第2章数控系统结构及维修
《数控机床故障诊断与维护》课程标准
《数控机床故障诊断与维护》课程标准课程代码：学时：64 学分：4一、课程的地位与任务《数控机床故障诊断与维护》是一门专业课程，先修课程有机械制造、气动液压、电控及PLC 技术应用等。
本课程是机电技术的综合应用，对学习机、电技术综合能力的培养有明显的促进作用。
同时也是数控的一门专业主干核心课程，具有实践性强、应用面广的特点。
通过《数控机床故障诊断与维护》的教学，使学生能够获得数控机床的基本理论和基本知识，初步掌握数控机床故障诊断与维护的基本思路、基本方法和基本原则，具有分析并排除数控机床常见故障的能力。
为今后学习后续课程和从事相关工作打下扎实的基础。
二、课程的主要内容和学时分配1.课程的主要内容第一章数控机床维修与维护基础第一节数控机床概述(1)数控机床的产生背景(2)数控机床的基本概念(3)数控机床的组成(4)数控机床的工作过程(5)数控机床的种类(6)数控机床的常用数控系统简介第二节数控机床的故障维修基础(1)数控机床的故障定义(2)数控机床常见故障的特点与规律(3)数控机床常见故障的种类(4)数控机床发生故障时的诊断方法第三节数控机床的日常维修维护与保养(1)数控机床日常维修维护工作的内容(2)数控机床机体的维护与保养(3)数控机床电气控制系统的日常维护(4)数控机床维修人员应具备的基本要求(5)数控机床的维修维护的技术资料(6)数控机床故障诊断与维护常用仪器仪表及工具第四节FANUCOi系统数控机床基本操作(1)数控机床面板介绍(2)数控机床的基本操作(3)手动进给操作第二章数控系统硬件故障诊断与维护第一节数控系统硬件概述第二节数控系统硬件的更换方法第三节数控系统硬件故障的诊断方法第四节数控机床的抗干扰措施第三章数控系统软件故障诊断与维护第一节数控系统软件的组成第二节数控系统的参数设置第三节数控系统的参数备份与恢复第四节数控系统软件故障的诊断与处理方法第四章数控机床PLC故障诊断与维护第一节数控机床PLC基础(1)数控机床中PMC的用途(2)数控机床用PLC种类(3)数控机床PLC梯形图程序(4)数控机床PLC梯形图符号第二节数控机床用PLC的操作(1)FANUCOi数控系统的PMC调试功能(2)PMC的基本操作(3)PMC编程实例第三节数控系统PMC故障诊断(1)数控系统PMC的故障类型及原因(2)通过PMC进行故障诊断的方法(3)数控机床PMC控制功能程序分析(4)典型PLC故障的分析与诊断流程第五章数控机床进给伺服系统故障诊断与维护第一节进给伺服系统的概述(1)进给伺服系统的组成(2)数控机床对进给伺服驱动系统的要求(3)进给伺服驱动系统的分类第二节步进电动机伺服系统及工作原理(1)步进进给伺服驱动系统(2)步进电动机进给伺服驱动系统的工作原理(3)步进电动机驱动系统的常见故障与维修第三节交流伺服进给驱动装置的组成及工作原理(1)交流进给伺服系统的特点(2)模拟式交流伺服控制原理(3)数字交流伺服系统控制原理(4)交流伺服系统的维护与调整第四节位置检测装置的组成及工作原理(1)位置检测装置的要求(2)位置检测方式分类(3)位置检测元件及其维护(4)位置检测故障的诊断第六章主轴驱动系统故障诊断与维护第一节数控机床主轴驱动系统基本知识(1)数控机床对主轴传动的要求(2)主轴系统分类及特点(3)主轴伺服系统故障的形式及诊断第二节交流主轴伺服系统概述(1)交流主轴伺服系统的特点(2)交流主轴调速原理(3)交流数字式主轴伺服系统（4）交流模拟式主轴伺服系统第三节交流主轴驱动系统故障诊断与维修（1）交流数字式主轴伺服系统故障的诊断与排除（2）交流模拟式主轴伺服系统故障的诊断与排除（3）主轴伺服系统故障实例及分析第七章数控机床机械结构故障诊断与维护第一节数控机床精度的检验第二节主传动机械结构的维护与维修第三节进给系统机械传动结构的维修第四节换刀装置的维护与故障诊断第五节其它辅助故障诊断与维护2.学时分配本课程在教学过程中，强调基础理论和基本概念的掌握，同时注重学生的实际动手操作，要求能把基础理论应用于实践中，让学生具备处理和排除数控机床基本故障的能力。
数控机床及其维护第2章练习题答案
第2章思考与练习题答案1. 数控机床与普通机床相比，在机械传动和结构上有哪些特点？答案：（1）高刚度数控机床要在高速和重负荷条件下工作，因此，机床的床身、立柱、主轴、工作台、刀架等主要部件，均需具有很高的刚度，工作中应无变形或振动。
（2）高灵敏度数控机床通过数字信息来控制刀具与工件的相对运动，它要求在相当大的进给速度范围内都能达到较高的精度，因而运动部件应有较高的灵敏度。
（3）高抗震性数控机床的一些运动部件，除应具有高刚度、高灵敏度外，还应具有高抗振性，即在高速重切削情况下应无振动，以保证加工工件的高精度和高的表面质量。
特别要注意的是应避免切削时的谐振，因此对数控机床的动态特性提出更高的要求。
（4）热变形小机床的主轴、工作台、刀架等运动部件，在运动中常易产生热量，而工艺过程的自动化和精密加工的发展，对机床的加工精度和精度稳定性提出了越来越高的要求。
（6）可靠性机床在自动条件下工作，这就要求机床具有高可靠性，像在工作中动作频繁的刀库、换刀机构、工件交换装置等部件都具有自锁和互锁装置保证在长期工作中十分可靠。
2. 数控机床的主传动系统有哪些要求？答案：与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点：（1）转速高、功率大。
它能使数控机床进行高速、大功率切削，实现高效率加工。
随着涂层刀具、陶瓷刀具和超硬刀具的发展，数控机床切削速度也不断的提高。
（2）所选用的电机主要使用新型的交流伺服电动机，而不在采用普通的交流异步电动机或传统的直流调速电动机。
（3）变速范围大，可实现无级调速。
数控机床的主传动系统要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
（4）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低。
主传动件的制造精度与刚度高，耐磨性好；主轴组件采用精度高的轴承及合理的支承跨距，具有较高的固有频率，实现动平衡，保持合适的配合间隙并进行循环润滑。
（5）具有特有的刀具安装结构。
数控系统的结构和工作原理
伺服放大器，则再从COP10A 到 COP10B。 FANUC 0iC I/O：I/O Link NC上的口为JD1A， 接I/O单元上JD1B，如再有一个I/O单元，从上一
单元JD1A接至下一个单元JD1B。CB104— CB107为4根扁平电缆,每根50芯,通向机床面板和
机床
FSSB和I/O Link体现 FANUC 公司硬件结构思想, 主运动信息和辅助运动信息分离
四、SIEMENS（西门子）802D系统结构
一、数控系统主要部件
数控控制器 伺服（主轴）放大器、电机（反馈） I/O装置 机床
二、数控机床装配过程
1、机床厂选型购置 2、电器、机械连接 3、PLC编程（辅助功能） 4、参数确定（主运动） 5、联调
三、FANUC 0iC 系统的结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FSSB 主运动信息
I/O Link 辅助运动信息
第2章数控机床机械结构的故障诊断和维修PPT课件
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2.2.5主轴的润滑与冷却
主轴轴承润滑和冷却是保证主轴正常工作的必要手段。
2.2.6主轴部件的维护
数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件， 它的回转精度影响工件的加工精度；它的功率大小和回 转速度影响加工效率；它的自动变速、准停和换刀等影 响机床的自动化程度。
2.2.7主传动链的维护 2.2.8主传动系统常见故障及排除方法
（一）传动原理 静压蜗杆—蜗轮齿条是一种精密传动副，用于将回转运
动转变为直线位移。如图2-31所示，蜗杆可看作长度 很短的丝杠，其长径比很小。蜗轮齿条则可以看作一 个很长的螺母沿轴向剖开后的一部分。与滚珠丝杠不 同，蜗轮齿条能无限接长，因此，运动部件的行程可
以很长。
（二）传动方案
蜗杆—蜗轮齿条机构常用传动方案有以下两种：
(4)刀具交换时掉刀 换刀时主轴箱没有回到换刀点或 换刀点漂移，机械手抓刀时没有到位，就开始拔刀， 都会导致换刀时掉刀。
(5)机械手换刀速度过快或过慢 可能是因气压太高或 太低和换刀气阀节流开口太大或太小。
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2.4.7加工中心自动换刀装置常见故障分析
① 刀库乱刀故障处理方法
故障原因：
2.5.3回转工作台的常见故障及排除方法
回转工作台的常见故障及排除方法如表2-6所示。
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2.6 数控机床的液压与气动装置
现代数控机床在实现整机的全自动化控制中，除数控 系统外，还需要配备液压和气动装置来辅助实现整机的 自动运行功能。液压传动装置使用工作压力高的液体介 质，机构输出力大，机械结构更紧凑、动作平稳可靠， 易于调节和噪声较小，但要配置液压泵和油箱，当油液 渗漏时污染环境。气动装置的气源容易获得，机床可以 不必单独配置动力源，装置结构简单，工作介质不污染 环境，工作速度快和动作频率高，适合于完成频繁起动 的辅助动作。过载时比较安全，不易发生过载损坏机件 等事故。
数控系统组成、原理与维修
• 专用计算机数控按组成装置的电路板的结 构特点可分为大板式结构和模块化结构两 类，按装置内的微处理器()数量可分为单 微处理器和多微处理器结构两类。
单微处理器结构具有如下特点。
①结构简单，容易实现。 ②处理器通过总线与各个控制单元 相连，完成信息交换。 ③由于只用一个微处理器来集中控 制，其功 能受到微处理器字长、数 据宽度、寻址功能和运算速度等因 素的限制；由于插补等功能由软件 来实现，因此，数控功能的实现与 处理速度成为一对矛盾。
3．通用组成的数控体系结构
• 基于通用的数控系统可以充分利用的软硬件资 源，减轻设计任务；可充分利用计算机工业所 提供的先进技术，方便地实现产品的更新换代； 良好的人机界面便于操作；开放性体系结构便 于在工厂环境内集成；由于有更多的硬件供选 择，的成本对于用户来说非常灵活。
2.3 数控系统软件
一、的软件结构类型 软件结构取决于系统中的软件和硬件的分工，也取 决于软件本身的工作性质。在信息处理方面，软件 和硬件在逻辑上是等价的，有些由硬件能完成的工 作在原则上也能由软件完成。 系统是一个实时的计算机控制系统，其数控功能是 由各种功能子程序实现的。不同的系统软件结构对 这些子程序的安排方式不同，管理方式也不同。在 单的数控系统中，常采用前后台型的软件结构和中 断型软件结构。
2.2 数控系统硬件
• 一、 的硬件构成 • 计算机部分 • 电源部分 • 面板接口和显示接口 • 开关量接口 • 内装型部分 • 伺服输出和位置反馈接口 • 主轴控制接口 • 外设接口
二、 的体系结构
• 装置从所使用的计算机类型来看，有专用 计算机数控装置(简称专机数控)和通用个 人计算机数控装置(简称数控)两种结构。
第2章数控系统结构及维修概要
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二、光电式编码器 2.5.2 光电式编码器
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三、 计算机数控装置的接口 2.1.3计算机数控装置的接口
计算机数控装置(以下简称数控装置)的接口是数控装置与数 控系统的功能部件(主轴模块、进给伺服模块、PLC模块等)和机 床进行信息传递、交换和控制的端口，称之为接口。 数控装置与数控系统各个功能模块和机床之间的来往信息 和控制信息，不能直接连接，而要通过I/O接口电路连接起来， 该接口电路的主要任务如下。
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2．开放式数控体系结构 2．开放式数控体系结构 特点 ： ①以分布式控制的原则，采用系统、子系统和模块分级式的 控制结构。 ②根据需要可实现重构、编辑，以便实现多种用途。在开放 式体系结构中，各模块相互独立，在此平台上，系统生产厂、机 床厂及最终用户都可很容易地把一些专用功能和其他有个性的模 块加入其中。
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2.3 数控系统软件
2.3.1 CNC的软件结构类型
软件结构取决于CNC系统中的软件和硬件的分工，也取决于软 件本身的工作性质。在信息处理方面，软件和硬件在逻辑上是等 价的，有些由硬件能完成的工作在原则上也能由软件完成。 CNC系统是一个实时的计算机控制系统，其数控功能是由各种 功能子程序实现的。不同的系统软件结构对这些子程序的安排方 式不同，管理方式也不同。在单CPU的数控系统中，常采用前后台 型的软件结构和中断型软件结构。
数控系统的基本结构
第二章数控系统的基本结构第一节数控系统的硬件结构
一、数控系统硬件结构的类型
1.大板式结构和模块化结构
2.专用型结构和开放式结构
3.单微处理器结构和多微处理器结构
二、数控系统硬件结构主要组成部分的功能
1.微处理器和总线
2.存储器
3.定时器和中断控制器
4.位置控制器
5.可编程控制器接口
三、输入/输出接口
1.纸带阅读机接口
2.键盘MDI接口
3.数码显示器接口
4.CRT显示器接口
5.直流开关量输入接口
6.直流开关量输出接口
7.模拟量输入/输出接口
8.通信接口
第二节数控系统的软件结构
一、数控系统软硬件界面
二、数控系统软件的内容
三、数控系统软件的结构特点
1.数控系统的多任务并行处理
2.实施中断处理
四、数控系统软件的结构
1.前后台型结构
2.中断型结构
第三节、数控系统的信息处理
一、输入
1.输入过程
2.键盘输入
二、存储
三、译码
1.代码的识别
2.功能码的译码
四、运算
1.刀具补偿
2.速度处理
3.插补
4.位置控制处理。
数控机床结构与维修 PPT课件
2．数控车床的组成
（1）主机 主机是数控车床的机械部件，主要包括床
身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。 （2）数控系统
数控系统是数控车床的控制核心，其主体 是一台计算机（包括CPU、存储器、CRT等）。
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（3）伺服驱动系统 伺服驱动系统是数控车床切削工作的动力
部分，主要实现主运动和进给运动，由伺服驱 动电路和伺服驱动装置两大部分组成。驱动装 置主要有主轴电动机、进给系统的步进电动机 或交、直流伺服电动机等。
④ FMC车床
FMC(Flexible Manufacturing Cell） 车床实际上是一个由数控车床、机器人等构 成的柔性加工单元。
它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调 整准备的自动化，如图1.10所示。
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（2）按主轴的配置形式分类。
① 卧式数控车床。 即主轴轴线处于水平位置 的数控车床，如图1.7和图1.8所示。
授课人：李恪方
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模块一 数控机床的工作原理及结构 模块二 安装调试与检测数控机床 模块三 调试与维修数控机床的数控系统 模块四 维修数控机床
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模块一 数控机床的工作原理及结构
【学习目标】 熟悉数控机床的组成和特点 熟悉数控车床的结构特点 熟悉数控铣床和加工中心的结构特点 掌握数控机床的装拆方法
段无级变速，增大输出转矩，以满足主轴低 速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移 动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸 带动齿轮来实现，带有变速齿轮的主传动一 般在大、中型数控车床中应用较多。 适用范围：大、中型数控车床
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（3）电动机与主轴直联的主传动
如图1.16（c）所示 原理：电动机与主轴直联传动。 适用范围：不常用。这种传动方式的优点是
数控系统要义第二章
第二章配置调试篇 (3)2.1调试前的准备工作 (3)2.1.1 NCK+DRV、PLC总清 (3)2.1.2 通过step7单独clear PLC (5)2.1.3单独总清NX板 (5)2.1.4通过sinucom NC单独总清NCK+DRV (6)2.1.5用户级别设置 (7)2.1.6配置HMI通讯参数 (7)2.2 PLC基本调试 (8)2.2.1电脑与PLC建立连接 (8)2.2.2创建项目和硬件配置 (8)2.2.3创建基本PLC程序 (15)2.2.4传PLC程序入数控系统 (18)2.2.5生成PLC符号表 (20)2.3 NCK基本调试 (27)2.3.1 NCK数据总体布局图 (27)2.3.2通用数据的配置 (29)2.3.3通道类数据配置 (32)2.3.4轴类数据的配置 (39)2.3.5 NCK系统特性数据 (54)2.3.6 NCK设定类参数 (56)2.3.7 NCK内存参数分配 (58)2.3.8搜索和查看参数的技巧 (60)2.4 DRV基本调试 (62)2.4.1驱动示例配置 (62)2.4.2驱动系统自动辨识 (63)2.4.3 SMC接口的编码器模块的配置 (65)2.4.4分配轴 (69)2.4.5轴相关参数的改变 (70)2.4.6电源识别 (71)2.5 HMI组件的基本调试 (75)2.5.1 TCU的调试 (75)2.6 恢复数控系统的文件数据 (76)2.6.1重读备份的顺序 (76)2.6.2在写入NCK备份前必须采取的预防措施 (76)2.6.3制作启动盘和恢复整盘备份 (77)2.6.4使用备份重读流程删除某些错误的文件 (80)2.6.5使用Sinucom NC来制作备份 (82)第二章配置调试篇引言：天下之至柔，驰骋天下之至坚。
天下最柔弱的东西，可以渗入并驱使天下最坚硬的东西。
软件可以驱动硬件，硬件运动的前提是做好软件的配置和调试。
数控技术专业毕业论文--浅谈数控机床的维修与维护
毕业论文`桂林电子科技大学职业技术学院毕业设计（论文)浅谈数控机床的维修与维护学院（系）：机电工程系专业：数控技术专业学号:学生姓名：指导教师：目录摘要 (2)第一章绪论 (3)第二章数控机床概述 (4)2.1 数控机床的简介 (4)2.2 数控机床的组成 4 2.3数控机床的特点 4 2.4数控机床的主要技术指标 5 2.5数控机床使用中应注意的事项 5 第三章数控机床的故障诊断 6 3。
1 数控机床的外部故障诊断方法 63.2 数控机床常见的故障诊断 6 3。
3数控机床的故障排除方法7 第四章数控机床各部故障分析及维修11 4。
1数控机床主轴伺服系统故障检查及维修114.2 数控PLC初始故障的诊断11 4。
3 数控设备检测元件故障及维修11 4.4数控机床加工精度异常故障及维修12 第五章数控机床的保养及维护13 5。
1 数控机床的保养知识13 5。
2 数控机床系统的维护13 5。
3 机械部件的维护14 第六章结论16 参考文献17 致谢18摘要机械制造业是国民经济的支柱产业,可以说，没有发达的制造业,就不可能有国家的真正繁荣和富强.而机械制造业的发展规模和水平，则是反映国民经济实力和科学技术水平的重要指标之一.制造自动化技术是先进制造技术的重要组成部分，其核心是数控技术。
数控技术是综合应用计算机、自动化控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。
它的出现及所带来得巨大效益，已引起了世界各国科技与工业界的普遍重视。
数控维修技术不仅是保障数控机床正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，它已经成为一门专门的学科.同时也表明,数控维修技术是制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。
论文主要研究了根据数控机床的特点，数控机床常见的故障及诊断方法，数控机床的保养知识和讲解了数控车床的维修方法与注意的事项。
研究结果表明：数控加工在当前制造行业中占据着主导地位，在各行各业中都有他的出现，它的发展将带动制造业的飞速发展，同时也将影响社会的发展进程。
数控系统的组成及工作原理
数控系统的工作原理
数控系统的工作原理包括输入编程代码，数控装 置处理编程代码，输出控制信号，执行装置按照 控制信号进行加工。
数控系统工作原理的步骤
输入编程代 码
提供机床加工的 指令
输出控制信 号
指导执行装置进 行加工
执行装置加 工
按照控制信号进 行材料加工
处理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ程代 码
数控装置解析并 生成控制信号
我国数控技术经过几十年的发展，已取得显著成 果，但与国外先进水平相比，仍有差距。未来， 我国应加大对数控技术研发的投入，提高数控系 统的性能和可靠性，推动数控技术在全球市场的 竞争力。
感谢观看
THANKS
高速数控技术的要素
高速电机
提供高转速的动 力支持
高速控制
实时调整机床速 度，保持加工精
度
高速传动
减小速度损失， 确保高效加工
精密数控技术
精密数控技术致力于提高机床加工精度和稳定性， 以满足高精度加工的需求。这涉及到精密丝杠、 精密导轨和温度补偿等技术。
精密数控技术的关键要素
精密丝杠
保证精确的轴向 移动
数控技术在航空航天领域具有广泛应用，如飞机 机身、发动机等部件的加工。数控技术实现航空 航天零件的高精度、高效加工，减轻飞机重量， 提高飞行性能。
汽车领域
发动机
数控技术提高发 动机零部件的加
工精度
车身
数控技术在车身 加工中提高精度，
美观度
变速箱
数控技术缩短变 速箱生产周期，
降低成本
模具领域
01 模具型腔
数控系统的发展历程
1952年：世 界第一台数 控系统诞生
标志着数控技术 进入新的发展阶
第二章计算机数控系统
单机或主从结构模块的功能
模块化设计方法：将控制系统按功能划分成若干具有独立功 能的单元模块,并配上相应的驱动软件。系统设计时按功能的 要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，即 可组成一个完整的控制系统的方法。其中单元母板一般为总 线结构的无源母板，它提供模块间互联的信号通路图2-4。 实现CNC系统模块化设计的条件是总线(BUS)标准化。 1、计算机主板和系统总线(母板) 2、显示模块(显示卡) 3、 输入/输出模块(多功能卡) 4、电子盘(存储模块) 5、设备辅助控制接口模块 6、位置控制模块 7、功能接口模块
首先要将被加工零件图的几何信息和工艺信息 数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹，用 代码按规定的规则和格式编成加工程序，数控 系统则按照程序的要求，进行相应的运算、处 理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以 及辅助动作相互协调运动，实现刀具与工件的 相对运动，自动完成零件的加工。 1.逼近处理 2.插补运算 3.指令输出
2．点位运动与移动功能(G功能 )
准备功能（G功能）
—— 指令机床动作方式的功能。
如：基本移动、程序暂停、平面选择、坐
标设定、刀具补偿、基准点返回和固定 循环等。
3．插补功能
插补功能
—— 插补功能是数控系统实现零件轮廓 (平面或空间)加工轨迹运算的功能。 精插补和粗插补；硬件插补和软件插补
DNC接口，可实现直接数控，
MAP(制造自动化协议)模块，
网卡：适应FMS、CIMS、IMS等制造系统集成的
要求。
13．程序编制功能
手工编程 背景（后台）编程 自动编程
《数控机床结构原理与应用》第2章 数控机床检测装置
2.1 概述
数控机床中测量传感器按形状一般有直线型和旋转型两种。 直线型测量工作台的直线位移。其测量精度主要取决于测量 元件的精度，不受机床传动精度的影响。旋转型测量与工作 台直线运动相关联的回转运动，间接测量工作台的直线位移。 其测量精度取决于测量元件和机床传动链两者的精度。
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2.2 编码器（码盘）
绝对式光电编码器转过的圈数则由RAM保存，断电后由后备 电池供电，保证机床的位置即使断电或断电后又移动过也能 够正确的记录下来。因此采用绝对式光电编码器进给电动机 的数控系统只要出厂时建立过机床坐标系，则以后就不用再 做回参考点的操作，而保证机床坐标系一直有效。绝对式光 电编码器与进给驱动装置或数控装置通常采用通讯的方式， 反馈位置信息。
1．增量式测量与绝对式测量 按照检测装置的编码方式可分为增量式测量和绝对式测量。 （1）增量式测量 增量式测量是只测量位移增量，即工作台每移动一个基本单
位长度单位，测量装置便发出一个测量信号，此信号通常是 脉冲形式。
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2.1 概述
其优点是检测装置比较简单，能做到高精度，任何一个对中 点均可作为测量起点，其缺点是一旦计数有误，此后结果全 错。发生故障时，事故排除后，再也找不到正确位置。典型 的增量式测量装置有光栅和增量式光电编码器。
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2.1 概述
3．数字式测量与模拟式测量 （1）数字式测量 数字式测量以量化后的数字形式表示被测的量。其特点是测
量装置简单，信号抗干扰能力强；被测量量化后转换成脉冲 个数，便于显示处理；测量精度取决于测量单位，与量程基 本无关。典型的数字式测量装置有光电编码器、接触式编码 器和光栅。 （2）模拟式测量 模拟式测量是将被测的量用连续的变量表示，如用电压变化、 相位变化来表示。在大量程内作精确的模拟式检测，在技术 上有较高的要求，数控机床中模拟式测量主要用于小量程测 量且实现高精度测量。其特点是直接对被测量进行检测，无 需量化；在小量程内可以实现高精度测量；可用于直接检测 和间接检测。典型的模拟式测量装置有旋转变压器、感应同 步器和磁栅。
第二章数控系统故障分析与维护维修(全面版)资料
维修（全面版）资料第二章数控系统故障分析与维修随着电子技术和自动化技术的发展,数控技术的应用越来越广泛。
以微处理器为基础,以大规模集成电路为标志的数控设备,已在我国批量生产、大量引进和推广应用,它们给机械制造业的发展创造了条件,并带来很大的效益。
但同时,由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点,在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。
任何一台数控设备都是一种过程控制设备,这就要求它在实时控制的每一时刻都准确无误地工作。
任何部分的故障与失效,都会使机床停机,从而造成生产停顿。
因而对数控系统这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就显得十分必要了。
我们现有的维修状况和水平,与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在一定的差距。
下面我们从现代数控系统的基本构成入手,探讨数控系统的诊断与维修。
数控系统的构成与特点:目前世界上的数控系统种类繁多,形式各异,组成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。
例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。
对于T 系统和M系统,同样也有很大的区别,前者适用于回转体零件加工,后者适合于异形非回转体的零件加工。
对于不同的生产厂家来说,基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响,在设计思想上也可能各有千秋。
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断提高。
然而无论哪种系统,它们的基本原理和构成是十分相似的。
数控系统是由硬件控制系统和软件控制系统两大部分组成。
其中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。
软件控制系统即数控软件,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、接口控制等控制软件及各种参数、报警文本等组成。
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第2章数控系统结构及维修
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第2章数控系统结构及维修
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第2章数控系统结构及维修
2．开放式数控体系结构
• 特点 ：
• ①以分布式控制的原则，采用系统、子系统和模块分级 式的控制结构。
• ②根据需要可实现重构、编辑，以便实现多种用途。在 开放式体系结构中，各模块相互独立，在此平台上，系 统生产厂、机床厂及最
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第2章数控系统构及维修
2.2 数控系统硬件
• 一、 CNC的硬件构成 • 计算机部分 • 电源部分 • 面板接口和显示接口 • 开关量I/O接口 • 内装型PLC部分 • 伺服输出和位置反馈接口 • 主轴控制接口 • 外设接口
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第2章数控系统结构及维修
二、 CNC的体系结构
• 终用户都可很容易地把一些专用功能和其他有个性的模 块加入其中。
• ③要具有一种较好的通信和接口协议，以便各相对独立 的功能模块通过通信实现信息交换，通过信息交换来满 足实时控制的要求。
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3．通用PC组成的数控体系结构
• 基于通用PC的数控系统可以充分利用PC的软硬 件资源，减轻设计任务；可充分利用计算机工 业所提供的先进技术，方便地实现产品的更新 换代；良好的人机界面便于操作；开放性体系 结构便于在工厂环境内集成；由于有更多的硬 件供选择，CNC的成本对于用户来说非常灵活。
• (3)输入接口接收机床操作面板的各开关信号、 按钮信号，机床上的各种限位开关信号以及数 控系统各个功能模块的运行状态信号，若输入 的是触点输入信号，要消除其振动。
• (4)输出接口是将各种机床工作状态灯的信息 送至机床操作面板上显示，将控制机床辅助动 作信号送至电柜，从而控制机床主轴单元、刀 库单元、液压单元、冷却单元等的继电触器。
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•图2-13独立型PLC的功能结构
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2.5 数控机床检测装置
一、编码器(码盘) • 编码器又称编码盘或码盘，是一种旋转
式测量元件，通常安装在被检测轴上， 随被测轴一起转动，可将被测轴的机械 角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的 代码形式。它具有精度高、结构紧凑和 工作可靠等优点，常在半闭环伺服系统 中作为角位移数字式检测元件。
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第2章数控系统结构及维修
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•图2-14编码器与主轴安装的安装应用
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二、光电式编码器
• 光电式编码器是一种光电式非接触式转角检测 装置。码盘用透明及不透明区域按一定编码构 成。根据其编码方式的不同，可分为增量式光 电编码器和绝对式光电编码器。
• 光电编码器利用光电原理把机械角位移变换成 电脉冲信号，是数控机床最常用的位置检测元 件。光电编码器按输出信号与对应位置的关系， 通常分为增量式光电编码器、绝对式光电编码 器和混合式光电编码器。
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4．光栅测量系统
• (1)光栅测量的基本电路 • 光栅测量系统由光源、透镜、光栅尺、光敏元
件和一系列信号处理电路组成，如图2-23所示。 信号处理电路又包括放大、整形和鉴向倍频。
•
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图2-1 计算机数控系统的组成框图
第2章数控系统结构及维修
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第2章数控系统结构及维修
二、 CNC系统的基本原理
• CNC系统的生产厂家编制好CNC控制软 件(也称为系统程序)后，要把它固化在 ROM(EPROM)中，系统接上电源后即 自动由CPU按照此固化的程序运行。使 用CNC机床加工时，首先要编制好零件 程序，而零件程序的解释与具体执行则 要由系统程序来完成。
第2章数控系统结构及维 修
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2020/11/25
第2章数控系统结构及维修
•第二章数控机床数控系统 •结构与维修
2.1 数控系统组成与原理 2.2 数控系统硬件 2.3 数控系统软件 2.4 可编程控制器(PLC) 2.5 数控机床检测装置
2.6 伺服驱动系统 2.7 数控系统诊断技术及维修
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第2章数控系统结构及维修
•1．光电式编码器的结构
•图2-15 光电脉冲编码器结构 •1-电路板；2-圆光栅； •3-指示光栅；4-轴； •5-光敏元件；6-光源； •7-连接法兰。
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• 2．光电编码器的工作原理
•增量式光电编码器能够把回转件的旋转方 向、旋转角度和旋转角速度准确地测量出 来，然后通过光电转换将其转换成相应的 脉冲数字量，然后由微机数控系统或计数 器计数得到角位移或直线位移量。绝对式 光电脉冲编码器可将被测转角转换成相应 的代码来指示绝对位置而没有累计误差，
•光栅是一种最常见的测量装置，是在玻璃或金属基 体上均匀刻划很多等节距的线纹而制成的。其制作 工艺是在一块长形玻璃上用真空镀膜的方法镀上一 层不透光的金属膜，再涂上一层均匀的感光材料， 然后用照相腐蚀法制成等节距的透光和不透光相间 的线纹，这些线纹与运动方向垂直，线纹间的距离 为栅距，而单位长度上的线纹数目称为线纹密度。
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第2章数控系统结构及维修
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•单微处理器结构具有如下特点。
•①结构简单，容易实现。 •②处理器通过总线与各个控制单元相连，完 成信息交换。 •③由于只用一个微处理器来集中控制，其功 能受到微处理器字长、数据宽度、寻址功能和 运算速度等因素的限制；由于插补等功能由软 件来实现，因此，数控功能的实现与处理速度 成为一对矛盾。
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CNC的控制软件主要完成如下基本任务
①系统管理。 ②操作指令处理。 ③零件程序的编辑。 ④零件程序的输入、解释与执行。 ⑤系统状态显示。 ⑥手动数据输入MDI。 ⑦故障报警和诊断。
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•机床I/O电路 和装置
•操 作 面板
•键盘
•输 入 输出 •装置
•PL C
•计算 机 •数控 •装置
•主 轴 伺 服单元
•进 给 伺 服单元
•测 量 装 置
•主 轴 驱 动装置
•进 给 驱 动装置
•机 床
•主 进 辅 •运 给 助 •动 传 控 •机 动 制 •构 机 机 •构 构
• 中断优先级共8级，0级最低，7级最高，除了 第4级为硬件中断完成报警功能外，其余均为 软件中断。
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二、CNC系统软硬件的界面
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•图2-8 三种典型CNC系统的软硬件界面
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三、CNC控制软件的特点
• 1．多任务并行处理 • 2．实时中断处理
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1．光栅的结构
• 光栅装置的结构由标尺光栅和光栅读数头 两部分组成。光栅读数头由光源、透镜、 指示光栅、光敏元件和驱动线路组成。
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•
图2-20 光栅尺
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• 2．光栅的工作原理
•在安装时，将两块栅距相同、黑白宽度相同的 标尺光栅和指示光栅刻线面平行放置，将指示光 栅在其自身平面内倾斜一很小的角度，以便使它 的刻线与标尺光栅的刻线间保持一个很小的夹角 。这样，在光源的照射下，就形成了光栅刻线几 乎垂直的横向明暗相同的宽条纹，即莫尔条纹。
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第2章数控系统结构及维修
•( a )
图理原器码编电光式对绝
•
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(a) 绝对式光电编码器原理图
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•
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(b) 绝对式光电编码器结构图
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(3)编码器正反转辨别。
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• 三、光栅
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2.3 数控系统软件
•一、CNC的软件结构类型 •软件结构取决于CNC系统中的软件和硬件的分工 ，也取决于软件本身的工作性质。在信息处理方面 ，软件和硬件在逻辑上是等价的，有些由硬件能完 成的工作在原则上也能由软件完成。 •CNC系统是一个实时的计算机控制系统，其数控 功能是由各种功能子程序实现的。不同的系统软件 结构对这些子程序的安排方式不同，管理方式也不 同。在单CPU的数控系统中，常采用前后台型的 软件结构和中断型软件结构。
三、 计算机数控装置的接口
• 计算机数控装置(以下简称数控装置)的接 口是数控装置与数控系统的功能部件(主 轴模块、进给伺服模块、PLC模块等)和 机床进行信息传递、交换和控制的端口， 称之为接口。
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接口电路的主要任务：
• (1)进行电平转换和功率放大。
• (2)提高数控装置的抗干扰性能，防止外界的 电磁干扰噪声引起误动作。
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•第二章 机床数控系统结构与维修
•2.1 数控系统组成与原理
•一、 CNC系统组成
• 1．操作面板 • 2．输入／输出装置 • 3．计算机数控装置(CNC装置) • 4．伺服单元 • 5．驱动装置 •6．可编程逻辑控制器(PLC)
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