调试维修培训讲义1

数控机床装调维修技术无锡机电高等职业技术学校2培训安排授课提纲课程提纲实习内容页数绪论数控机床维修特点1了解数控机床结构特点2熟悉维修任务要求无3第一单元FANUCCNC系统的硬件结构及硬件连接1.FANUC0i-C/D系列CNC产品组成及主要性能介绍2.FANUCCNC硬件系统连接FANUCCNC数控实验台硬件连接21第二单元FANUCCNC系统画面基本操作0I-C/D系统基本画面操作现场操作，熟悉各种画面35第三单元FANUCCNC系统数据备份0I-C/D数据备份与恢复现场进行数据备份与恢复39第四单元FANUCCNC系统参数设定1．与机床运行相关的系统基本参数介绍2．系统伺服参数设定3．主轴系统参数设定在FANUC数控实验台进行参数设定及调整，掌握其含义及使用47第五单元FANUCCNC系统基本调试1．FANUCCNC系统基本调试（行程及速度设定，建立参考点，手动进给，手轮进给）现场硬件连接及参数设定实验61第六单元PMC基础知识及画面操作1.PMC基础知识2.FANUCPMC画面操作（包括各种设定画面，诊断画面，程序编辑画面等）现场教学，对各种画面进行操作77第七单元数控车、铣床电气原理及接线1.设备电气原理图讲解2.熟悉设备实际走线在FANUC数控实验台熟悉设备线路原理图第八单元FANUC设备排故方法1.FANUC系统报警处理方法2.电气故障排查方法在FANUC数控实验台进行故障模拟及排查103第九单元考工练习考工内容训练在FANUC数控实验台进行考工训练第十单元数控机床装调维修高级工考核考核在FANUC数控实验台进行考核3绪论数控机床维修特点我们讨论数控机床的维修，数控机床在加工制造业这个传统行业中是一个相对新的事物，作为数控设备由于它是新技术应用的载体，所以在讨论数控机床维修这一话题时，我们应该注意数控机床维修的特点，它与传统机床维修的差异。本单元从分析机床结构入手，在技术层面上讨论它的特点，希望首先在观念上帮助现场设备保全人员或维修工程师理解“数控机床维修”这六个字的含意，即：我们需要解决什么样的问题？我们能够解决什么样的问题？我们应当解决什么样的问题。一．数控机床结构特点数控机床是集机（械）、电（气）、液（压气动）、光（学器件）为一体的自动化设备。立式数控铣床结构数控车床结构4在机械传动链上，它采用滚珠丝杠与直线导轨，以及镶钢贴塑导轨。滚珠丝杠直线导轨与普通机床不同，作为数控加工中心它采用刀库、换刀机械手、数控分度转台或连续数控转台、交换工作台等。落地式刀库盘式刀库斗笠式刀库数控转台5鼠齿盘转台换刀机械手数控分度主轴带动力头刀塔在电气结构上采用CNC——ComputerNumericalControl即计算机数字控制系统、内置PLC及接口电路、主轴及伺服驱动等。FANUC16/18系统FANUCαi系列主轴与伺服6内置PLCI/O单元（接口电路）以及继电气电路、电磁阀、接近开关等外部设备。在光学器件上采用光栅尺（作为全闭环反馈元件）、旋转编码器（作为速度反馈或半闭环的位置反馈）。光栅尺旋转编码器与圆光栅7联系上述数控机床的结构特点，我们简单归纳数控机床的工作过程如下；作为数控机床的每一个组成部分，在数控机床这一整体中都扮演着不同的重要角色，并且不同的结构特征对于我们日常的维修工作有着至关重要的影响。数控机床维修人员就是数控机床的“医生”，那么维修人员对数控机床结构的理解过程就如同医生在进行解剖学的过程，只有对“医治对象”有深刻的了解，才能够得心应手的解决疑难“病症”。下面我们提出在数控机床维修中遇到的问题进行讨论。问题①滚珠丝杠与梯形丝杠的特点是什么？为什么数控机床大都采用滚珠丝？双螺母丝杠和单螺母丝杠的区别是什么？对我们日常维修有什么影响？由于滚珠丝杠的结构特点在数控机床维修中应该注意什么？下面两个图形象的描绘了滚珠丝杠和梯形丝杠的不同结构。滚珠丝杠内部结构梯形丝杠结构滚珠丝杠是滚动摩擦，而梯形丝杠则是滑动摩擦。在实际应用中由于滚珠丝杠是滚动摩擦，摩擦系数小，所以动态响应快，易于控制，精度高。另外，滚珠丝杠生产过程中，在滚道和珠子之间施加预紧力，可以消除间隙，所以滚珠丝杠可以达到无间隙配合。基于这些特点数控机床广泛采用滚珠丝杠，并配合伺服电机达到高的动态响应和高定位精度。而梯形丝杠是依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，从机械原理上讲，滑动摩擦的两物体之间必然会有间隙，包括渐开线齿轮、齿轮齿条等，所以梯形丝杠用于普通机床对动态响应不很高的场合。8另外，现在大多数数控制造商也提供了电气上辅助补救措施——反向间隙补偿FANUC16/18以及0i系列可以通过参数对各轴的反向间隙进行补偿。而滚珠丝杠由于采用滚珠滚动摩擦，所以不能构成梯形丝杠那样稳定的静力三角形，一旦稍有轴向力作用就会驱使丝杠旋转，这一特性在我们的日常维修中一定注意！例如：数控机床的重力轴（立式数控铣床的Z轴，卧室加工中心的Y轴），当伺服电机不工作时，必须有制动器锁住丝杠，防止由于主轴箱重力引起丝杠旋转，产生主轴箱下滑。对于此种情况，我们在维修拆卸重力轴电机时一定要将主轴下面进行支撑处理（一般用方木将主轴箱支撑住），否则当你强行将重力轴伺服电机（立式数控铣床的Z轴，卧室加工中心的Y轴）拆掉后，机床的主轴箱会像自由落体那样下滑，非常危险。问题②机床导轨主要有几种形式？数控机床导轨有几种形式？它们的各自特点是什么？哪种导轨的重切削特性更好？哪种导轨的动态特性更好？我们从一个维修案例提出开始，一台立式加工中心，直线导轨、半闭环，在使用Φ30mm铣刀切削时X轴产生共振。一般半闭环机床产生共振的原因与数控系统及电气的相关性比全闭环机床要小得多，即便是电气故障也多产生于伺服驱动部分，现场工程师首先采用了排除法，将电机与机床脱开，电机运转正常没有震动，排除了电气损坏的可能性。接下来检查机械，最终发现X轴直线导轨磨损严重，个别滑块滚珠鳞皮剥离，导致导轨间隙过大，刀具旋削过程中机床共振。直线导轨是由导轨、滑块两个基本部分组成的，滑块与导轨之间的运动是依靠滚珠的滚动完成的，所以它的特点很像滚珠丝杠，惯性矩小、动态特性好、响应快。但是珠子与轨道的接触实际上是点群的接触，所以受力点不均匀，稳定性差，强力切削特性差。数控机床导轨的其它形式还有镶钢贴塑导轨（适宜强力切削的中型数控机床）、静压导轨（适宜大型龙门式机床，大型镗铣床等）、以及钢导轨坦克链滑块导轨等。镶钢贴塑导轨断面9各种导轨的结构不同，特点不同，在维修中的出现的问题不尽相同，处理的方式也不同。下面用表格的形式予以归纳。问题③全闭环与半闭环的结构与特点是什么？各有什么优缺点？1：开环控制数控机床：对于被控制量，机床没有检测反馈装置，数控发出的指令的流程是单方向的。加工精度不高，稳定性差，价格便宜。102：闭环控制数控机床：对于被控制量，机床带有检测反馈装置，在加工中时刻检测机床的实际移动距离及工作位置，使之与数控系统所发出的指令相复合。数控发出的指令的流程是双方向的。加工精度高，调试维修复杂，价格昂贵3：半闭环控制数控机床：对于被控制量，机床带有检测反馈装置。但检测反馈装置不是对机床的实际移动距离及工作位置进行检测，而是通过与伺服电机有联系的测量元件，如测速发电机、编码器等间接检测伺服电机的转角，从而推算出机床实际的移动距离。加工精度、价格满足大多数场合的需要，调试、维修比闭环简单。11通过问题③的讨论，我们再进入问题④的讨论，即：伺服电机与步进电机在数控机床应用中的最大区别是什么？同步电机与异步电机的特性是什么？在数控机床中分别用在什么场合？�步进电机在数控系统中是根据指令脉冲转换成相应的步距角旋转的，指令发出后不读取反馈信号，为开环控制。当从程序指令到电机旋转，如果中途有丢失脉冲现象，系统无法感知与校正。所以目前步进电机开环控制用于精度要求不很高的经济型数控。�完整的伺服控制通过位置环、速度环、电流环对伺服电机进行实时调整控制，伺服控制回路有全闭环或半闭环两种形式，一般用于高精度、高动态响应的中高档数控机床。有些人对变频调速和伺服控制认识模糊，它们的共同点是均采用PWM（脉宽调制）驱动。变频调速的控制对象一般是异步电机，例如鼠笼电机。而伺服控制的对象是同步电机，通常是永磁电机。变频调速是以速度控制为主，强调的是恒功率输出。而伺服驱动是位置控制、速度控制、力矩控制（或电流控制）并重，强调的恒扭矩输出，下面以表格形式给出差异最后我们讨论问题⑤数控车床与车削中心（也称车铣中心）的区别，以及FANUC系统中对Cs轴的定义。通常的车削概念是工件旋转、刀具不（转）动，铣削则是工件不（转）动、刀具旋转。数控车床就是卡盘夹持工件高速旋转，刀具不主动切削。而车削中心即可进行车削——工件高速旋转、刀具仅按轨迹运行不做主动旋转切削，同时又可进行铣削——刀具高速旋转、主轴作为C轴夹持工件与X轴或Z轴插补。数控车床的结构比较好理解，它与普通的车床车削原理没有本质的区别。但是车削中心之所以可以完成车、铣两个功能，是由于它与数控车床在结构上有两点不同。�主轴分度功能，全功能车削中心主轴分度精度可达0.001°。�刀塔具有“动力头”刀位，如图为一12刀位刀塔，4#刀位带有1个动力刀头。目前常用的几种动力头形式有；异步电机变频调速、液压马达驱动、以及伺服电机控制（用PLC控制的PMC轴）。通常的数控车床主轴采用异步电机变频调速，只有速度环和电流环控制，所以无法实现位置控制，只能夹持工件高速旋转。但是车削中心的主轴必须同时具有高速旋转和低速定位两个功能。FANUC公司仍采用异步电机，但是在反馈形式和控制方式上做了改进，采用高精度位置反馈装置，如高分辨率磁性脉冲编码器（通称Cs传感器）可达90000脉冲/转，同时融入矢量控制技术，即保留了变频调速高速大功率输出的特性，又可实现位置控制（低速大扭矩及高精度位置控制性12能不及同步电机的伺服控制）。FANUC公司将这种形式的主轴驱动方案称之为Cs轴控制，其含义是用spindle（主轴）电机控制C轴（即主轴）定位。带动力头的刀塔上面就数控机床结构特点提出了五个问题，并作了简单的分析和解答。其目的主要是希望读者能够理解，熟知数控机床的结构特点对日常的数控机床维修有着非常重要的意义。13二．新技术的应用前面我们提到，数控机床是集机（械）、电（气）、液（压气动）、光（学器件）为一体的自动化设备。而这些分支、领域必然也受技术进步的影响，新的技术、新的工艺、新的产品不断被装备到数控机床上，所以了解这些新技术的应用对于我们今后的维修，特别是建立一种新的维修思维方式，也是非常重要的。1直线电机（LinearMotor）的应用直线电机直线电机的数控机床已经不再需要滚珠丝杠了。它已不再是由电机旋转运动通过机械传动链转变为直线运动，取而代之是直线电机直接完成直线运动传递。在机床结构上有了一个新的突破，机械传动链中又少了一个传动链，结构更加简洁。我们将传统机床与现在的数控机床以及将来的数控机床的线性轴的驱动做一个简单的结构比较。普通机床传统数控机床14直线导轨数控机床2力矩电机（SynchronousBuilt-inServoMotor）的应用力矩电机传统的数控转台蜗轮副传统的转台，特别是高精度数控转台是由图中描述的蜗轮、蜗杆以及轴承、箱体等组成。传统的机构要求是既要让电机在最佳速度工作区工作又要让工件低速大扭矩转动，承受大的切削力。而蜗轮蜗杆大速比、自锁性、力矩放大等特点正好满足了这一要求。但是蜗轮、蜗杆是属于齿轮类机构，工作过程中齿面必然存在磨损和间隙，一旦齿面齿型、节距磨损严重，将会导致整个蜗轮副精度降低、机床转台定位精度降低。另外蜗轮副磨损后的修复和调整非常困难，修复成本非常高，对于800X800的加工中心，一对高精度蜗轮副（定位精度小于6弧度秒）更换成本在10万元以上。而现代技术水平，已经可以通过电气直接控制、驱动负载低速大扭矩转动，这种直接驱动用低速大扭矩转台电机在数控机床应用中被称为“力矩电机”，见图它是由转子和定子线圈组成。这种技术大大降低了数控转台的制造成本，并且转台精度保持时间长，维护成