數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修緒論課件

1、數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修教材課件朱強(qiáng)主要內(nèi)容一、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展二、數(shù)控系統(tǒng)的組成三、數(shù)控系統(tǒng)的分類四、常見數(shù)控系統(tǒng) 1、FANUC數(shù)控系統(tǒng) 2、SIEMENS數(shù)控系統(tǒng) 3、華中數(shù)控系統(tǒng)緒論：數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與分類1.1946年世界上誕生了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。2.第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上。 1952在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)的機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。 一.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展數(shù)控（NC）階段(19521970年)早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，這對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響不大，但它不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路，搭成機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系

2、統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARDWIRED NC）,簡稱為數(shù)控（NC）。 隨著電子元器件的發(fā)展，這個(gè)階段又歷經(jīng)三代: 1952年的第一代電子管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)；1959年的第二代晶體管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)；1965年的第三代小規(guī)模的集成電路計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段 這一階段從1970年開始至今。1970年研制成功大規(guī)模集成電路，并將其用于通用小型計(jì)算機(jī)。此時(shí)的小型計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度比五、六十年代的計(jì)算機(jī)有了大幅度的提高。比專門搭成的專用計(jì)算機(jī)成本低，可靠性高。于是，小型計(jì)算機(jī)被用作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段。 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代:

3、1970年第四代小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)； 1974年第五代微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng) 1990年第六代基于PC的數(shù)控系統(tǒng) 。 數(shù)控系統(tǒng)近五十年來經(jīng)歷了兩個(gè)階段六代的發(fā)展，只是發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了數(shù)控系統(tǒng)可靠性低，價(jià)格極為昂貴，應(yīng)用很不方便等極為關(guān)鍵的問題，因此即使在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，數(shù)控機(jī)床大規(guī)模地得到應(yīng)用和普及也是在上世紀(jì)的七十年代末、八十年代初以后的事情 ，也就是說 數(shù)控技術(shù)經(jīng)過了近三十年的發(fā)展才走向普及應(yīng)用。 計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢1 高速、高精加工2 數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動(dòng)和復(fù)合加工的控制功能 3 數(shù)控系統(tǒng)開放化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化 數(shù)字控制機(jī)床是采用數(shù)字

4、控制技術(shù)對(duì)機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類機(jī)床，它是數(shù)控技術(shù)的典型應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的組成如圖所示。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)組成框圖二 、數(shù)控系統(tǒng)的組成1、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）液晶顯示器MDI鍵盤“急?！卑粹o功能鍵機(jī)床控制面板MCP） 軟驅(qū)單元 軟驅(qū)單元提供3.5”軟盤驅(qū)動(dòng)器、RS232接口、PC鍵盤接口、以太網(wǎng)接口。需要通過轉(zhuǎn)接線與HNC-21 數(shù)控裝置連接使用。2、數(shù)控裝置的輔助部件） 手持單元 手持單元提供急停按鈕、使能按鈕、工作指示燈、坐標(biāo)選擇（OFF、X、Y、Z、4）、倍率選擇（X1、X10、X100）及手搖脈沖

5、發(fā)生器。伺服單元分為: 主軸伺服 進(jìn)給伺服 分別用來控制主軸電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。伺服單元接收來自CNC裝置的進(jìn)給指令，這些指令經(jīng)變換和放大后通過驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)變成執(zhí)行部件進(jìn)給的速度、方向、位移。3、伺服單元 驅(qū)動(dòng)裝置將伺服單元的輸出變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，它與伺服單元一起是數(shù)控裝置和機(jī)床傳動(dòng)部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它們有的帶動(dòng)工作臺(tái)，有的帶動(dòng)刀具，通過幾個(gè)軸的綜合聯(lián)動(dòng),使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。 4、驅(qū)動(dòng)裝置PLC主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，沒有軌跡上的具體要求，它接受CNC裝置的控制代碼M(輔助功能)、S(主軸轉(zhuǎn)速)、T(選刀、換刀)等順序動(dòng)作信息，對(duì)其

6、進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開、關(guān)等一些輔助動(dòng)作；它還接受機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動(dòng)作，另一方面將一部分指令送往CNC裝置，用于加工過程的控制。5、可編程邏輯控制器（PLC）機(jī)床本體即數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件，包括: 主運(yùn)動(dòng)部件; 給進(jìn)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件（工作臺(tái)、拖板及其傳動(dòng)部件）; 支承部件（床身立柱等）. 輔助裝置: 具有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等功能的裝置。 加工中心類的數(shù)控機(jī)床還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機(jī)械手等部件。 數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似，但是由于數(shù)控機(jī)床的高速度、高精度、大切削用量和連續(xù)加

7、工要求，其機(jī)械部件在精度、剛度、抗震性等方面要求更高。因此，近年來來設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施。6、機(jī)床本體1、按機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡分類 1） 點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng) 2） 直線切削數(shù)控系統(tǒng) 3） 連續(xù)切削數(shù)控系統(tǒng)三、 數(shù)控系統(tǒng)的分類2、按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類1）開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)2）半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 3）全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)3、按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類1）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)又稱簡易數(shù)控系統(tǒng)2）普及型又稱全功能數(shù)控系統(tǒng)3）高檔型數(shù)控系統(tǒng)高，中，低（經(jīng)濟(jì)型）數(shù)控（1）分辨率和進(jìn)給速度 分辨率 : 高 ： 0.5m 中：1 m 低：10 m 進(jìn)給速度 : 高 大于30m/min 中

8、 1530m/min低 815m/min (2)伺服系統(tǒng) ：高 (閉環(huán)半閉環(huán)、交流伺服電機(jī) )中 (閉環(huán)半閉環(huán)、交流伺服電機(jī)) 低 開環(huán)、步進(jìn)電機(jī)3、按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類（3）聯(lián)動(dòng)軸數(shù): 高 (35軸以上) 中 (35軸以上 ) 低 23軸 （4）通訊功能: 高 RS232串口、DNC通訊、網(wǎng)絡(luò)接口 中 RS232串口、DNC通訊、網(wǎng)絡(luò)接口 低 無通信功能 （5）顯示功能: 高 LCD、TFT液晶彩顯 中 LCD、TFT液晶彩顯 低 CRT 單顯3、按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類 1）金屬切削類機(jī)床。 如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床等。 2）金屬成型類機(jī)床。 如數(shù)控折彎

9、機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。 3）數(shù)控特種加工機(jī)床。 如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床等。 4）其他類型的數(shù)控機(jī)床。 如火焰切割機(jī)、數(shù)控三坐標(biāo)測量機(jī)等。4.按加工方式分類1） FANUC公司創(chuàng)建于1956年； 2）1959年首先推出步進(jìn)電機(jī)； 3）70年代，一方面從Gettes公司引進(jìn)直流伺服電機(jī)制造技術(shù)，一方面與西門子合作，學(xué)習(xí)其先進(jìn)的硬件技術(shù)； 4）1976年成功開發(fā)出5系統(tǒng)；后與西門子聯(lián)合開發(fā)出7系統(tǒng)。 (從這時(shí)，F(xiàn)ANUC成為世界上最大的專業(yè)數(shù)控生產(chǎn)廠家)四、常用數(shù)控系統(tǒng)簡介1、FANUC數(shù)控系統(tǒng)簡介1）F0；2）F10F11F12、F15、F16、F18

10、；3）F00F100110 120150。F00F100110 120150系列是在F010111215的基礎(chǔ)上加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一體的CNC。 FANUC公司目前生產(chǎn)的CNC裝置： F0系列是20世紀(jì)80年代中后期開發(fā)的產(chǎn)品。 是中國市場上銷售量最大的一種系統(tǒng)（F0C系列，F(xiàn)0D系列），產(chǎn)品目標(biāo)是體積小、價(jià)格低. 其中F0MC/TC是其代表性產(chǎn)品，F(xiàn)0MD和F0TD為F0MA和F0TA的簡化版（經(jīng)濟(jì)型）。硬件結(jié)構(gòu)采用了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式: 即在主板上插有存儲(chǔ)器板、I/O板、軸控制模塊以及電源單元。其主板較其他系列主板要小得多，因此，在結(jié)構(gòu)上顯得較緊湊，體積小F0系統(tǒng)（1

11、985年）F0系列為多微處理器CNC系統(tǒng)： F0A系列主CPU為80186，F(xiàn)0B系列的主CPU為80286， F0C系列的主CPU為80386.內(nèi)置可編程控制器（PLC）的CPU為8086F0可以配套使用FANUC S系列、系列、C系列、系列等數(shù)字式交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，無漂移影響，可以實(shí)現(xiàn)高速、高精控制采用了高性能的固定軟件與菜單操作的軟功能面板，可以進(jìn)行簡單的人機(jī)對(duì)話式編程具有多種自診斷功能，以便于維修F0i系統(tǒng)采用總線技術(shù)，增加了網(wǎng)絡(luò)功能，并采用了“閃存”（FLASH ROM）。系統(tǒng)可以通過Remote buffer接口與PC相連，由PC機(jī)控制加工，實(shí)現(xiàn)信息傳遞，系統(tǒng)間也可以通過I/O L

12、ink總線進(jìn)行相連F0 Mate是F0系列的派生產(chǎn)品，與F0相比是結(jié)構(gòu)更為緊湊的經(jīng)濟(jì)型CNC裝置 F15161816i18i系列系統(tǒng)有： F151618； F15i16i18i； FS150160180、F160i180i。 該系列系統(tǒng)是專門為工廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)，是目前國際上工藝與性能最先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)之一，在美國、日本、歐洲的制造業(yè)中已普遍使用。系統(tǒng)的硬件與微電子技術(shù)發(fā)展同步，采用了超大規(guī)模集成芯片： CPU可以是80486或PENTIUM系列處理器，帶64位RISC芯片等FANUC151618系統(tǒng)F1618系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖 CNCI/O單元強(qiáng)電回路傳感器/線圈電源變壓器電源主計(jì)算機(jī)伺服

13、驅(qū)動(dòng)主軸驅(qū)動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)操作面板接口機(jī)床操作面板MDI/CRT單元I/O接口I/O設(shè)備手輪 日本FANUC最新的高檔控制器，是當(dāng)前配置最高的數(shù)控系統(tǒng)。特點(diǎn)：1.最大控制系統(tǒng)為10個(gè)系統(tǒng)（通道）；2.最多軸數(shù)和 最大主軸配置為40軸： 其中進(jìn)給軸 32軸，主軸為8軸； 最大同時(shí)控制軸數(shù)為24軸/系統(tǒng)；3.最大PMC系統(tǒng)數(shù)為3個(gè)系統(tǒng)： 最大I/O點(diǎn)數(shù)為4096點(diǎn)/ 4096點(diǎn)，PMC基本指令速度為25ns。4.最大可預(yù)讀程序段為1000段。FANUC30i-MODEL ASINUMERIK 38810820850805840系列等。 2、SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)簡介SINUMERIK的CNC

14、數(shù)控裝置主要有： SIEMENS 810820是西門子公司20世紀(jì)80年代中期開發(fā)的CNC、PLC一體型控制系統(tǒng)，它適合于普通車、銑、磨床的控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性高，在80年代末、90年代初的數(shù)控機(jī)床廠上使用較廣。 810與820的區(qū)別僅在于顯示器： 810為9in單色顯示，系統(tǒng)電源為24V； 820為12in單色或彩色顯示，系統(tǒng)電源為交流220V； 其余硬件、軟件部分完全一致SIEMENS 810820系統(tǒng)810820最大可控制6軸（其中允許有2個(gè)作為主軸控制），3軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)由電源、顯示器、CPU板、存儲(chǔ)器（MEMEPROMRAM）板、I/O板、接口板、顯示控制板、位控板、機(jī)箱等

15、硬件組成。硬件采用了較多LSI（大規(guī)模集成電路）和專用集成電路主CPU采用80186PLC最大128點(diǎn)輸入64點(diǎn)輸出，用戶程序容量12KB，PLC采用STEP5語言編程SIEMENS 802系列系統(tǒng)包括： 802SSeSbase line； 802CCeCbase line； 802D等型號(hào)。它是西門子公司20世紀(jì)90年代末開發(fā)的集CNC、PLC于一體的經(jīng)濟(jì)型控制系統(tǒng)。近年來在國產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型、普及型數(shù)控機(jī)床上有較大量的使用。802系列數(shù)控系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性較高。SIEMENS 802系列系統(tǒng) 1) 華中1型 2) 華中2000 3) 世紀(jì)星系列： (1) hnc-21 (2) hnc-22 (3) hnc-18/193、華中數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控裝置型號(hào)編號(hào)說明：采用先進(jìn)的開放式體系結(jié)構(gòu)；嵌入式工業(yè)PC機(jī)；配置7.7或.7彩色液晶顯示屏;故障診斷與報(bào)警;多種形式的圖形加工軌跡顯示和仿真；集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC