第二章数控系统的维护与故障诊断课件.ppt
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- 第二 数控系统 维护 故障诊断 课件
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1、数控系统故障分析与维修 目前目前数控系统种类繁多,形式各异,组成数控系统种类繁多,形式各异,组成结构上都有各自的特点。结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。对于不同的生产厂家来说,在设计思想上对于不同的生产厂家来说,在设计思想上也可能各有千秋。也可能各有千秋。有的系统采用小板结构,便于板子更换和灵活结合,而有的系统则有的系统采用小板结构,便于板子更换和灵活结合,而有的系统则趋向大板结构,使之有利于系统工作的可靠性,促使系统的平均无趋向大板结构,使之有利于系统工作的可靠性,促使系统的平均无故障率不
2、断提高。故障率不断提高。无论哪种系统,它们的基本原理和构成是无论哪种系统,它们的基本原理和构成是十分相似的。十分相似的。数控系统是由硬件控制系统和软件控制系统两大数控系统是由硬件控制系统和软件控制系统两大部分组成:部分组成:硬件控制系统硬件控制系统 是以微处理器为核心,采用大规模集成电路芯片、可编程控制器、伺是以微处理器为核心,采用大规模集成电路芯片、可编程控制器、伺服驱动单元、伺服电机、各种输入输出设备(包括显示器、控制面板、服驱动单元、伺服电机、各种输入输出设备(包括显示器、控制面板、输入输出接口等)等可见部件组成输入输出接口等)等可见部件组成。软件控制系统软件控制系统 即数控软件,包括数
3、据输入输出、插补控制、刀具补偿控制、加减速即数控软件,包括数据输入输出、插补控制、刀具补偿控制、加减速控制、位置控制、伺服控制、键盘控制、显示控制、接口控制等控制控制、位置控制、伺服控制、键盘控制、显示控制、接口控制等控制软件及各种参数、报警文本等组成。软件及各种参数、报警文本等组成。数控系统出现故障后,就要分别对软硬件进行分数控系统出现故障后,就要分别对软硬件进行分析、判断,定位故障并维修。析、判断,定位故障并维修。作为一个好的数控设备维修人员,就必须具备电子线路、元器件、计作为一个好的数控设备维修人员,就必须具备电子线路、元器件、计算机软硬件、接口技术、测量技术等方面的知识。算机软硬件、接
4、口技术、测量技术等方面的知识。常用数控系统简介常用数控系统简介(一)(一)FANUC数控系统简介数控系统简介FANUC公司创建于公司创建于1956年,年,1959年首先推出年首先推出电液步进电机。电液步进电机。70年代,一方面从年代,一方面从Gettes公司引进公司引进直流伺服电机制造技术,一方面与西门子合作,直流伺服电机制造技术,一方面与西门子合作,学习其先进的硬件技术,学习其先进的硬件技术,1976年成功开发出年成功开发出5系统,系统,后与西门子联合开发出后与西门子联合开发出7系统。从这时,系统。从这时,FANUC成为世界上最大的专业数控生产厂家。成为世界上最大的专业数控生产厂家。FANU
5、C公司目前生产的公司目前生产的CNC装置有:装置有:F0、F10F11F12、F15、F16、F18。F00F100110 120150系列是在系列是在F010111215的的基础上加了基础上加了MMC功能,即功能,即CNC、PMC、MMC三三位一体的位一体的CNC。产品特点:产品特点:l结构上长期采用大板结构,但在新的产品中已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采用模块化结构l采用专用采用专用LSI,以提高集成度、可靠性,减少,以提高集成度、可靠性,减少体积和降低成本体积和降低成本l产品应用范围广。每一产品应用范围广。每一CNC装置上可配多种控装置上可配多种控制软件,适用于
6、多种机床制软件,适用于多种机床l不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术SMT、多层印刷电路板、光导纤维电缆等、多层印刷电路板、光导纤维电缆等lCNC装置体积减少,采用面板装配式,内装式装置体积减少,采用面板装配式,内装式PMC(可编程机床控制器)(可编程机床控制器)FANUC6系统(系统(1979年)年)FS6是是FANUC早期代表性产品之一早期代表性产品之一。在在70年年代末与代末与80年代初期的数控机床得到了广泛应用年代初期的数控机床得到了广泛应用。FS6与西门子与西门子6系统结构基本相同(合作产品),系统结构基本相同(合作产品),除伺服电动机、除伺服
7、电动机、PLC采用西门子公司产品外,其采用西门子公司产品外,其余部分完全相同余部分完全相同硬件采用大板结构,上面插有电源模块、存储器硬件采用大板结构,上面插有电源模块、存储器板等小板,板等小板,CPU采用采用8086,该,该CNC系列为多微处系列为多微处理器控制系统,其主理器控制系统,其主CPU、PMC及图形显示的及图形显示的CPU均为均为8086伺服驱动系统采用伺服驱动系统采用FANUC直流驱动系统,通过直流驱动系统,通过脉冲编码器进行位置检测,构成半闭环位置控制脉冲编码器进行位置检测,构成半闭环位置控制系统系统系统一般带有独立安装的电气柜,电气柜内安装了系系统一般带有独立安装的电气柜,电气
8、柜内安装了系统的主要部件(如统的主要部件(如CNC装置、伺服驱动、输入单元、装置、伺服驱动、输入单元、电源单元)电源单元)主轴驱动系统采用主轴驱动系统采用FANUC交流主轴驱动装置,该单元交流主轴驱动装置,该单元为分开安装式,一般安装在强电柜内为分开安装式,一般安装在强电柜内系统软件为固定式专用软件系统软件为固定式专用软件 我国我国80年代进口的数控机床,均大量配套采用年代进口的数控机床,均大量配套采用FS6系统,直到目前仍然有较多配套系统,直到目前仍然有较多配套FS6的机床在使用中,的机床在使用中,这些设备大多进入故障多发期,因此,它是数控机床这些设备大多进入故障多发期,因此,它是数控机床维
9、修中的常见系统之一。维修中的常见系统之一。F3 简化版(经济型)简化版(经济型)另注:另注:Fs6F9 强化版强化版 (1980年)年)F11系列(系列(1984年)年)F11系列是系列是FANUC公司公司20世纪世纪80年代初期开年代初期开发并得到广泛应用的发并得到广泛应用的FANUC代表性产品之一代表性产品之一,在在80年代进口的高档数控机床上广为采用年代进口的高档数控机床上广为采用,因因此,它亦是维修中的常见系统之一。同系列的此,它亦是维修中的常见系统之一。同系列的产品有产品有F101112三种基本规格,其基本结构三种基本规格,其基本结构相似,性能与使用场合有所区别。相似,性能与使用场合
10、有所区别。F11的硬件仍然采用大板结构(主板)的硬件仍然采用大板结构(主板),主主CPU为为68000,它也是一种多微处理器控制系统,它也是一种多微处理器控制系统硬件尽量采用专用大规模集成电路及厚膜电路硬件尽量采用专用大规模集成电路及厚膜电路(22块),元件减少块),元件减少30CNC系统和操作面板、系统和操作面板、I/O单元之间采用光缆单元之间采用光缆连接,减少了信号线,抗干扰能力提高连接,减少了信号线,抗干扰能力提高F11系统既可以带独立安装的电柜,也可进行系统既可以带独立安装的电柜,也可进行分离式安装分离式安装伺服驱动与主轴驱动一般采用伺服驱动与主轴驱动一般采用FANUC模拟式模拟式交流
11、伺服驱动系统交流伺服驱动系统系统软件可固定式专用软件,最大可以控制系统软件可固定式专用软件,最大可以控制5轴,并实现全部控制轴的联动轴,并实现全部控制轴的联动F0F0系统(系统(19851985年)年)F0系列是系列是FANUC公司公司20世纪世纪80年代中后期开发年代中后期开发的产品,是的产品,是FANUC代表性产品之一。是中国市场上代表性产品之一。是中国市场上销售量最大的一种系统(销售量最大的一种系统(F0C系列,系列,F0D系列),系列),产品目标是体积小、价格低,其中产品目标是体积小、价格低,其中F0MC/TC是其是其代表性产品,代表性产品,F0MD和和F0TD为为F0MA和和F0TA
12、的简化版(经济型)。的简化版(经济型)。硬件结构采用了传统的结构方式,即在主板上硬件结构采用了传统的结构方式,即在主板上插有存储器板、插有存储器板、I/O板、轴控制模块以及电源单板、轴控制模块以及电源单元。其主板较其他系列主板要小得多,因此,元。其主板较其他系列主板要小得多,因此,在结构上显得较紧凑,体积小在结构上显得较紧凑,体积小F0系列为多微处理器系列为多微处理器CNC系统,系统,F0A系列主系列主CPU为为80186,F0B系列的主系列的主CPU为为80286,F0C系列的主系列的主CPU为为80386.内置可编程控制器(内置可编程控制器(PLC)的的CPU为为8086F0可以配套使用可
13、以配套使用FANUC S系列、系列、系列、系列、C系系列、列、系列等数字式交流伺服驱动系统,无漂系列等数字式交流伺服驱动系统,无漂移影响,可以实现高速、高精控制移影响,可以实现高速、高精控制采用了高性能的固定软件与菜单操作的软功能采用了高性能的固定软件与菜单操作的软功能面板,可以进行简单的人机对话式编程面板,可以进行简单的人机对话式编程具有多种自诊断功能,以便于维修具有多种自诊断功能,以便于维修F0i系统采用总线技术,增加了网络功能,并系统采用总线技术,增加了网络功能,并采用了采用了“闪存闪存”(FLASH ROM)。系统可以)。系统可以通过通过Remote buffer接口与接口与PC相连,
14、由相连,由PC机控机控制加工,实现信息传递,系统间也可以通过制加工,实现信息传递,系统间也可以通过I/O Link总线进行相连总线进行相连F0 Mate是是F0系列的派生产品,与系列的派生产品,与F0相比是结相比是结构更为紧凑的经济型构更为紧凑的经济型CNC装置装置FANUC151618系统系统 F15161816i18i系列系统有系列系统有F151618、F15i16i18i及及FS150160180、F160i180i等型号,该系列系统是专等型号,该系列系统是专门为工厂自动化设计的数控系统,是目前国际门为工厂自动化设计的数控系统,是目前国际上工艺与性能最先进的数控系统之一,在美国、上工艺与
15、性能最先进的数控系统之一,在美国、日本、欧洲的制造业中已普遍使用。日本、欧洲的制造业中已普遍使用。系统的硬件与微电子技术发展同步,采用了超系统的硬件与微电子技术发展同步,采用了超大规模集成芯片,大规模集成芯片,CPU可以是可以是80486或或PENTIUM系列处理器,带系列处理器,带64位位RISC芯片等芯片等系统元器件采用了立体化、高密度的安装方式系统元器件采用了立体化、高密度的安装方式(FANUC公司的专利技术),除主板外,印刷公司的专利技术),除主板外,印刷电路板均按物理功能分成小模块,根据用户的电路板均按物理功能分成小模块,根据用户的要求和系统的规模,分别插在主板上,系统扩要求和系统的
16、规模,分别插在主板上,系统扩展容易,维修方便,体积小展容易,维修方便,体积小F15采用了模块式多主总线(采用了模块式多主总线(FANUC BUS)结)结构,多构,多CPU控制系统,、主控制系统,、主CPU采用了采用了68020,还采用了一个子还采用了一个子CPU,在,在PMC、轴控制、图形、轴控制、图形控制、通信及自动编程中也都有各自的控制、通信及自动编程中也都有各自的CPU系统采用系统采用8.4in或或9.5in TFT(Thin Film Transistor 薄膜晶体管)彩色液晶显示器薄膜晶体管)彩色液晶显示器系统可配套系统可配套i系列数字式交流伺服系统,主系列数字式交流伺服系统,主轴控
17、制可采用轴控制可采用i系列主轴驱动系统系列主轴驱动系统F151618系列系统既可单机运行,也可通过系列系统既可单机运行,也可通过Remote buffer接口与个人计算机相连,由计算接口与个人计算机相连,由计算机控制加工,实现信息传递。通过机控制加工,实现信息传递。通过I/O link(串(串行口)接口还可以连接多种外围设备。另外经行口)接口还可以连接多种外围设备。另外经DNC1或或DNC2接口,可与接口,可与Cell Controller或以太或以太网连接,由上位机进行控制,实现车间的自动网连接,由上位机进行控制,实现车间的自动化化 F1618系统的总体结构图系统的总体结构图 CNCI/O单
18、元单元强电回路强电回路传感器传感器/线圈线圈电源电源变压器变压器电源电源主计算机主计算机伺服驱动伺服驱动主轴驱动主轴驱动主轴电动机主轴电动机伺服电动机伺服电动机操作面板接口操作面板接口机床操作面板机床操作面板MDI/CRT单元单元I/O接口接口I/O设备设备手轮手轮FANUC30i-MODEL A 日本日本FANUC最新的高档控制器,是当前配最新的高档控制器,是当前配置最高的数控系统。置最高的数控系统。特点:特点:1.最大控制系统为最大控制系统为10个系统(通道);个系统(通道);2.最多轴数和最多轴数和 最大主轴配置为最大主轴配置为40轴,其中进给轴轴,其中进给轴32轴,主轴为轴,主轴为8轴
19、;最大同时控制轴数为轴;最大同时控制轴数为24轴轴/系系统;统;3.最大最大PMC系统数为系统数为3个系统;最大个系统;最大I/O点数为点数为4096点点/4096点,点,PMC基本指令速度为基本指令速度为25ns。4.最大可预读程序段为最大可预读程序段为1000段。段。(二)(二)SIEMENS数控系统简介数控系统简介SIEMENS公司是生产数控系统的著名厂家,公司是生产数控系统的著名厂家,SINUMERIK的的CNC数控装置主要有:数控装置主要有:SINUMERIK 38810820850805840系列等。系列等。SIEMENS 810820系统系统 SIEMENS 810820是西门子
20、公司是西门子公司20世纪世纪80年代中期开发的年代中期开发的CNC、PLC一体型控制系统,一体型控制系统,它适合于普通车、铣、磨床的控制,系统结构它适合于普通车、铣、磨床的控制,系统结构简单、体积小、可靠性高,在简单、体积小、可靠性高,在80年代末、年代末、90年年代初的数控机床厂上使用较广。代初的数控机床厂上使用较广。810与与820的区别仅在于显示器,的区别仅在于显示器,810为为9in单色单色显示,系统电源为显示,系统电源为24V;820为为12in单色或彩色单色或彩色显示,系统电源为交流显示,系统电源为交流220V,其余硬件、软件,其余硬件、软件部分完全一致部分完全一致810820最大
21、可控制最大可控制6轴(其中允许有轴(其中允许有2个作为个作为主轴控制),主轴控制),3轴联动轴联动系统由电源、显示器、系统由电源、显示器、CPU板、存储器板、存储器(MEMEPROMRAM)板、)板、I/O板、接口板、接口板、显示控制板、位控板、机箱等硬件组成。板、显示控制板、位控板、机箱等硬件组成。硬件采用了较多硬件采用了较多LSI和专用集成电路和专用集成电路主主CPU采用采用80186PLC最大最大128点输入点输入64点输出,用户程序容点输出,用户程序容量量12KB,PLC采用采用STEP5语言编程语言编程SIEMENS 3系统系统 SIEMENS 3系统是西门子公司系统是西门子公司80
22、年代初期年代初期开发出来的中档全功能数控系统,是西门子公开发出来的中档全功能数控系统,是西门子公司销售量最大的系统,是司销售量最大的系统,是20世纪世纪80年代欧洲的年代欧洲的典型系统。典型系统。采用模块化结构,由采用模块化结构,由CPU模块,模块,NC存储器模块,存储器模块,操作面板接口,操作面板接口,NCPC连接模块,伺服测量回连接模块,伺服测量回路路、,PLC编程接口,逻辑模块,扩展设编程接口,逻辑模块,扩展设备接口,备接口,PLC存储器及各种存储器及各种I/O等等17个模块组成个模块组成3系统的机柜因配置、类别、型号的不同,可以系统的机柜因配置、类别、型号的不同,可以分为单框架、单分为
23、单框架、单PLC双框架、双双框架、双PLC双框架结双框架结构构采用采用INTEL 8086CPU的轮廓轨迹控制的轮廓轨迹控制CNC系系统,系统可控制统,系统可控制4轴,任意轴,任意3轴联动轴联动PLC采用采用SIMATIC S5的的PLC130B,输入输,输入输出点各出点各512点点采用采用12in彩色显示器或彩色显示器或9in单色显示器单色显示器SIEMENS 850880 850880是西门子是西门子80年代末期开发的机床年代末期开发的机床及柔性制造系统,具有机器人功能。适合高功及柔性制造系统,具有机器人功能。适合高功能复杂机床能复杂机床FMS、CIMS的需要。是一种多的需要。是一种多CP
24、U轮廓控制的轮廓控制的CNC系统。系统。1986年西门子公司采用数控年西门子公司采用数控3系统电路板标准系统电路板标准(230mm高),高),NCPLC双口双口RAM耦合方式,耦合方式,INTEL 80186CPU芯片,生产出芯片,生产出850系统,它的系统,它的PLC还是沿用还是沿用130WB或或150U1988年针对年针对850系统的缺陷,又推出全系统的缺陷,又推出全80186的的数控数控880GA1型系统,后推出主型系统,后推出主CPU采用采用80386的的880GA2型系统型系统850880系统的基本结构一般都由操作面板、系统的基本结构一般都由操作面板、主机箱、机床控制面板主机箱、机床
25、控制面板3大部分组成,采用两个大部分组成,采用两个机架支撑两列中央控制器,中央控制器包括机架支撑两列中央控制器,中央控制器包括NCCPU、SVCPU(伺服(伺服CPU)、)、COMCPU(通信(通信CPU)、)、PLCCPU及插入式扩展及插入式扩展模块。插入式扩展模块有:测量回路模块、存模块。插入式扩展模块有:测量回路模块、存储器模块、储器模块、NCCPU 24、SVCPU 24、PLC输入输出板及扩展单元和接口单元输入输出板及扩展单元和接口单元面板带有面板带有12英寸彩色显示器、全功能键盘及两英寸彩色显示器、全功能键盘及两个串口个串口用户程序存储器用户程序存储器RAM容量为容量为128KB,
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