《数控机床 故障诊断与维护》-教学单元4 数控系统调试与维护

教学单元4数控系统调试与维护4.1任务引导数控系统是数控机床的核心。数控机床根据功能和性能的要求配置不同的数控系统。系统不同，其性能、信号流程及故障的维修方法也有差别。目前市场上所使用的数控系统种类繁多，维修时应根据机床与系统的实际情况分别进行处理。机床维修者必须熟悉各种系统的控制要求，维修时做到心中有数。维修数控机床数控系统是多方位的，既要掌握系统生产厂家推荐的线路与控制方法，还必须根据数控机床系统的实际情况灵活处理，不可教条。下一页返回教学单元4数控系统调试与维护因此，要做好数控系统的调试与维护，需要完成以下任务:①数控系统具有什么功能?不同的系统在功能上有何区别?②数控系统各个硬件接口之间连接关系，其信号流程和控制过程如何的?系统的各个接口的含义和用途是什么?③数控机床的系统参数都有哪些类型?机床的系统参数怎么设定?④数控系统需要备份哪些参数?如何对数据进行备份和恢复?⑤数控系统常见的故障有哪些?如何处理?上一页返回教学单元4数控系统调试与维护4.2相关知识4.2.1常见的数控系统及功能1.FANUC数控系统(1)FANUC数控系统的发展

FANUC公司创建于1956年，1959年首先推出了电液步进电机，在后来的若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统。下一页返回教学单元4数控系统调试与维护进人70年代，微电子技术、功率电子技术，尤其是计算技术得到了飞速发展，FANUC公司毅然舍弃了使其发家的电液步进电机数控产品，一方面从GETTES公司引进直流伺服电机制造技术，1976年FANUC公司研制成功数控系统5，另一方面，随后又与SINUMER-IK公司联合研制了具有先进水平的数控系统7，从这时起，FANUC公司逐步发展成为世界上最大的专业数控系统生产厂家，产品日新月异，年年翻新。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1979年研制出数控系统6，它是具备一般功能和部分高级功能的中档CNC系统，6M适合于铣床和加工中心;6T适合于车床。与过去的机型比较，数控系统6使用了大容量磁泡存储器，专用于大规模集成电路，元件总数减少了30%。它还备有用户自己制作的特有变量型子程序的用户宏程序。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1980年在系统6的基础上同时向低档和高档两个方向发展，研制了系统3和系统9。系统3是在系统6的基础上简化而形成的，体积小，成本低，容易组成机电一体化系统，适用于小型、廉价的机床。系统9是在系统6的基础上强化而形成的具有高级性能的可变软件型CNC系统。通过变换软件可适应任何不同用途，尤其适合于加工复杂而昂贵的航空部件、要求高度可靠的多轴联动重型数控机床。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1984年FANUC公司又推出新型系列产品数控10系统、11系统和12系统。该系列产品在硬件方面做了较大改进，凡是能够集成的都做成大规模集成电路，其中包含了8000个门电路的专用大规模集成电路芯片有3种，其引出脚多达179个，此外，专用大规模集成电路芯片有4种，厚膜电路芯片22种;还有32位的高速处理器、4兆比特的磁泡存储器等，元件数比前期产品又减少30%。由于该系列采用了光导纤维技术，使过去在数控装置与机床以及控制面板之间的几百根电缆大幅度减少，提高了抗干扰性和可靠性。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护该系统在DNC方面能够实现主计算机与机床、工作台、机械手、搬运车等之间的各类数据的双向传送。它的PLC装置使用了独特的无触点、无极性输出和大电流、高电压输出电路，能促使强电柜的半导体化。PLC的编程不仅可以使用梯形图语言，还可以使用PASCAL语言，便于用户自己开发软件。数控系统10,11,12还充实了专用宏功能、自动计划功能、自动刀具补偿功能、刀具寿命管理、彩色图形显示CRT等。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1985年FANUC公司又推出了数控系统0，它的目标是体积小、价格低，适用于机电一体化的小型机床，因此它与适用于中、大型的系统10,11,12一起组成了这一时期的全新系列产品。硬件组成以最少的元件数量发挥最高的效能为宗旨，采用了最新型高速高集成度处理器，共有专用大规模集成电路芯片6种，其中4种为低功耗CMOS专用大规模集成电路，专用的厚膜电路3种。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护三轴控制系统的主控制电路包括输入、输出接口、PMC(ProgrammableMachineControl)和CRT电路等都在一块大型印制电路板上，与操作面板CRT组成一体。系统。的主要特点有:彩色图形显示、会话菜单式编程、专用宏功能、多种语言(汉、德、法)显示、目录返回功能等。数控系统。自推出以来，得到了各国用户的高度评价，成为世界范围内用户最多的数控系统之一。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1987年FANUC公司又成功研制出数控系统15，被称为划时代的人工智能型数控系统，它应用了MMC(ManMachineControl),CNC,PMC的新概念。系统15采用了高速度、高精度、高效率加工的数字伺服单元、数字主轴单元和纯电子式绝对位置检测装置，还增加了MAP(Manufacturing、AutomaticProtocol、窗口功能等。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护FNUCA公司是生产数控系统和工业机器人的著名厂家，该公司自20世纪60年代生产数控系统以来，已经开发出40多种的系列产品。FNUCA公司目前生产的数控装置有FO,F10/F11/F12,F15,F16,F18系列。F00/F100/F110/F120/F160系列是在FO/F10/F12/F15的基础上加了MMC功能，即CNC,PMC,MMC三位一体的CNC上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(2)FNUCA数控系统的主要类型①高可靠性的PowerMate0系列。用于控制2轴的小型车床，取代步进电机的伺服系统;可配画面清晰、操作方便、中文显示的CRT/MDI，也可配性能/价格比高的DPL/MDI②普及型CNC0-D系列。0-TD用于车床，0-MD用于铣床及小型加工中心，0-GCD用于圆柱磨床，0-GSD用于平面磨床，0-PD用于冲床。③全功能型的。0-TC用于通用车床、自动车床，0-MC用于铣床、钻床、加工中心，0-GCC用于内、外圆磨床，0-GSC用于平面磨床，0-TTC用于双刀架4轴车床。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护④高性能/价格比的0i系列。整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有络功能。0i-MB/MA用于加工中心和铣床，4轴4联动;0i-TB/TA用于车床，4轴2联动;0i-mateMA用于铣床，3轴3联动;0i-mateTA用于车床，2轴2联动。⑤具有网络功能的超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列。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。其中FS16i-MB的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。16i最大可控8轴，6轴联动;18i最大可控6轴，4轴联动;21i最大可控4轴，4轴联动。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(3)FNUCA数控系统的功能与特点FNUCA数控系统以其高质量、低成本、高性能、较全的功能以及能适用于各种机床和生产机械等特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统。其特点主要体现在以下几个方面。①结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使其可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。同时采用专用LSI，以提高集成度、可靠性，减小体积和降低成本。②不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆等。同时具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为0℃-45℃，精度为75%上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护③有较完善的保护措施。FNUCA对自身的系统采用比较好的保护电路。④FANUC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。装置上可配多种控制软件，适用于多种机床。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。⑤CNC装置体积减小，采用面板装配式、内装式PMC(可编程机床控制器)，提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令，这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。⑥具有很强的DNC功能，系统提供串行RS232C传输接口，使PC和机床之间的数据传输能够可靠地完成，从而实现高速的DNC操作。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护⑦在插补、加减速、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能:插补功能:除直线、圆弧、螺旋线插补外，还有假想轴插补、极其坐标插补、圆锥面插补、指数函数插补、样条插补等。补偿功能:除螺距误差补偿、丝杠反向间隙补偿之外，还有坡度补偿、线性度补偿以及各新的刀具补偿功能。故障诊断功能:采用人工智能，系统具有推理软件，以知识库为根据查找故障原因。⑧CNC装置面向用户开放的功能。以用户特订宏程序、MMC等功能来实现。⑨支持多种语言显示。如日、英、德、中、意、法、荷、西班牙、瑞典、挪威、丹麦语等。⑩现已形成多种版本。FANUC系统早期有3系列系统及6系列系统，现有0系列、10/11/12系列、15,16,18,21系列等，而应用最广的是FANUC0系列系统。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护2.SINUMERIK数控系统

(1)SINUMERIK数控系统的发展作为世界最重要的电气设备供应商之一，早在1960年，西门子就推出了第一款“SINUMERIK”品牌的工业数控产品。第一款路径控制系统是在分散电气元件基础上开发的。第一款电脑数控系统SINUMERIK5000于1973年推出，最初只是用于车铣加工。此后微处理器的普及，使得西门子在20世纪70年代中期首次推出了用于零件加工程序管理和传输的群控网络(DNC)03年之后，推出具有多通道和内置可编程逻辑控制器(PLC)的SINUMERIK8，此产品不仅可以用于车铣机床，也适用于钻削和冲压机床。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护相隔10年左右，西门子推出了SINUMERIK840D高端产品系列，该产品具有数字驱动技术和开放式NC内核，使得定制软件模块可以集成到数控系统中。1996年，西门子发布了SINUMERIK安全集成功能，首创的数控安全集成解决方案。一年后，又推出了ShopMill和ShopTurn产品，这些都是面向车间应用的图形化编程接口，使得用户零件程序可以通过图形化接口完成。为提高机械制造商和用户的生产力，西门子随后扩大了业务范围，包括基于网络的机床状态监控和用于机床仿真和虚拟样机的机电一体化支持服务。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护2010年推向市场的SINUMERIK828D是西门子专门针对紧凑型机床的一款强大数控系统，其总体性能介于SINUMERIK802D与SINUMERIK840D之间，支持各种车、铣机床的应用。SINUMERIK828D功能强大且操作简单，集成了智能的坐标转换，高效的刀具管理以及80位浮点数纳米计算精度(NANOFP）等一系列过去仅用于高档数控系统的高级功能。系统支持各种图形编程及高级语言指令，还可使用ISO编程指令，包括中文在内的多种语言可以方便地在系统上切换，中文还可以应用于刀具名称和程序注释等处，从而最大限度地满足中国用户的需要。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(2)SINUMERIK数控系统的主要类型SINUMERIK数控系统，以较好的稳定性和较优的性能价格比，在我国数控机床行业被广泛应用。SINUMERIK数控系统的产品类型主要有SINUMERIK3/8/810/820/860/880/806/系列，目前主要以采用802/84D系列为主，如图4-1所示。SINUMERIK8025,8020系列是SINUMERIK公司专为简易数控机床开发的经济型数控系统，可控3个进给轴和1个主轴。两种系统的区别是:8025/5e/Sbaseline系列采用步进电动机驱动，8020/Ce/Chaseline系列采用数字式交流伺服驱动系统。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护SINUMERIK802D控制4个数字进给轴和1个主轴、PLC,I/O模块，具有形式循环编程，车削、铣削/钻削工艺循环，FRAME(包括移动、旋转和缩放)等功能，为复杂加工任务提供智能控制。SINUMERIK810D用于数字闭环驱动控制，最多可控6轴(其中包括1个主轴和1个辅助主轴)，紧凑型可编程输入/输出。SINUMERIK840D全数字模块化数控设计，用于复杂机床、模块化旋转加工机床和传送机，最大可控31个坐标轴。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(3)SINUMERIK数控系统的功能和特点以SINUMERIK840D数控系统为例，其主要功能与特点可以归纳为以下几点。①控制类型。采用32位微处理器实现CNC控制，可用于系列机床，如车床、钻床、铣床、磨床等，可完成CNC连续轨迹控制以及内部集成式PLC控制，具有全数字化的SIMODRIVE611数字驱动模块，最多可控制31个进给轴和主轴。其插补功能有样条插补、三阶多项式插补、控制值互连和曲线表插补，这些功能为加工各类曲线曲面类零件提供了便利条件。此外，它还具备进给轴和主轴同步操作的功能。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护②操作方式。主要有AUTOMATIC(自动),JOG(手动),TEACHIN(交互式程序编制),MDA(手动过程数据输入)四种。③辛卜偿功能。840D可根据用户程序进行轮廓的冲突检测、刀具半径补偿、刀具长度补偿、螺距误差补偿和测量系统误差补偿、反向间隙补偿、过象限误差补偿等。④安全保护功能。数控系统可通过预先设置软极限开关的方法，进行工作区域的限制。当超程时可以触发程序进行减速，对主轴的运行还可以进行监控。⑤NC编程。840D系统具有高级语言编程特色的程序编辑器，可进行米制、英制尺寸或混合尺寸的编程，程序编制与加工可同时进行，系统具备1.5MB的用户内存，用于零件程序、刀具偏置和补偿等数据的存储。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护⑥PLC编程功能。840D的PLC完全以标准的SIMATICS7模块为基础，PLC程序和数据内存可扩展到288kB,I/O模块可扩展到2048个输入/输出点，PLC程序可以极高的采样速率监视数字输入，向数控机床发送运动、停止、启动等命令。⑦操作部分硬件。840D提供有标准的PC软件、硬盘和奔腾处理器，用户可在Windows98/2000下开发自定义的界面。此外，2个通用接口RS-232可使主机与外部设备进行通信，用户还可通过磁盘驱动器接口和打印机并行接口完成程序存储、读入及打印工作。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护⑧显示功能。840D提供了多语种的显示功能，用户只需按一下按钮，即可将用户界面从一种语言转换为另一种语言。系统提供的语言有中文、英语、德语等。显示屏上可显示程序块、电动机轴位置、操作状态等信息。⑨数据通信。840D系统配有RS-2320/TTY通用接口，加工过程中可同时通过通用接口进行数据输入/输出。此外，用PCIN软件可以进行串行数据通信，通过RS-232接口可方便地使840D与西门子编程器或普通的个人电脑连接起来，进行加工程序、PLC程序、加工参数等各种信息的双向通信。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护3.华中数控系统(1)华中数控系统的发展

20世纪80年代中期，时任华中理工大学校长的黄树槐教授利用跨学科优势，倾全校之力，组织机械、自控、计算机等方面的老师，成立了华中理工大学数控工程中心。华中数控系统有限公司成立于1995年，由华中理工大学、国家科技部、湖北省武汉市科委、武汉市东胡高新技术开发区、香港大同工业设备有限公司等政府部门和企业共同投资组建。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1993-2000年，以时任校长的周济院士为首的科研团队，走创新的技术路线，成功开发出华中系列高性能数控系统，实现了科技成果转化为高科技产品的重大变化。2000年起，华中科技大学一批高学历的年轻人毅然“下海”，将华中数控从一个小作坊式公司建设成中国最大的中高档数控生产基地，实现了从产品化向产业化的关键转变上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(2)华中数控系统的主要类型华中数控系统发展为三大系列:世纪星系列、小博士系列、华中丁型系列。而华中丁型系列为高档高性能数控装置，为满足市场要求，开发了世纪星系列、小博士系列高性能经济型数控装置。世纪星系列采用通用原装进口嵌人式工业PC机、彩色LCD液晶显示器、内置式PLC，可与多种伺服驱动单元配套使用;小博士系列为外配通用PC机的经济型数控装置，具有开放性好、结构紧凑、集成度高、可靠性好、性能价格比高、操作维护方便的特点。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(3)华中数控系统的特点华中数控系统的特点主要可以概括为以下几个方面。1)以通用工控机为核心的开放式体系结构系统采用基于通用32位工业控制机和DOS平台的开放式体系结构，可充分利用PC的软硬件资源，二次开发容易，易于系统维护和更新换代，可靠性好。2)独创的曲面直接插补算法和先进的数控软件技术处于国际领先水平的曲面直接插补技术将目前CNC上的简单直线和圆弧插补功能提高到曲面轮廓的直接控制，可实现高速、高效和高精度的复杂曲面加工。其采用汉字用户界面，提供完善的在线帮助功能，具有三维仿真校验和加工过程图形动态跟踪功能，图形显示形象直观。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护3)系统配套能力强公司具备了全套数控系统配套能力。系统可选配本公司生产的交流永磁同步伺服驱动与伺服电动机、步进电动机驱动单元与电动机、三相正弦波混合式驱动器与步进电动机和国内外各类模拟式、数字式伺服驱动单元。图4-2所示展示了这三种不同的数控系统。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护4.2.2数控系统硬件接口及连接要进行数控机床系统的维修，首先要了解系统的硬件之间的连接关系和控制方式，这样才能做到心中有数。下面介绍几种常见数控系统的配置和硬件连接。FANUC0iC接口及连接(1)FANUC0iC系统的配置框图上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护图4-3所示是一台典型的CSIC控制系统。从图中可见，一台CSIC系统及外围主要包括:①CVC控制单元;②伺服驱动单元和进给伺服电动机;③主轴驱动单元和主轴电动机;④PMC(PLC)控制器;⑤机床强电柜(包括刀库)控制信号的输人/输出(I/O)单元;上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护⑥机床的位置测量与反馈单元(通常包括在伺服驱动单元中);⑦外部轴(机械)控制单元，如刀库、交换工作台、上下料机械手等的驱动轴;⑧信息的输人/输出设备，如电脑、磁盘机、存储卡、键盘、专用信息设备等;⑨网络，如以太网、HSSB(高速数据传输口)、RS-2320接口等和加工现场的局域网。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(2)FARUC0iC数控系统的接口含义FANUC0iC的系统接口在显示屏的后面。从后面看，FARUC0iC系统接口分布如图4-4所示。FANUC0iC系统各接口功能如下。CP1:系统直流24V输入电源接口;FUSE:系统DC24V输入熔断器(5A);JA7A:串行主轴/主轴位置编码器信号接口;上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护JD1A:I/0LINK插座;JA40:模拟量主轴的速度信号接口((0-10V);JD36A:RS-232-C串行通信接口(0,1通道);JD36B:RS-232-C串行通信接口(2通道);CX12:系统操作软键信号接口;CA55:系统MDI键盘信号接口;CA69:伺服检测板接口。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(3)FNUCA数控系统的FSSB总线的构成与连接方法FNUCA伺服控制系统的连接，无论是。αi或βi的伺服，在外围连接电路具有很多类似的地方，大致分为光缆连接、控制电源连接、主电源连接、急停信号连接、MCC连接、主轴指令连接(指串行主轴，模拟主轴接在变频器中)、伺服电机主电源连接、伺服电机编码器连接。图4-5为FANUC系统与βi伺服驱动的FSSB连接示意图，其中，CP10A为数控系统串行总线(FSSB)输出接口，与伺服单元的CP10B连接(光缆)。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1)光缆连接(FSSB总线)FNUCA的FSSB总线采用光缆通信，在硬件连接方面，遵循从A到B得规律，即COP10A为总线输出，COP10B为总线输入。需要注意的是，光缆在任何情况下不能硬拆，以免损坏。如图4-6所示。2)控制电源连接FNUCA数控系统的控制电源采用DC24V电源，由开关电源提供，主要用于伺服控制电路的电源供电。在上电顺序中，推荐优先系统通电。如图4-7所示。各伺服驱动模块电源连接如图4-8所示。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护3)主电源连接主电源用于伺服电机动力电源的变换。FANUC的主电源一般采用AC200V240V电源供电，由机床上的变压器获得。其连接方式如图4-9所示。4)急停与MCC连接急停与MCC主要用于对伺服主电源的控制与伺服放大器的保护，如发生报警、急停等情况下能够切断伺服放大器主电源。其连接如图4-10所示。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护5)主轴指令信号连接FANUC的主轴控制采用两种类型，分别是模拟主轴与串行主轴。模拟主轴一般采用变频器加三相异步电机的控制方式，串行主轴采用的是主轴放大器(SPM)和伺服电机控制。串行主轴的伺服电机与进给伺服电机是有区别的，主轴伺服电机一般采用异步伺服电机，而进给电机采用的是同步伺服电机。一般经济型数控机床多采用模拟主轴控制。模拟主轴的控制对象是系统JA40口输出0-10V的电压给变频器，从而控制主轴电机的转速。如图4-11所示。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护6)伺服电机动力电源连接伺服电机动力电源的连接主要包含伺服主轴电机与伺服进给电机的动力电源连接，伺服主轴电机的动力电源是采用接线端子的方式连接，伺服进给电机的动力电源是采用接插件连接，在连接过程中，一定要注意保持相序正确。如图4-12所示。7)伺服电机反馈的连接伺服进给电机的反馈接口接JF1等接口，如图4-13所示。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(4)FNUCA数控系统的I/0LINK连接数控系统中，PMC在控制中有很重要的作用，它是连接CNC与MT的桥梁。FNUCA系统的PMC是通过专用的I/0LINK与系统进行通信的，PMC在进行I/O信号控制的同时，还可以实现手轮与I/OLTXK轴的控制，但外围的连接却很简单，且很有规律，同样是从A到B，系统侧的JD51A((0iC系统为JD1A)接到I/O模块的JD1B,JA3或者JA58可以连接手轮。如图4-14所示。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护FNUCA的PMC地址分配大致如下:X-MT输入到PMC的信号，如接近开关、急停信号等;Y-PMC输出到MT的信号;F-CNC输入到PMC的信号，是固定的地址;G-PMC输出到CNC的信号，也是固定的地址。R,T,C,K,D、A为PMC程序使用的内部地址。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(5)急停与伺服上电控制回路的连接当FSSB总线与I/0LINK的连接完成后，还需要对急停回路与伺服上电回路进行连接才能构成一个简单的数控机床控制回路。如图4-15所示。急停控制回路一般有两个部分构成，一个是PMC急停控制信号X8.4;另外一路是伺服放大器的ESP端子，这两个部分中任意一个断开就出现报警,ESP断开出现SV401报警，X8.4断开出现ESP报警。但这两个部分全部是通过一个元件来处理的，就是急停继电器。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护伺服上电回路是给伺服放大器主电源供电的回路，伺服放大器的主电源一般采用三相220V的交流电源，通过交流接触器接入伺服放大器，交流接触器的线圈受到伺服放大器的0X29的控制，当0X29闭合时，交流接触器的线圈得电吸合，给放大器通入主电源。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护2.SINUMERIK802D接口及连接SINUMERIK802D是一种基于PROEIBUS总线控制的数控系统，它主要由PCU、输入/输出模块PP72/48、机床控制面板MCP等部分组成。图4-16所示是西门子802D系统组成的主要硬件部件。图4-17所示是802D系统的连接图。

(1)PCU系统控制及显示单元(PCU）:系统单元与显示单元合为一体，既紧凑又方便连接。此单元为核心单元，有一块486作主控CPU，其负责数控运算、界面管理、PLC逻辑运算等。其显示单元为一个10.4英寸真彩液晶显示屏(OP），与键盘输入单元组成人机界面。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护该单元与系统其他单元间的通信采用PROFIBUS现场总线，另有2个RS232接口与外界通信。PCU的外观如图4-18所示。A处接口说明如下。X4:PROFIBUS总线接口，用于与PP72/48、伺服驱动装置的连接;COM1接口:9芯孔式D型插座，用于连接外部PC机或RS232隔离器;COM2接口:无定义;上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护X14/X15/X16:手轮接口，15芯孔式D型插座，用于连接手轮;X10:键盘接口，6芯Mini，用于连接键盘。B处接口说明如下。X8:DC24V电源接口，用于PCU工作所需的DC24V供电电源输入。要注意，必须确认电压在额定输入电压(DC24V)的+20%-15%的范围内才能对802D系统上电。PCU正面状态指示:在PCU正面前端盖内有4个发光二极管，用于状态指示。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(2)PLC输入/输出模块PP72/48输入/输出模块PP72/48可以提供72个数字输入点和48个数字输出点，每个模块具有3个独立的50芯插槽(X111/X222/X333），每个插槽内包含24个数字输入点和16个数字输出点。PP72/48输出的驱动能力为0.25A，同时系数为toPP72/48模块的结构如图4-19所示。X1接口:3芯端子式插头，PP72/48模块工作所需的DC24V电源接口。X2接口:9芯孔式D形插头，PROFIBUS总线连接接口。S1开关:PROFIBUS总线地址设定开关，可以通过S1设定PP72/48模块的总线地址。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护4个发光二极管:用于PP72/48的工作状态指示。绿色POWER灯用于电源指示;红色READ灯亮说明PP72/48准备就绪，但是无数据交换;绿色EX-CHANGE灯亮说明PP72/48就绪，总线有数据交换;红色OVTEMP灯用于超温指示。应注意，802D系统最多可配置两块PP72/48模块。其中，模块1的总线地址为9;模块2的总线地址为80上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护模块1三个插座对应的输入/输出地址分配如下。X111:24个数字输入点(10.0-12.7)和16个数字输出点(Q0.0-Q1.7);X222,24个数字输入点(13.0-1S.7)和16个数字输出点(Q2.0-Q3.7);X333:24个数字输入点(16.0-18.7)和16个数字输出点(Q4.0-QS.7)模块2三个插座对应的输入/输出地址分配如下。X111:24个数字输入(19.0-11.7)和16个数字输出点(Q6.0-Q7.7);X222,24个数字输入(112.0-114.7)和16个数字输出点(Q8.0-Q9.7);X333:24个数字输入(115.0-117.7)和16个数字输出(Q10.0-Q11.7)上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(3)机床控制面板MCP机床控制面板用于机床操作方式的选择、主轴启停、轴移动方向选择、主轴倍率修调等操作。MCP面板背后的两个50芯扁平电缆插座X1201,X1202，可通过扁平电缆与PP72/48模块的插座连接，这样机床控制面板的所有按键输入信号与指示灯信号均使用PP72/48模块的输入/输出点。MCP上的所有按键输入信号和指示灯信号与50芯扁平电缆插座X1201,X1202的对应关系排列如下。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1)X1201输入字节。:对应按键#1-#8;输入字节1:对应按键#9-#16;输入字节2:对应按键#17-#24;输入字节0:6个对应于用户定义键的发光二极管。

2)X1202输入字节3:对应按键#25-#27;输入字节4:对应进给倍率开关(5位格林码);输入字节5:对应主轴倍率开关(5位格林码);输入字节1:保留。机床制造厂可以根据其机床的要求制作自己的机床控制面板。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(4)PROFIBUS总线单元PROFIBUS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4-20所示。(5)SIMODIVE611U数字伺服驱动单元SIMODIVE611U数字伺服驱动由电源模块、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4-21所示。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(6)伺服电机伺服电机通常由1FK6/1FK7/1FT6/1PH等电机组成，如图4-22所示。3.华中21世纪星接口及连接如图4-23所示为HNC-21数控装置与其他装置、单元连接的总体框图。从系统的背面看，其接口类型及分布如图4-24所示。其接口功能如下。XS1:电源接口;XS2:外接PC键盘接口;XS3:以太网接口;上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护XS4:软驱接口;XS5:KS232接口;XS6:远程FO板接口;XS8:手持单元接口;XS9:主轴控制接口;XS10、XS11:输人开关量接口;XS20、XS21:输出开关量接口;XS30-XS33:模拟式、脉冲式(含步进式)进给轴控制接口;XS40-XS43:串行式HSV-11型伺服轴控制接口。若使用软驱单元则XS2、XS3、XS4、XS5为软驱单元的转接口。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护4.2.3数控系统参数分类机床参数的调整是使系统与机床的电气控制部分、伺服驱动部分(驱动单元与位置反馈回路)、机床机械部分以及外部设备连接、匹配的前提条件。设置和优化有关的参数，是机床调试的重要工作之一。虽然机床交付用户时已经过出厂调整和现场的安装、调整，但由于加工要求或者控制要求的改变，或者是环境条件的改变，还可能对机床提出一些新的要求，需在维修中加以解决。因此，维修人员应对系统的生产厂家编制的软件和设定的数据有相当的了解，才能进行深入的维修。数控系统参数类型主要有以下几种。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1.按参数的表示形式来划分按参数的表示形式来划分，数控机床的参数可分为三类。

(1)状态型参数状态型参数是指每项参数的A位二进制数位中，每一位都表示了一种独立的状态或者是某种功能的有无。例如FANUCO-TD系统的1号参数项中的各位所表示的就是状态型参数。(2)比率型参数比率型参数是指某项参数设置的某几位所表示的数值都是某种参量的比例系数。例如FANUCO-TD系统的512,513,514号参数项中每项的A位所表示的就是比率型参数。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(3)真实值参数真实值参数是表示某项参数是直接表示系统某个参数的真实值。这类参数的设定范围一般是规定好的，用户在使用时一定要注意其所表示的范围，以免设定参数的参数超出范围值。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护2.按参数本身的性质可分为两类按参数本身的性质可分为两类:(1)普通型参数凡是在CNC制造厂家提供的资料上有详细介绍的参数均可视为普通型参数。这类参数只要按着资料上的说明弄清含义，能正确、灵活应用即可。普通型参数大体包含以下几种类型参数:①通用机床数据;②轴机床数据;③PLC机床数据;④伺服驱动数据;⑤其他机床数据。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(2)秘密级参数秘密级参数是指数控系统的生产厂在各类公开发行的资料所提供的参数说明中，均有一些参数不做介绍，只是在随机床所附带的参数表中有初始的设定值，用户搞不清其具体的含义。如果这类参数发生改变，用户将不知所措，必须请厂家专业人员进行维护和维修。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护4.2.4数控系统参数功能及设定方法1.数控系统参数功能数控系统功能相关参数有以下几点。(1)与各轴的控制和设定单位相关的参数这一类参数主要用于设定各轴的移动单位、各轴的控制方式、伺服轴的设定、各轴的运动方式等。(2)与机床坐标系的设定、参考点、原点等相关的参数这一类参数主要用于设定机床的坐标系的设定、原点的偏移、工件坐标系的扩展等。(3)与存储行程检查相关的参数这一类参数的设定主要用于各轴保护区域的设定等。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(4)与设定机床各轴进给、快速移动速度、手动速度等相关的参数这一类参数涉及机床各轴在各种移动方式、模式下的移动速度的设定，包括快移极限速度、进给极限速度、手动移动速度的设定等。(5)与加减速控制相关的参数这一类参数用于设定各种插补方式下的启动停止时的加减速的方式，以及在程序路径发生变化时(如出现转角、过渡等)进给速度的变化。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(6)与程序编制相关的参数用于设置编程时的数据格式、设置使用的G指令格式、设置系统缺省的有效指令模态等和程序编制有关的状态。(7)与螺距误差补偿相关的参数数控机床具有对螺距误差进行电气补偿的功能。在使用这样的功能时，系统要求对补偿的方式、补偿的点数、补偿的起始位置、补偿的间隔等参数进行设置。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护2.设定方法以FANUC0i系统为例，来介绍参数设置方法。(1)参数设定画面参数设定画面主要用于参数的设置、修改等操作，在操作时需要打开参数开关。按OFS/SET键显示图4-25所示画面就可以看到第一项就是修改参数开关，写参数开关为“0”时，系统不允许进行参数修改;参数开关为“1”时，可以进人参数画面进行修改。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(2)参数调整画面连续按三次厅SYSTEM习键，就可以进入到参数调整画面，如图4-26所示。在参数调整画面下，将机床运行模式选择到MDI模式下，就可以对参数进行调整和修改。具体方法是:将机床处于MDI或急停状态，用翻页键或光标移动键，显示需要的参数，或是从MDI键盘上输入要寻找的参数号，再按软键No.1检索，显示画面到达要寻找参数的画面上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护然后将光标移动到需要修改的参数位置，输入数据，再按软键输入，或是按MDI键盘上的INPUT键，输入的数据就会送入光标处的参数中。设定或修改参数后，将设定画面的参数开关“写参数一”后面设为“0”。有的参数修改完后需要断一次电才能生效，此时会出现“100需关闭电源”报警显示，此时要关断电源再开机。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(3)清原系统参数有时候需要对机床进行参数全清，此时的操作方法是:首先参数写入开关设为+1;，关机后按住RESET口键+DELETE键，再打开系统电源。全清后一般会出现报警，具体见表4-1上一页返回教学单元4数控系统调试与维护4.3任务实施4.3.1数控系统参数调试及配置以SINUMERIK802D系统设置为例。在设定参数之前，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、K参数、零件程序、固定循环等清空。下一页返回教学单元4数控系统调试与维护利用通信软件WinPCIN安装车床或铣床初始化文件:①WinPCIN选择二进制数据格式;②802D选择二进制数据格式，然后启动数据“读人”，如图4-27所示;③由winPCIN向802n发送初始化文件;④初始化文件，如图4-28所示。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1.PLC应用程序的调试在数控系统的初始化完成和通电检查无误后，就可以进行PLC应用程序的调试。利用PLC子程序库可以非常迅速地建立一个PLC应用程序。PLC应用程序调试的目的是检查所设计程序的功能是否可以准确无误地运行。通过调试，应使下列PLC相关的功能正确运行。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(1)基本操作功能基本操作功能包括数控系统工作方式的选择、坐标轴的点动控制、手轮选择、主轴手动控制、加工程序的循环启动、循环停止和复位。(2)驱动器的使能控制驱动器的使能控制包括驱动器电源模块的使能控制端子和数控系统信号接口中相关的使能控制信号。(3)机床控制功能机床控制功能如急停、坐标轴的正负方向硬限位、返回参考点等。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(4)机床辅助功能机床辅助功能如冷却控制、润滑控制等。调试手动操作功能时，检查手动方向是否正确的标志是人机界面坐标位置显示中的“+”号和“一”号，如果在手动方式下按某坐标正方向键，在人机界面该坐标的位置显示前出现“+”号，则表示PLC应用程序正确。如果点动方向控制有误，应修改相关的PLC应用程序，否则，在调试数控系统基本参数时可能造成不必要的麻烦。在数控系统基本参数调试之前，数控系统的默认设定是仿真方式。所谓仿真方式，是数控系统不生成任何位置指令到伺服驱动器，也不从电机编码器读取实际位置，这样就可以在驱动器通电之前调试PLC应用程序的功能。在PLC应用程序的基本功能调试完毕后，数控系统就可以在模拟方式下进行模拟操作上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护包括在手动方式下的点动操作、手轮操作、返回参考点等，或者在自动方式和MDI方式下运行零件程序。PLC应用程序功能的正确无误是调试驱动器和数控系统参数的基本保证。在PLC应用程序中，与驱动器相关的功能有急停、坐标轴的限位和驱动器使能。这些功能均与驱动器的调试安全有关。这就是在调试数控系统基本参数之前，必须首先调试PLC应用程序的原因。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护2.802D基本参数设定(1)总线配置西门子802D是通过现场总线PROFIBUS与外设模块如驱动器、输入/输出模块来实现数据信息传递的，PROFIBUS总线的配置可以通过参数MD11240进行确定(见表4-2)目前，802D可提供的总线配置有以下几种。MD11240=0-PP72/48模块:1N，驱动器:无(出厂设定);MD11240=3一PP72/48模块:1N，驱动器:双轴+单轴+单轴;MD11240=4-PP72/48模块:1N，驱动器:双轴+双轴+单轴;上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护MD11240一5一PP72/48模块:1N，驱动器:单轴+双轴+单轴+单轴;MD11240=6一PP72/48模块:1N，驱动器:单轴+单轴+单轴+单轴。在参数MD11240的设置生效后，611UE驱动器的液晶窗口将显示驱动报警:A832(总线无同步信号);同时611UE总线接口插件上的指示灯变为绿色。如果该指示灯仍然为红色，则说明总线的连接有问题，应该检查总线的连接是否正确、稳固。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(2)驱动器的参数配置伺服驱动器在数控系统中所执行的任务是速度控制和电流控制。伺服驱动器从数控系统接收速度指令n给定，按照速度指令对伺服电机进行速度调节。对于一个新驱动器模块来说，内部参数均为默认设定，因此需要对伺服驱动器进行参数配置。配置驱动器参数的目的是通过驱动器参数告诉驱动器它所配置的功率模块的型号、配置的伺服电机型号和测量系统的类型。这样驱动器就可以正确地对伺服电机进行控制。通过参数的配置，可以使驱动器加载与配置相关的默认数据。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护不同的数控系统，驱动器的配置方法也不同，有的可在数控系统的人机界面上直接设置，有的需要通过配套软件工具;较为先进的驱动器能自动识别伺服电机的型号。利用默认参数可以满足伺服电机正常工作的基本条件，为随后的调试做好准备。在利用默认的驱动器参数驱动机床的传动系统时，可能会出现定位误差监控、静止监控或者轮廓监控等报警。如果出现上述报警，说明驱动器的默认数据不适合所驱动的传动机构，需要对驱动器参数进行优化。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护数控系统的位置控制由数控系统、驱动系统和测量系统构成。传统的数控系统将位置信号转换为速度给定，并用模拟量的形式传送到伺服系统。伺服控制器根据模拟给定控制伺服电机运动。与伺服电机连接的测量系统将位置信号反馈给数控系统，数控系统根据指令位置和实际位置的差来调节模拟给定。对于传统的数控系统，每个轴有独立的速度给定接口和独立的位置反馈接口。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护西门子802n是一种数字式的数控系统，它通过现场总线PROFIBUS连接驱动器和输入/输出模块PP72/48,802n只有一个总线接口，速度给定信号和位置检测信号都是以数字方式通过总线进行传递的。为了保证总线通信的正确性，要对总线上的设备进行配置。通过配置使数控系统确定当前通过总线所连接的设备。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护有些数控系统的总线配置是开放的，可以根据需要灵活配置总线上的各种设备。有些数控系统的总线配置不开放，不能任意配置总线设备。802n数控系统的特点是将一些标准的总线配置集成到数控系统中，在调试时只需通过机床参数Mn11240来选择所需的系统数据块上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护在802n中，总线的配置完成后，需要通过机床参数Mn30110来定位每个配置轴的给定值输出接口的地址，并通过机床参数Mn30220来确定位置反馈接口的地址。这样数控系统就可以进行位置调节，将每个轴的速度给定通过总线送到该轴的驱动器，并且通过总线读取该轴的实际位置。驱动器定位参数配置见表4-3驱动器地址的设定见表4-4上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护对于数控系统的默认设定，各轴均为仿真轴，此时，数控系统中的位置控制器是没有生效的。数控系统在此方式下，不向驱动器发送速度给定，也不从驱动器读取位置信息。也就是说，在仿真模式下操作数控系统，只有人机界面的位置显示在按照不同的操作命令发生变化，而驱动器不会驱动伺服电机运动。在PLC应用程序调试完毕，急停和各轴的硬限位工作正常且驱动器的配置也已经完成的情况下，就可以激活数控系统的位置控制器，使各轴进入实际调节状态。表4-5列出了激活802D位置控制器的使能参数。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护该参数生效后，611U液晶窗口显示:"RUN"，如果机械传动系统没有问题，数控系统以及驱动器的连接正确无误，激活位置控制器的使能参数后，数控系统的位置控制器进入工作状态，将速度给定通过总线送到伺服驱动器，并将电机的位置信号从总线读出。这时伺服电机可以根据数控系统发出的位置指令运动。如果在位置控制器激活后，伺服电机并不运动，或者不能正确运动，说明存在着机械部件的装配问题或者是电气部件之间的连接问题。这时需要检查机械系统以及数控系统与伺服系统连接的正确性。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护在数控系统的整个调试过程中，位置控制器使能的调试非常重要。因为位置控制器的正常工作与数控系统各个部件之间连接的正确性息息相关。此时，数控系统的连接错误，PLC应用程序的设计错误，甚至机械故障都可能暴露出来。从另一个方面讲，数控机床的调试步骤也是非常重要的，特别是在调试一台新型号的数控机床时，一定要按照数控系统的调试步骤一步一步地进行，切忌打乱调试次序，或者一次输入很多机床参数。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护否则，在出现故障或报警时，很难快速判断出问题的原因。如果在激活位置控制器后，伺服电机可以正常运转，伺服电机带动机床工作台空载运行时，伺服电机的实际电流在额定电流30%以下，且电机的温升正常，证明数控系统的连接正确，且没有传动系统的机械故障。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护机床各轴运动的正方向，是根据切削时刀具相对于工件的运动方向，可以按照右手螺旋定则来确定。由于机械结构设计的原因，伺服电机可能安装在丝杠的两个不同的方向上。同样是伺服电机正转，伺服电机安装在丝杠左端和右端时，工作台的运动方向是不同的。如果机床某轴溜板的运动方向与该轴定义的运动方向不一致，可以通过机床参数来改变溜板的运动方向，见表4-6上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(3)机械传动系统参数配比机械传动系统的参数决定了这个坐标轴的实际移动量，它是数控系统计算运动位置的依据。由于数控机床的运动是利用滚珠丝杠的螺旋原理将伺服电机的旋转运动转变为直线运动的，因此，对于采用电机测量系统的位置控制，数控系统检测的是伺服电机的角位置，将角位置换算成直线位置需要依据机械传动系统配比参数。对于数控机床的每一个轴，一旦确定其实际传动机构减速比和丝杠螺距，该轴的实际位移量也就随之确定。表4-7所示是机械传动参数设置。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护对于进给轴，丝杠的螺距以及减速比是确定坐标位置的唯一条件。当伺服电机与丝杠直接连接时，伺服电机和丝杠的减速比为1‘1，数控系统减速比的默认值为1N。当丝杠与伺服电机之间通过减速机构连接时，需要准确地设定减速比的分子和分母。当减速机构由多级齿轮构成时，最终的减速比等于各级减速比分子的积比各级减速比分母的积，即上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护参数的序号0只对进给轴有效，序号1-5对应于主轴的5个挡位。即进给轴只需要设定序号为。0的分子和分母，主轴则需要设定序号为1-5的分子和分母。当机械配比参数设定完毕后，数控系统发出的移动控制指令应与实际位置相吻合。任何关于位置精度的问题均来自机械系统的误差，如丝杠螺距误差。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(4)速度参数的设定1)进给轴速度的设定数控系统根据数控机床的应用情况，对每个轴设计了相关的速度参数。首先是轴的最高速度，该速度实际上是数控机床坐标轴特性的体现。轴的最高速度与传动系统的机械结构和伺服电机的特性有关。理论上，当丝杠螺距为10mm，伺服电机与丝杠直连，伺服电机的最高转速为000r/min时，该轴的最高速度为30000mm/min;当伺服电机的最高转速为2000r/min时，轴的最高速度为20000mm/min。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护实际上，由于负载的质量、运动部件的阻尼、伺服电机的转矩等原因，轴的实际速度可能达不到理论速度。另外，有的轴行程可能很短，要达到很高的速度，需要很高的加速度，在这种情况下就需要传动系统的机械部件具有很高的刚性，同时，在伺服电机选型时，应选配具有高动态特性、输出转矩足够大的伺服电机。数控机床的轴最高速度不是由一个机床参数决定的，而是取决于诸多条件。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护根据坐标轴的最高速度，数控系统设置了与之相关的一系列速度，这些速度的用途各有不同。从图4-29可以看出各速度之间的相互关系。与轴最高速度配套的另一个参数是最高速度限制。设定轴的最高速度限制是十分必要的，因为机床轴由静止到给定速度的过程中会有速度超调。特别是在加速度很高的情况下，速度超调是不可避免的。因此不能用轴的最高速度作为速度极限。设置最高速度限制的另一个原因是可以保证在电缆连接错误导致速度正反馈超速时，驱动系统可以自动断掉伺服使能，确保机床的轴不会因为超速而损坏。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护数控系统在手动方式下，可以进行点动操作。点动有增量方式和连续方式两种，而连续方式又可分为正常点动和快速点动。机床的点动方式常用于对刀或测量工件原点。当操作人员按下机床面板上的方向键时，坐标轴按照机床参数中设定的正常点动速度和此刻的进给倍率运动。操作人员按下方向键，且同时按下快速键时，坐标轴则按照机床参数中设定的快速点动速度运动。另外，数控系统还可以通过用户操作界面随时设定正常点动速度。表4-8列出了进给轴相关的速度参数设置。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护2)主轴速度的设定主轴速度的设定与进给轴速度的设定原理基本相同。只是主轴可能有五挡速度，每个挡位都具有该挡的最高速度、最低速度和该挡的速度限制，各挡速度范围允许叠加。此处不再赘述。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(5)参考点相关参数参考点是确定机床坐标原点的基准，而且还是轴的软限位和各种误差补偿生效的条件。如果采用带绝对值编码器的伺服电机，机床的坐标原点是在机床调试时设定的。由于成本的原因，大多数数控机床都采用带增量型编码器的伺服电机。编码器采用了光学原理将角位置进行编码，在编码器输出的位置编码信息中，还有一个零脉冲信号。编码器每转产生一个零脉冲。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护当伺服电机安装到机床的床身时，伺服电机的位置即确定下来，编码器零脉冲的角位置也随即确定。由于编码器每转产生一个零脉冲，而在坐标轴的整个行程内有很多距离是相等的零脉冲，而且每个零脉冲在机床坐标系统的位置是绝对的。因此，为了确定坐标轴的原点，可以将某一个零脉冲的位置作为基准。这个基准就是坐标轴的参考点。为了确定参考点的位置，通常在数控机床的坐标轴上配置一个参考点行程开关。数控机床在开机后首先要寻找参考点行程开关，在找到参考点行程开关之后，再寻找与参考点行程开关距离最近的一个零脉冲作为该坐标的参考点，根据参考点就可以确定机床的原点了。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护所以利用编码器的零脉冲可以准确地定位机床坐标原点。采用增量型编码器时，必须进行返回参考点的操作数控系统才能找到参考点，从而确定机床各轴的原点。所以在数控机床上电之后第一个必须执行的操作任务就是返回机床各轴的参考点。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1)返回参考点的过程返回参考点属于手动方式下的一个功能。在返回参考点的过程开始后，数控系统首先控制坐标轴按照搜索参考点行程开关的速度向参考点行程开关的方向(通常为正方向)运动，当找到参考点行程开关后，坐标轴减速至静止。然后数控系统控制该轴按照搜索零脉冲的速度，向相反方向退离参考点行程开关。一旦脱开参考点行程开关，数控系统就开始搜索第一个零脉冲。考虑到坐标轴的速度和机床工作台的惯性，当第一个零脉冲出现后，坐标轴仍将在数控系统的控制下，按照的过程完成，此时的位置就是该坐标轴的参考点。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护2)返回参考点的操作方式数控系统设有两种返回参考点的操作方式:一种是保持操作方式;另一种是触发操作方式。所谓保持方式，是在返回参考点的整个过程中要一直按住机床控制面板上坐标轴的方向键。在返回参考点过程中的任何时刻，如果松开正向键，返回参考点的过程将自动终止。采用这种操作方式的目的是保证操作安全。正是出于这个原因，这种操作方式为数控系统的默认设定。所谓触发操作方式，是只要点一下机床控制面板上的坐标轴方向键，返回参考点的过程即可自动完成。这种方式操作简单，所以被很多数控机床采用。但是否选用这种方式不仅是由一个机床参数来决定的，而且与参考点碰块的安装位置有关。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护802D可以按触发方式返回参考点，但是必须保证参考点撞块与硬限位撞块之间的距离应该小于或等于0mm。这种做法的目的是确保任何时刻机床的坐标轴都不能停留在参考点碰块和硬限位碰块之间。否则，在数控机床上电后，由于坐标轴的当前位置已经超过了参考点碰块的位置，数控系统返回参考点时找不到参考点开关，而直接撞到硬限位碰块。假如硬限位碰块的宽度不够，坐标轴可能冲过硬限位碰块而导致机械部件损坏。802D可以通过参数MD11300将返回参考点设置为触发方式。应注意，该参数必须在专家口令“SUNRISE”下才能修改，并且在修改完后必须恢复制造商口令“EVENING"表4-9给出了与参考点相关的部分机床参数设置。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护(6)误差补偿参数数控机床是典型的机电一体化产品，数控机床的品质主要取决于机械部件和优化的装配工艺以及机电部件配合的密切程度。数控机床的传动系统由伺服电机驱动滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动。数控机床直线位移由位置测量系统检测，位置测量系统可以分为直接测量系统和间接测量系统。直接测量系统通常采用光栅尺来检测坐标轴的实际直线位移，从而构成全闭环结构形式的数控机床，其检测精度最高，但调试较复杂。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护而间接测量系统通常采用电编码器，通过直接测量伺服电机或者丝杠的角位移来实现对坐标轴直线位移的间接测量，从而构成半闭环结构形式的数控机床，其检测精度较高，调试相对容易;对于采用间接测量系统的数控机床，由于编码器只能检测伺服电机的角位移，不能检测坐标轴的实际直线位移，因此，坐标轴的位置精度主要取决于机械系统的精度和刚性。即机械部件的制造和装配精度会影响机床的实际定位精度。对于传动系统机械部件的制造和装配误差，可以通过数控系统的补偿功能作一定程度上的补偿，包括丝杠的反向间隙补偿和丝杠螺距误差补偿。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1)丝杠的反向间隙补偿在机床装配时，尽管采取各种措施消除机床传动系统中可能存在的反向间隙误差，如滚珠丝杠螺母增加消除反向间隙的机构，或者采用消隙的减速器，但是，很难完全消除传动系统中存在的反向间隙。因此，可以利用数控系统提供的反向间隙补偿功能对误差进行补偿。对反向间隙进行补偿，首先要准确地测量出反向间隙的大小。由于滚珠丝杠的制造误差，坐标轴的任何一个位置既有反向间隙，也存在丝杠的螺距误差，因此要在一个位置测量反向间隙往往不能测出实际的反向间隙误差。通常采用多点测量法，在坐标轴的若干个位置测量出反向间隙，然后计算平均值。最精确的方式是采用激光干涉仪测量坐标轴全程的丝杠螺距误差，同时可以测出准确的反向间隙。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护所谓反向间隙补偿，就是在坐标轴反向时将测得的反向间隙值加入位置指令中。表4-10列出的是802n数控系统的反向间隙补偿参数，在补偿时应将测得的反向间隙值要输入到MD32450。在坐标轴返回参考点后，数控系统对于反向间隙的补偿也随即生效。要注意，如果反向间隙值过大，可能使数控系统在补偿反向间隙时出现速度极限报警。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护2)丝杠螺距误差补偿数控机床传动的关键机械部件是滚珠丝杠。滚珠丝杠采用螺旋前进的原理，将旋转运动转换为直线运动。在理想的情况下，丝杠没有任何位置误差，这时丝杠的每一个角位置，都对应一个直线位置。丝杠每旋转3600所对应的直线位移量称为丝杠螺距。丝杠的直线位置与角位置满足下列关系:上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护丝杠的直线位移一丝杠螺距X(丝杠的旋转角度/36%)由于制造工艺的原因，在实际应用中丝杠不可能达到理想的精度，而是存在一定的螺距误差。丝杠螺距误差的大小决定了丝杠的精度等级。丝杠的螺距误差同样可以利用数控系统的补偿功能部分消除或减小。数控系统对丝杠误差补偿的过程实际是通过调整丝杠的角度使得直线位移达到或接近指令位置。由于丝杠的误差表现形式为非线性，因此数控系统对丝杠螺距误差的补偿采用了线性插补法。当然，线性补偿与非线性误差之间的矛盾在一定程度上会影响误差补偿的效果。表4-11列出的是802D数控系统的丝杠螺距误差补偿参数设置。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护4.3.2数控系统参数保护、备份及恢复根据故障现象和参数说明，找到排除故障的相应参数，进行正确的参数设置。在有针对性地利用机床参数进行设备维修的过程中，这种方法是非常实用和有效的。利用这种方法可以处理许多常见的机床故障，例如主轴准停位置的调整、机床原点位置的调整、解除软件超程报警、补偿反向间隙、螺距补偿参数设置等。可以说调整机床参数是修复机床常见故障的重要手段之一。但是由于参数的数量非常庞大，当参数大范围丢失成改变时，这基本是一个不能完成的任务。只能借助于参数的备份与回装完成参数的恢复任务。利用机床的备份数据进行参数的下载和恢复。这种方法简单易行，效率高，可靠性高，是进行参数恢复的主要手段。上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护1.SINUMERIK802D数控系统参数保护、备份及恢复(1)数据存储保护级数控系统的数据保护是数控系统为机床制造厂设计的可设定的数据保护功能。机床制造厂可以根据机床的用途和功能，为用户定义可以使用的数据，包括刀具数据、零点偏移、设定数据、R参数、加工程序和RS232参数的设定。802D数控系统的数据存储有一套完整的保护，共分8级;级。最高，级7最低，高级向下兼容，即高级的可进行低级的操作。802D系统的级。一级3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，直到进行“删除密码”操作后才复位。802D系统的数据存储保护级见表4-12，这些保护级的类型有:上一页下一页返回教学单元4数控系统调试与维护①数控系统级一用于数控系统供货商调整或配置数控系统的功能，在该级别下可以对系统轴配置和功能配置参数进行设定。②机床制造厂级一用于机床制造厂的生产人员设定数控系统的基本参数。③机床用户级一用于最终用户更改应用数据，如刀具数据、补偿和偏移等。④PLC控制的保护级一PLC应用程