《数控机床故障诊断与维修》课件-1.数控系统认知与基础

1.典型数控系统

简介什么是数控系统？典型数控系统典型数控系统数控系统

典型数控系统典型数控系统国外数控系统典型数控系统国内数控系统规格系列上是当今世界上最完整的数控系统典型数控系统FANUCFANUC

数控系统高可靠性1.FSpowermate0系列FANUC

数控系统典型数控系统FANUC普及型1.FSpowermate0系列2.FS0-D系列FANUC

数控系统30-TD1数控车床240-MD数控铣床0-GSD平面磨床0-PD数控冲床典型数控系统FANUC全功能型3.FS0-C系列1.FSpowermate0系列2.FS0-D系列FANUC

数控系统0-GGC3内外圆磨床0-TC1通用车床自动车床0-MC2铣床、钻床、加工中心0-GSC4平面磨床0-TTC5双刀架4轴车床典型数控系统FANUC高性价比3.FS0-C系列1.FSpowermate0系列2.FS0-D系列4.FS0i系列FANUC

数控系统FANUCSeries0i–MD加工中心用CNC最多控制8轴FANUCSeries0iMate–MD加工中心用CNC最多控制5轴FANUCSeries0i–TD车床用CNC1路径最多控制8轴2路径最多控制11轴FANUCSeries0iMate–TD车床用CNC最多控制5轴典型数控系统FANUC3.FS0-C系列1.FSpowermate0系列2.FS0-D系列4.FS0i系列5.FS16i/18i/21i系列FANUC

数控系统网络功能超小型超薄型典型数控系统FANUC西门子洗衣机西门子电冰箱典型数控系统SIEMENS西门子典型数控系统SIEMENS西门子西门子数控系统03SINUMERIK84002SINUMERIK81001SINUMERIK802西门子802系统西门子840系统典型数控系统SIEMENS西门子用“中国大脑”装备“中国制造”典型数控系统华中数控典型数控系统华中数控华中数控相关产品

典型数控系统华中数控华中数控“世纪星”典型数控系统广州数控典型数控系统广州数控铣削数控系统加工中心数控系统车削数控系统木工机械数控系统自动化产线控制系统磨削数控系统典型数控系统广州数控GSK系列产品典型数控系统典型数控系统2.数控机床组成及工作原理数控机床组成一目录CONTENTS数控机床工作原理二一PARTONE数控机床组成数控机床组成数控机床组成（1）输入/输出设备输入设备CF卡键盘U盘显示器输出设备数控机床组成（2）数控装置大脑显示器键盘数控机床组成（2）数控装置大脑显示器键盘数控机床组成（3）可编程控制器开关量动作信息接收机床操作面板的指令。控制代码M代码(辅助功能)S代码(主轴转速)T代码(选刀、换刀)数控机床组成（4）伺服驱动单元伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元按其反馈装置和反馈信号不同分开环系统半闭环系统闭环系统伺服电动机驱动装置数控机床组成（5）检测反馈直线光栅光电编码器数控机床组成（6）机床本体床身主轴进给机构机械部件辅助装置冷却部件润滑部件转位部件（换刀、夹紧）二PARTTWO数控机床工作原理数控机床的工作原理数控装置译码运算数字代码伺服放大器1.编制程序2.输入到数控装置3.处理、计算4.输发出指令5.驱动有序动作与操作6.实现刀具与工件的相对运动3.数控机床坐标系目录CONTENTS机械坐标系指令四机床坐标系的判断方法三机床坐标系的确定方法二机床坐标系的概念一01PARTONE机床坐标系的概念机床坐标系机械坐标系

把机床原点设定为坐标系原点的坐标系称为机械坐标系。刀具在机械坐标系中的位置称为机械坐标。工件坐标系

为加工一个工件所使用的坐标系称为工件坐标系。刀具在工件坐标系中的位置称为绝对坐标。机床坐标系相对坐标系

以CNC中已设定的坐标值为基准，建立一个新的坐标系，称为相对坐标系，刀具在相对坐标系中的位置称为相对坐标。机床坐标系机床坐标系的组成Prm_1240绝对坐标=工件坐标，通过对机械原点的偏移进行设定，为加工的基准。相对坐标=相对于前一点的移动量（无实际位置概念）。机械坐标=通过参考点来建立机械坐标原点，反映机床的实际位置。02PARTTWO机床坐标系的确定方法国际上通用的标准规则：永远是假定刀具相对与静止的工件而运动，对于工件运动而不是刀具运动的机床，编程人员在编程过程中也要按照刀具相对于工件运动来进行编程。工件刀具远离工件的时候是正方向+靠近工件的时候为负方向-机床坐标系的确定方法机床坐标系的确定方法基本坐标轴X、Y、Z的关系，及其正方向，用右手直角定则判定围绕X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向+A、+B、+C右手螺旋定则来判定首先确定Z轴，其次确定X轴，最后确定Y轴机床坐标系的确定方法在数控加工中，不管哪种机床，凡是与主轴轴线平行的坐标轴即为Z轴，X坐标轴一般为水平方向，它垂直于Z轴且平行于工件的装夹面。机床坐标系的确定方法03PARTTHREE机床坐标系指令机械坐标系指令指令格式：G53X_Y_Z_；IP_——绝对指令的坐标值。例：G53

x-160

Y-150Z-100；功能：刀具快速移动到机械位置X-160，Y-150，Z-100。机械坐标系指令注意在指定机械坐标系中的位置时，刀具快速移动到该位置。G53是非模态G代码，只在指定了G53的程序段才有效。G53指令必须是绝对坐标指令。机械坐标系指令指定G53指令时，取消刀具补偿功能。指定G53指令之前，必须先设定机械坐标系。带有绝对编码器的机床，

不必进行回参考点操作。限制工作坐标系指令自动设定的方法使用工件坐标系选择G代码的方法工件坐标系在参数No.8136#0=0时可以使用使用工件坐标系设定G代码的方法工作坐标系指令指令格式：数铣G92X_Y_Z_;

数车G50X_Y_Z_；例：G92x-160Y-150Z-100；功能：只改变系统当前显示的坐标值，不移动坐标轴，达到设定坐标原点的目的。工作坐标系指令自动设定的方法工件坐标系在参数No.8136#0=0时可以使用使用工件坐标系设定G代码的方法使用工件坐标系选择G代码的方法工作坐标系指令注意：使用工件坐标系功能时(参数No.8136#0=0)则无效。参数No.1201#0为1时，在执行手动返回参考点时，自动确定工件坐标系。工作坐标系指令自动设定的方法工件坐标系在参数No.8136#0=0时可以使用使用工件坐标系设定G代码的方法使用工件坐标系选择G代码的方法工作坐标系指令应用最广泛通过程序指令G54~G59来选择使用哪个工件坐标系。G54：选择工件坐标系1；G55：选择工件坐标系2；G56：选择工件坐标系3；G57：选择工件坐标系4；G58：选择工件坐标系5；G59：选择工件坐标系6；MDI单元设定6个工件坐标系4.CNC显示画面目录CONTENTS系统控制面板一<OFS/SET>画面四<SYSTEM>画面五<PROG>画面三<POS>画面二<MESSAGE>画面六01PARTONE系统控制面板显示器功能软键地址、数字和符号键功能键功能软键翻页键光标移动键帮助键复位键02PARTTWO<POS画面>可显示系统各坐标系：包括绝对坐标、相对坐标、机械坐标、自动方式下可显示剩余移动量。绝对坐标显示可在该画面显示出工件坐标系中的刀具当前位置，当前位置随刀具移动时刻变化，数值变化的单位是输入单位。工件坐标相对坐标显示在相对坐标系内刀具位置是基于操作者设定的坐标值显示的。当前位置随刀具移动而时刻变化。需要时，可将相对坐标所有轴的当前位置复位为0。键入轴名称，轴名称闪烁，按下软键“执行”，此时相对坐标的指定轴的当前位置即被复位为0。综合显示出相对坐标、机械坐标及程序加工剩余移动量。....<POS画面>1、将NO.3111#5=1，使设备进行操作监视显示。2、再单击扩展键—监视键，进入监视界面。3、伺服轴负载显示主轴负载显示主轴速度表通常显示主轴电机的转速。<POS画面>当NO.3111#6=1时，显示主轴速度，为显示正确的主轴速度，各档位参数必须准确设置。<POS画面>03PARTTHREE<PROG>画面编辑方式下按PROG，所有和程序相关的操作都在此画面下实现，包括程序查找、编辑、修改、删除、新建等。主程序号前台编辑键盘缓冲区运行状态<PROG>画面编辑步骤如下：1、进入编辑方式。2、按下键。3、按下地址键，输入程序号。4、按下键，创建新的程序。5、或键入希望搜索的程序号，按下软键【O检索】，检索存储器中的程序。04PARTFOUR<OFS/SET>画面单击一次OFF/SET键进入刀具偏置画面，系统的各种刀具补偿都在此画面中。<OFS/SET>画面刀具偏置画面下，单击操作软键，进入偏置设置画面。累加输入相对坐标输入<OFS/SET>画面再次按下OFF/SET键进入参数设定画面，用于参数的设置、修改等操作。<OFS/SET>画面按下扩展软键，还可以对宏变量、模式、语言等进行设置。....<OFS/SET>画面05PARTFIVE<SYSTEM>画面系统参数画面是机床设计和维修用画面，对相应参数进行设定。<SYSTEM>画面当出现报警时，可以通过诊断画面进行故障的诊断。<SYSTEM>画面....<SYSTEM>画面06PARTSIX<MESSAGE>画面

MESSAGE表示系统信息，当系统出现报警时，报警信号和具体信息会出现在此画面显示，履历记录报警历史。如果维修中不希望因报警的原因，而跳转到报警画面时，设定No3111#7=1。<MESSAGE>画面按下[HELP]键可对报警信息、操作方法及相关参数的设定进行查询。报警操作参数表<MESSAGE>画面07PARTSEVEN<CUSTOMGRAPH>画面图形画面或用户宏画面显示<CUSTOMGRAPH>画面5.报警的分类机电液气自诊断目录CONTENTS数控机床故障类型一显示状态的分类二软件报警信号分类三01PARTONE数控机床故障类型随机故障是指在相同条件下仅偶尔发生一次或两次的故障。10%系统型故障是指只要满足一定的条件，机床或者数控系统就必然出现的故障。90%系统型故障02PARTTWO显示状态的分类硬件报警显示的故障硬件报警显示通常是指系统各单元装置上的由LED发光灯或小型指示灯组成的显示指示。软件报警显示的故障软件报警显示通常是指液晶显示器上显示出来的报警号和报警信息。03PARTTHREE软件报警信号分类系统内部报警主要是FANUC系统根据所控制的对象，如伺服放大器，串行主轴放大器，本体等的运行状态来产生相应的报警文本，这类报警是系统本身所固有的，不能修改。....系统内部报警主要是FANUC系统根据所控制的对象，如伺服放大器，串行主轴放大器，本体等的运行状态来产生相应的报警文本，这类报警是系统本身所固有的，不能修改。....与程序操作相关的报警（PS报警）这类报警一般与设备故障关系不大，报警的产生是由于编程人员在编写加工程序的过程中，没有按规定的格式编写，或程序中有错误的信息。在处理这类报警时，可根据提示信息仔细检查产生报警的程序段，对程序进行修改后，故障将被消除。伺服驱动类报警（SV报警）当发生伺服驱动类报警时，机床将不能正常运行，该类报警产生的原因一般分为软件故障和硬件故障。故障的诊断与排除包括初始化复位、备件替换、M同类对调、参数封锁、短接等多种方法。PMC用户类报警（PC报警）该类报警由机床生产厂家编制，没有固定的含义。在维修该类报警时，要根据机床PMC程序进行分析，从而判断故障部位。与主轴相关的报警（SP报警）包括刚性攻丝、主轴超差、编码器溢出、通讯错误等故障，当串行主轴中发生报警时，CNC上就会显示出报警，当主轴放大器（SP）的红色LED点亮时，以两位数的号码显示出报警；当黄色LED点亮时，显示出表示顺序上的问题故障号，其表示的意思是不同的，请参阅错误代码列表。过热报警（OH报警）CNC风扇过热报警等系统外部报警主要是机床制造厂针对外围的运行状态，通过I/O单元来产生相应的报警文本，这些报警信号是机床厂或用户自定义的，可以修改。....系统外部报警....系统外部故障主要指由于误操作检测开关、液压元件、气动元件、电气执行元件、机械装置等出现问题引起的。外部报警可以通过报警信息查找故障原因，维修人员可以通过报警信息和PMC梯图来发现故障点。6.系统信息与诊断报警信息页面一目录CONTENTS诊断页面二故障诊断三01PARTONE报警信息页面报警信息页面当机床出现系统内部报警和机床电气报警(EX1000~1999)时，数控系统的页面将跳转到报警页面。数控系统的状态显示栏上出现一直闪烁的ALM图标，此时机床处于报警状态，无法运行。报警信息页面当机床出现机床电气报警(No.2000~2999)时，数控系统的页面将跳转到操作信息页面，此时机床可以正常运行。报警信息页面按下数控系统MDI上的功能键“MESSAGE”后，系统页面中除了有报警和信息页面外，还有报警履历页面。报警履历页面显示系统内部报警和机床电气报警，有50个最新发生的报警内容被存储起来，并将报警发生时间、报警类别、报警号、报警信息等显示在页面中。02PARTTWO诊断页面诊断页面机床设备维护人员可以通过诊断页面来查看数控系统的状态和特性数据，也可以通过诊断页面的显示内容来分析故障原因，其中诊断号内容只能查看，无法修改。诊断页面显示的内容可以在相应的维修说明书中查看诊断页面....诊断页面数控系统将实时检测出的故障报警，通过页面给出系统所分析出的原因，并通过与操作者的对话，最终聚焦到具体排除方法上。这部分的操作在系统页面上称之为“引导”。MESSAGE“+”“引导”“操作”显示出当前报警信息以及故障原因。将参数1023的值设为0时诊断页面在报警界面单击“+”，进入引导画面，详细列出故障诊断指南，诊断页面诊断页面SYSTEM诊断搜索诊断号351003PARTTHREE故障诊断故障检测（确定是否故障）故障判断（确定故障性质）故障定位（确定故障部位）故障诊断1.诊断步骤故障诊断故障诊断2.故障诊断要求故障检测方法简便有效使用的诊断仪器少而实用故障诊断的所需的时间尽可能短故障诊断3.故障诊断的方法直观法望—液晶屏报警信息、报警指示灯、熔丝断否、元器件烟熏烧焦、电容器膨胀变形、开裂、保护器脱扣、触点火花等；闻—电气元件焦糊味及其它异味；问—机床的故障现象、加工状况等；听—异常声响（铁芯、欠压、振动）等；摸—发热、振动、接触不良等故障诊断3.故障诊断的方法CNC系统的自诊断功能开机自诊断—系统内部自诊断程序通电后动执行对CPU、存储器、总线和I/O等模块及功能板、CRT、软盘等外围设备进行功能测试，确定主要硬件能正常工作。运行中的故障信息提示—发生故障在CRT上报警信息，查阅维修手册确定故障原因及排除方法。（不唯一，信息丰富则准确）故障诊断3.故障诊断的方法报警指示灯显示故障除CRT软报警外，还有许多“硬件”报警指示灯，分布在电源、主轴驱动、伺服驱动I/O装置上，由此可判断故障的原因。故障诊断3.故障诊断的方法备板置换法（替代法）

用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板。故障诊断3.故障诊断的方法交换法将功能相同的模板或单元相互交换，观察故障的转移情况，就能快速判断故障的部位。X驱动X电机系统Y驱动Y电机故障诊断3.故障诊断的方法敲击法数控系统是由各种电路板组成，电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，若出现，则敲击处很可能就是故障部位。故障诊断3.故障诊断的方法升温法设备运行较长时间或环境温度较高时，机床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或组件，确定故障点。故障诊断3.故障诊断的方法功能程序测试法当数控机床加工造成废品而无法确定是编程、操作不当还是数控系统故障时，或是闲置时间较长的数控机床重新投入使用时。将G、M、S、T、F功能的全部指令编写一个试验程序并运行在这台机床，可快速判断哪个功能不良或丧失。故障诊断3.故障诊断的方法隔离法

将某些控制回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。例：某加工中心，在JOG方式下，进给平稳，但自动则不正常。首先要确定是CNC故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障依旧，说明CNC系统没有问题。进一步检查是Y轴夹紧装置出故障。故障诊断3.故障诊断的方法测量比较法为了检测方便，在模板或单元上设有检测端子，用万用表、示波器等仪器对这些端子的电平或波形进行测试，将测试值与正常值进行比较，可以分析和判断故障的原因和故障的部位。各种故障诊断方法各有特点，要根据故障现象的特点灵活的组合应用。7.FANUC0i-D数控系统主板结构与接口定义主板结构与接口实物图数控系统主板结构风扇COP10A电池JA41:串行主轴/编码器JD51A:I/OLINKJA40:模拟主轴JD36A:RS232JD36A:RS232JA2:MDICP1:电源CD36A:以太网接口CA122:软键接口主板结构与接口背面图数控系统主板结构1.电源接口CP1接口位置图数控系统主板接口风扇电池CP1电源2.以太网接口数控系统主板接口CD36A接口位置图风扇电池CP1电源CD36A以太网接口3.软键接口数控系统主板接口CA122接口位置图风扇电池CP1电源CD36A以太网接口CA122软键接口4.MDI接口数控系统主板接口MDI接口位置图风扇电池CP1电源CD36A以太网接口CA122软键接口JA2MDI5.JD36A/B接口数控系统主板接口JD36接口位置图风扇电池CP1电源CD36A以太网接口CA122软键接口JA2MDIJD36A:RS232JD36A/BRS2327.JA40接口数控系统主板接口JA40接口位置图风扇电池CP1电源CD36A以太网接口CA122软键接口JA2MDIJD36A:RS232JD36A/BRS232JA40模拟主轴7.JA40模拟主轴接口CNC、变频器、主轴电动机连接图数控系统主板接口

CNC、伺服放大器、伺服电动机之间的连接图7.JA40模拟主轴接口数控系统主板接口8.JD51A接口数控系统主板接口JD51A接口位置图风扇电池CP1电源CD36A以太网接口CA122软键接口JA2MDIJD36A:RS232JD36A/BRS232JA40模拟主轴JD51AI/OlinkCNC、I/O模块、机床控制信号之间的连接关系图数控系统主板接口8.JD51A接口9.JA41接口数控系统主板接口JA41接口位置图风扇电池CP1电源CD36A以太网接口CA122软键接口JA2MDIJD36A:RS232JD36A/BRS232JA40模拟主轴JD51AI/OlinkJA41串行主轴1.该接口所连接的放大器一定是串行主轴放大器。关于串行主轴接口JA41，有以下几点需要说明：2.当系统使用模拟主轴时，应使CNC模拟主轴接口与放大器连接，JA41接口此时用于连接模拟主轴位置编码器。3.当数控系统控制多个串行主轴时，连接方式如图所示。数控系统主板接口9.JA41接口8.FANUC常用I/O模块FANUC系统常用I/O模块类型一目录CONTENTSI/O模块的硬件连接与物理位置设定二I/O单元DI/DO连接器引脚地址配置三01PARTONEFANUC系统常用I/O模块类型0i用I/O单元带手轮接口96/64FANUC标准机床操作面板带手轮接口96/64分线盘I/O模块带手轮接口96/64操作盘I/O模块带手轮接口48/32FANUCI/OUNIT无手轮接口256/256I/OLINK轴无手轮接口128/128常用I/O模块的类型FANUC常用I/O模块I/O模块类型02PARTTWOI/O模块的硬件连接与物理位置设定CNCJD1ADC24VJD1BJD1BJD1AJD51AJD1B第1组第2组

0基座1基座1槽2槽第0组JD1AI/O模块的硬件连接FANUC常用1/0模块I/O模块物理的位置设定1.组2.基座3.槽03PARTTHREEI/O