第2章数控系统结构及维修精.ppt

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1、第2章数控系统结构及维修第1页，本讲稿共82页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第二章数控机床数控系统结构与维修2022/12/32第2页，本讲稿共82页2.1 2.1 数控系数控系统组统组成与原理成与原理 一、一、CNC系统组成系统组成 1操作面板操作面板 2输入输出装置输入输出装置 3计算机数控装置计算机数控装置(CNC装置装置)4伺服单元伺服单元 5驱动装置驱动装置6可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器(PLC)第二章第二章 机床数控系统结构与维修机床数控

2、系统结构与维修 第3页，本讲稿共82页机床I/O电路和装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元机 床主 进 辅运 给 助动 传 控机 动 制构 机 机构 构PLC测量装置计算机数控装置操 作面板输 入输出装置键盘 图2-1 计算机数控系统的组成框图4第4页，本讲稿共82页5第5页，本讲稿共82页二、CNC系统的基本原理 CNC系统的生产厂家编制好系统的生产厂家编制好CNC控制软控制软件件(也称为系统程序也称为系统程序)后，要把它固化在后，要把它固化在ROM(EPROM)中，系统接上电源后即自中，系统接上电源后即自动由动由CPU按照此固化的程序运行。使用按照此固化的程序运行。使用CN

3、C机床加工时，首先要编制好零件程机床加工时，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序，而零件程序的解释与具体执行则要由系统程序来完成。由系统程序来完成。6第6页，本讲稿共82页CNC的控制软件主要完成如下基本任务 系统管理。操作指令处理。零件程序的编辑。零件程序的输入、解释与执行。系统状态显示。手动数据输入MDI。故障报警和诊断。7第7页，本讲稿共82页8第8页，本讲稿共82页三、三、计算机数控装置的接口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

4、口。9第9页，本讲稿共82页接口电路的主要任务：接口电路的主要任务：(1)(1)进行电平转换和功率放大。进行电平转换和功率放大。(2)(2)提高数控装置的抗干扰性能，防止外界的电磁干扰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。噪声引起误动作。(3)(3)输入接口接收机床操作面板的各开关信号、按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。点输入信号，要消除其振动。(4)(4)输出接口是将各种

5、机床工作状态灯的信息送至机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。元、冷却单元等的继电触器。10第10页，本讲稿共82页2.2 2.2 数控系数控系统统硬件硬件 一、一、CNCCNC的硬件构成的硬件构成 计算机部分计算机部分电源部分电源部分面板接口和显示接口面板接口和显示接口开关量开关量I/OI/O接口接口 内装型内装型PLCPLC部分部分伺服输出和位置反馈接口伺服输出和位置反馈接口主轴控制接

6、口主轴控制接口外设接口外设接口 11第11页，本讲稿共82页二、二、CNCCNC的体系结构的体系结构 CNC装置从所使用的计算机类型来看，有装置从所使用的计算机类型来看，有专用计算机数控装置专用计算机数控装置(简称专机数控简称专机数控)和通用和通用个人计算机数控装置个人计算机数控装置(简称简称PC数控数控)两种结两种结构。构。1专用计算机组成的数控体系结构专用计算机组成的数控体系结构 专用计算机数控按组成专用计算机数控按组成CNC装置的电路板装置的电路板的结构特点可分为大板式结构和模块化结的结构特点可分为大板式结构和模块化结构两类，按构两类，按CNC装置内的微处理器装置内的微处理器(CPU)数

7、量可分为单微处理器和多微处理器结构数量可分为单微处理器和多微处理器结构两类。两类。12第12页，本讲稿共82页13第13页，本讲稿共82页单微处理器结构具有如下特点。单微处理器结构具有如下特点。结构简单，容易实现。处理器通过总线与各个控制单元相连，完成信息交换。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。14第14页，本讲稿共82页15第15页，本讲稿共82页16第16页，本讲稿共82页2开放式数控体系结构开放式数控体系结构 特点特点：以以分分布布式式控控制制的的原原

8、则则，采采用用系系统统、子子系系统统和和模模块块分分级级式式的的控控制制结构。结构。根根据据需需要要可可实实现现重重构构、编编辑辑，以以便便实实现现多多种种用用途途。在在开开放放式式体体系系结结构构中中，各各模模块块相相互互独独立立，在在此此平平台台上上，系系统统生生产厂、机床厂及最产厂、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。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。要要具具有有一一种种较较好好的的通通信信和和接接口口协协议议，以以便便各各相相对对独独立立的的功功能能模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。块通过通信实现信

9、息交换，通过信息交换来满足实时控制的要求。17第17页，本讲稿共82页3 3通用通用PCPC组成的数控体系结构组成的数控体系结构基于通用基于通用PCPC的数控系统可以充分利用的数控系统可以充分利用PCPC的软硬的软硬件资源，减轻设计任务；可充分利用计算机工件资源，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；由于有更多的硬结构便于在工厂环境内集成；由于有更多的硬件供选择，件供选择，CNCCNC的成本对于用户来说非常灵活。的成

10、本对于用户来说非常灵活。18第18页，本讲稿共82页2.3 2.3 数控系数控系统软统软件件 一、一、CNC的软件结构类型的软件结构类型软软件件结结构构取取决决于于CNC系系统统中中的的软软件件和和硬硬件件的的分分工工，也也取取决决于于软软件件本本身身的的工工作作性性质质。在在信信息息处处理理方方面面，软软件件和和硬硬件件在在逻逻辑辑上上是是等等价价的的，有有些些由由硬硬件件能能完完成成的工作在原则上也能由软件完成。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由各种功

11、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。在单子程序的安排方式不同，管理方式也不同。在单CPU的的数控系统中，常采用前后台型的软件结构和中断型数控系统中，常采用前后台型的软件结构和中断型软件结构。软件结构。19第19页，本讲稿共82页1前后台型软件结构前后台型软件结构 20第20页，本讲稿共82页2中断型软件结构中断型软件结构 中断型软件结构除了初始化程序之外，整个系统软件的各种任务模块被分别安排在不同级别的中断程序中，整个软件就是一个大的中断系统。其管理的功能主要通过各级中断服务程序之间的相互通信来解决。中断优先级共8级，0级最低，7级最高，除了第4级为硬

12、件中断完成报警功能外，其余均为软件中断。21第21页，本讲稿共82页二、二、CNCCNC系统软硬件的界面系统软硬件的界面 图2-8 三种典型CNC系统的软硬件界面22第22页，本讲稿共82页三、三、CNCCNC控制软件的特点控制软件的特点 1 1多任务并行处理多任务并行处理2 2实时中断处理实时中断处理 23第23页，本讲稿共82页2.4 2.4 可可编编程控制器程控制器(PLC)(PLC)一、一、PLCPLC的基本组成与工作方式的基本组成与工作方式1 1PLCPLC的基本组成的基本组成 PLCPLC实质是一种专用计算机，它的组成形式基本实质是一种专用计算机，它的组成形式基本上与微机相同，主要

13、包括微处理器上与微机相同，主要包括微处理器(CPU)(CPU)、存储、存储器、用户输入输出部分、输入输出扩展接口、器、用户输入输出部分、输入输出扩展接口、外围设备以及电源等。对于内装型外围设备以及电源等。对于内装型PLCPLC、CPUCPU、存储、存储器、外围设备、电源等部分一般与器、外围设备、电源等部分一般与CNCCNC装置共用。装置共用。如图如图2-92-9所示为可编程控制器基本组成框图。所示为可编程控制器基本组成框图。24第24页，本讲稿共82页25第25页，本讲稿共82页2 2PLCPLC的工作方式的工作方式 PLCPLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每一时刻执的基本工作方式是顺序

14、执行用户程序，每一时刻执行一条指令，由于相对于外部电气信号有足够的执行行一条指令，由于相对于外部电气信号有足够的执行速度，从宏观上看是实时响应的。对用户程序的执行速度，从宏观上看是实时响应的。对用户程序的执行一般有循环扫描和定时扫描两种，扫描过程分为三个一般有循环扫描和定时扫描两种，扫描过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，段，26第26页，本讲稿共82页二、二、PLCPLC的分的分类类 (1)(1)内装型内装型PLCPLC。(2)(2)独立式独立式PLCPLC。27第27页，本讲稿共82页(1)内装型内装型PLC。28第2

15、8页，本讲稿共82页(2)独立式独立式PLC 图2-12独立型PLC的CNC系统29第29页，本讲稿共82页图2-13独立型PLC的功能结构30第30页，本讲稿共82页2.5 2.5 数控机床数控机床检测检测装置装置 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。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

16、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。31第31页，本讲稿共82页图2-14编码器与主轴安装的安装应用32第32页，本讲稿共82页二、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。33第33页，本讲稿共82页1光电式编码器的结构光电式编码

17、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。34第34页，本讲稿共82页2 2光电编码器的工作原理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、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，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或直线位移量。绝对式光电脉冲编码器可将被

18、测转角转换成相应的代码来指示绝对位置而没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，是一种直接编码式的测量装置。有累计误差，是一种直接编码式的测量装置。35第35页，本讲稿共82页 图2-16 增量式光电编码器测量系统1-旋转轴；2-滚珠轴承；3-透光夹缝；4-光电编码器；5-光源；6-聚光镜；7-光栏板；8-光敏元件。36第36页，本讲稿共82页(2)(2)绝对式光电编码器的工作原理绝对式光电编码器的工作原理绝绝对对式式光光电电编编码码器器的的光光盘盘上上有有透透光光和和不不透透光光的的编编码码图图案案，编编码码方方式式可可以以有有二二进进制制编编码码、二二进进制制循循环环编编码码、

19、二二至至十十进进制制编编码码等等。绝绝对对式式光光电电编编码码器器通通过过读读取取编编码盘上的编码图案来确定位置。码盘上的编码图案来确定位置。37第37页，本讲稿共82页(a)绝对式光电编码器原理图 (a)绝对式光电编码器原理图38第38页，本讲稿共82页 (b)绝对式光电编码器结构图 39第39页，本讲稿共82页(3)编码器正反转辨别。编码器正反转辨别。40第40页，本讲稿共82页三、光栅三、光栅光光栅栅是是一一种种最最常常见见的的测测量量装装置置，是是在在玻玻璃璃或或金金属属基基体体上上均均匀匀刻刻划划很很多多等等节节距距的的线线纹纹而而制制成成的的。其其制制作作工工艺艺是是在在一一块块长

20、长形形玻玻璃璃上上用用真真空空镀镀膜膜的的方方法法镀镀上上一一层层不不透透光光的的金金属属膜膜，再再涂涂上上一一层层均均匀匀的的感感光光材材料料，然然后后用用照照相相腐腐蚀蚀法法制制成成等等节节距距的的透透光光和和不不透透光光相相间间的的线线纹纹，这这些些线线纹纹与与运运动动方方向向垂垂直直，线线纹纹间间的的距距离离为为栅栅距距，而而单单位位长长度度上上的的线线纹纹数数目目称称为为线线纹纹密度。密度。41第41页，本讲稿共82页1光栅的结构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。42第42页，本讲稿共82页 图2-20

21、 光栅尺43第43页，本讲稿共82页2光栅的工作原理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。明暗相同的宽条纹，即莫尔条纹。44第44页，本讲稿共82页45第

22、45页，本讲稿共82页图2-22 横向莫尔条纹的参数46第46页，本讲稿共82页3光栅的种类光栅的种类(1)物理光栅(2)计量光栅(3)透射光栅 根据光栅的工作原理，玻璃透射光栅可分为莫尔条纹式光栅和透射直线式光栅两类。(4)反射光栅47第47页，本讲稿共82页4光栅测量系统光栅测量系统(1)光栅测量的基本电路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，如图件和一系列信号处理电路组成，如图2-23所示。所示。信号处理电路又包括放大、整形和鉴向倍频。信号处理电路又包括放大、整形和鉴向倍频。48第48页，本讲稿共82

23、页 图2-23 光栅测量系统49第49页，本讲稿共82页(2)鉴向倍频电路 图2-24 两光敏元件的波形50第50页，本讲稿共82页四、测速发电机四、测速发电机测速发电机是一种旋转式速度检测元件，可将输入的机械转速变为电压信号输出，在数控系统的速度控制单元和位置控制单元中都得到应用。尤其是常作为伺服电动机的检测传感器，将伺服电动机的实际转速转换为输出电压或输出脉冲与给定电压或参考频率进行比较后，发出速度控制信号，以调节伺服电动机的转速。51第51页，本讲稿共82页1测速发电机的结构测速发电机的结构 图2-25 直流测速发电机原理图52第52页，本讲稿共82页图2-26 直流测速发电机的输出特性

24、53第53页，本讲稿共82页26 伺服驱动系统伺服驱动系统一、伺服系统的概念一、伺服系统的概念数数控控机机床床伺伺服服系系统统是是以以机机械械位位移移为为直直接接控控制制目目标标的的自自动动控控制制系系统统，也也可可称称为为位位置置随随动动系系统统，简简称称为为伺伺服服系系统统。数数控控机机床床伺伺服服系系统统主主要要有有两两种种：一一种种是是进进给给伺伺服服系系统统，它它控控制制机机床床坐坐标标轴轴的的切切削削进进给给运运动动，以以直直线线运运动动为为主主；另另一一种种是是主轴伺服系统，它控制主轴的切削运动，以旋转运动为主。主轴伺服系统，它控制主轴的切削运动，以旋转运动为主。驱动系统的作用可

25、归纳如下。驱动系统的作用可归纳如下。放大放大CNC装置的控制信号，具有功率输出的能力。装置的控制信号，具有功率输出的能力。根据根据CNC装置发出的控制信号对机床移动部件的位置和速度进装置发出的控制信号对机床移动部件的位置和速度进行控制。行控制。54第54页，本讲稿共82页二、对伺服驱动系统的要求二、对伺服驱动系统的要求l调速范围要宽调速范围要宽2定位精度要高定位精度要高3.快速响应，无超调快速响应，无超调4低速大转矩，过载能力强低速大转矩，过载能力强 5可靠性高可靠性高55第55页，本讲稿共82页三、伺服驱动系统的组成三、伺服驱动系统的组成l驱动装置驱动装置2执行元件执行元件3传动机构传动机构

26、4检测元件及反馈电路检测元件及反馈电路56第56页，本讲稿共82页四、伺服驱动系统的分类四、伺服驱动系统的分类l开环控制进给驱动系统开环控制进给驱动系统CNC步 进电机步进驱动器机床工作台指令电源传动机构 图2-27 开环控制的进给驱动系统57第57页，本讲稿共82页2闭环控制进给驱动系统闭环控制进给驱动系统58第58页，本讲稿共82页59第59页，本讲稿共82页60第60页，本讲稿共82页六、伺服驱动系统电机类型六、伺服驱动系统电机类型l进给驱动用的伺服电机进给驱动用的伺服电机(1)改进型直流电机。改进型直流电机。(2)小惯量直流电机。小惯量直流电机。(3)步进电机。步进电机。(4)永磁直流

27、伺服的电机。永磁直流伺服的电机。(5)无刷直流电机。无刷直流电机。(6)交流调速电机。交流调速电机。61第61页，本讲稿共82页2主轴驱动电机主轴驱动电机数控机床主轴驱动可采用直流电机，也可采用交流电数控机床主轴驱动可采用直流电机，也可采用交流电机。与进给驱动不同的是，主轴电机的功率要求更大，机。与进给驱动不同的是，主轴电机的功率要求更大，对转速要求更高，但对调速性能的要求却远不如进给对转速要求更高，但对调速性能的要求却远不如进给驱动那样高。因此在主轴调速控制中，除采用调压调驱动那样高。因此在主轴调速控制中，除采用调压调速外，还采用了弱磁升速的方法，进一步提高其最高速外，还采用了弱磁升速的方法

28、，进一步提高其最高转速。在主轴驱动中，直流电机已逐渐被淘汰，目前转速。在主轴驱动中，直流电机已逐渐被淘汰，目前均使用交流电机。由于受永磁体的限制，交流同步电均使用交流电机。由于受永磁体的限制，交流同步电机的功率不易做得很大，因此，目前在数控机床的主机的功率不易做得很大，因此，目前在数控机床的主轴驱动中，均采用笼型感应电机。轴驱动中，均采用笼型感应电机。62第62页，本讲稿共82页2.7 数控系统诊断技术及维修数控系统诊断技术及维修一、装置自诊断法一、装置自诊断法l启动自诊断启动自诊断(初始化诊断初始化诊断)2.在线诊断在线诊断(后台诊断后台诊断)3离线诊断离线诊断63第63页，本讲稿共82页二

29、、常规检查法二、常规检查法外观检查是指依靠人的五官等感觉器官外观检查是指依靠人的五官等感觉器官并借助于一些简单的仪器来寻找机床故并借助于一些简单的仪器来寻找机床故障的原因。这种方法在维修中是常用的，障的原因。这种方法在维修中是常用的，也是首先采用的。也是首先采用的。“先外后内先外后内”的维修的维修原则要求维修人员在遇到故障时应先采原则要求维修人员在遇到故障时应先采取看、闻、嗅、摸等方法，由外向内逐取看、闻、嗅、摸等方法，由外向内逐一进行检查。有些故障采用这种方法可一进行检查。有些故障采用这种方法可迅速找到故障原因，而采用其他方法要迅速找到故障原因，而采用其他方法要花费许多时间，甚至一时解决不了

30、。花费许多时间，甚至一时解决不了。64第64页，本讲稿共82页三、机、液、电综合分析法三、机、液、电综合分析法数控机床是一种高度机、电、液一体化数控机床是一种高度机、电、液一体化的产品，它应用了精密机械、液压技术、的产品，它应用了精密机械、液压技术、电气技术、微电子技术等，对数控机床电气技术、微电子技术等，对数控机床的故障分析也要从机、液、电不同的角的故障分析也要从机、液、电不同的角度对同一故障进行分析诊断，可以避免度对同一故障进行分析诊断，可以避免片面性，少走弯路。最后确认是机、液、片面性，少走弯路。最后确认是机、液、电中的哪一个系统有问题。以便在哪个电中的哪一个系统有问题。以便在哪个系统中

31、做进一步的诊断及排除故障。系统中做进一步的诊断及排除故障。65第65页，本讲稿共82页四、备件替换法四、备件替换法将具有相同功能的两块板互相交换将具有相同功能的两块板互相交换(一块好的，一块被怀疑是坏一块好的，一块被怀疑是坏的的)，观察故障现象是否随之转移，还是故障依旧来判断被怀疑板。，观察故障现象是否随之转移，还是故障依旧来判断被怀疑板。这些板是指印制线路板、模块、集成电路芯片或元器件。若没有这些板是指印制线路板、模块、集成电路芯片或元器件。若没有备用电路板或组件，可把故障区与无故障区的相同的电路板或组备用电路板或组件，可把故障区与无故障区的相同的电路板或组件互相交换，然后观察故障排除及转移

32、情况，也可得到确诊。注件互相交换，然后观察故障排除及转移情况，也可得到确诊。注意：意：必须断电后才能更换电路板或组件；必须断电后才能更换电路板或组件；有些电路板，例如有些电路板，例如PLC的的IO板上有地址开关，交换时要相应改变设置值；板上有地址开关，交换时要相应改变设置值；有有些电路板上有跳线及桥接调整电阻、电容，也应与原板相同，方些电路板上有跳线及桥接调整电阻、电容，也应与原板相同，方可交换；可交换；模块的输入输出必须相同。以驱动器为例，型号要相模块的输入输出必须相同。以驱动器为例，型号要相同，若不同，则要考虑接口、功率的影响，避免故障扩大。同，若不同，则要考虑接口、功率的影响，避免故障扩

33、大。66第66页，本讲稿共82页1“替换替换”方法的使用范围方法的使用范围在电气修理中，采用在电气修理中，采用“替换替换”方法来检查判断故障方法来检查判断故障应注意应用场合。对一些比较简单的电器，如接触应注意应用场合。对一些比较简单的电器，如接触器、继电器、开关、保护电器及其它各种单一电器，器、继电器、开关、保护电器及其它各种单一电器，在对其有怀疑而一时又不能确定故障部位的情况下，在对其有怀疑而一时又不能确定故障部位的情况下，使用效果较好。而在由电子元件组成的各种电路板、使用效果较好。而在由电子元件组成的各种电路板、控制器、功率放大器及所接的负载，替换时应小心控制器、功率放大器及所接的负载，替

34、换时应小心谨慎，如果无现成的备件替换，需从相同的其它设谨慎，如果无现成的备件替换，需从相同的其它设备上拆卸时更应慎重从事，以避免故障没找到，替备上拆卸时更应慎重从事，以避免故障没找到，替换上的新部件又损坏，造成新的故障。换上的新部件又损坏，造成新的故障。67第67页，本讲稿共82页2“替换替换”中的注意点中的注意点(1)低压电器的替换应注意电压、电流和其他有关的技术参数，低压电器的替换应注意电压、电流和其他有关的技术参数，并尽量采用相同规格的替换。并尽量采用相同规格的替换。(2)电子元件的替换，如果没有相同的，应采用技术参数电子元件的替换，如果没有相同的，应采用技术参数相近的，而且主要参数最好

35、能胜过原来的。相近的，而且主要参数最好能胜过原来的。(3)拆卸时应对各部分做好记录，特别是接线较多的地方，可拆卸时应对各部分做好记录，特别是接线较多的地方，可防止反馈错误引起的人为故障。防止反馈错误引起的人为故障。(4)在有反馈环节的线路中，更换时要注意信号的极性，在有反馈环节的线路中，更换时要注意信号的极性，以防反馈错误引起其他的故障。以防反馈错误引起其他的故障。(5)在需要从其他设备上拆卸相同的备件替换时，要注意方法，在需要从其他设备上拆卸相同的备件替换时，要注意方法，不要在拆卸中造成被拆件损坏。如果替换电路板，在新板换上不要在拆卸中造成被拆件损坏。如果替换电路板，在新板换上前要检查一下使

36、用的电压是否正常。前要检查一下使用的电压是否正常。68第68页，本讲稿共82页四、电路板参数测试对比法四、电路板参数测试对比法当系统发生故障后，采用常规电工检测仪器、工具，当系统发生故障后，采用常规电工检测仪器、工具，按系统电路图及机床电路图，对故障部分的电压、按系统电路图及机床电路图，对故障部分的电压、电源、脉冲信号等进行实测，在各电路板的测试端电源、脉冲信号等进行实测，在各电路板的测试端子上进行电压值及波形的测试，与正常值和正常波子上进行电压值及波形的测试，与正常值和正常波形进行比较。若无原始记录，也可与对应无故障区形进行比较。若无原始记录，也可与对应无故障区的相同的电路板比较，从而确诊故

37、障电路板是否发的相同的电路板比较，从而确诊故障电路板是否发生故障。如电源的输入电压超限，应对电源监控，生故障。如电源的输入电压超限，应对电源监控，以排除其它原因。如发生位置控制环故障，可用示以排除其它原因。如发生位置控制环故障，可用示波器检查测量回路的信号状态，或用示波器观察其波器检查测量回路的信号状态，或用示波器观察其信号输出是否缺相，有无干扰。信号输出是否缺相，有无干扰。69第69页，本讲稿共82页五、更新建立法五、更新建立法当当CNC或或PLC装置由于电网干扰，或其装置由于电网干扰，或其他偶然原因发生异常情况或死机时，应他偶然原因发生异常情况或死机时，应清除有关内存区，重新进行冷启动或热

38、清除有关内存区，重新进行冷启动或热启动。并对启动。并对CNC参数进行重新设置，便参数进行重新设置，便可排除故障。可排除故障。70第70页，本讲稿共82页六、升温，降温法六、升温，降温法当设备运行时间比较长或者环境温度比当设备运行时间比较长或者环境温度比较高时，机床容易出现软件故障。这时较高时，机床容易出现软件故障。这时可用电热风或红外灯直接照射可疑的电可用电热风或红外灯直接照射可疑的电路板或组件，人为通过采用升温法加速路板或组件，人为通过采用升温法加速一些高温参数差的元器件恶化一些高温参数差的元器件恶化(要注意元要注意元器件的温度参数器件的温度参数)，产生，产生“症状症状”出来，出来，从而确定

39、有问题的组件或元器件。从而确定有问题的组件或元器件。71第71页，本讲稿共82页七、拉偏电源法七、拉偏电源法有些不定期出现的软故障与外界电网电有些不定期出现的软故障与外界电网电压波动有关。当机床出现此类故障时，压波动有关。当机床出现此类故障时，可把电源电压人为地调高或调低，模拟可把电源电压人为地调高或调低，模拟恶劣的条件让故障容易暴露。恶劣的条件让故障容易暴露。72第72页，本讲稿共82页八、分段优选法八、分段优选法电缆断路或短路故障的查找，有时非常困难，特电缆断路或短路故障的查找，有时非常困难，特别是大型数控机床各轴的行程都很长，有时电枢别是大型数控机床各轴的行程都很长，有时电枢到机床去的电

40、缆要分几段，每段有几十米长，这到机床去的电缆要分几段，每段有几十米长，这时应用优选法从中部分分段校线查找故障点，可时应用优选法从中部分分段校线查找故障点，可以加快速度。有时以加快速度。有时PLC的的+24V端子对地短路，此端子对地短路，此端子上接有上百个输入开关，单个检查太慢，也端子上接有上百个输入开关，单个检查太慢，也可用优选法，一半、一半的检查短路点在哪一半可用优选法，一半、一半的检查短路点在哪一半中，然后把有问题的一半再一分为二进行查找中，然后把有问题的一半再一分为二进行查找从而大大加快速度。从而大大加快速度。73第73页，本讲稿共82页九、功能程序测试法九、功能程序测试法功能程序测试法

41、是将所维修数控系统功能程序测试法是将所维修数控系统G、M、S、T、F功能的全部使用指令编写出一个试验程序，并功能的全部使用指令编写出一个试验程序，并存储在软盘上。在故障诊断时运行这个程序，可存储在软盘上。在故障诊断时运行这个程序，可快速判定哪个功能不良或丧失。应用场合：快速判定哪个功能不良或丧失。应用场合：机机床加工造成废品而一时无法确定是编程、操作不床加工造成废品而一时无法确定是编程、操作不当，还是数控系统故障时；当，还是数控系统故障时；数控系统出现随机数控系统出现随机性故障，一时难以区别是外来干扰，还是系统稳性故障，一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性不好。如不能可靠地执行各加工指令。可

42、连定性不好。如不能可靠地执行各加工指令。可连续循环执行功能测试程序来诊断系统的稳定性；续循环执行功能测试程序来诊断系统的稳定性；闲置时间较长的数控机床在投入使用时或数控闲置时间较长的数控机床在投入使用时或数控机床进行定期检修时机床进行定期检修时。74第74页，本讲稿共82页十、参数检查法十、参数检查法数控机床的参数是经过一系列试验、调整而获得的重要数数控机床的参数是经过一系列试验、调整而获得的重要数据。例如工作范围、轴动态参数，数据需要根据具体的控据。例如工作范围、轴动态参数，数据需要根据具体的控制对象而修改。这种可读写的存储器有电池保持的制对象而修改。这种可读写的存储器有电池保持的RAM、E

43、PROM、F1ashROM、硬盘等。、硬盘等。应用场合：对于电池保持的应用场合：对于电池保持的RAM，一旦电池电压不足，一旦电池电压不足(一般电一般电池池2-3年需更换年需更换)或机床长期闲置或外部干扰会使参数丢失或或机床长期闲置或外部干扰会使参数丢失或混乱，从而使系统不能正常工作。混乱，从而使系统不能正常工作。EPROM、Flash ROM由于由于不需要电池，在数控系统中应用越来越普遍。当机床长期不需要电池，在数控系统中应用越来越普遍。当机床长期闲置或无缘无故出现不正常现象或有故障而无应答时，就闲置或无缘无故出现不正常现象或有故障而无应答时，就要根据故障特征检查和校对有关参数。要根据故障特征

44、检查和校对有关参数。75第75页，本讲稿共82页十一、隔离法十一、隔离法隔离法是指将控制回路断开，从而达到隔离法是指将控制回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。在机床维修缩小查找故障区域的目的。在机床维修时为了防止故障扩大，需切断某些部件时为了防止故障扩大，需切断某些部件的电源，也经常采用此法。的电源，也经常采用此法。76第76页，本讲稿共82页十二、接口状态显示诊断法十二、接口状态显示诊断法接口是连接接口是连接CNC系统、系统、PLC、机床本体的节点，、机床本体的节点，节点是信息传递和控制的要道，通过接口的状态节点是信息传递和控制的要道，通过接口的状态信息信息(通通“1”、断、断“0”)

45、，若系统带有分立的，若系统带有分立的PLC时，时，系统产生故障后，首先应判断故障是出现在系统产生故障后，首先应判断故障是出现在CNC系统内部，还是在系统内部，还是在PLC或机床或机床(MT)侧。这就要求侧。这就要求熟悉熟悉CNC与与PLC之间信息交换的内容，必须熟悉之间信息交换的内容，必须熟悉各测量反馈元件的位置、作用及发生故障时的现各测量反馈元件的位置、作用及发生故障时的现象与后果。搞清楚某一个动作不执行是由于象与后果。搞清楚某一个动作不执行是由于CNC没有给没有给PLC指令，还是由于指令，还是由于CNC给了给了PLC指令而指令而PLC未执行，或是由于未执行，或是由于PLC无准备好应答信号，

46、无准备好应答信号，CNC不可能提供该指令等。不可能提供该指令等。77第77页，本讲稿共82页十三、测量比较法十三、测量比较法这种方法是利用印制线路板上预先设置这种方法是利用印制线路板上预先设置的检查用端子，确定该部分电路工作是的检查用端子，确定该部分电路工作是否正常，通过实测这些端子的电压值或否正常，通过实测这些端子的电压值或波形与正常时的电压值及波形比较，来波形与正常时的电压值及波形比较，来分析故障原因和部位。甚至，可在正常分析故障原因和部位。甚至，可在正常线路板上人为地制造一些故障线路板上人为地制造一些故障(如断开连如断开连线或短路，拔去插组件等线或短路，拔去插组件等)，以判断真正，以判断

47、真正的故障原因。的故障原因。78第78页，本讲稿共82页十四、利用系统的自诊断功能判断法十四、利用系统的自诊断功能判断法现代数控系统尤其是全功能数控系统具有很强的现代数控系统尤其是全功能数控系统具有很强的自诊断能力，通过实施实时监控系统的各部分的自诊断能力，通过实施实时监控系统的各部分的工作，及时判断故障，给出报警信息，并做出相工作，及时判断故障，给出报警信息，并做出相应的动作，避免发生事故。然而有时硬件发生故应的动作，避免发生事故。然而有时硬件发生故障时，就无法报警，有的数控系统可通过发光数障时，就无法报警，有的数控系统可通过发光数码管不同的闪烁频率或不同的组合做出相应的指码管不同的闪烁频率

48、或不同的组合做出相应的指示。这些指示配合使用就可以较好地帮助维修人示。这些指示配合使用就可以较好地帮助维修人员准确地诊断出故障板的位置。员准确地诊断出故障板的位置。79第79页，本讲稿共82页十五、逻辑线路追踪法十五、逻辑线路追踪法(原理分析法原理分析法)逻辑线路追踪法就是通过追踪与故障相关联的信号，从中找到故逻辑线路追踪法就是通过追踪与故障相关联的信号，从中找到故障单元，根据障单元，根据CNC系统原理图系统原理图(即组成原理即组成原理)，从前往后或从，从前往后或从后往前地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方后往前地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式的状态，与正常情况比较，看有

49、什么差异或是否符合逻式的状态，与正常情况比较，看有什么差异或是否符合逻辑关系。对于辑关系。对于“串联串联”线路，发生故障时，所有的元件或连接线路，发生故障时，所有的元件或连接线都值得怀疑。对比较长的线都值得怀疑。对比较长的“串联串联”回路，可从中间开始向两回路，可从中间开始向两个方向追踪，直到找到故障单元为止。对于两个相同的线路，个方向追踪，直到找到故障单元为止。对于两个相同的线路，可以对它们进行部分地交换试验。这种方法类似于把一个电可以对它们进行部分地交换试验。这种方法类似于把一个电机从其电源上拆下，接到另一个电源上试验电机。类似地，机从其电源上拆下，接到另一个电源上试验电机。类似地，可以在

50、这个电源上另接一个电机试验电源，这样可以判断出可以在这个电源上另接一个电机试验电源，这样可以判断出电机有问题还是电源有问题。但是对数控机床来说，问题就电机有问题还是电源有问题。但是对数控机床来说，问题就没有这么简单，交换一个单元，一定要保证该单元所处大环没有这么简单，交换一个单元，一定要保证该单元所处大环节节(即位置控制环即位置控制环)的完整性；否则可能闭环受到破坏，保护的完整性；否则可能闭环受到破坏，保护环节失效积分调节器输入得不到平衡。环节失效积分调节器输入得不到平衡。80第80页，本讲稿共82页十六、用可编程控制器进行十六、用可编程控制器进行PLC中断状态分析法中断状态分析法可编程控制器