【文章內容簡介】 電機等執(zhí)行件輔助動作的運動控制；常見數控系統故障的分析與處理。因此，數控維修實驗臺的研制成功對于提高數控技術及相關類課程的實驗教學效果、培養(yǎng)數控技術應用型人才都將起到積極的推動作用。2．數控銑床故障維修實驗臺總體設計數控機床的組成與工作原理數控機床一般由人機接口與通訊接口、數控裝置、伺服驅動裝置、可編程控制器及電器控制裝置、輔助裝置、機床本體、測量裝置組成。數控機床的組成7南京交通職業(yè)技術學院畢業(yè)設計—基于FANUC數控銑床故障維修實驗臺的硬件設計數控裝置是數控機床的核心，主要有硬件數控裝置和計算機數控裝置兩種形式，現在多采用計算機數控裝置，簡稱CNC裝置。主要功能是：實現輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數據的變換、插補運算以及實現各種控制功能?，F代數控系統提供了多種程序輸入方法，如通過面板人工現場輸入、通過磁盤驅動器輸入、通過串行通訊口輸入及傳統的紙帶閱讀機輸入等?，F代數控系統均配置有大容量存儲器RAM來存儲已輸入數控系統的加工程序。通過數控系統的顯示器及鍵盤可現場對內存中的加工程序進行編輯與修改。這是數控機床執(zhí)行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給驅動單元、主軸電機進給電機等。數控機床的主軸和進給系統是由數控裝置發(fā)出指令，通過電氣或電液伺服系統實現的。當幾個進給軸實現聯動時，可以完成點位、直線、平面曲線或空間曲線/面的加工。這是指數控機床的一些必備的配套部件，用以保證數控機床的運行。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數控轉臺和數控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等?，F代數控機床不僅可以用CNC裝置上的鍵盤直接輸入零件的程序，也可以利用自動編程機，在機外進行零件的程序編制，將程序記錄在信息載體上(如紙帶、磁帶、磁盤等)，然后送入數控裝置。對于較為復雜的零件，一般都是采用這種自動程序編制的方法。機床本體是在數控機床上自動完成各種切削加工的機械部分。包括床身、立柱、立軸、進給機構等機械部件。根據不同的零件加工要求，有車床、銑床、鉆床、電加工機床以及其它類型。故障維修實驗臺的開發(fā)環(huán)境當前，數控機床行業(yè)所使用的數控系統類型種類繁多，常見的有FANUC、8南京交通職業(yè)技術學院畢業(yè)設計—基于FANUC數控銑床故障維修實驗臺的硬件設計SIEMENS、MITISUBISHI、FAGOR、NUM等，但因其各自的性能特點，在市場上的占有率也不盡相同。FANUC系統因其結構簡單、技術成熟，產品批量大、生產成本低等特點成為世界上市場占有率最高的數控系統(約占70%)，并且在各職業(yè)技術院校中也被廣泛采用。我們所設計的故障維修實驗臺正是基于目前FANUC系統中最為常用的FANUC?0i系統設計的面向用戶的能人為設置故障的實驗裝置。機床的故障大致可分為人為的和非人為的故障，而故障實驗平臺就是人為設置故障的一種，通過故障實驗臺的設置使數控機床在非故障狀態(tài)下出現故障報警，為數控機床故障診斷與維修教學、培訓和考試提供真實的故障現象，且不會對機床造成損壞，這就是故障實驗臺的作用。故障實驗臺主要運用在數控機床維修教學、培訓及考試當中。故障實驗臺上的每一個開關都接在數控機床相應的I/O端口，當開關打上時，開關對應的故障設置功能就會實現，即機床報警。維修人員就可以根據報警所提示的內容，進行故障的檢測、定位及排除，從而達到掌握維修的方法和原理的目的。為了完成設計要求，首先應對FANUC系統本身做一個詳細的了解。數控系統與功能模塊的連接數控系統的選型與硬件配置數控系統的選型FANUC公司針對中國數控機床市場的迅速發(fā)展、數控機床的水平和使用特點，2008年在中國市場推出了新的CNC系統0iD/0iMateD。該系統源自于FANUC目前在國際市場上銷售的高端CNC30i/31i/32i系列，性能上比0iC系列提高了許多，包括：硬件上采用了更高速的CPU，提高了CNC的處理速度；標配了以太網；控制軟件根據用戶的需要增加了一些控制與操作功能，特別是一些適于模具加工和汽車制造行業(yè)應用的功能，如：納米插補、用伺服電動機做主軸控制、電子齒輪箱、存儲卡上程序編輯、PMC的功能塊等。該系統是高性價比、高可靠性、高集成度的小型化系統。代表了目前國內常用CNC的最高水平。經過廣泛的分析和調研，數控故障維修實驗臺選用日本FANUC0iMateD數控系9南京交通職業(yè)技術學院畢業(yè)設計—基于FANUC數控銑床故障維修實驗臺的硬件設計統。FANUC系統在中國市場占有率較高，選用該系統有利于學生對先進數控系統的了解與掌握。數控系統的硬件配置FANUC數控系統0iD/0iMateD是高可靠性、高性價比、高集成度的小型化系統。使用了高速串行伺服總線(用光纜連接)和串行I/O數據口，有以太網口0iMateMD是銑床（加工中心）用數控系統可使用isb伺服電機和ib主軸電機，控制軸數為4軸，可連一個I/OLinkib伺服軸以控制外部機械。用于3軸聯動的數控綜合實驗臺非常適合。系統總體配置圖(1)數控基本單元選用FANUCSERIERS0iMateMD基本單元，CNC的印刷板置于顯示器的后面，體積非常小，結構緊湊，便于布置。LCD(液晶顯示器)，LCD與CNC單元集成為一體，在顯示器的右面配有MDI鍵盤。CNC單元的結構10南京交通職業(yè)技術學院畢業(yè)設計—基于FANUC數控銑床故障維修實驗臺的硬件設計。表FANUC0iMateMD數控系統接口功用硬件是CNC系統的基礎部分，與數控系統軟件相互配合，合理地組織、鼓勵整個系統的各項工作，實現各種數控功能，同時又是本次課題進行設計、開發(fā)的平臺，具有重要的作用。FANUC?0i系統的控制單元由主CPU、內存；PMC控制；I/OLINK控制；伺服控制；主軸控制；內存卡I/F以及LED顯示構成。其中，內存中包含系統軟件、宏程序、梯形圖以及參數等等。I/O板包括電源PCB(內置)DC?AC轉換器、DI/DO、閱讀機/穿孔機I/F、顯示控制以及手搖脈沖發(fā)生器控制?？傮w連接框圖如圖所示：11南京交通職業(yè)技術學院畢業(yè)設計—基于FANUC數控銑床故障維修實驗臺的硬件設計圖總體連接框圖(l)數控單元與伺服驅動部分的連接軸控制卡接口COP10A1輸出脈寬調制指令，并通過FSSB光纜與伺服放大器接12南京交通職業(yè)技術學院畢業(yè)設計—基于FANUC數控銑床故障維修實驗臺的硬件設計口COP10B相連，伺服放大器整形放大后，通過動力線輸出驅動電流到伺服電機，電動機轉動后，同軸的編碼器將速度反饋和位置反饋送到FSSB總線上，最終回到軸控制卡上進行處理。24V直流電源經CP1接口輸入數控單元，CNC單元經COP10A接口、JA41接口與伺服放大器COP10B接口、JA7B接口相連，傳遞伺服信號。數控單元與伺服系統連接（2）數控單元與主軸模塊接口連接CNC系統中的主軸模塊用于控制驅動主軸電機。在加工中心上，主軸帶動刀具旋轉，根據切削速度、工件或刀具的直徑來設定相應的轉速，對所需加工的工件進行各種加工。如果主軸使用的是變頻器（指令線由JA40模擬主軸接口連接），則這里連接主軸位置編碼器,如果是機床主軸采用串行數字控制的主軸放大器，則編碼器連接到主軸放大器的JYA3，注意這兩種接法的信號線是不同的。13南京交通職業(yè)技術學院畢業(yè)設計—基于FANUC數控銑床故障維修實驗臺的硬件設計數控單元與主軸模塊的連接a)數控系統與主軸編碼器接口 b)主軸模塊與主軸編碼器接口主軸編碼器信號接口與功能連接（3）數控單元與操作面板的連接160