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1、第五章 数控系统故障诊断一、数控系统简介二、数控系统的自诊断三、数控系统诊断方法和数控机床回参考点故障四、数控机床主轴驱动系统故障诊断五、数控机床进给驱动系统故障诊断六、数控机床位置检测系统的故障诊断目目前前数数控控系系统统种种类类繁繁多多，形形式式各各异异，组组成成结构上都有各自的特点。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。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。对对于于不不同同的的生生产产厂厂家家来来说说，在在设设计计思思想想上上也可能各有千秋。也可能各有千秋。有有的的系系统统采采用用小小板板结结构构，便便于于板板子子更更换换和和
2、灵灵活活结结合合，而而有有的的系系统统则则趋趋向向大大板板结结构构，使使之之有有利利于于系系统统工工作作的的可可靠靠性性，促促使使系系统统的的平平均均无无故障率不断提高。故障率不断提高。无无论论哪哪种种系系统统，它它们们的的基基本本原原理理和和构构成成是是十分相似的。十分相似的。数数控控系系统统是是由由硬硬件件控控制制系系统统和和软软件件控控制制系系统统两两大大部分组成：部分组成：硬件控制系统硬件控制系统 是是以以微微处处理理器器为为核核心心，采采用用大大规规模模集集成成电电路路芯芯片片、可可编编程程控控制制器器、伺伺服服驱驱动动单单元元、伺伺服服电电机机、各各种种输输入入输输出出设设备备（包
3、包括括显显示示器器、控控制制面面板板、输入输出接口等）等可见部件组成输入输出接口等）等可见部件组成。软件控制系统软件控制系统 即即数数控控软软件件，包包括括数数据据输输入入输输出出、插插补补控控制制、刀刀具具补补偿偿控控制制、加加减减速速控控制制、位位置置控控制制、伺伺服服控控制制、键键盘盘控控制制、显显示示控控制制、接接口口控控制制等等控控制制软件及各种参数、报警文本等组成。软件及各种参数、报警文本等组成。数数控控系系统统出出现现故故障障后后，就就要要分分别别对对软软硬硬件件进进行行分分析、判断，定位故障并维修。析、判断，定位故障并维修。作作为为一一个个好好的的数数控控设设备备维维修修人人员
4、员，就就必必须须具具备备电电子子线线路路、元元器器件件、计计算机软硬件、接口技术、测量技术等方面的知识。算机软硬件、接口技术、测量技术等方面的知识。数控系统简介 数控系统中具有代表性的主要有FANUC公司系统、SIEMENS公司系统、MITSUBISHI公司系统、A-B公司系统、FAGOR公司系统等主要介绍：FANUC系统、SIEMENS系统、MITSUBISHI系统FANUC系统FANUC数控装置F0，F10，F11，F12，F15，F16等系列，每一个系列的数控装置可提供多种可选择功能，适应于多种机床使用。结构：由大板结构转向模块化结构常用数控系统简介常用数控系统简介（一）（一）FANUC
5、数控系统简介数控系统简介FANUC公司创建于公司创建于1956年，年，1959年首先推出年首先推出电液步进电机。电液步进电机。70年代，一方面从年代，一方面从Gettes公司引进公司引进直流伺服电机制造技术，一方面与西门子合作，直流伺服电机制造技术，一方面与西门子合作，学习其先进的硬件技术，学习其先进的硬件技术，1976年成功开发出年成功开发出5系统，系统，后与西门子联合开发出后与西门子联合开发出7系统。从这时，系统。从这时，FANUC成成为世界上最大的专业数控生产厂家。为世界上最大的专业数控生产厂家。FANUC公司目前生产的公司目前生产的CNC装置有：装置有：F0、F10F11F12、F15
6、、F16、F18。F00F100110 120150系列是在系列是在F010111215的的基础上加了基础上加了MMC(MultiMediaCard多媒体存储卡多媒体存储卡)功功能，即能，即CNC(Computer numerical control)、PMC、MMC三位一体的三位一体的CNC。产品特点：产品特点：结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已采用模块化结构采用模块化结构采用专用采用专用LSI(Large-scale integration 大规模集大规模集成电路成电路)，以提高集成度、可靠性，减少体积，以提高集成度、可靠性，减少体积和降低成本
7、和降低成本产品应用范围广。每一产品应用范围广。每一CNC装置上可配多种控装置上可配多种控制软件，适用于多种机床制软件，适用于多种机床不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术SMT(Surface Mounted Technology表面贴装技表面贴装技术术)、多层印刷电路板、光导纤维电缆等、多层印刷电路板、光导纤维电缆等CNC装置体积减少，采用面板装配式，内装式装置体积减少，采用面板装配式，内装式PMC（可编程机床控制器）（可编程机床控制器）FANUC6系统（系统（1979年）年）FS6是是FANUC早期代表性产品之一早期代表性产品之一。在在70年代年代末与
8、末与80年代初期的数控机床得到了广泛应用年代初期的数控机床得到了广泛应用。FS6与西门子与西门子6系统结构基本相同（合作产品），系统结构基本相同（合作产品），除伺服电动机、除伺服电动机、PLC采用西门子公司产品外，其采用西门子公司产品外，其余部分完全相同余部分完全相同硬件采用大板结构，上面插有电源模块、存储器硬件采用大板结构，上面插有电源模块、存储器板等小板，板等小板，CPU采用采用8086，该，该CNC系列为多微处系列为多微处理器控制系统，其主理器控制系统，其主CPU、PMC及图形显示的及图形显示的CPU均为均为8086伺服驱动系统采用伺服驱动系统采用FANUC直流驱动系统，通过直流驱动系统
9、，通过脉冲编码器进行位置检测，构成半闭环位置控制脉冲编码器进行位置检测，构成半闭环位置控制系统系统系统一般带有独立安装的电气柜，电气柜内安装了系系统一般带有独立安装的电气柜，电气柜内安装了系统的主要部件（如统的主要部件（如CNC装置、伺服驱动、输入单元、装置、伺服驱动、输入单元、电源单元）电源单元）主轴驱动系统采用主轴驱动系统采用FANUC交流主轴驱动装置，该单元交流主轴驱动装置，该单元为分开安装式，一般安装在强电柜内为分开安装式，一般安装在强电柜内系统软件为固定式专用软件系统软件为固定式专用软件 我国我国80年代进口的数控机床，均大量配套采用年代进口的数控机床，均大量配套采用FS6系统，直到
10、目前仍然有较多配套系统，直到目前仍然有较多配套FS6的机床在使用中，的机床在使用中，这些设备大多进入故障多发期，因此，它是数控机床维这些设备大多进入故障多发期，因此，它是数控机床维修中的常见系统之一。修中的常见系统之一。F3 简化版（经济型）简化版（经济型）另注：另注：Fs6F9 强化版强化版 （1980年）年）F11系列（系列（1984年）年）F11系列是系列是FANUC公司公司20世纪世纪80年代初期开年代初期开发并得到广泛应用的发并得到广泛应用的FANUC代表性产品之一代表性产品之一，在在80年代进口的高档数控机床上广为采用年代进口的高档数控机床上广为采用，因此，因此，它亦是维修中的常见
11、系统之一。同系列的产品它亦是维修中的常见系统之一。同系列的产品有有F101112三种基本规格，其基本结构相似，三种基本规格，其基本结构相似，性能与使用场合有所区别。性能与使用场合有所区别。F11的硬件仍然采用大板结构（主板）的硬件仍然采用大板结构（主板），主主CPU为为68000，它也是一种多微处理器控制系统，它也是一种多微处理器控制系统硬件尽量采用专用大规模集成电路及厚膜电路硬件尽量采用专用大规模集成电路及厚膜电路（22块），元件减少块），元件减少30CNC系统和操作面板、系统和操作面板、I/O单元之间采用光缆单元之间采用光缆连接，减少了信号线，抗干扰能力提高连接，减少了信号线，抗干扰能力提
12、高F11系统既可以带独立安装的电柜，也可进行系统既可以带独立安装的电柜，也可进行分离式安装分离式安装伺服驱动与主轴驱动一般采用伺服驱动与主轴驱动一般采用FANUC模拟式模拟式交流伺服驱动系统交流伺服驱动系统系统软件可固定式专用软件，最大可以控制系统软件可固定式专用软件，最大可以控制5轴，并实现全部控制轴的联动轴，并实现全部控制轴的联动F0F0系统（系统（19851985年）年）F0系列是系列是FANUC公司公司20世纪世纪80年代中后期开发年代中后期开发的产品，是的产品，是FANUC代表性产品之一。是中国市场上代表性产品之一。是中国市场上销售量最大的一种系统（销售量最大的一种系统（F0C系列，
13、系列，F0D系列），产系列），产品目标是体积小、价格低，其中品目标是体积小、价格低，其中F0MC/TC是其代是其代表性产品，表性产品，F0MD和和F0TD为为F0MA和和F0TA的简化版（经济型）。的简化版（经济型）。硬件结构采用了传统的结构方式，即在主板上插硬件结构采用了传统的结构方式，即在主板上插有存储器板、有存储器板、I/O板、轴控制模块以及电源单元。板、轴控制模块以及电源单元。其主板较其他系列主板要小得多，因此，在结构其主板较其他系列主板要小得多，因此，在结构上显得较紧凑，体积小上显得较紧凑，体积小F0系列为多微处理器系列为多微处理器CNC系统，系统，F0A系列主系列主CPU为为801
14、86，F0B系列的主系列的主CPU为为80286，F0C系列的主系列的主CPU为为80386.内置可编程控制器内置可编程控制器（PLC）的）的CPU为为8086F0可以配套使用可以配套使用FANUC S系列、系列、系列、系列、C系系列、列、系列等数字式交流伺服驱动系统，无漂系列等数字式交流伺服驱动系统，无漂移影响，可以实现高速、高精控制移影响，可以实现高速、高精控制采用了高性能的固定软件与菜单操作的软功能采用了高性能的固定软件与菜单操作的软功能面板，可以进行简单的人机对话式编程面板，可以进行简单的人机对话式编程具有多种自诊断功能，以便于维修具有多种自诊断功能，以便于维修F0i系统采用总线技术，
15、增加了网络功能，并系统采用总线技术，增加了网络功能，并采用了采用了“闪存闪存”（FLASH ROM）。系统可以）。系统可以通过通过Remote buffer接口与接口与PC相连，由相连，由PC机控机控制加工，实现信息传递，系统间也可以通过制加工，实现信息传递，系统间也可以通过I/O Link总线进行相连总线进行相连F0 Mate是是F0系列的派生产品，与系列的派生产品，与F0相比是结相比是结构更为紧凑的经济型构更为紧凑的经济型CNC装置装置FANUC151618系统系统 F15161816i18i系列系统有系列系统有F151618、F15i16i18i及及FS150160180、F160i18
16、0i等型号，该系列系统是专等型号，该系列系统是专门为工厂自动化设计的数控系统，是目前国际门为工厂自动化设计的数控系统，是目前国际上工艺与性能最先进的数控系统之一，在美国、上工艺与性能最先进的数控系统之一，在美国、日本、欧洲的制造业中已普遍使用。日本、欧洲的制造业中已普遍使用。系统的硬件与微电子技术发展同步，采用了超系统的硬件与微电子技术发展同步，采用了超大规模集成芯片，大规模集成芯片，CPU可以是可以是80486或或PENTIUM系列处理器，带系列处理器，带64位位RISC芯片等芯片等系统元器件采用了立体化、高密度的安装方式系统元器件采用了立体化、高密度的安装方式（FANUC公司的专利技术），
17、除主板外，印刷公司的专利技术），除主板外，印刷电路板均按物理功能分成小模块，根据用户的电路板均按物理功能分成小模块，根据用户的要求和系统的规模，分别插在主板上，系统扩要求和系统的规模，分别插在主板上，系统扩展容易，维修方便，体积小展容易，维修方便，体积小F15采用了模块式多主总线（采用了模块式多主总线（FANUC BUS）结）结构，多构，多CPU控制系统，、主控制系统，、主CPU采用了采用了68020，还采用了一个子还采用了一个子CPU，在，在PMC、轴控制、图形、轴控制、图形控制、通信及自动编程中也都有各自的控制、通信及自动编程中也都有各自的CPU系统采用系统采用8.4in或或9.5in T
18、FT（Thin Film Transistor 薄膜晶体管）彩色液晶显示器薄膜晶体管）彩色液晶显示器系统可配套系统可配套i系列数字式交流伺服系统，主系列数字式交流伺服系统，主轴控制可采用轴控制可采用i系列主轴驱动系统系列主轴驱动系统F151618系列系统既可单机运行，也可通过系列系统既可单机运行，也可通过Remote buffer接口与个人计算机相连，由计算接口与个人计算机相连，由计算机控制加工，实现信息传递。通过机控制加工，实现信息传递。通过I/O link（串（串行口）接口还可以连接多种外围设备。另外经行口）接口还可以连接多种外围设备。另外经DNC1或或DNC2接口，可与接口，可与Cell
19、 Controller或以太或以太网连接，由上位机进行控制，实现车间的自动网连接，由上位机进行控制，实现车间的自动化化 F1618系统的总体结构图系统的总体结构图 CNCI/O单元单元强电回路强电回路传感器传感器/线圈线圈电源电源变压器变压器电源电源主计算机主计算机伺服驱动伺服驱动主轴驱动主轴驱动主轴电动机主轴电动机伺服电动机伺服电动机操作面板接口操作面板接口机床操作面板机床操作面板MDI/CRT单元单元I/O接口接口I/O设备设备手轮手轮FANUC30i-MODEL A 日本日本FANUC最新的高档控制器，是当前配最新的高档控制器，是当前配置最高的数控系统。置最高的数控系统。特点：特点：1.
20、最大控制系统为最大控制系统为10个系统（通道）；个系统（通道）；2.最多轴数和最多轴数和 最大主轴配置为最大主轴配置为40轴，其中进给轴轴，其中进给轴32轴，主轴为轴，主轴为8轴；最大同时控制轴数为轴；最大同时控制轴数为24轴轴/系系统；统；3.最大最大PMC系统数为系统数为3个系统；最大个系统；最大I/O点数为点数为4096点点/4096点，点，PMC基本指令速度为基本指令速度为25ns。4.最大可预读程序段为最大可预读程序段为1000段。段。FANUC系统F0系列数控装置是多微处理器系统F0A系列主CPU：80186；F0B系列主CPU：80286；F0C系列主CPU：80386；内置可编
21、程控制器(PMC)CPU：8086。F0系列数控装置适用中、小型数控机床。FANUC系统F10,F 11,F12系列有M，T，TT等型号M型：用于加工中心、铣床、镗床；T型：用于车床；TT型：用于双刀架车床。F10,F11系列的主板采用大板结构，其他板和模块采用了小板，均插在主板上。F12系列所有电路板分别安装在两个底板上。F10,F 11，F12系列为多处理器系统，主板GPU和PMG的CPU是6800。FANUC系统F15系列是32位人工智能型(AI)数控装置结构：模块化多主控(FANUCBUS)总线；主CPU为68020，在PMC,轴控制、图形控制、通信、自动编程功能中都有各自的CPUF1
22、5系列可构成215轴系统，适用于大型机床、多系统和多轴控制FANUC系统F16系列的功能位于F15系列和F0系列之间结构：多主控总线，它在采用的32位CISC(Complex Instruction Set Computer)处理器上增加了32位RISC(Reduced Instruction Set computer)高速处理器，用于高速运算处理。FANUC系统F18系列是在F16系列之后推出的32位数控装置，功能位于F15系列和F0系列之间，但低于F16系列。特点：可进行四轴伺服和两轴主轴控制。SIEMENS系统SIEMENS数控装置有SINUMERIK 3,8,810，820，550，8
23、80，805，840等系列数控装置，每个系列都有适用于不同加工类型的机床数控装置。结构：SIEMENS数控装置采用模块化结构，具有接口诊断功能和数据通信功能（二）（二）SIEMENS数控系统简介数控系统简介SIEMENS公司是生产数控系统的著名厂家，公司是生产数控系统的著名厂家，SINUMERIK的的CNC数控装置主要有：数控装置主要有：SINUMERIK 38810820850805840系列等。系列等。SIEMENS 810820系统系统 SIEMENS 810820是西门子公司是西门子公司20世纪世纪80年代中期开发的年代中期开发的CNC、PLC一体型控制系统，一体型控制系统，它适合于普
24、通车、铣、磨床的控制，系统结构它适合于普通车、铣、磨床的控制，系统结构简单、体积小、可靠性高，在简单、体积小、可靠性高，在80年代末、年代末、90年年代初的数控机床厂上使用较广。代初的数控机床厂上使用较广。810与与820的区别仅在于显示器，的区别仅在于显示器，810为为9in单色单色显示，系统电源为显示，系统电源为24V；820为为12in单色或彩色单色或彩色显示，系统电源为交流显示，系统电源为交流220V，其余硬件、软件，其余硬件、软件部分完全一致部分完全一致810820最大可控制最大可控制6轴（其中允许有轴（其中允许有2个作为个作为主轴控制），主轴控制），3轴联动轴联动系统由电源、显示器
25、、系统由电源、显示器、CPU板、存储器板、存储器（MEMEPROMRAM）板、）板、I/O板、接口板、接口板、显示控制板、位控板、机箱等硬件组成。板、显示控制板、位控板、机箱等硬件组成。硬件采用了较多硬件采用了较多LSI和专用集成电路和专用集成电路主主CPU采用采用80186PLC最大最大128点输入点输入64点输出，用户程序容点输出，用户程序容量量12KB，PLC采用采用STEP5语言编程语言编程SIEMENS 3系统系统 SIEMENS 3系统是西门子公司系统是西门子公司80年代初期开年代初期开发出来的中档全功能数控系统，是西门子公司销发出来的中档全功能数控系统，是西门子公司销售量最大的系
26、统，是售量最大的系统，是20世纪世纪80年代欧洲的典型系年代欧洲的典型系统。统。采用模块化结构，由采用模块化结构，由CPU模块，模块，NC存储器模块，存储器模块，操作面板接口，操作面板接口，NCPC连接模块，伺服测量回连接模块，伺服测量回路路、，PLC编程接口，逻辑模块，扩展设备编程接口，逻辑模块，扩展设备接口，接口，PLC存储器及各种存储器及各种I/O等等17个模块组成个模块组成3系统的机柜因配置、类别、型号的不同，可以系统的机柜因配置、类别、型号的不同，可以分为单框架、单分为单框架、单PLC双框架、双双框架、双PLC双框架结构双框架结构采用采用INTEL 8086CPU的轮廓轨迹控制的轮廓
27、轨迹控制CNC系系统，系统可控制统，系统可控制4轴，任意轴，任意3轴联动轴联动PLC采用采用SIMATIC S5的的PLC130B，输入输，输入输出点各出点各512点点采用采用12in彩色显示器或彩色显示器或9in单色显示器单色显示器SIEMENS 850880 850880是西门子是西门子80年代末期开发的机床年代末期开发的机床及柔性制造系统，具有机器人功能。适合高功及柔性制造系统，具有机器人功能。适合高功能复杂机床能复杂机床FMS、CIMS的需要。是一种多的需要。是一种多CPU轮廓控制的轮廓控制的CNC系统。系统。1986年西门子公司采用数控年西门子公司采用数控3系统电路板标准系统电路板标
28、准（230mm高），高），NCPLC双口双口RAM耦合方式，耦合方式，INTEL 80186CPU芯片，生产出芯片，生产出850系统，它的系统，它的PLC还是沿用还是沿用130WB或或150U1988年针对年针对850系统的缺陷，又推出全系统的缺陷，又推出全80186的的数控数控880GA1型系统，后推出主型系统，后推出主CPU采用采用80386的的880GA2型系统型系统850880系统的基本结构一般都由操作面板、系统的基本结构一般都由操作面板、主机箱、机床控制面板主机箱、机床控制面板3大部分组成，采用两个大部分组成，采用两个机架支撑两列中央控制器，中央控制器包括机架支撑两列中央控制器，中央
29、控制器包括NCCPU、SVCPU（伺服（伺服CPU）、）、COMCPU（通信（通信CPU）、）、PLCCPU及插入式扩展及插入式扩展模块。插入式扩展模块有：测量回路模块、存模块。插入式扩展模块有：测量回路模块、存储器模块、储器模块、NCCPU 24、SVCPU 24、PLC输入输出板及扩展单元和接口单元输入输出板及扩展单元和接口单元面板带有面板带有12英寸彩色显示器、全功能键盘及两英寸彩色显示器、全功能键盘及两个串口个串口用户程序存储器用户程序存储器RAM容量为容量为128KB，EPROM容量为容量为128KB，用户数据存储器，用户数据存储器RANM容量为容量为48KB，I/O点最大为点最大为
30、1024，计时器，计时器256，计数器，计数器128个个采用采用SINNEC HI总成连接方式的计算机联网总成连接方式的计算机联网SIEMENS 802系列系统系列系统SIEMENS 802系列系统包括系列系统包括802SSeSbase line、802CCeCbase line、802D等型号，它是西门子公司等型号，它是西门子公司20世纪世纪90年代末开发的集年代末开发的集CNC、PLC于一体的经济型控于一体的经济型控制系统。近年来在国产经济型、普及型数控机床上有较制系统。近年来在国产经济型、普及型数控机床上有较大量的使用。大量的使用。802系列数控系统的共同特点是结构简单、系列数控系统的共
31、同特点是结构简单、体积小、可靠性较高。体积小、可靠性较高。SINUMERIK 802D Solution Line(sl)全球首展（全球首展（2005国际机床展）国际机床展），其，其CNC，PLC和和HMI都集成在同一都集成在同一控制单元中。与控制单元中。与SINAMICS S120新一代技术相结合新一代技术相结合802S、802C系列是西门子公司为简易数控机床系列是西门子公司为简易数控机床开发的经济型系统，两种系统的区别是：开发的经济型系统，两种系统的区别是：802S系系列采用步进电动机驱动；列采用步进电动机驱动；802C、802D系列通常系列通常采用采用SIEMENS611数字式交流伺服驱
32、动系统数字式交流伺服驱动系统802S、802C系列系统的系列系统的CNC结构完全相同，可结构完全相同，可以进行以进行3轴控制轴控制3轴联动；系统带有轴联动；系统带有10V 的主的主轴模拟量输出接口，可以配具有模拟量输入功能轴模拟量输出接口，可以配具有模拟量输入功能的主轴驱动系统（如变频器）的主轴驱动系统（如变频器）802S、802C系列系统可以配系列系统可以配OP020独立操作面板独立操作面板与与MCP机床操作面板，显示器为机床操作面板，显示器为7in或或5.7 in单色单色液晶显示器（液晶显示器（802S，802C）；）；802D采用了采用了10.4in彩色液晶显示器彩色液晶显示器集成内置式
33、集成内置式PLC最大可以控制最大可以控制64点输入与点输入与64点点输出，输出，PLC的的I/O模块与模块与ECU间通过总线连接间通过总线连接802D与与802S、802C有较大的不同，在功能上有较大的不同，在功能上比比802SC系统有了改进与提高，系统采用系统有了改进与提高，系统采用SIEMENS PCU210模块，控制轴数为模块，控制轴数为4轴轴4轴联动，可以通过轴联动，可以通过611U伺服驱动器携带伺服驱动器携带10V主主轴模拟量输出，以驱动带模拟量输入的主轴驱轴模拟量输出，以驱动带模拟量输入的主轴驱动系统动系统802D除保留了除保留了SIEMENS传统的编程功能外，传统的编程功能外，一
34、是一是增加了增加了PLC程序程序“梯形图梯形图”显示功能显示功能，方，方便维修；二是可以使用非便维修；二是可以使用非SIEMENS代码指令代码指令进行编程，系统的开放性更强进行编程，系统的开放性更强SIEMENS 810D840D系统系统 图：图：840D硬件结构图硬件结构图 IM361S7扩展接口扩展接口MMC100/MMC102人机对话操作面板人机对话操作面板编程器编程器电机电机电机电机E/R电源电源模块模块NCUCPU模块模块 进给进给主轴主轴 SIEMENS 810D840D的系统结构相似，的系统结构相似，但在性能上有较大的差别。但在性能上有较大的差别。810D采用采用SIEMENS
35、CCU（Compact Control Unit）模块，最大控制轴数为模块，最大控制轴数为6轴轴840D采用采用SIEMENS NCU（Numerical Control Unit）模块，处理器为）模块，处理器为PENTIUM（NCU573）或或AMD K62（NCU572）或）或486（NCU571）系列，当采用）系列，当采用NCU572或或573时，时，CNC的存储容量为的存储容量为1GB，最大控制轴数可达，最大控制轴数可达31轴，轴，10通道同时工作；采用通道同时工作；采用NCU571时，控制时，控制轴数为轴数为6轴，轴，2通道同时工作。通道同时工作。840D的的NCU与与PLC都集成在
36、这个模块上，它是都集成在这个模块上，它是840D的核心的核心数控与驱动的接口信号是数字量的数控与驱动的接口信号是数字量的系统由操作面板、机床控制面板、系统由操作面板、机床控制面板、NCU（CCU）、）、MMC、611伺服驱动、伺服驱动、I/O模模块等单元构成（如图所示）块等单元构成（如图所示）人机界面人机界面MMC，操作面板，操作面板OP（包括（包括10.4inTFT显示器与显示器与NC键盘）、机床操作面板键盘）、机床操作面板MCP，一般安装在操纵台上，它们与，一般安装在操纵台上，它们与CCU（NCU）间通过）间通过PROFIBUS总线连接总线连接MMC事实上是一台独立的计算机，它有独立事实上
37、是一台独立的计算机，它有独立的的PENTIUM CPU、硬盘、软驱、硬盘、软驱、TFT显示器、显示器、NC键盘，可以在键盘，可以在WINDOWS环境下运行环境下运行E/R电源模块，它向电源模块，它向NCU提供提供24V工作电源，也工作电源，也向向611D提供提供600V直流母线电压直流母线电压611D主轴与进给模块，它由主轴与进给模块，它由E/R电源模块供电，电源模块供电，受控于受控于NCU，并带动主轴或进给轴电动机运转，并带动主轴或进给轴电动机运转IM361是是PLC输入输出接口模块，与输入输出接口模块，与S7300兼容的兼容的PLC使用与使用与S7300相同的软件与硬件，相同的软件与硬件，
38、PLC的电源模块、接口模块、的电源模块、接口模块、I/O模块单独安装，模块单独安装，它们与系统间通过它们与系统间通过S7总线与总线与CCU或或NCU连接连接通过通过CNC与与611D、S7可编程序控制器的组可编程序控制器的组 合，合，可以构成满足不同要求的全数字控制系统可以构成满足不同要求的全数字控制系统 除以上典型系统外，除以上典型系统外，SIEMENS公司还有早期公司还有早期生产的生产的SIEMENS 6系统（与系统（与FANUC公司合作生公司合作生产），产），SIEMENS 8、SIEMENS 840C等。以上系等。以上系统多见于进口机床，统多见于进口机床，840C与与840D功能相同。
39、功能相同。SIEMENS系统810系列：按功能分有810T,810G,810N；按型号分有810、810、810应用：中、低档功能的中、小型机床。810型适用于车床和铣床，控制3轴，联动2轴；810型适用于车床、铣床和磨床，控制4轴，联动3轴；810 型适用于车床、铣床、磨床和冲压类机床，控制5轴，联动3轴。CPU：80186系统分辨率为lm，内置PLC为128点输人、54点输出。系统具有轮廓监控、主轴监控和接口诊断等功能。SIEMENS系统3型是标准16位微处理机系统CPU为8086,控制4轴，联动3轴。内置PLC输人、输出各512点。应用：多种机床，3T型用于车床和车削加工中心，3TT型用
40、于双刀架车床及双主轴车床；3M型用于钻床、镗床、铣床或加工中心；3G型用于磨床，3N型用于冲压类机床。SIEMENS系统850、880型是多微机轮廓轨迹控制数控装置，具有机器人功能。应用：复杂功能机床以及FMS,CIMS需要。CPU：80386，内置PLC输人、输出点数为1024，有256个定时器和128个计数器。可连线以太网，具有很强的通信功能，可在加工的同时与柔性制造系统交换信息。880型数控装置可控制24轴，比850型数控装置控制多一倍。SIEMENS系统840C型数控装置是32位微处理机系统，具有CAD功能。控制多轴，5轴联动。内置PLC用户程序存储器为32KB，可扩展到256MB。应
41、用：全功能车床、铣床、加工中心以及FMS和CIMSSIEMENS系统8型数控装置是用于柔性制造的控制系统，它采用多微处理器CPU：都为8086该数控装置可扩展至控制12个轴，适用于车、镗、铣床和加工中心。MITSUBISHI系统MITSUBISHI系统有MELDAS 300,500,50,64,600系列数控装置和MELDAS-MAGIC 50,64系列数控装置。MITSUBISHI系统MELDAS 50系列采用32位RISC处理器，系统采用总线连接方式。内置PLC可在显示器上直接开发PLC程序。MELDAS 50系列数控装置实现四轴联动，可实现双系统控制。应用：作为数控车床系统使用，可实现双
42、主轴、双刀架控制。系统为多视窗，实现多画面监控，还具有示波器功能，可显示伺服特性曲线。MITSUBISHI系统MITSUBISHI 64系列数控装置采用64位CPU，总线连接方式，内置PLC使用专用的高集成芯片。控制：六个伺服轴，一个主轴，四个辅助轴，实现四轴联动。显示：静态刀具路径、动态加工跟踪、图形坐标回转，多方位观察。CNCCNC故障自诊断故障自诊断 故障自诊断技术是当今数控系统一项十分重要的技术，它的强弱是评价系统性能的一项重要指标。大型的大型的CNCCNC、PLCPLC装置都配有故障诊断系统，装置都配有故障诊断系统，可以由各种开关、传感器等把油位、温度、油可以由各种开关、传感器等把油
43、位、温度、油压、电流、速度等状态信息，设置成数百个报压、电流、速度等状态信息，设置成数百个报警提示，诊断故障的部位和地点。警提示，诊断故障的部位和地点。随着微处理器技术的快速发展，数控系统的自诊断能力越来越强，从原来简单的诊断朝着多功能和智能化方向发展。其报警种类，由10种到20种，现在已有达到几千种的。当数控系统一旦发生故障，借助系统的自诊断功能，往往可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位。因此，对维修人员来说，熟悉和运用系统的自诊断功能是十分重要的。常用的自诊断方法归纳起来一般可分三种。开机（启动）自诊断运行（在线）自诊断脱机（离线）诊断。启动自诊断启动自诊断定义：当数控装置通电后，系统自
44、诊断软件对数控装置中关键的硬件和控制软件，如CPU,RAM,ROM等芯片，MDI,CRT,I/0等模块、系统软件、监控软件等逐一进行检测，并将检测结果在显示器上显示出来。如果检测通不过，即在显示器上显示报警信息或报警号，指示故障部位。当全部诊断项目都正常通过后，系统进人正常运行准备状态。启动自诊断启动自诊断 在对数控系统进行维修时，维修人员应了解该系统的自诊断能力，所能检查的内容及范围，做到心中有数。在遇到级别较高的故障报警时，可以关机，重新开机，让系统再进行开机自诊断，检查数控系统这些关键部分是否正常。在线自诊断在线自诊断定义：数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统装置、伺服驱动单元、
45、PLC以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动检测，查找并显示有关状态信息和故障信息在线自诊断在线自诊断 在线自诊断是数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其它外部装置进行自动测试、检查，并显示有关状态信息和故障信息。只要数控系统不断电，这种自诊断会反复进行，不会停止。CNC系统的自诊断能力不仅能在CRT上显示故障报警信息，而且还能以多页的“诊断地址”和“诊断数据”的形式为用户提供各种机床状态信息。这些状态信息有：a.CNC系统与机床之间的接口输入输出信号状态；b.CNC与PLC之间输人输出信号状态；c.PLC与机床之间输入输出信号状态；d.
46、各坐标轴位置的偏差值；刀具距机床参考点的距离；e.CNC内部各存储器的状态信息；伺服系统的状态信息；f.MDI面板、机床操作面板的状态信息等等。充分利用CNC系统提供的这些状态信息，就能迅速准确地查明故障、排除故障。FANUC系统在线自诊断FANUC系统的在线自诊断一般分为状态显示和故障信息显示。状态显示内容常以二进制的0或1表示，上千条的状态显示内容主要分为接口显示和内部状态显示。内部状态显示主要包括由外部因素造成不执行指令的状态显示复位状态显示、TH报警状态显示、存储器内容异常状态显示、位置偏差量的显不、伺服控制信号显示、旋转变压器或同步感应器的检测结果显示等。接口显示主要用于分析故障是处
47、在系统内部、PLC侧还是机床侧;故障信息显示的内容有数百条，它们大都是以报警号和注释来显示FANUC诊断窗口一、控制和伺服系统的自动运行状态窗口FANUC诊断窗口二、绝对编码器状态窗口FANUC诊断窗口三、伺服系统的状态窗口FANUC系统的报警 FANUC系统的报警指示一般包括：程序错误(P/S)报警绝对脉冲编码器APC)故障报警伺服系统故障报警超程故障报警可编程机床控制器(PMC)故障报警过热故障报警系统故障报警部分报警90号报警：返回参考点异常400号报警：过载或电机过热401号报警：伺服放大器信号未返回4n04n1号报警：CNC指令的位置与机床位置的偏差大于参数设定值4n4号报警：与伺服
48、系统有关的报警4n6号报警：脉冲编码器断线故障510581号报警：超程报警SIEMENS系统在线自诊断SIEMENS 数控系统有较强的自诊断功能，监控范围广泛SIEMENS系统对监控中发现的故障大多是以报警号和文字显示的方式给予提示，系统根据故障类型决定是否撤销CNC的准备好信号或者封锁循环启动。对于加工运行中出现的故障，系统可能会自动停止加工过程，等待处理。SIEMENS系统的报警1号：提供反映工件情况的存储器的电池能量即将用完，通电更换。3号：PLC处于停止工作的状态，接口已被封锁，此时机床不能工作。6号：提供数据存储器的电池能量即将用完，断电更换。上述报誓警在故障排除后，用电源复位或关机
49、重新启动来恢复系统运行SIEMENS系统1648号：串口故障。100196号：轴报警。20002999号：程序出错报警。30003050号：同上，模拟时报警。60006031号：有关PLC的报警信息。70007031号：特定标志位信息。（三）（三）脱机诊断脱机诊断 一些早期的数控系统，当系统出现故障时，往往需要停机，使用随机的专用诊断程序对系统进行脱机诊断。离线诊断时将纸带上的诊断程序读人数控装置的RAM中，由数控系统运行诊断程序，对故障部位进行检测。离线诊断部位CPURAM轴控制口和I/O口纸带阅读机数控系统故障诊断方法数控系统故障诊断方法一、故障诊断原则一、故障诊断原则先外部后内部先外部后
50、内部 发生故障后，采用望、听、嗅、问、摸发生故障后，采用望、听、嗅、问、摸等方法由外向内逐一进行检查（各类开等方法由外向内逐一进行检查（各类开关、连接件、传感器接触不良、温度、关、连接件、传感器接触不良、温度、湿度、油雾和粉尘对元件及电路板的污湿度、油雾和粉尘对元件及电路板的污染和侵蚀等）染和侵蚀等）重视和检查这些部位可迅速排除较多故重视和检查这些部位可迅速排除较多故障障数控系统故障诊断方法数控系统故障诊断方法一、故障诊断原则一、故障诊断原则先机械后电气先机械后电气 机械故障易察觉，而数控系统故障诊断机械故障易察觉，而数控系统故障诊断难度相对较大，有些电气故障也是由机难度相对较大，有些电气故障