1、 数控系统由多个子系统(或称独立单元)组成,包括CNC装置、伺服驱动器、反馈测量系统、操作面板、显示单元等。这些单元以一定的适配关系相互紧密地联系,信息流、数据流、能流等在瞬息万变中相互交融。本单元的主要内容是介绍数控系统的连接构成及各独立单元之间适配关系的信号、处理、传输及执行过程中所出现的故障问题维修,涉及电子电路相关知识。5.1数控系统的接口5.1.1数控装置的接口连接规范数控装置是数控系统的控制中枢。数控装置的接口不仅是多输入、多输出的,而且接口的结构形式为混合型,与其他单元的连接关系比较复杂,因此有必要对其加以了解。图5-1数控装置、控制设备和机床之间的接口关系表5-1组信号表5-2
2、组信号表5-2组信号表5-3组信号表5-4组第一类信号表5-4组第一类信号表5-4组第一类信号表5-5组第二类信号表5-5组第二类信号表5-5组第二类信号表5-5组第二类信号表5-5组第二类信号5.1.2数控装置的开关量接口电路控制装置与机床各个功能模块之间的联系和控制是通过开关量接口(I/O接口)电路进行的。I/O接口电路的主要作用,一是进行电平转换和功率放大,二是提高数控装置的抗干扰性能。因为一般数控装置的信号是TTL逻辑电路产生的电平,而控制机床的信号不一定是TTL电平,且负载较大,因此要进行必要的信号电平转换和功率放大,为防止外界的电磁干扰而引起数控装置的误动作,因此I/O接口一般都采
3、用了光耦合器件或继电器,具体的电路如下:1.输入电路1)接收直流输入信号(A)。直流输入信号(A)是从机床到数控装置的信号,一般来自机床侧的按钮、限位开关、继电器触点及微动开关等到数控装置的光耦合器,如图5-2所示,这些触点应满足下列条件。触点容量:DC30V、16mA以上;图5-2接收直流输入信号(A)的输入电路开路时触点间泄漏电流:1mA以下(电压26.4V);闭路时触点间的电压降:2V以下(电流8.5mA,包括电缆的电压降)。信号(A)的时序规定如图5-3所示。图5-3直流输入信号(A)的时序图控装置的信号,一般来自高速下使用的无触点开关信号,如接近开关、光电开关,到数控装置的光耦合器,
4、如图5-4所示,开关应满足下列条件。开关容量:DC30V、16mA以上;开路时开关间泄漏电流:1mA以下(电压26.4V);闭路时开关间的电压降:2V以下(电流8.5mA,包括电缆的电压降)。信号(B)的时序规定如图5-5所示。2)接收直流输入信号(B)。直流输入信号(B)也是从机床到数 图5-4接收直流输入信号(B)的输入电路 图5-5直流输入信号(B)的时序图直流输出信号用于驱动机床侧的继电器或发光二极管、信号灯,一般采用晶体管为驱动器件,图5-6、图5-7所示为输出电路,驱动晶体管的参数如下:输出ON时的最大负载电流(包括瞬间电流):200mA以下;输出ON时的饱和压降:200mA时最大
5、为1.6V,典型值为1V;输出OFF时的耐压(包括瞬间电压):24V(1+20%)以下;输出OFF时的泄漏电流:100A。2.输出电路 图5-6用外部电源的输出电路 图5-7用内部电源的输出电路5.2典型数控系统结构与连接目前我国数控机床的控制系统中,计算机数控系统的品牌和种类繁多,其中国外的有,日本FANUC、德国SIEMENS、美国CINCINNATI、西班牙FAGOR、德国HEIDENHA、日本MIT-SUBISHI、法国NUM等,其性能优良、功能完善、品种齐全,占有较大的市场份额;国内的有华中、蓝天、航天、开通、广数、凯恩帝、四开等,这些产品功能齐全、价格低、可靠性高,具有较好的应用前
6、景。5.2.1FANUC 0系统的配置与连接国内数控机床目前使用的FANUC数控系统主要是0系统和0i系统。针对这一实际情况,通过简要介绍这两种系统的连接,达到建立数控系统故障诊断与排除知识基础的目的。1.FANUC 0 系列数控系统结构 FANUC 0系统由数控单元本体、主轴和进给伺服单元以及相应的主轴电动机和进给电动机、CRT显示器、系统操作面板、机床操作面板、附加的输入/输出接口板(B2)、电池盒、手摇脉冲发生器等部件组成。FANUC 0系统的CNC单元为大板结构,以主板为基础,其他配置有存储器板、图形显示板、可编程序控制器板(PMC-M)、伺服轴控制板、输入/输出接口板、子CPU(中央
7、处理器)板、扩展的轴控制板、电源单元和DNC控制板。这些配置 以小印制电路板(PCB)形式插在主印制电路板上,与CPU的总线相连。图5-8FANUC 0系统数控单元的结构图图5-8所示为FANUC 0系统数控单元的结构图。各部件的排 列如图5-9所示,其功能如下。1)主印制电路板(PCB):主CPU在该板上,用于系统主控,连接各功能板、故障报警等。2)电源单元:提供5V、15V、24V直流电源,用于各板的供电,24V直流电源还用于单元内继电器驱动。3)图形显示板:提供图形显示功能,第2、3手摇脉冲发生器接口等。4)PMC板(PMC-M):PMC-M型可编程机床控制器,提供扩展的输入/输出板的接
8、口。5)基本轴控制板(AXE):提供X、Y、Z和第4轴的进给指令,接收从X、Y、Z和第4轴位置编码器反馈的位置信号。6)输入/输出接口板:通过插座M1、M18和M20提供输入点,通过插座M2、M19和M20提供输出点,为PMC提供输入/输出信号。7)存储器板:接收系统操作面板的键盘输入信号,提供串行数据传送接口,第1手摇脉冲发生器接口,主轴模拟量和位置编码器接口,存储系统参数、刀具参数和零件加工程序等。8)子CPU板:用于管理第5、6、7、8轴的数据分配,提供RS232C和RS422串行数据接口等。9)扩展轴控制板(AXS):提供第5、6轴的进给指令,接收从第5、6轴位置编码器反馈的位置信号。
9、10)扩展轴控制板(AXA):提供第7、8轴的进给指令,接收从第7、8轴位置编码器反馈的位置信号。11)扩展的输入/输出接口板:通过插座M61、M78和M80提供输入点,通过插座M62、M79和M80提供输出点,为PMC提供输入/输出信号。12)通信板(DNC2):提供数据通信接口。图5-9FANUC 0系统数控单元各部件的排列图图5-10所示为FANUC 0系统基本轴控制板(AXE)与伺服放大器、伺服电动机和编码器连接图。M184M199为轴控制板上的插座编号,其中M184、M187、M194、M197为控制器指令输出端;M185、M188、M195、M198是内装型脉冲编码器输入端,在半闭
10、环伺服系统中为速度/位置反馈,在全闭环伺服系统中作为速度反馈;M186、M189、M196、M199只作为在全闭环伺服系统中的位置反馈,可以接分离型脉冲编码器或光栅尺。如果选用绝对编码器,2.FANUC 0 系列数控系统的连接 CPA9端接相应电池盒。说明:图5-10中H20表示20针HONDA插头,M表示“针”,F表示“孔”。图5-10FANUC 0系统基本轴控制板(AXE)与伺服放大器、伺服电动机和编码器连接图存储器板存放工件程序、偏移量和系统参数,系统断电后由电池单元供电保存,同时连接着显示器、MDI单元、第1手摇脉冲发生器、串行通信接口、主轴控制器和主轴位置编码器、电池等单元,如图5-
11、11所示。在电源单元中,CP15为DC 24V输出端,供显示单元使用,BN6.F为6针棕色插头;CP1是单相AC220V输入端,BK3.F为3针黑色插头;CP3接电源开关电路;CP2为AC220V输入端,可以接冷却风扇或其他需要AC220V的单元。图5-11存储器板、电源单元的连接图插座,共计80个I/O输入点;M2、M19为I/O输出插座,共计56个I/O输出点;M20包括24个I/O输入点和16个I/O输出点。这些I/O点可以用于强电柜中的中间继电器控制,机床控制面板的按钮和指示灯、行程开关等开关量控制。3.FANUC 0 系列数控系统控制单元与S系列进给伺服系统的连接图5-12所示为内置
12、I/O接口连接图,其中M1、M18为I/O输入 图5-12内置I/O接口连接图FANUC0系统可配用S系列交流伺服放大器(分1轴型、2轴型和3轴型3种),其电源电压为200/230V,由专用的伺服变压器供给,AC100V制动电源由NC电源变压器供给。图5-13、图5-14所示为1轴型和2轴型伺服单元的基本配置和连接方法。图中电缆K1为NC到伺服单元的指令电缆,K2S为脉冲编码器的位置反馈电缆,K3为AC230/200V电源输入线,K4为伺服电动机的动力线电缆,K5为伺服单元的AC100V制动电源电缆,K6为伺服单元到放电单元的电缆,K7为伺服单元到放 电单元和伺服变压器的温度接点电缆。QF和M
13、CC分别为伺服单元的电源输入断路器和主接触器,用于控制伺服单元电源的通和断。伺服单元的接线端T2-4和T2-5之间有一个短路片,如果使用外接型放电单元应将它取下,并将伺服单元印制电路板上的短路棒S2设置到H位置,反之则设置到L位置。伺服单元的连接端T4-1和T4-2为放电单元和伺服变压器的温度接点串联后的输入点,上述两个接点断开时将产生过热报警。如果使用这对接点,应将伺服单元印制电路板上的短路棒S1设置到L位置。图5-13S系列1轴型伺服单元的连接图 图5-14S系列2轴型伺服单元的连接图的伺服系统结构简图。伺服电动机上的脉冲编码器作为位置检测元件也作为速度检测元件,它将检测信号反馈到CNC中
14、,由CNC完成位置处理和速度处理。CNC将速度控制信号、速度反馈信号以及使能信号输出到伺服放大器的JVB1和JVB2端口。图5-15所示为FANUC的CNC与系列2轴交流驱动单元组成 图5-15系列2轴型伺服单元的连接图4.FANUC 0 系列数控系统伺服设定与优化 传动机构丝杠与电动机轴之间的减速比确定后,才可以确定脉冲编码器的脉冲数。所调整的参数一般比较固定,使用较为不便。使用柔性齿轮比功能,脉冲编码器的脉冲数可以适应各种不同的传动机构。(1)柔性齿轮比的设定在以往的伺服参数中,丝杠的螺距和图5-16柔性齿轮比参数的实际意义(2)伺服电动机代码和自动设定以及伺服的优化在数字伺服的软件中,包
15、括了所有电动机(非负载情况下)最佳的伺服控制参数,该参数在机床调试时将被设定。具体方法可以通过伺服设定画面,在该画面集中了各个控制轴的主要参数,如 图5-17所示。图5-17各个控制轴的主要参数1)初始设定位(INITIAL SET BITS):#1位为0时进行参数自动设定。设定完成后,该位恢复为1。2)电动机代码(Motor ID No.):代码(099),不同规格的电动机有不同代码。3)AMR:当使用系列电动机时,该值为0。4)CMR:指令倍乘比。5)柔性齿轮比n/m:根据上述介绍的公式设定。6)方向设定(Direction Set):用于设定正确的电动机方向。7)速度脉冲数(Veloci
16、ty Pulse No.):使用系列电动机时为8192/819。8)位置脉冲数(Position Pulse No.):当系统为半闭环时,系列电动机为12500/1250;当系统使用全闭环时,取决于每转反馈脉冲数。9)参考计数器Ref.counter:用于参考点回零的计数器。5.FANUC 0 系列数控系统控制单元与S系列交流主轴伺服系 统的连接 图5-18所示为S系列交流主轴伺服系统的连接方法。图5-18S系列交流主轴伺服系统的连接方法1.FANUC 0i系列数控系统结构FANUC 0i系列数控系统由控制单元、电源模块、伺服模块、显示单元、MDI单元等硬件连接组成,如图5-19所示。5.2.
17、2FANUC 0i系统的连接 图5-19FANUC 0i-A数控系统组成模块 2.FANUC 0i-A数控系统控制单元的连接控制单元是塑料外壳,内装风扇,空气由外壳底部进入、顶部排出,保证空气的流动。PCB安装在机架的后面,机架的左侧有一个插接器,可用来测试控制器以及连接其他用途。用,也分为A、B两种规格。控制单元由两大部分组成,即左半边的主PCB和右半边的I/O板。主PCB部分主要有主CPU、存储器(装有系统软件、宏程序、梯形图、参数等)、PMC控制、I/O LINK控制、伺服控制、主轴控制、内存卡I/F、LED显示等。图5-20FANUC 0i系统的连接图阅读机/穿孔机I/F、MDI控制、
18、显示控制、手摇脉冲发生器控制等。1)主PCB接口的定义,各指示灯及接口的实际位置。具体如图5-21所示。I/O板部分主要有电源PCB(内置)、DC-DC转换器、DI/DO、图5-21主控模块的连接 图5-22I/O LINK的连接 图5-23控制单元与主轴单元的连接a)串行主轴或位置编码器连接b)模拟主轴连接控制单元与伺服单元的连接如图5-24所示。图5-24控制单元与伺服单元的连接DI/DO-3内装I/O卡接口3。该接口为机床提供I/O信号接收器(X)和驱动器(Y)。为了简化与分线板的连接,使用MIL规格的扁平电缆连接内置式I/O板。0i系统内置的I/O卡用于机床接口。内置I/O卡DI/DO
19、的点数为96/64点。如果DI/DO的点数不够用,可以通过FANUC I/O LINK扩展单元:比如分散I/O。内装I/O卡的连接如图5-25所示。图5-25内装I/O卡的连接PC相连,进行数据通信。JA3BMPG(手摇脉冲发生器接口)。该接口所连接的手摇脉冲发生器用于在手轮进给方式下用手轮移动坐标轴。0i-TA系统最多可安装两个手摇脉冲发生器,而0i-MA系统最多可安装三个手摇脉冲发生器。MINI SLOTFSSB(高速串行总线接口)。此接口用于与JA2MDI(手动数据输入装置接口)。该接口用于连接MDI单元的一个键盘,用来输入数据,如NC加工程序、设置参数等。JA1CRT(显示器接口)。该
20、接口用于连接显示器,显示器端的接口为JA1(LCD时)、CN1(CRT时)。CP1BDCOUT(24V电源输出接口)。该接口与显示单元相连,为显示单元提供电源,在显示单元侧的接口是CP5(LCD时)、CN2(CRT时)。CP1ADCIN(24V电源输入接口)。该接口与外部直流24V电源连接,为控制单元提供电源。DI/DO-2内装I/O卡接口2。该接口为机床提供I/O信号接收器(X)和驱动器(Y)。DI/DO-1内装I/O卡接口1。该接口为机床提供I/O信号接收器(X)和驱动器(Y)。3.FANUC 0i-A数控系统电源模块的连接1)电源模块型号表示 电源模块(Power Supply Modu
21、le)。制动形式。“无”表示再生制动,R表示能耗制动,V表示电压转换型再生制动,C表示电容模块。输出功率。输入电压,“无”表示200V,HV表示400V。例:PSM-15即表示输入电压为200V,输出功率为15kW,再生制动的电源模块。2)PSM-15电源模块各指示灯的定义及各接口的定义和接线走向。电源模块的连接如图5-26所示。图5-26电源模块的连接块的直流输入端连接,为模块和伺服模块提供直流电源。STATUS表示LED状态。用于表示电源模块所处状态,出现异常时,显示相关的报警代码。CX1A交流200V输入接口。CX1B交流200V输出接口。该接口与主轴模块的CX1A接口连接。电源状态LE
22、D指示灯。在该指示灯完全熄灭后,方可对模 TB1直流电源输出端。该接口与主轴模块、伺服模块电缆进行各种操作,否则有触电危险。CX2A直流24V输入接口。CX2B直流24V输出接口。一般该接口与主轴模块的CX2A连接输出急停信号。JX1B主轴模块连接接口。该接口一般与主轴的JX1A连接,作通信用。CX3主接触器控制信号接口。该接口给主接触器提供控制信号,从而控制输入电源模块的三相交流电的通断。CX4急停信号接口。该接口用于连接机床的急停信号。S1/S2再生相序选择开关。一般出厂默认设定为S1短路。电源模块电流、电压检查用接口。以PSM-15为例,各插针的用途见表5-7。三相交流电源输入端。4.F
23、ANUC 0i-A数控系统控制单元与伺服模块的连接伺服模块接收从控制单元发出的进给速度和位移指令信号,经一定的转换和放大后,驱动伺服电动机,进而驱动机械传动机构,驱动机床的执行部件实现精确的工作进给和快速移动。FANUC公司的系列伺服模块主要分为SVM、SVM-HV两种,其中SVM型的一个单独模块最多可带三个伺服轴,而SVM-HV型的一个单独模块最多可带两个伺服轴。根据不同的CNC系统选用不同的接口类型,A型(TYPEA)、B型(TYPEB)和FSSB三种。FANUC 0i-MA数控系统属于B型接口类型。例:SVM1-12表示输入电压为200V、第1轴、最大电流为12A的伺服模块。伺服的连接分
24、A型和B型,由伺服放大器上的一个短接棒控制。A型连接是将位置反馈线接到CNC系统,B型连接是将其接到伺服放大器。0i和近期开发的系统用B型,0系统大多数用A型。两者与伺服软件有关,不能任意使用。连接时最后的放大器的JX1B需插上FANUC公司提供的短接插头,如果遗忘会出现#401报警。另外,若选用一个伺服放大器控制两个电动机,应将大电动机电枢接在M端子上,小电动机接在L端子上,否则电动机运行时会听到不正常的嗡嗡声。FANUC系统的伺服控制可任意使用半闭环或全闭环,需要设定闭环形式的参数和改变接线。2)SVM1-12伺服模块各指示灯的定义及各接口的定义和接线走向。伺服模块的连接如图5-27所示。
25、图5-27伺服模块的连接块、伺服模块的直流输入端连接。STATUSLED指示灯。用于表示伺服模块所处的状态,出现异常时,显示相关的报警代码。BATTERY电池。该电池用于系统断电后,保存绝对型位置编码器的位置数据。CX5X绝对型位置编码器电池接口。一般地,与电池连接或在使用分离型电池盒时,与上一伺服模块的CX5Y连接。直流电源输入端。该接口与电源模块的输出端、主轴模 CX5Y绝对型位置编码器电池接口。一般在使用分离型电池盒时,与下一伺服模块的CX5X连接。S1/S2接口选择开关。S1为A型接口,S2为B型接口。F224V电源熔丝。电源状态LED指示灯。在该指示灯完全熄灭后,方可对模块电缆进行各
26、种操作,否则有触电危险。CX2B直流24V输出接口。一般该接口与下一伺服模块的CX2A连接,输出急停信号。CX2A直流24V输入接口。一般该接口与主轴模块或上一伺服模块的CX2B连接,接收急停信号。JX5伺服状态检查接口。该接口用于连接伺服模块状态检查电路板。通过伺服模块状态检查电路板可获取伺服模块内部信号的状态。JX1A模块连接接口。一般该接口与主轴或上一个伺服模块的JX1B连接,作通信用。JX1B模块连接接口。一般该接口与下一个伺服模块的JX1A连接。PWM11/JV1BA型NC数控系统接口。PWM21/JS1BB型NC数控系统接口。该接口与FANUC 0i系统控制单元相对应的伺服模块接口
27、JSnA(n为轴号)连接。ENC/JF1位置编码器接口。该接口只在使用B型接口类型时使用。三相交流变频电源输出端。该接口与相对应的伺服电动机连接。5.FANUC 0i-A数控系统控制单元与主轴模块的连接CNC数控系统中的主轴模块用于控制驱动主轴电动机。在加工中心中,主轴带动刀具旋转,根据切削速度、工件或刀具的直径来设定相对应的转速,对所需加工的工件进行各种加工。而在车床中,主轴则带动工件旋转,根据切削速度、工件或刀具的直径来设定相对应的转速,对所需加工的工件进行加工。输入电压,“无”表示200V,HV表示400V。FANUC公司的系列主轴模块主要分为SPM、SPMC、SPM-HV3种。主轴电动
28、机需要的控制有两种接口:模拟(DC 010V)和数值(串行传送)输出。模拟接口可用于其他公司的变频器及电动机。用FANUC主轴电动机时,主轴上的位置编码器(一般是1024线)信号应接到主轴电动机的驱动器上(JY4口)。驱动器上的JY2是速度反馈接口,两者不能接错。2)SPM-15主轴模块各指示灯的定义及各接口的定义和接线走向。主轴模块的连接如图5-28所示。图5-28主轴模块的连接5.2.3SINUMERIK 802 系统SINUMERIK 802系统包括 802S/Se/Sbase line、802C/Ce/Cbase line、802D等型号,它是西门子公司20世纪90年代开发的集CNC、
29、PLC于一体的经济型数控系统。该系统的性/价比较高,比较适合于经济型与普及型车、铣、磨床的控制。SINUMERIK 802系列数控系统的共同特点是结构简单、体积小、可靠性高,系统软件功能也比较完善。1.西门子SINUMERIK 802C数控系统连接概况SIEMENS 802S、802C系列系统的CNC结构完全相同,可以进行3轴控制及3轴联动制,系统带有10V 的主轴模拟量输出接口,可以配具有模拟量输入功能的主轴驱动系统。SINUMERIK 802C base line CNC控制器与伺服驱动SIMODRIVE611U和1FK7伺服电动机的连接如图5-29所示;SINUMERIK 802C ba
30、se line CNC控制器与伺服驱动SIMODRIVE base line和1FK7伺服电动机的连接如图5-30和图5-31所示。2.西门子SINUMERIK 802C数控系统的接口西门子SINUMERIK 802C数控系统的接口示意图如图5-32所示。1)电源端子:X1,系统工作电源为直流24V,接线端子为X12)通信接口:X2RS232,在使用外部PC/PG与西门子SINUMERIK 802C base line进行数据通信(WINPCIN)或编写PLC程序时,使用RS232接口,如图5-33所示。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X
31、6也是SUB-D15芯孔插座,在802C base line中作为编码器4接口,在802S base line中作为主轴编码器接口用。4)驱动器接口:X7,驱动器接口X7为SUB-D 50芯针插座,SINUMERIK 802C base line中X7接口的引脚见表5-10。5)手轮接口:X10,通过手轮接口X10可以在外部连接两个手轮。X10有10个接线端子,引脚见表5-11。6)数字输入/输出接口:X100X105、X200/X201,共有48个数字输入和16个数字输出接线端子。48个输入接口X100X105的引脚分配见表5-12,16个输出接口X200/X201的引脚分配 图5-29SI
32、NUMERIK 802C base line CNC控制器与伺服驱动SIMODRIVE611U和1FK7伺服电动机的连接 图5-30SINUMERIK 802C base line CNC控制器与伺服驱动SIMODRIVE base line和1FK7伺服电动机的连接 图5-31SINUMERIK 802C base line CNC控制器与伺服驱动SIMODRIVE base line和1FK7伺服电动机的连接 图5-32 西门子 SINUMERIK 802C 数控系统的接口示意图 图5-33通信接口:X2RS2325.2.4SINUMERIK 840D数控系统SINUMERIK 840D是
33、高档数控系统。SINUMERIK 840D由3部分组成:数控及驱动单元CCU(Com-pact Control Unit)或NCU(Numerical Control Unit);人机界面MMC(Man Machine Communication);可编程序控制器(PLC)模块。在系统集成时,将驱动单元SIMODRIVE 611D和数控单元(CCU或NCU)并排放在一起,并用设备总线互相连接。840D数控系统的MMC、HHU、MCP都通过一根MPI电缆挂在NCU上面,MPI是SIEMENS PLC的一个多点通信协议,因而该协议具有开放性,而OPI是840D数控系统针对NC部分的部件的一个特殊通
34、信协议,是MPI的一个特例,不具有开放性,它比传统的MPI通信速度要快。MPI的通信速度是187.5KB/s,而OPI的通信速度是1500MB/s。1.SINUMERIK 840D数控及驱动单元1)数控单元NCU。SINUMERIK 840D的数控单元被称为NCU单元,包括NC所有的功能、机床的逻辑控制以及与MMC的通信等功能。它由一个COM CPU板、一个PLC CPU板和一个DRIVE板组成。根据选用硬件,如CPU芯片等和功能配置不同,NCU分为NCU561.2、NCU571.2、NCU572.2、NCU573.2(12轴)、NCU573.2(31轴)等若干种,NCU单元中也集成了SINU
35、MERIK 840D CPU和SIMATIC PLC CPU芯片,包括相应的数控软件和PLC控制软件,并且带有MPI或Profibus接口、RS232C接口、手轮及测量接口、PCMCIA卡插槽等,所不同的是NCU单元很薄,所有的驱动模块均排列在其右侧,如图5-35所示。图5-35SINUMERIK 840D数控及驱动单元排列2)数字驱动。SINUMERIK 840D配置的驱动采用SIMOD-RIVE 611D,它包括两部分:电源模块和驱动模块(也称功率模块)。电源模块主要为NC和进给驱动装置提供控制和动力电源,产生母线电压,同时监测电源和模块状态。2.人机界面人机界面负责NC数据的输入和显示,
36、实现操作者和数控系统之间的交互,包括MMC、操作面板OP(Operation Panel)、机床控制面板MCP(Machine Control Panel)三部分。1)MMC。MMC实际上就是一台计算机,有自己独立的CPU,还可以带硬盘、软驱;OP单元正是这台计算机的显示器,而SIEMENS MMC的控制软件也在这台计算机中。3.PLC模块SINUMERIK 840D数控系统的PLC部分使用的是SIMATTC S7-300的软件及模块,在同一条导轨上从左到右依次为电源模块(power supply)、接口模块(interface module)和机床信号模块(signal module)。SI
37、NUMERIK 840D硬件连接时,应将数控与驱动单元、PCU、PLC三部分分别连接,连接时应注意以下问题。1)电源模块X161中9、112、48的连接;驱动总线和设备总线;最右边模块的终端电阻(数控与驱动单元)。2)PCU及MCP的24V电源千万注意极性(PCU)。3)PLC模块注意电源线的连接;同时注意SM的连接和CCU或NCU与S7-300的IM模块连线。4.SINUMERIK 840D数控系统的连接 4)MPI和OPI总线接线一定要正确。5.SINUMERIK 840D CNC单元模块接口SINUMERIK 840D CNC单元模块接口端如图5-36所示,其中各接口端的意义如下。图5-
38、36SINUMERIK 840D CNC单元模块接口端 图5-37SIMODRIVE 611模块的接口电路7.伺服电动机驱动模块单轴伺服电动机驱动模块如图5-39所示,双轴伺服电动机驱动模块如图5-40所示。图5-38SINUMERIK 840D电源模块接线端口 8.各模块之间的连接各模块连接部分之间的关系和连接方法如图5-41所示。1)接地电阻。系统的接地电阻要按照国家标准,其阻值应不大于0.01。2)电气柜地线汇总排。电气柜强电和弱电的地线端都要按照国家标准,用符合要求的导线将它们连接到地线汇总排上。图5-42所示为电源接线图。图5-39单轴伺服电动机驱动模块华中“世纪星”数控系统是在华中
39、高性能数控系统的基础上,满足用户对低价格、高性能、简单、可靠的要求而开发的数控系统,适用于各种车、铣床加工中心等机床的控制,采用国际标准G代码编程,与各种流行的CAD/CAM自动编程系统兼容。5.2.5华中“世纪星”数控系统 图5-44HNC-21的结构框图5.3.1常规检查1.检查外观数控系统发生故障后,首先要检查整体外观,查找明显的故障现象。如电源指示是否正常?各熔断器是否出现了熔断指示?每块印制电路板上是否有元器件破损、爆裂现象?连接线是否有脱开?插接件是否有脱落?5.3数控系统故障检查与分析方法 2.检查连接电缆与连接线针对有关故障现象,使用仪表和工具进一步检查连接线是否正常,电线、电
40、缆是否导通,导线电阻值是否增大。尤其注意经常活动的电缆或电线,由于拐角处受力或摩擦有可能导致断线或绝缘层损坏。3.检查连接端子及接插件针对故障现象,检查有关的接线端子、单元接插件。这些部件的松动、发热、氧化、电化学腐蚀容易造成断线或者接触不良。4.检查局部恶劣条件下工作的元件某些高热、潮湿、振动、粘灰尘或油污处,容易使元件老化或失效,对于这些地方要认真检查。特别是通风道进出口处,常常会积存大量导电粉尘,这些粉尘堆积太多,一旦落入控制模块就会造成整个模块的烧毁。5.检查应定期保养的部件及元器件有些部件按照规定应定期进行清洗与润滑,如果不进行保养很容易出现故障。如通风道是否堵塞,风扇电动机是否缺少
41、润滑油等。对于早年的数控系统纸带阅读机光电读入部件以及光学元件的透明度也要特别检查,光敏元件及发光元器件的老化有可能会造成读带错误。5.3.2数控系统故障分析方法1.依据面板报警指示灯的提示数控系统内部出现功能性故障时,面板上相应的报警指示灯或印制电路板上的LED灯会亮,这些报警大致提供了故障的范围,利于较快地查到确切的故障点。2.依据CRT的故障信息显示CRT显示提供的故障信息尤为重要,这些通过数控系统软件给出的简明指示,对于故障诊断帮助极大。因此要熟悉报警信息表及报警内容,对数控系统自诊断系统提供的报警号及文字显示,一定要详细地分析。3.依据PLC系统状态显示PLC程序是软件结构,通过系统
42、的CRT或编程器可以进行状态显示,显示其输入、输出及中间环节标志位的状态,便于判断故障的位置。例如PLC的输出Q由输入I0.0、中间标志F0.1和来自CNC的信号F0.2的逻辑控制。5.3.3数控系统信号追踪法 在数控系统内部追踪相关联的故障信号能快速找到故障单元。一般是按照控制系统框图从前往后或从后向前检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式和状态,与正常情况相比较,观测存在什么差异以及是否符合逻辑。1.硬接线系统(继电器-接触器电路)信号追踪法硬接线系统具有可见的接线、接线端子、测试点。故障状态可以用试电笔、万用表、示波器等测试工具测量电压、电流的量值,电路中有无短路、断路、电阻值的变
43、化等,从而判断出故障的原因。2.硬接线的强制试验在追踪中可以在信号线路上加上正常情况的信号来测试后续电路,但要注意这样做有其危险性,因为这时忽略了许多联琐环节,因此要特别仔细。1)把涉及的前级线路断开,避免所加的电源对前级造成损害。2)尽量地将机床可能移动的部分移到中间位置,以便较长时间移动时不至于碰撞。3)预先弄清楚所加信号是什么类型,究竟是直流还是脉冲,是由恒流源还是恒压源提供?4)设定要尽可能小一些(因为有时运动方式和速度与设定关系很难确定)。5)密切注意已经忽略的联锁可能导致的后果。6)密切观察直线运动的情况,勿使其超程。3.CNC、PLC控制变量的强制在PLC中可以使某一位强制为1(
44、程序中这一位可能不是1),这种强制可得到瞬间的效果。若想对标志位或输出长期强制,最好在程序中清除它的定义程序段或使程序段不被执行。在诊断出故障单元后,亦可利用系统分析法和信号追踪法把故障范围缩小到单元内部某一个部件、某一块集成电路或某一个元件,当然,同时还要用各种检测仪器对某一插件的故障进行定位。4.交换试验 两个相同的线路,可以对它们进行交换试验。例如先把一台电动机从某个电源上拆下,接到另一个电源上。然后,在这个电源上接另一台电动机,做这个试验可以判断是电动机存在问题还是电源存在问题。5.3.4数控系统维修要点通过一系列的诊断、检查,一旦故障已经确实锁定在数控系统范畴内,就要考虑对其进行维修,维修时需要注意的事项如下:
