数控设备故障诊断与维修课件

2020年3月3日1现代数控设备故障诊断与维修中航工业黎明运行保障中心王洪义2020年3月3日2一、数控机床的结构特点1.1数控机床的组成1.1.1数控机床的的整体结构信息载体辅助控制系统坐标伺服系统计算机数控装置反馈系统自适应控制系统机床本体数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、运动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括:信息载体、计算机数控装置、坐标伺服系统、辅助控制系统、位置和速度检测反馈系统以及过程检测的自适应控制系统及机床本体等七部分组成,见图1-1。位置检测速度检测过程检测图1-1数控机床组成2020年3月3日3一、数控机床的结构特点1.1数控机床的组成1.1.2计算机数控系统（CNC）的概念数控技术，简称数控（NumericalControl—NC），是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控系统都采用了计算机进行控制，因此也可以称为计算机数控系统（ComputerNumericalControl–CNC）计算机数控系统（CNC）主要由微型计算机、外围设备和机床控制装置三大部分组成，而CNC的工作就在于硬件和软件的组合，见图1-2。外围设备控制面板显示器键盘机床机床控制装置微型计算机位置控制速度控制逻辑状态控制微处理器内部存储器I/O接口坐标电机传输接口图1–2计算机数控系统PMC,CNC与数控机床的关系•内嵌式一、数控设备的基本概念CNCPMCI/O电路强电电路换刀,冷却机床操作面板主轴电机MDI/CRT主轴速度速度控制伺服电机2020年3月3日41.1数控机床的组成•独立式CNCPMCI/O电路强电电路换刀,冷却机床操作面板主轴电机MDI/CRT主轴速度速度控制伺服电机I/O电路I/O电路一、数控设备的基本概念PMC,CNC与数控机床的关系2020年3月3日51.1数控机床的组成6一、数控设备的基本概念主机主机即数控机床的机床部分。当主轴驱动系统和坐标伺服系统接收到计算机发出的动作信号以后，开始驱动机床的主轴、工作台和刀具去定位或按程序中所指定的轨迹进行动作，并配以必要的机械、液压、气压、冷却液、中心润滑等动作，按照要求的形状和尺寸去完成零件的切削加工。坐标轴气压系统液压系统主轴/电主轴润滑系统冷却系统自动排屑系统工作台制冷系统换刀系统2020年3月3日1.1.3数控机床主机的组成1.1数控机床的组成•目前数控系统种类繁多，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。•对于不同的生产厂家来说，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。•无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。1.2常用数控系统简介一、数控设备的基本概念2020年3月3日781.2.1西门子数控系统功能系列基本系列810D802Sbaseline802Cbaseline&SimoDriveBaseline840D802DV2.1802DBaseline性能价格一、数控设备的基本概念1.2常用数控系统简介840Dsl802Dsl升级2020年3月3日2020年3月3日91.2常用数控系统简介SINUMERIK802S/SINUMERIK802C一、数控设备的基本概念SINUMERIK802S和SINUMERIK802C是专门为低端CNC机床市场而开发的经济犁CNC控制系统。其特性如下:独立的操作面板OP020)及NC部分(ECU)结构紧凑机床调试配置数据少，系统与机床匹配更快速、更容易简单而友好的编程界面，保证了生产的快速进行，优化了机床的使用。SINUMERIK802S/802C由以下部件组成2020年3月3日101.2常用数控系统简介一、数控设备的基本概念SINUMERIK802D将所有CNC、PLC、HMI和通讯任务集成于一个单一的部件。免维护的硬件集成了PROFIBUS接口用于连接伺服驱动和I/O模块，并具有速装结构的超薄操作面板。SINUMERIK802D可控制最多4个数字进给轴和1个主轴。802D配备SIMODRIVE611UE和带编码器的1FK7伺服电机做为进给驱动系统。SIMODRIVE611UE具有模块化设计和PROFIBUS接口。因而各轴驱动的功率模块独立配置。另外，主轴也可以通过模拟接口控制，这种通用的方案也适用于简易型机床。SINUMERIK802D由以下部件组成SINUMERIK802D/SINUMERIK802Dbaseline2020年3月3日111.2常用数控系统简介一、数控设备的基本概念在数字化控制领域，SINUMERIK810D将数控系统与驱动控制系统作为一个不可分割的部分集成在同一块板子上。更明确的说，就是SINUMERIK810D系统中没有驱动接口!这得益于在多层电路板上采用了最人性化和一致性集成方法。整个控制系统的硬件和软件都集成在专用门阵列集成电路芯片中。该系统可控制高达六个轴。甚至可以按照您的需要，分别控制4个进给轴和2个主轴。除了标准的电机外，产品也可以装配同步轴、线性电机和力矩电机。SINUMERIK810D由以下部件组成SINUMERIK810Dpowerline2020年3月3日12SINUMERIK840DpowerlineSINUMERIK840D由以下部件组成SINUMERIK840D数控系统是西门子公司在数控领域的创新技术与先进理念的最佳体现，通过系统的不同设定，可以在复杂的工作平台上适用于车、铣、钻、磨等各种加工工艺和控制技术。SINUMERIK840D与SIMODRIVE611数字驱动系统以及SIMATICS7PLC一起构成全数字控制系统，它适用于各种复杂加工任务和控制精度。一、数控设备的基本概念1.2常用数控系统简介2020年3月3日13SINUMERIK802Ds1是一款结构紧凑的控制系统.它将数控系统中的所有模块(CNC.PLC和HMI)都集成在同一控制单元中。创新性的系统规划与驱动设计.配以智能化接口.使得SINUMERIK802Ds1可以连接多达六轴数字驱动.为您提供更高的生产效率和更大的灵活性。SINUMERIK802Ds1强大而丰富的功能.使得它成为各种车削、铣削、钻削、磨削以及冲压应用的理想选择。SINUMERIK802Dsl1.2常用数控系统简介SINUMERIK802Dsl由以下部件组成一、数控设备的基本概念1.2.2FANUC（日本发那科）数控系统•高性能数控系统FS15-BFS15i•中档性能数控系统•4-24轴•复合机床•纳米加工机床•高精密加工机床•3-8轴•0.0001mm加工机床•一般性能数控系统•2-4轴•一般的加工机床•0.001mm•运动控制系统•1-6轴直线插补•传送线或滑台•通用运动控制器FS16-CFS16iFS18-CFS18iFS0-CFS21-BFS21iFSOi-AFSOiB/CFSOiMatePowerMate一、数控设备的基本概念2020年3月3日141.2常用数控系统简介2020年3月3日15FANUC的CNC系统0i-B/0iMate-B是高可靠性、高性价比的系统。自2019年推出以来，获得了用户好评。其特点是结构紧凑，连接简单：使用了高速串行伺服总线（用光缆连接）和串行I/O数据口，有以太网口。用该系统的机床可以单机运行，也可以方便地入网用于柔性加工生产线。该系统使用了FANUC最新的αis伺服电动机，这种电机的加速特性好，短期过载倍数可达4倍。伺服控制软件采用了HRV3，其电流环的控制周期为125ms。伺服控制周期的缩短可以提高伺服增益，提高伺服传动的刚性和跟随性，从而可提高工件的加工形状精度。另外，CNC的控制软件中有多项提高插补速度、提高精度等先行控制功能（G05和G08），因此，0i-B非常适合于高精度模具加工机床。1.2常用数控系统简介FANUC数控系统0i-B和0iMate-B一、数控设备的基本概念2020年3月3日16SINUMERIK840Dsl的原理说明一、数控设备的基本概念FANUC数控系统0i-B和0iMate-B由以下部件组成1.2常用数控系统简介2020年3月3日170i-C系统有新版和旧版之分，2种版本的系统除了系统软件不一样，硬件结构也有了变化：（1）旧版系统的CPU卡、显卡、模拟主轴卡均为单独的模块。改版后的新版系统其CPU卡、模拟主轴卡集成在系统主板上，显卡集成在轴卡上。新版系统的标准配置主要有三块板：主板、F-ROM/SRAM卡、轴卡。对于不同的订货需要，主板型号也不一样，主要根据CPU卡、PMC、模拟主轴的选择上。（2）电源模块方面，旧版系统的电源模块位于主板上。新版系统的电源则位于侧板上，由于系统有零插槽和两插槽的区别，电源模块在容量及外形上也有区别。（3）改版后的新版系统，主板上存有CNCIDINFORMATION，在F-ROM中追加了OPRM-INF文件，该OPRM-INF文件为每台系统的特有文件，文件中包含了系统的基本功能及追加的选择功能和系统主板CPU中的CNCIDINFORMATION的信息。因此，严禁对此OPRM-INF文件进行删除、拷贝等操作。1.2常用数控系统简介一、数控设备的基本概念FANUC数控系统0i-C系列2020年3月3日181.2常用数控系统简介一、数控设备的基本概念FANUC0i-C系列由以下部件组成2020年3月3日191.2常用数控系统简介一、数控设备的基本概念FANUC数控系统16i/18i/21i-MB系统构成16i/18i/21i系统根据系统主板安装的位置分为2种：一种是图中的一体型的结构（系统主板安装在显示器后面），另一种是分离型的结构（系统主板安装在机床的电气柜里面）FANUC16i/18i/21i-MB系统由以下部件组成2020年3月3日20海德汉数控系统发展过程一、数控设备的基本概念1.2常用数控系统简介1.2.3海德汉数控系统数控系统2020年3月3日21一、数控设备的基本概念海德汉iTNC530数控系统iTNC530是海德汉公司久经市场验证的高端数控系统，主要具有如下特点：友好的界面、面向车间的编程方法，对话式编程和SmarT.NC编程。更短的程序段处理时间(0.5ms)和优异的轮廓加工精度。优异的五轴加工特性—刀具中心点管理和倾斜加工面功能，使加工速度、精度、表面光洁度达到良好的统一。DCM动态碰撞监控功能—解决了多轴加工复杂的干涉碰撞实时检查问题iTNC530最新功能AFC自适应进给控制功能—减少加工时间、监控刀具、减少机床故障率。DXF转换—导入DXF文件，直接生成加工程序，使CAD/CAM与数控加工无缝集成。对话格式编程—无需记忆G代码，清晰的提问和提示可帮助用户输入加工程序，SmarT.NC使编程前所未有的简易。TNCGuide—在控制系统中提供在线帮助，方便在机编程查询全局程序参数设置—特别适合于大型模具再加工过程中进行设置变换iTNC的34049x-04版NC数控软件为机床制造商和用户提供了一系列新增功能。这些新功能使数控系统操作更简单，机床工作更安全。1.2常用数控系统简介2020年3月3日22一、数控设备的基本概念1.2常用数控系统简介1.3数控机床进给驱动系统的基本形式数控机床所采用的伺服进给系统按控制系统的结构可以分为开环控制、半闭环控制、闭环控制。1)开环数控机床其数控装置发出的指令信号是单向的，没有检测反馈装置对运动部件的实际位移量进行检测，不能进行运动误差的校正，因此步进电机的步距角误差、齿轮和丝杠组成的传动链误差都将直接影响加工零件的精度。2)半闭环数控机床这类机床的检测元件装在驱动电机或传动丝杠的端部，可间接测量执行部件的实际位置或位移。这种系统的闭环环路内不包括机械传动环节，控制系统的调试十分方便，因此可以获得稳定的控制特性。3）全闭环数控机床这类机床的位置检测装置安装在进给系统末段端的执行部件上，该位置检测装置可