《数控机床维修与调试》-第八章

第八章SIEMENS数控机床维修与调试实践8.1SIEMENS数控系统的基本连接实践8.2SIEMENS数控系统参数设置实践8.3SIEMENS数控机床伺服驱动系统维修与调试实践8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断8.1SIEMENS数控系统的基本连接实践下面以SIEMENS802D数控铣床的基本连接实验为例进行介绍。8.1.1实验目的①掌握802D的基本构成及相关的线路连接。②掌握802D数控机床的电气控制连接。8.1.2实验设备实验设备为数控机床综合实验系统。8.1.3实验必备知识1.802D基本组件及功能介绍①系统控制及显示单元(PCU):系统单元与显示单元合为一体，既紧凑又方便返回下一页8.1SIEMENS数控系统的基本连接实践连接。此单元为核心单元有一块486工控机作主控CPU，其负责数控运算、界面管理,PLC逻辑运算等。其显示单元为10.4in真彩液晶显示屏(OP),与键盘输入单元组成人机界面，如图8-1所示。该单元与系统其他单元间的通讯采用PROFIBUS现场总线，另有2个RS-232接口与外界进行通讯。②PLC输入/输出单元(PP):最大144点输入，96点输出。由PROFIBUS完成与PCU的通讯。③PROFIBUS总线单元:由PROFIBUS子模块、各单元上相应的PROFIBUS接口以及PROFIBUS总线电缆组成。PROFIBUS总线连接时要求各接点进出方向正确，两根线不交叉且连接可靠，屏蔽接牢。各接点插头上的设置开关严格遵循终端为ON，中间各接点为OFF的原则，如图8-2所示。返回下一页上一页8.1SIEMENS数控系统的基本连接实践.SIMODIVE611U数字伺服驭动单元由电源模块、功率模块、611U控制模块组成。其中电源模块负责将380V交流电转换成600V直流母线电压，如图8-3所示。⑤伺服电机:通常有1FK6/1FK7/1FT6/1PH等电机组成，如图8-4所示。2.802D各单元间的连接SINUMERIK802D数控系统是基于PROFIBUS总线的数控系统。信号都是通过PROFIBUS传送的，如图8-5所示。3.电气控制连接①机床交流电源动力回路;②机床直流电源动力回路;③机床控制回路。返回下一页上一页8.1SIEMENS数控系统的基本连接实践8.1.4实验内容①802D的各部件的正确连接。②802D数控系统的电气控制原理。8.1.5实验步骤1.系统连接步骤说明①系统核心部分PCU通过连接插座X9,PROFIBUS电缆6XV1830-OEH10,与PP72/48,SIMODRIVE等设备连接。②PP72/48与机床操作面板MCP之间有专用扁平电缆将X111与X1201以及X222与X1202相连。③PCU通过X8与电源相连接。.PCU通过X14/X15/X16连接手轮。5)PCU通过X10与键盘连接。返回下一页上一页8.1SIEMENS数控系统的基本连接实践⑥PP72/48通过X1与电源连接。⑦PP72/48通过X333与机床信号。⑧电机通过电缆6FX*002-5****-1**0与功率模块相连接。⑨电机通过电缆6FX*002-2CA31-1**0与伺服模块611UE相连接。10)611U电源模块通过直流母线给功率模块供电。返回下一页上一页8.1SIEMENS数控系统的基本连接实践2.实验台上的线路连接3.通电前的线路检查通电前，首先测量各电源电压是否正常。①用万用表ACV档测量AC380V是否正常:断开各变压器次级，用万用表ACV档测量各次级电压是否正常，如正常将电路恢复。②用万用表DCV档测量开关电源输出电压是否正常(DC24V:断开DC24V输出端，给开关电源供电，用万用表DCV档测量其电压，如正常即可进行下一步。③断开电源，用万用表电阻挡测量各电源输出端对地是否短路。④按图纸要求将电路恢复。返回上一页8.2SIEMENS数控系统参数设置实践下面以SIEMENS802D数控机床的基本数据设置实验为例进行介绍。8.2.1实验目的①掌握SINUMERIK802D系统的初始化。②掌握SINUMERIK802D系统的基本车床数据设定。③掌握SINUMERIK802D系统的基本铣床数据设定。8.2.2实验设备实验设备为数控机床综合实验系统。8.2.3实验必备知识1.系统存储器返回下一页8.2SIEMENS数控系统参数设置实践在SINUMERIK802D系统内，有静态存储器SRAM与高速闪存FLASHROM两种存储器，如图8-6所示。静态存储器区存放工作数据(可修改)，高速闪存区存放固定数据，通常作为数据备份区、出厂数据区、PLC程序和文本区等，并存放系统程序。①工作数据区内的数据内容有机床数据、刀具数据、零点偏移、设定数据、螺距补偿,R参数、零件程序、固定循环。②备份数据区内的数据内容是系统在数据存储操作后工作数据区的全部内容复制到备份数据区。③出厂数据区内容是系统在出厂时的标准数据(机床数据的缺省值)。.PLC程序和文本保存的是系统的内置S7-200PLC程序及PLC的用户报警文本。2.SINUMERIK802D系统的启动方式返回下一页上一页8.2SIEMENS数控系统参数设置实践SINUMERIK802D系统的启动方式有方式。、方式1、方式3三种。①方式0，正常上电启动。即以静态存储器区的数据启动。正常上电启动时，系统检测静态存储器，当发现静态存储器掉电，如果做过内部数据备份，系统自动将备份数据装入工作数据区后启动;如果没有系统会将出厂数据区的数据写入工作数据区后启动。②方式1，缺省值上电启动。以SIEMENS出厂数据启动，制造商机床数据被覆盖。启动时出厂数据写入静态存储器的工作数据区后启动，启动完后显示04060已经装载标准机床数据报警，复位后可清除报警。返回下一页上一页8.2SIEMENS数控系统参数设置实践③方式3，按存储数据上电启动。以高速闪存FLASHROM内的备份数据启动。启动时，备份数据写入静态存储器的工作数据区后启动，启动完后显示04062已经装载备份数据报警，复位后可清除报警。3.802D系统的初始化802D系统在设定参数之前，一般需对系统进行初始化操作，这样可使系统的工作数据区初始化，即机床数据恢复出厂值(缺省值)、其他刀具数据、零点偏移、设定数据、螺距补偿,R参数、零件程序、固定循环等清空。系统的初始化操作即系统方式1(缺省值启动)上电启动，启动完成之后系统也初始化完成。返回下一页上一页8.2SIEMENS数控系统参数设置实践4.802D系统的数据存储保护级802D系统的数据存储有一套完整的保护，共分八级。硬件四级、软件密码四级。级0最高7最低，高级向下兼容，即高级的可操作低级的操作，如表8-1所示。802D系统的0-3级密码设定激活后，可修改密码口令字。在激活后保护级一直保持，即使系统重新启动密码也不会复位，直到“删除密码”操作后复位。5.802D系统的基本车床/铣床数据设定车床有2个轴，铣床有3个轴，要进行802D系统基本车床/铣床数据的设定，就是要让系统知道它控制的是车床还是铣床。通常系统初始化后，就变成车床配置了，因此车床数据的设定可以通过系统初返回下一页上一页8.2SIEMENS数控系统参数设置实践始化来完成。而铣床的配置，就需要向系统传输一个叫TechMill.ini的初始化文件给系统，实际上就是通过修改系统的一些基本参数来实现。8.2.4实验内容①西门子802D系统调试工具光盘TOOLBOX安装使用。②西门子802D系统初始化操作。③西门子802D系统的基本车床初始数据设定。④西门子802D系统的基本铣床初始数据设定。8.2.5实验步骤1.TOOLBOX光盘安装返回下一页上一页8.2SIEMENS数控系统参数设置实践TOOLBOX光盘是调试数控系统所用调试工具软件及相关数据包，其中包含WINPCIN串行通讯软件,Toolbox802D调试数据包、ProgrammingToolPLC802内嵌型57-200PLC编程调试工具软件、PLC802DLibrary标准PLC程序、SimoComU伺服驭动611U调试诊断工具软件、AdobeAcrobatReade:资料文件阅读软件。TOOLBOX光盘插入后可自动运行安装程序，如不能自动运行，可进入光盘文件执行STEUP程序。安装程序运行后进入软件安装选择画面，根据需要在选择安装相关软件前方枢内打钩，如图8-7所示。点击Next按钮后进入软件自动安装过程，在每个软件安装过程中选择不重新启动计算机，等软件全部安装完毕后再重启计算机。返回下一页上一页8.2SIEMENS数控系统参数设置实践2.西门子802D系统初始化操作初始化操作即是系统方式1缺省值启动，启动完成后初始化完成。可有两种方法实现，一种通过系统启动时按住SELECT键进入启动方式界面，一种通过调试画面。3.西门子802D系统的基本车床初始数据设定可以通过选择按缺省值上电启动来实现基本车床初始数据的设定。4.西门子802D系统的基本铣床初始数据设定参照802D系统的数据保护当中的系统与计算机基本通讯操作，将铣床初始化文件setupM传输给系统，注意必须敲入口令EVENING，传输完成后，系统重新上电，启动完成后将出现铣床画面，配置成功。返回下一页上一页8.2SIEMENS数控系统参数设置实践SetupM文件的查找方法:打开802D系统工具盘，双击setup.exe进行安装，出现如图8-7所示的画面，选择Toolbox802D进行安装时，点击NEXT按钮，安装到C;\ProgramFiles\Siemens\Toolbox802D下，记住日录，继续安装完成后;打开资源管理器，找到C;\ProgramFiles\Siemens\Toolbox802D日录，可以看见安装好的文件夹，点击V020401，再点击Config\SIEMENS文件夹，就可以找到setupM文件了。返回上一页8.3SIEMENS数控机床伺服驱动系统维修与调试实践下面以SIEMENS数控机床611U伺服驭动的配置及优化实验为例进行介绍。8.3.1实验目的I.让学生熟悉伺服驭动器调试软件2.让学生掌握伺服系统的调试及优化的方法和步骤8.3.2实验设备1.数控机床综合实验系统2.计算机及RS-232C通讯电缆返回下一页8.3SIEMENS数控机床伺服驱动系统维修与调试实践8.3.3实验必备知识SimoComU伺服调试工具，是西门子公司开发的用于调试Simodrive611U的一个软件工具。它具有直观、快捷、易掌握的特点。图8-8所示为SimoComU的主工作界面。利用SimoComU的主工作界面如图8-8所示，可以实现以下功能:①设定驭动器的基本参数;②设定与电机和功率模块匹配的基本参数;③实现对驭动器参数的优化(根据伺服电机实际拖动的机械部件，对611UE速度控制器的参数进行自动优化);④可以监控驭动器的运行状态(电机实际电流和实际扭矩)。返回下一页上一页8.3SIEMENS数控机床伺服驱动系统维修与调试实践8.3.4实验内容1.马伙动器的调试2.马伙动器的优化8.3.5实验步骤1.驱动器的调试①在断电的情况下(注意台式电脑要拔下电源插头)，用RS232电缆连接PC的COM口与611U上的X471端口。②马伙动器上电，在611UE的液晶窗口显示:A1106表示驭动器没有数据;R/F红灯亮;总线接口模块上的红灯亮③从Windows的“开始”中找到驭动器调试工具SimoComU，并启动。返回下一页上一页8.3SIEMENS数控机床伺服驱动系统维修与调试实践④选择连机方式，如图8-9所示。⑤进入连接画面后，自动进入参数设定画面，如图8-10所示。在软件的提示下进行参数的设定，步骤如下:①定义驭动器的名称，通常可以用轴的名称来定义，如该驭动器用于X轴我们可以添入XK7124X，如图8-11所示。②输入PROFIBUS总线地址，如表8-2所示。③设定电机型号，如图8-12所示。④选择编码器，选择标准编码器(2048Psin/cos信号，1Vpp)，如为其他编码器请选择EnterData并如实输入编码器数据，如图8-13所示。⑤选择操作模式，如图8-14所示。⑥直接测量系统的设定，如图8-15所示。返回下一页上一页8.3SIEMENS数控机床伺服驱动系统维修与调试实践⑦直接测量系统参数，如图8-16所示。⑧存储参数，如图8-17所示。⑨配置完成，如图8-18所示。611UE的R/F红灯灭，液晶窗口显示A0831表示总线数据通讯;总线接口模块上的红灯亮;若PLC控制电源模块的端子48,63,64分别与端子9接通，电源模块的黄灯亮，表示电源模块已使能。注意:坐标轴配置得不正确可导致驭动及电机出现故障，如数据未存储也会在伺服单元掉电后，在伺服驭动器上出现1106号报警，即数据未被配置报警。返回下一页上一页8.3SIEMENS数控机床伺服驱动系统维修与调试实践2.驱动器参数优化(1)在断电的情况下(注意:台式电脑要拔下电源插头)，用RS-232电缆连接PC的COM口与611U上的X471端口。如果对带制动的电机进行优化，需要设定NC通用参数MD14512[18〕的第二位为1(优化完毕后恢复1)。(2)马伙动器使能(电源模块端子T48,T63,T64与T9接通);并将坐标移动到适中的位置(因为优化时电机大约要转两个转);优化时驭动器的速度给定由PC机以数字量给出。(3)进入工具软件SimoComU;且选择联机方式;然后选择PC机控制(4)进入控制器日录(Controller)，选择Noneofthese，进入优化后出现如图所示的画面。返回下一页上一页8.3SIEMENS数控机床伺服驱动系统维修与调试实践在图8-19中，选择“1-4步”自动执行优化过程:①分析机械特性一(电机正转，带制动电机的抱闸应释放);②分析机械特性二(电机反转，带制动电机的抱闸应释放);③电流环测算(电机静止，带制动电机的抱闸应夹紧);④参数优化计算。返回上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断下面主要介绍SINUMERIK840D数控机床的常见故障诊断与维修实例。1.SINUMERIK840D系统报警分类西门子840D系统报警可以分为7类(其中5类是NC报警,2类是PLC报警(1)NC报警①电源开报警。②RS232(V.24)报警。③伺服报警(复位报警)。④一般报警(复位报警)。⑤可删除的报警。返回下一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断(2)PLC报警①PLC错误信息。②PLC操作信息。西门子810系统报警分类与清除方式一览表，如表8-3所示。2.SINUMERIK840D系统报警显示(1)概述西门子SINUMERIK840D系统具有较强的自诊断能力，对大多数故障都能够诊断出来，产生报警，并在显示器上显示报警信息。对于机床侧的故障诊断，则是由机床制造厂家编制的PLC用户程序来完成的。使用西门子840D系统的数控机床，根据有无报警，把故障分为有报警故障和无报警故障;根据发生部位可分成系统故障,PLC故障、机床侧故障及伺服系统故障等。返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断当系统出现故障报警时，屏幕的上数第二行显示一个报警号和报警信息，而多于一个报警时，其他报警号和报警信息只能在DIAGNOSIS菜单里显示。在任何操作方式下，按图键找到D1AGNOSIS功能，按下面的软键，系统进入诊断菜单，屏幕上显示的菜单如图8-20所示。按NCALARM(NC报警)下面的软键，进入NC报警信息显示状态，显示所有已发生的没有被复位的NC报警号和报警信息。按PLCALARM(PLC报警)下面的软键，进入PLC报警显示状态，显示所有已发生的没有被复位的PLC报警号和报警信息。按PLCMESSAGE(PLC信息)下面的软键，进入PLC操作信息显示状态，显示所有已发生的没有被复位的PLC操作信息号和详细信息。返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断按PLCSTATUS(PLC状态)下面的软键，进入PLC状态在线显示菜单，可实时观察PLC的输入/输出、标志位、定时器等状态，这对于诊断机床侧故障是非常有效的。西门子840系统的报警信息显示在显示器的“报警行”上。“报警行”在屏幕的上面第二行，如图8-21所示。(2)SINUMERIK840D系统故障报警信息西门子810系统报警显示有4种格式，下面分别加以介绍。①报警行显示格式一，如图8-22所示。这种格式适用于报警号0-39和200-2999。②报警行显示格式二，如图8-23所示。这种格式适用于报警号1000-1963.③报警行显示格式三，如图8-24所示。这种格式适用于报警号2000一2999(部分)和3000一3055(部分)。返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断④报警行显示格式四，如图8-25所示。适用于报警号6000-6163(PLC错误信息)和报警号7000-7063(PLC操作信息)。3.SINUMERIK840D系统常见故障诊断和处理(1)SINUMERIK840D系统有故障报警信息的故障诊断及处理西门子840D系统报警中，1一99号报警属于数控系统方面的报警，其中1一15号、40-99号报警属于电源开报警,16一39号为RS-232通信口报警。这些报警都是运行NC系统诊断程序检测出来的，下面介绍一些典型故障的处理过程。返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断①系统1号报警。1号报警信息为BATTERYALARMP0WERSUPPLY(备用电池报警)，指示数控系统断电保护电池报警，提示维护人员更换电池，如果这时断电关机，很可能丢失机床数据、加工程序、PLC程序等。更换电池时要注意，一定要让专业人员在系统带电的情况下更换备用电池，并且系统必须带电更换电池，否则数据将丢失。换上新电池，将1号报警复位后，才允许断电关机。如果暂时没有备用电池，只要系统不断电，系统数据就不会丢失。下面的实例是一个由于硬件故障引起的错误报警的处理过程。返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断【例8-1】一台数控车床出现1号报警。故障现象:这台机床长期停用后，重新通电开机，这时出现1号报警，检查机床电池，确实电压低。更换电池后，1号报警仍然未消除。故障分析与检查:根据故障现象分析，可能是报警回路有问题。分析西门子840D系统工作原理，系统的电源模块对备用电池电压进行测试，如果电压不够把故障检测信号传输到CPU模块，系统产生电压不足报警。所以首先对电源模块进行检查，发现连接电池电压信号的印制电路线被腐蚀断路。故障处理:把断路部分焊接上后，机床通电开机，1号报警消失。②系统1120,1121号报警(伺服系统报警)。返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断【例8-2】一台数控加工中心出现1120,1121报警。故障现象:这台机床一次出现故障，在开机回参考点时，运动X,Y轴各出现1120报警和1121报警，但Z轴运动正常没有问题。在按下X,Y轴运动按钮时，屏幕上坐标数值不变，伺服轴实际上也没有动。故障分析与检查:因为伺服轴实际没有动，所以怀疑伺服系统有问题。对伺服系统进行检查，这台机床使用的是西门子650611伺服控制器，X,Y共有一个伺服放大器模块，在按下X或Y轴运动按钮时，检查伺服放大器有输入没有输出，确认是伺服放大器模块损坏了。故障处理:更换新的伺服放大器，机床恢复正常使用。返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断③系统136*号报警。136*号报警信息为MEAS.SYSTEMDIRTY，这个报警指示测量系统出现污染信号，它的真正含义应该是位置反馈系统的编码器或光栅尺进油或其他原因使其码盘变脏，导致反馈部分产生污染信号。如果确认是编码器或光栅尺的问题，则必须进行清洗。产生这个故障主要有两个原因，一是编码器或者光栅尺有问题，二是反馈电缆连接有问题。【例8-3】一台数控车床出现1360报警。故障现象:这台机床开机就出现1360报警，指示X轴测量系统脏。故障分析与检查:因为是X轴报警，对有关X轴的伺服系统进行检查，在检查X轴编码器时，发现电缆插头内有很多切削液。返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断故障处理:将编码器电缆插头中的液体清除，进行清洁烘干处理，然后采取密封措施，重新插接，通电开机，机床恢复正常工作。(2)SINUMERIK840D系统无故障报警信息的故障诊断及处理SINUMERIK840D系统尽管有较强的自诊断系统，但是，有一些系统是无法报警和无报警信息的。下面举例说明一些常见的无报警信息的故障诊断及处理。①系统断电死机的故障处理。报警信息的故障诊断及处理采用了许多先进的控制技术，系统的可靠性和稳定性都很高，但偶尔也会出现一些突发故障，使系统突然断电或者工作时死机。突然断电的故障原因一般都是电源出现问题，偶尔也会因为系统温度过高或者模块出现问题而停机。死机的故障一般都是因为意外干扰使系统进返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断入死循环，只有强行启动后，系统才能重新工作;另外，有时因为数据设置不对，也会引起系统死机。【例8-4】一台数控车床在自动加工过程中有时系统自动关机。故障现象:这台机床是一台从德国进口的双工位数控车床，每个工位采用一台西门子840D系统进行控制。这台机床右手工位的数控系统在机床加工过程中经常自动断电关机，每次关机时，工件的加工位置也不尽相同，而系统重新启动后还可以正常工作。返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断故障分析与检查:根据故障现象首先怀疑系统的硬件有问题，将两套系统的控制板对换后，还是右面的系统出现问题。根据数控系统的工作原理，如果供电系统的24V直流电源电压过低，系统检测到后会自动关机。因此对系统的供电电压进行检查，两套数控系统共用一套直流电源，其电压偏低，接近24V，而在数控系统上测量供电电压，左面的系统电压在23V左右，右面的系统却在22V左右。根据电气原理进行分析，由于稳压电源在电气柜中，而数控系统在机床前面的操作位置，供电线路较长，产生了线路压降，而右面的供电线路更长，所以压降更大。实时检查右面系统的供电电压，发现在加工的过程中，由于机床的负载加大，电压还要向下波动。当系统自动断电后，电压又恢复到22V以上，为此一般认为是系统的供电电压过低引起系统工作不稳定。返回下一页上一页8.4SIEMENS数控机床的常见故障诊断故障处理:为了妥善解决这个问题，考虑到是供电线路压降造成供电电压过低，为此加大供电线路的线径，以减少线路压降，使右面系统的供电电压达到23V以上，之后这台机床再也没有出现过这种故障。②系统屏幕没有显示的故障处理。在使用西门子系统的数控机床中，屏幕没有显示是比较常见的故障。引起故障的主要原因是备用电池无电，这种情况一般都是系统长期不用，再通电时发生的。所以长期不用的数控设备要定期通电、定期检查和更换电池。检查和更换电池时要注意，一定要在通电的情况下进行。另外也有部分原因是个别系统工作不稳定或在开机时受干扰，系统模块损坏或者外围线路