SYSTEM功能键，进入ALLIO菜

26、单，设定传输参数(和外部PC匹配);4）、在外部PC设置传输参数（和系统传输参数相匹配）；5）、在PC机上打开传输软件，选定存储路径和文件名，进入接收数据状态；6）、在数控系统中，进入到ALLIO画面，选择所要备份的文件（有程序、参数、间距、伺服参数、主轴参数等等可供选择）。按下“操作”菜单，进入到操作画面，再按下“PUNCH”软键，数据传输到计算机中；（2）、数据恢复：1）、外数据恢复与数据备份的操作前面四个步骤是一样的操作；2）、在数控系统中，进入到ALLIO画面，选择所要备份的文件（有程序、参数、间距、伺服参数、主轴参数等等可供选择）。按下“操作”菜单，进入到操作画面，再按下“read”

27、软键，等待PC将相应数据传入；3）、在PC机中打开传输软件，进入数据输出菜单，打开所要输出的数据，然后发送。以上的操作，都必须使机床处在EDIT状态4-13 根据图4-30，分析急停回路的工作原理，该回路是如何对超程进行解除的？所有急停按钮的常闭触点以串联方式连接到系统的急停回路中。在正常情况下，急停按钮处于松开状态，其触点处于常闭状态，按下急停按钮后，其触点断开使得系统的急停回路所控制的中间继电器KA断电，而切断移动装置（如进给轴电机、主轴电机、刀库/架电机等）的动力电源。同时，连接在PLC输入端的中间继电器KA的一组常开触点向系统发出急停报警。此信号在打开急停按钮时则作为系统的复位信号。系

28、统中各轴的正向、负向的超程限位开关的常闭触点以串联方式连接到系统的超程回路中。同时，每个超程限位开关另有一个常开触点连接PLC输入端，使系统能够判断各超程限位开关的状态。在正常情况下，超程限位开关处于松开状态。若用户操作机床，不慎将某轴的超程限位开关压下，其常闭触点断开，使得系统的超程回路断开。同时，使急停回路中的中间继电器KA断电而自动切断移动装置的动力电源。超程限位开关连接在PLC输入端的常开触点向系统发出超程报警信息（发生超程的坐标轴及超程方向），并使超程解除按钮上的指示灯发光。第五章5-1 进给伺服系统通常会出现哪些类型的故障？（1）超程 当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决

29、定的硬限位时，就会发生超程报警，一般会在CRT上显示报警内容，根据数控说明书，即可排除故障，解除报警。（2）过载 当进给运动的负载过大、频繁正反向运动以及进给传动链润滑状态不良时，均会引起过载报警。一般会在CRT上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息。同时，在强电柜中的进给驱动单元上，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过电流等信息。（3）窜动（4）爬行 发生在启动加速段或低速进给时，一般是由进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服电动机和滚珠丝杠连接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠转动和伺服电动机的转动不同步

30、，从而使进给运动忽快忽慢，产生爬行现象。（5）振动 （6）伺服电动机不转 数控系统至进给驱动单元除了速度控制信号外，还有使能控制信号，一般为DC+24V继电器线圈电压。（7）位置误差 当伺服轴运动超过位置允差范围时，数控系统就会产生位置误差过大的报警，包括跟随误差、轮廓误差和定位误差。（8）漂移 当指令值为零时，坐标轴仍移动，从而造成位置误差。通过漂移补偿和驱动单元上的零速调速来消除。（9）回参考点故障5-8 根据检测信号的处理不同，交流伺服驱动装置常见的有哪几种结构形式？（1）转速反馈信号与位置反馈信号处理分离（2）位置处理和速度处理均在数控系统中完成 （3）检测元件提供双重反馈信号在上述三

31、种控制方式中，共同的特点是位置控制均在数控系统中进行，且速度控制信号均为模拟信号。（4）数字式伺服系统5-12 FANUC交流模拟伺服驱动器如果未提供伺服使能信号，可能的原因有哪些？（1）机床I/O接口条件不满足（2）电压未加到使能端5-13 根据图5-24，说明SIEMENS 610系统交流模拟伺服驱动器各模块的功能。（1）伺服变压器：将外部三相交流380V电压变为伺服驱动器所需的三相交流165V输入电压。（2）整流单元（V12，V15，V25）：将三相交流165V输入电压变为DC210V直流母线电压。（3）直流电容（C0）：进行直流母线电压的过滤和存储电动机制动时的回馈能量，根据驱动器配置

32、的不同，电容器的数目与容量也有所不同。（4）直流母线电压控制模块（G10，G20）：当电动机制动、回馈能量超过电容器的负荷能力时，将引起直流母线电压的升高，通过直流控制组件，可以使多余的能量通过放电电阻释放。（5）电源模块（G0）：产生控制部件所需的各种辅助控制电压并对各种电压信号进行监控，以及与NC进行信号交换（如使能信号、伺服准备好信号等）。（6）调节器模块（N1、N2）：主要完成驱动器的速度与电流调节（7）功率模块：负责将来自调节器的PWM控制信号进行功率放大。第六章6-1 数控机床对主轴驱动装置有哪些要求？（1）调速范围宽并实现无级调速（2）恒功率范围宽（3）具有4象限驱动能力（4）具

33、有位置控制能力（5）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低（6）良好的抗振性和热稳定性6-8 根据图6-10，分析SIEMENS 650系列交流主轴驱动装置主回路和控制回路工作原理，并说明各元器件的作用。（一）6SC650 系列主轴驱动系统采用数字控制、闭环调节，并通过磁场定向、矢量变换控制系统，将电动机的三相定子电流解耦成励磁电流和转矩电流，进行独立的闭环控制，使之具有与直流电动机控制系统相媲美的准确、快速稳定的控制特性。驱动器通过选择功能组件还可以实现 C 轴的进给控制和独立的主轴定向准停控制。 驱动器可以直接连接三相 380V，50/60Hz 电源。整流主回路由 6 只晶闸管，组成三相全

34、控桥式整流电路，通过对晶闸管导通角的控制，可以工作在整流方式，向直流母线供电；制动时也可工作于逆变方式，实现能量回馈电网的再生制动。 驱动器正常工作时，控制电路将整流直流母线电压调节在 575V2范围，在再生制动逆变工作时，由控制电路完成对整流电路的极性变换，实现能量的回馈。 逆变主回路采用 6 只反并联带续流二极管的功率晶体管，通过控制电路对磁场矢量的运算与控制，可输出具有精确的频率、幅值和相位的三相正弦波脉宽调制(SPWM)电压，使主电动机获得所需的转矩电流和励磁电流。输出的三相 SPWM 电压的幅值范围为 0430V，频率控制范围为 0300Hz。在再生制动时，电动机能量通过该变流器的

35、6只续流二极管对直流母线的耦合电容充电，当电容上的电压超过 600V时，就通过控制调节器和整流主回路触发角，使整流回路工作在逆变状态上的电能逆变回馈到电网。6 只逆变晶体管有独立的驱动电路，通过对各只功率管的 Uce：和 Ube：进行监控，可以有效防止电动机超载并对电动机绕组短路进行保护。 驱动器的闭环转速和转矩控制由两只 16 位微处理器(80186)为核心控制组件完成，动机的实际转速检测通过装在电动机轴上的编码器进行。（二）6SC650 系列交流主轴驱动器对于不同的规格，其主要组件基本相同，但在结构上，根据其功率大小分为两种规格，即小功率的 6SC6502/3(输出电流 20/30A)系列

36、，其功率部件直接安装在功率模块 A1 上；大功率的 6SC6504 至 6SC6520 系列(输出电流 40-200A)，其功率部件安装在散热器上，散热器直接装配在机柜内壁。整个驱动器主要由以下模块构成。 (1)控制器模块 N1 它用于对驱动器的调节与控制，主要包括两只 CPU (80186)，以及必要的软件(5 片 EPROM)。在驱动器中，控制器模块的作用主要是形成整流主回路的触发脉冲控制信号，以及进行矢量变换计算，产生 PWM 调制信号。 (2)输入/输出(I/O)模块 U1 此模块通过U/F 转换器用于进行各种模拟信号的处理。 (3)电源模块G01 和电源控制模块 G02 G01和 G

37、02 用于产生控制电路所需的各种辅助电源电压，在 G02上还可以输出各种继电器信号(如超温、速度、监视等信号)，以便 NC或 PLC 进行控制。 (4) C 轴驱动模块选件 A73 通过此选择功能，可以控制交流主轴驱动系统在低速下(0.01375r/min)进行位置控制，此时主轴电动机必须装备 18000 脉冲/r 的正、余弦编码器。 (5)主轴定向准停模块 A74(选件) 使用本功能，可以使主轴驱动系统在不使用 NC 的位置控制功能的前提下，实现主轴的定向准停控制。主轴位置给定可由内部参数设定或通过接口从外部输入 16 位位置给定信号。 (6)主轴定向准停与定位模块 A75(选件) 它是集成

38、了 A73 与A74 功能的组件，同时具有以上 A73 与 A74的功能。 (7)整流模块A0 该模块安装在机架上，主要为主电路晶闸管及相应的阻容保护电路。 (8)功率晶体管模块 A1 该模块安装在机架上，主要为逆变晶体管及相应的阻容保护电路。第七章7-3 主轴常见的支承方式有哪些？从承载能力、运动速度、运动精度等方面分析这些支承方式的特点。(1) 前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60角接触双列向心推力球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承。此配置可提高主轴的综合刚度，可满足强力切削的要求，普遍用于各类数控机床主轴。(2) 前支承采用高精度双列向心推力球轴承(如图b)。向心推力轴承有良好的高速

39、性，主轴最高转速可达4000r/min，但它的承载能力小。适于高速，轻载，高精密的数控机床主轴。(3) 前后支承采用双列和单列圆锥滚子轴承。轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其是可承受较强的动载荷。安装，调整性能好，但这种支承方式限制了主轴转速和精度，所以用于中等精度，低速，重载的数控机床的主轴。7-5 图7-10所示为JCS-018A加工中心主轴部件，回答下面问题l 该主轴部件主要由哪些部分构成l 主轴的旋转运动是如何实现的，刀具的旋转运动是如何实现的？l 加工时主轴部件是如何定位和夹紧刀具的？l 换刀时主轴相应部件的动作流程是怎样的？l 拉杆（序号7）为什么做成空心的？机床执行换刀指令

40、后，机械手从主轴拔刀时，主轴需要松开刀具。这时液压缸上腔通过压力油，活塞推动拉杆向下移动，使蝶形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉（拉紧刀具用）被松开，机械手拔刀。之后，压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手将下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在蝶形弹簧和弹簧11的恢复力下，使拉杆、钢球和活塞退回到图示位置，即碟形弹簧通过拉杆和钢球拉紧刀柄尾部的拉钉，使刀具被夹紧。7-12 根据图7-41，分析数控车床方刀架结构及工作原理数控车床四工位刀架控制原理：当数控系统发出换刀信号时，首先继电器K1动作，换刀电动机正转驱动蜗轮蜗杆机构使上刀体上

41、升。当上刀体上升到一定的高度时，离合转盘起作用，带动上刀体旋转进行选刀。刀架上方的发信盘中对应的每个刀位都安装有一个传感器(如霍尔开关、感应开关等)，当上刀体旋转到某刀位时，该刀位的传感器向数控系统输出信号，数控系统将刀位信号与指令刀位信号进行比较，当两信号相同时，说明上刀体已旋转到所选刀位。此时数控系统控制继电器K1释放，继电器K2吸合，换刀电动机反转，活动销反靠在反靠盘上初定位。在活动销反靠的作用下，螺杆带动上刀体下降，直至齿牙盘咬合，完成精定位，并通过蜗轮和蜗杆锁紧螺母，使刀架紧固。此时，数控系统控制继电器K2释放，换刀电动机停转，从而完成换刀动作。 7-14 根据图7-45，分析MJ-

42、50数控车床液压系统实现的功能，以及这些功能是如何实现的，用到了哪些液压元件。整个系统由卡盘、回转刀盘与尾座套筒三个分系统组成，并以一变量液压泵为动力源。系统的压力调定为4MPa。 二、数控机床故障诊断与维护自测题及题解数控机床故障诊断与维护试题一题号一二三四五六总 分分数 一、填空题 (每格1分，共20分)1、数控机床按照工艺用途可以分为普通类数控机床、加工中心、 、 和其他等五类。2、故障自诊断技术是当今数控系统的一项十分重要的技术，数控系统的自诊断技术分为 、 和 。3、PLC对用户程序的执行过程可以分为3个阶段，即 、 和 。4、数控系统的硬件结构可以分为 和 。5、数控系统软件类故障

43、发生的原因可能有：误操作、 、 、软件死循环、操作不规范和 等等。6、在加工中心等机床上，由于自动换刀、精密镗孔加工等需要，往往需要主轴系统具有 控制功能，此时，在机床上需安装 或 等检测元件。7、如图一数控机床主轴的支承方式，前后支承采用 ，这种支承方式的优点是 ，但限制了主轴的 ，所以用于 的数控机床的主轴。图一 二、选择题（每小题1 分，共40分）1、加工中心Z轴的移动属于（ ）A、主运动 B、进给运动 C、辅助运动 2、热继电器在控制电路中起的作用是（ ）。A、短路保护； B、过载保护； C、失压保护； D、过电压保护 3、下列数控机床的功能中不需要安全互锁功能的是（ ）。A、限位 B

44、、换刀装置 C、冷却装置 D、主轴单元4、如图PMC顺序控制过程中，下列描述正确的是（ ）。A、接通A（按钮开关）后，B、C有电流通过，B、C接通。C接通后B断开B、接通A（按钮开关）后，B、C接通，经PMC程序的一个循环后B断开C、接通A（按钮开关）后C接通，但B不接通5、在FANUC系统PLC与外部信息交换中，PLC到CNC系统的信号为（ ）。A、X信号 B、Y信号 C、F信号 D、G信号6、在数控机床PLC程序的编制中，下列哪种传输至数控系统的信号要求编入高级顺序程序中（ ）。A、运转方式切换 B、手轮进给 C、超程 D、MST信号7、如图FANUC PMC旋转指令，描述正确的是（ ）。

45、A、旋转起始位置数位“1”B、X000.0接通时，计算分度为10的回转体从R100的当前位置到F018前一位置的位置数C、指定两位BCD码D、回转方向被输出到R000.08、数控系统所规定的最小设定单位就是（ ）。A、数控机床的运动精度； B、机床的加工精度；C、脉冲当量； D、数控机床的传动精度9、步进电动机多相通电可以( ) 。A、减小步距角 B、增大步距角 C、提高电动机转速 D、往往能提高输出转矩 10、闭环控制系统比开环控制系统及半闭环控制系统（ ）。A、稳定性好 B 精度高 C 故障率低 D 价格低11、PWM 是脉冲宽度调制的缩写，PWM 调速单元是指（ ）。A、晶闸管相控整流器

46、速度控制单元 B、直流伺服电机及其速度检测单元C、大功率晶体管斩波器速度控制单元 D、感应电动机变频调速系统12、FANUC 系统i系列伺服模块，端子接口JF1、JF2的功能是（ ）。A、键盘、CRT显示器的接口B、为DC24V电源、*ESP急停信号、XMIF报警信息输入接口C、伺服高速串行总线（HSSB）输入接口D、伺服电动机编码器信号接口13、通常CNC系统通过输入装置输入的零件加工程序存放在( )中。A、EPROM B、RAM C、ROM D、EEPROM14、下列CNC装置的功能中，不是基本功能的为（ ）。A、控制功能 B、辅助功能 C、固定循环功能 D、进给功能15、数控系统、主轴驱

47、动装置、进给伺服驱动器等装置都带有（ ）接口，可以实现离线诊断。A、键盘 B、RS232 C、以太网 D、软盘驱动器16、SIMODIVE 611U 数字伺服驱动单元由（ ）组成A、PP单元、电源模块、611U控制模块B、电源模块、功率模块、611U控制模块C、PP单元、功率模块、611U控制模块17、HNC-21数控系统中设置了三种级别的权限，其中（ ）为中间级权限，能修改机床调试时须设置的参数。A、数控厂家 B、机床厂家 C、用户厂家18、数控车床能进行螺纹加工，其主轴上一定安装了（ ）。A、测速发电机 B、脉冲编码器 C、温度控制器 D、光电管19、FANUC系统采用存储卡（CF卡）进行

48、数据传输时，通道数必须设为（ ）。A、1 B、4 C、5 D、920、如图交流伺服驱动系统属于下列哪种结构形式（ ）。A、转速反馈信号与位置反馈信号处理分离B、位置处理和速度处理均在数控系统中完成 C、检测元件提供双重反馈信号D、数字式伺服系统21、如图闭环控制系统中，柔性齿轮比应设定为（ ）。A、1/2 B、1/4 C、1/8 D、1/1622、手动运行数控机床，机床无动作，不可能由（ ）引起。A、机床被锁住或锁住按钮损坏 B、脉冲发生器故障 C、手动按钮接触不良或故障 D、使能信号没有接通 23、（ ）可对线路中的瞬变、尖蜂等噪声进行保护。A、压敏电阻保护（浪涌吸收器） B、阻容保护 C、

49、续流二极管保护24、参考点返回位置是随机变化的故障，产生的原因可能是（ ）。A、位置编码器不良 B、参数设置不当C、闭环控制回路故障 D、数控系统软件出错25、关于计算机和数控机床的RS-232C串行通信，下列描述错误的是（ ）。A、双方通信口、数据起始位、数据位、数据停止位、奇偶校验位、波特率等必须一致B、不同的数控系统数据线可以通用C、通信线不能热拔插D、串口通信距离有限，且易受干扰26、加工中心的刀具由( )管理。 A、DOV B、主轴 C、可编程控制器 D、机械手27、数控车床试运行时，G00指令运行正常，但执行到G01指令时，进给便停止，光标停在G01程序段，显示器无报警，可能原因是

50、( )。A、系统处于G99状态，而主轴没开 B、进给倍率被转到了0C、 A对B都不对 D、A和B都有可能28、数控系统的报警大体可以分为操作报警、程序错误报警、驱动报警及系统错误报警，某个程序在运行过程中出现“圆弧端点错误”，这属于（ ）。A、程序错误报警； B、操作报警；C、驱动报警； D、系统错误报警29、数控机床的主机（机械部件）包括：床身、主轴箱、刀架、尾座和（ ）。A、进给机构 B、液压系统 C、冷却系统30、下列哪项故障不可能由编码器故障引起的（ ）。A、螺纹加工出现“乱扣”的故障 B、主轴定向停不能完成故障C、加工中心换刀过程的掉刀故障 D、主轴异常转速与指令值不符31、进给驱动

51、装置产生窜动现象是，可能的原因是（ ）。A、速度信号不稳或受到干扰 B、进给传动链的润滑状态不良C、伺服系统增益过低 D、外加负载过大32、数控机床进给系统减少摩擦阻力和动静摩擦之差，是为了提高数控机床进给系统的（ ）。A、传动精度 B、运动精度和刚度 C、快速响应性能和运动精度 D、传动精度和刚度33、刀具交换时，掉刀的原因主要是由于()引起的。 A、速度控制单元故障 B、电动机的永久磁体脱落 C、刀具质量过小(一般小于5kg) D、刀具质量过大(一般大于10kg)34、检查各种防护装置是否齐全有效是数控车床()需要检查保养的内容。 A、每年 B、每月 C、每周 D、每天35、数控车床液压系

52、统中大部分液压泵可作为()使用。 A、液压马达 B、溢流阀 C、换向阀 D、调压阀36、数控自定心中心架的动力为()传动。 A、液压 B、机械 C、手动 D、电气37、数控车床液压系统中的液压泵是液压系统的()。 A、执行元件 B、控制元件 C、操纵元件 D、动力源38、( )项是造成机床气压过低的主要原因之一。 A、气泵不工作 B、气压设定不当 C、空气干燥器不工作 D、气压表损坏39、数控机床机床锁定开关的作用是()。 A、程序保护 B、试运行程序 C、关机 D、屏幕坐标值不变化40、电源的电压在正常情况下，应为()V。 A、170 B、100 C、220至380 D、850 三、简答题（每小题5 分，共20分）1、根据已知输入触点I0.0的时序图，结合梯形图程序试画出Q0.0和Q0.1的时序图。2、数控机床中的抗干扰的措施有哪些？3、数控系统需要设定哪几方面的系统参数?4、数控机床对进给伺服的性能有何要