【正文】 控制，同時具有自動換刀、自動測量、自動潤滑和自動冷卻等功能。自1952年美國研制出第一臺數(shù)控銑床起，數(shù)控系統(tǒng)歷經(jīng)了兩個階段和六代的發(fā)展。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，這被稱為硬件連接數(shù)控 (H andwired NC)，簡稱為數(shù)控 (NC)。 第一代 數(shù)控 :19521959年采用電子管元件構(gòu)成的專用 NC裝置 。 第三 代數(shù)控 :19651970年采用小、中規(guī)模集成電路的 NC裝置計算機數(shù)控 CNC階段 ，1970 年，通用小型計算機已批量生產(chǎn)，其運算速度比 20 世紀五六十 年代有了大幅度的提高，這比專門“搭”成的專用計算機成本低、可靠性高，于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控 (CNC)階段。 第四 代數(shù)控 :19701974年采用大規(guī)模集成電路的小型通用計算機數(shù)控系統(tǒng) 。 第六 數(shù)控 :1990 年以后， PC(個人計算機，國內(nèi)習慣稱微機 )的性能已發(fā)展到很高的階段，可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于 PC的時代 。 第二 能完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜零件加工。 第四 柔性高，通用性強：對產(chǎn)品改型設計的適應性強。 第六功能豐富 CNC 系統(tǒng)不僅控制機床的運動，而且可對機床進行全面監(jiān)控、報警診斷、通訊管理等。 但是也存在不足之處，數(shù)控機床投資大、維修維護難度大以及對操作人員的技術(shù)水平要求高。 數(shù)控機床的分類 數(shù)控機床的分類 按照 機床運動控制、伺服系統(tǒng)控制控制方法、機床功能水平、來進行分類 按機床運動控制分類 可以分為三類。三種加工運動形式如圖 11所示。 開環(huán)控制系統(tǒng) : 這類數(shù)控機床不帶位置檢測反饋裝置。開環(huán)控制的數(shù)控機床工作比較穩(wěn)定，反應快，調(diào)試方便，維修簡單，但控制精度低這類數(shù)控機床多為經(jīng)濟型 ,結(jié)構(gòu)如圖 12所示。位置檢 測裝置安裝在機床工作臺上，用以檢測機床工作臺的實際運行位置，并與 CNC裝置的指令位置進行比較，用差值進行控制，其控制框圖如下圖所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)試和維修比較復雜，其關(guān)鍵是系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)調(diào)試不好容易產(chǎn)生振蕩，所以在設計時必須對穩(wěn)定性給予足夠的重視。 結(jié)構(gòu)如圖 13所示。位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，用以檢測機床工作臺的實際運行位置，并與 CNC裝置的指令位置進行比較，用差值進行控制，其控制框圖如下圖所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)試和維修比較復雜，其關(guān)鍵是系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)調(diào)試不好容易產(chǎn)生振蕩，所以在設計時必須對穩(wěn)定性給予足夠的重視。 結(jié)構(gòu)如圖 14。一般將機床分為三類高檔、中檔、低檔。其特性如下： 結(jié)構(gòu)緊湊，高度 結(jié)構(gòu)緊湊，高度集成于一體的數(shù)控單元，操作面板，機床操作面板和輸入輸出單元機床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機械黃匹配更快速、更容易簡單 而友好的編程界面，保證了生產(chǎn)的快速進行，優(yōu)化了機床的使用 。堅固而又節(jié)省空間的設計，使它可以安裝到最方便用戶的位置 。工作方式選擇（ 6種），進給速度修調(diào)，主軸速度修調(diào)，數(shù)控啟動與數(shù)控停止，系統(tǒng)復位均采用按鍵形式進行操作 。輸出同時工作系數(shù)為 。 802C base line 可控制三個進給軸。10V 的伺服驅(qū)動接口 。10V 的接口用于連接主軸驅(qū)動。 802C base line 基本配置的驅(qū)動系統(tǒng)為 SIMODRIVE base line， 802C base line控制軟件已經(jīng)存 儲在數(shù)控部分的 Flash－ EPROM（閃存）上， Toolbox軟件工具（調(diào)整所用的軟件工具）包含在標準的供貨范圍內(nèi)。采用電容防止掉電引起的數(shù)據(jù)丟失。系統(tǒng)軟件面向車床和銑床應用，并可單獨安裝。 802c base line 電氣 系統(tǒng) 介紹 西門子 802C base line是在 802C基礎上新開發(fā)的一種經(jīng)濟型系統(tǒng)其驅(qū)動部分采用東元伺服驅(qū)動，分別控制 X軸進給， Y軸進給， Z軸進給，主軸采用三相異步電動機并采用日本原裝三菱變頻器對其進行控制，可實現(xiàn)主軸的無級調(diào)速。 作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應的執(zhí)行部件 (伺服單元、驅(qū)動裝置和 PLC等 )，所有這些工作是由 數(shù)控 裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進行工作的。 組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列和顯示器；它是數(shù)控機床特有的部件。交互的信息通常是零件加工程序。 ： 現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設備進行信息交換外，一般都具有用通訊方式進行信息交換的能力。采用的方式有：串行通訊（ RS232等串口）、自動控制專用接口和規(guī)范（ DNC， MAP等） 、 網(wǎng)絡技術(shù)（ inter，LAN等）。以實現(xiàn)進給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。旋轉(zhuǎn)型檢測裝置：旋轉(zhuǎn)變壓器；脈沖編碼器；測速發(fā)電機。主軸運動指令，實現(xiàn)零件加工的切削運動 。 功能： 接受 數(shù)控系統(tǒng) 的 M、 S、 T指令，對其進行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應開關(guān)動作，接受操作面板和機床側(cè)的 I/O信號，送給 數(shù)控 裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制 數(shù)控 系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機床的動作。 圖 21西門子 802C與伺服驅(qū)動器和伺服電機連線圖如圖 4 數(shù)控機床的故障診斷 與維修 機床診斷的內(nèi)容及 初步診斷 數(shù)控機床是集機、電、液、氣于一體的機電一體化裝備，數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)是其核心，它的可靠運行，直接關(guān)系到整個設備運行正常與否。 要科學迅速的檢測出檢測出機床故 障，就要有一套合理的方法，如果方法混亂，一定會增加診斷和維修時間，從而影響到生產(chǎn)效率。 當機床出現(xiàn)故障時可以先利用以下方法進行簡單的初步診斷 : 1）動作診斷：監(jiān)視機床各動作部分，判定動作不良的部位。 2）狀態(tài)診斷：當機床電機帶動負載時，觀察運行狀態(tài)。 4）操作診斷：監(jiān)視操作錯誤和程序錯誤。 通過以上的方法可以進行 初步的判斷機床故障所在部分， 數(shù)控機床 系統(tǒng)的硬件特點是模塊少、整體結(jié)構(gòu)簡單，用戶一般無需調(diào)整，硬件的可靠性較高。因此，現(xiàn)場維修時，一般只要求能夠根據(jù)模塊的功能結(jié)合故障現(xiàn)象，判斷、查找出發(fā)生故障的模塊，進行備件替換。 但還有許多故障無法輕易排除，需要更為復雜的 診斷 和維修。維修人員通過對故障發(fā)生時的各種光、聲、味等異?，F(xiàn)象的觀察以及認真察看系統(tǒng)的每一處，往往可將故障范圍縮小到一個模塊或一塊印刷線路板。 2 自診斷功能法 ： 現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)雖然尚未達到智能化很高的程度，但已經(jīng)具備了較強的自診斷功能。一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即在 顯示器 上報警信息或用發(fā)光二極管批示出故障的大致起因。這個方法是當前維修時最有效的一種方法。本方法對于長期閑置的數(shù)控機床第一次開機時的檢查以及機床加工造成廢品但又無報警的情況下，一時難以確定是編程錯誤 或是操作錯誤，還是機床故障時的判斷是一較好的方法。所謂交換法就是在分析出故障大致起因的情況下，維修人員可以利用備用的印刷線路板、模板，集成電路芯片或元器件替換有疑點的部分，從而把故障范圍縮小到印刷線路板或芯片一級。 在備板交換之前，應仔細檢查備板是否完好，并應檢查備板的狀態(tài)應與原板狀態(tài)完全一致。在置換 數(shù)控 裝置的存儲器板時，往往還需要對系統(tǒng) 作存儲器的初始化操作，重新設定各種數(shù)控數(shù)據(jù)，否則系統(tǒng)仍將不能正常地工作。缺少了后一步，一旦零件程序輸入，將產(chǎn)生 60號報警。如 FNUC公司在 FS— 10系統(tǒng)，必須按一定的操作步驟，先輸入 9000～ 9031號選擇參數(shù)，然后才能輸入 0000號至 8010號的系統(tǒng)參數(shù)和 PC參數(shù)。 5 轉(zhuǎn)移法 ： 所謂轉(zhuǎn)移法就是將 數(shù) 控 系統(tǒng)中具有相同功能的二塊印刷線路板、模塊、集成電路芯片或元器件互相交換，觀察故障現(xiàn)象是否隨之轉(zhuǎn)移。這個方法實際上就是交換法的一種。 6 參數(shù)檢查法 ： 眾所周知，數(shù)控參數(shù)能直接影響數(shù)控機床的功能。此時，通過核對、修正參數(shù)，就能將故障排除。 另外，經(jīng)過長期運行的數(shù)控機床，由于其機械傳動部件磨損，電氣無件性能變化等原因，也需對其有關(guān)參數(shù)進行調(diào)整。當然這些故障都是屬于故障的范疇。用戶也可利用這些端子比較測量正常的印刷線路板和有故障的印刷線路板之間的差異。甚至，有時還可對正常的印刷線路人為地制造 “ 故障 ” ，如斷開連線或短路，撥去組件等，以判斷真實故障的起因。因 為數(shù)控 系統(tǒng)生產(chǎn)廠往往不提供有關(guān)這方面的資料。這是由于 數(shù)控 系統(tǒng)是由多塊印刷線路板組成，每塊板上又有許多焊點，板間或模塊間又通過插接件及電纜相連。當用絕緣物輕輕敲打有虛焊及接觸不良的疑 點處，故障肯定會重復再現(xiàn)。當它們尚未完全損壞時，出現(xiàn)的故障變得時有時無。當然，采用此法時，一定要注意元器件的溫度參數(shù)等，不要將原來是好的器件烤壞。運用這種方法，要求維修人員必須對整個系統(tǒng) 或每個電路的原理有清楚的、較深的了解。這些檢查方法各有特點，按照不同的故障現(xiàn)象，可以同時選擇幾種方法靈活應用，對故障進行綜合分析，才能逐步縮小故障范圍，較快地排除故障。系統(tǒng)硬件故障時，通常情況下，需要對模 塊進行檢測與維修，且應具備一定的測試條件、工裝和相應的維修器件。如誤操作信 息，有關(guān)伺服系統(tǒng)報警，設定錯誤報警，各種行程超程報警等。因此，現(xiàn)場維修時，一般只要求能夠根據(jù)模塊的功能結(jié)合故障現(xiàn)象，判斷、查找出發(fā)生故障的模塊，進行備件替換。 電源模塊的故障診斷 維修 電源模塊的工作過程如下 : 1)外部直流 24V 或交流 220V 電壓加入； 2)通過短時接通系統(tǒng)啟動 (NCON)信號，接通系統(tǒng)電源； 3)若控制電路正常，直流輸出線路中無過電流，“ 電源正常”輸出觸點信號閉合；否則輸出信號斷開。 若無+5V 電壓輸出，則表明電源模塊可能損壞。當系統(tǒng)出現(xiàn)開機時有 +5V 電壓輸出 ，但幾秒鐘后 +5V 電壓又斷開的故障時。 維修時可以將電源模塊拔出，使其與負載斷開，再通過 接通 NCON 正常上電，若這種情況下 +5V 電壓輸出正常且電源正常信號輸出觸點閉合，則證明電源模塊本身工作正常，故障原因?qū)儆谙到y(tǒng)內(nèi)部電源過載。若電源模塊取下后，無 +5V 輸出或仍然只有幾秒的 +5V 電壓輸出，可能是電源模塊本身存在過載或內(nèi)部元器件損壞，可根據(jù)原理圖進行進一步的檢查。驅(qū)動變壓器如圖 42所示。 CRT 的作用是將視頻信號轉(zhuǎn)換為圖像進行顯示；視頻板的作用是將字符及圖像點陣轉(zhuǎn)換為視頻信號進行輸出。當按住系統(tǒng)面板上的診斷鍵 (帶有“眼睛”標記的鍵 )接通 系統(tǒng)電源啟動， 在系統(tǒng)啟動時，面 板上方的 4 個指示燈閃爍： 2)屏幕顯示一條水平或垂直的亮線； 3)屏幕左右圖像變形； 4)屏幕上下線性不一致，或被壓縮，或被擴展； 5)屏幕圖像發(fā)生傾斜或抖動。 視頻板故障時一般有以下幾種現(xiàn)象： 1)屏幕無任何顯示，系統(tǒng)無法啟動。 3． CPU 板的 故障診斷 CPU 板是整個系統(tǒng)的核心， 它包括了 PLC、 CNC 的控制、處理線路。系統(tǒng)軟件固化在EPROM 中。在系統(tǒng)內(nèi)部， CPU 板通過系統(tǒng)總線與存儲板、接口板、視頻板、位置控制板進 行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對這些部件的控制。 當 CPU 板故障時，一般情況下只能更換新的 CPU 備件板。 接口板故障時，一般有如下幾種現(xiàn)象： 1)系統(tǒng)死機，無法啟動； 2)接口板上系統(tǒng)軟件與 CPU 板上系統(tǒng)軟件不匹配，導致系統(tǒng)死機或報警； 3)PLC 輸入 /輸出無效； 4)電子手輪無法正常工作。 5．存儲器板的故障診斷 802C存儲器板上安裝有 UMS 用戶存儲子模塊、系統(tǒng)存儲器子模塊等， 其中 UMS可以是固化用戶 WS800A 開發(fā)軟件的用戶程序子模塊，或是西門子提供的固定循環(huán)子模塊，或是 RAM 子模塊。 存儲器 板發(fā)生故障時，若通過更換軟件仍然不能排除故障，一般應更換一塊新的備件板。 位置測量系統(tǒng)板故障時，一般有如下現(xiàn)象： 1)CNC 不能執(zhí)行回參考點動作，或每次回參考點位置不一致； 2)坐標軸、主軸的運動速度不穩(wěn)定或不可調(diào)； 3)加工尺寸不穩(wěn)定； 4)出現(xiàn)測量系統(tǒng)或接口電路硬件故障報警； 5)在驅(qū)動器正常的情況下，坐標軸不運動或定位不正確。 802C 系統(tǒng)自診斷 西門子 系統(tǒng)設有較強的自診斷功能，能及時識別 數(shù)控系統(tǒng) 、 PLC 和機床中的故障，從而避免發(fā)生事故。以 810/820 系統(tǒng)為例， 系統(tǒng)監(jiān)控主要有以下內(nèi)容。正常情況下，接通系統(tǒng)后在 6～ 7s 內(nèi) 二極管 閃爍，然后熄滅，系統(tǒng)啟動完成，進入正常工作狀態(tài)。 如果在運行過程中 LED 發(fā)光，則表 明： 1) 模塊中出現(xiàn)硬件故障； 2) CPU 循環(huán)出錯。每次啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)都要自動對存儲器的內(nèi)容進行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)可以顯示文字報警，并指出出錯的芯片號。 對于以上情況，維修時只要進行糾正，并重新啟動系統(tǒng)，故障即可排除。同時，根據(jù)故障的情況，系統(tǒng)可以自動撤消 數(shù)控 準備好信號，或者是進入“進給保持”狀態(tài)。但也有部分報警的含義較廣泛，現(xiàn)將故障可能原因及處理方法列舉如下，以供維修人員參考。更換電池必須在系統(tǒng)通電的情況下進行 ，否則存儲內(nèi)容會丟失。更換必須在系統(tǒng)斷電的情況下進行，否則會引起系統(tǒng)故障。 （ 3） ALM 3 報警：表明 PLC 處于停止狀態(tài)，此時，系統(tǒng)的 I/O 接口信號被封鎖，機床不能工作。對于偶然出現(xiàn)的故障，當維修現(xiàn)場無編程器時，可以通過系統(tǒng)初始化的方法，重新啟動 PLC 使機床恢復工作。數(shù)據(jù)傳輸與電纜連接、系統(tǒng)與傳輸設備的狀態(tài)