张升娟的毕业设计定稿6月11

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1、Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业： 机械维修与检测技术教育 班级学号： 机 检0301 05 学生姓名： 张 升 娟 指导教师： 戴 怡 教授 二八年 六 月天津工程师范学院本科生毕业设计基于FANUC数控系统的教学实验系统开发故障诊断教学系统设计 Based On The Development of Teaching Experimental System of FANUC CNC SystemDesign Of The Tutoring System of Fault Dignosis 专业班级：机检0301

2、学生姓名：张升娟指导教师：戴 怡 教授系 别：机械工程系2008 年 6 月60 / 65文档可自由编辑打印摘 要这篇论文主要研究的是基于FANUC数控系统的教学实验系统开发-故障诊断教学系统设计，并编写相应的实验指导书，使学生们通过做实验对数控机床，数控系统有更深入、更直观的了解。通过基本原理的介绍，到最后完成该设计的主要任务和实验指导书的编写，指导书的主要内容有主轴系统的调试和故障诊断、伺服驱动单元的调试和故障诊断。并总结相关实验的一些经验。最后根据以上的研究成果编写了实验指导书，其中包含2个实验。文章中所编写的实验指导书可以让学生方便使用，其实验书的编写由易到难，使同学们对数控系统的了解

3、作到逐步深入从而全面掌握。关键词：主轴；伺服系统；数控系统；综合实验台ABSTRACTThis article main research is based on the development of teaching experimental system of FANUC CNC systemdesign of the tutoring system of fault dignosis, and compilation the experiment instruction, through to do the experiment, which make the students have

4、 a thoroughly, a more direct-viewing understanding to the NC Machine, the NC System.Through basic tenets of the briefing, to complete the final design of the main tasks and accomplish experimental guidance on the preparation, Guiding the main contents of the realization of the spindle system debuggi

5、ng and fault diagnosis. servo drive module debugging and fault diagnosis. Experimental and summarizes some relevant experience. Finally according to the research results above compiled the instruction book of the experiment, in which contains 2 experiments.The instruction book of the experiment comp

6、iled in this text allows the students use it facilitate, this book compiled from easy to hard, which allows the students to have a understanding of the NC System in order, and to have a overall command of it.Key Words：Spindle; Servosystem; CNC system; Comprehensive Experiment platform目 录1 绪论11.1引言11

7、.2数控系统的现状和发展趋势11.3 FANUC系统的特点21.4 数控系统故障诊断方法22 实验台的介绍52.1数控实验台的介绍52.1.1配置52.2.2特点52.2.3数控维修实训系统52.2.4设备的主要参数、性能62.2.5实验培训内容62.2.6操作面板73 实验台工作原理83.1数控装置概述83.2数控系统的电气控制93.3 实验台PLC形式104 数控实验台故障诊断教学系统设计124.1故障诊断教学系统原理设计124.2故障诊断教学系统元器件选型124.3故障诊断教学系统故障设计与诊断144.4 FANUC数控实验台故障诊断教学系统总体说明245 实验指导书的编写255.1伺服

8、驱动单元的调试和故障诊断255.2主轴变频单元的调试与故障诊断296 总 结32附 录1：翻译35致谢601 绪论1.1引言随着数控技术的广泛应用，数控维修也成为了热门专业，但是，大多数高校面临缺乏此类的数控培训设备因此，学校越来越注重培养生产、技术服务等岗位需求的实用型、技能型专门人才，进一步提高学生的动手能力和分析解决问题的能力，全面学习掌握数控系统的控制原理、数控编程、电气设计方法及安装调试与维修。维修实验台的开发能够模拟机床电气故障，进一步使学生了解机床电气原理、系统编程与操作，机床电气个组成部分工作原理，主要用于培养学生掌握数控机床加工程序编制方法、数控机床电气设计、安装、调试及维修

9、等实际动手的能力，使其对机床电气与PLC控制有更深入的学习。1.2数控系统的现状和发展趋势近10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生.就结构形式而言，当今数控系统大致可分为4种类型：1 传统数控系统：这是一种专用的封闭体系结构的数控系统，尽管也可以由用户作人机界面，但必须用专门的开发工具，耗费较大的人力，且功能扩展.修改等都不方便，目前，这类系统已基本被淘汰。2 “PC嵌入NC”结构的开放式数控系统：这种系统的基本结构为CNC+PC主板，即把一块PC主板插入传统的CNC机器中；PC板主要运行非实时控制；或CNC作为数控功能运行，而PC板作为用户的人机接口平台。3

10、 “NC嵌入PC”结构的开放式数控系统：它是将数控的核心功能插卡化，并将其插入PC中，PC将实现用户接口，文件管理以及通信等功能，NC插卡将全面负责机床的运动控制和开关量控制。4 SOFT型开放式数控系统：这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。当前，数控系统正在发生根本性的变革，有专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展，具体说，数控系统的发展趋势有以下几个方面的表现：1 高速、高精、高效、高可靠性2 智能化、柔性化智能化的内容包括在数控系统的各

11、个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化：简化编程、简化操作方面的智能化。通过各个方面的转变大大提高了数控车床的加工效率。柔性化的发展包括两个方面。一方面从点、线、体的方向发展，另一方面注重向应用性和经济开发性发展。柔性化技术是制造业发展的主流趋势。3多样化包括用户界面图形化、科学计算可视化、插补或补偿的多样化。4开放性开放式数控系统是数控发展的大方向，是计算机硬件技术、信息技术、控制技术融入数控技术的产物。它具有强大的适应能力和灵活配置能力、能适应各种设备，可灵活配置、随意集成；而且操作方便、维修方便；遵循统一的标准体系，结构规范，模块之间具有兼容性

12、，部件具有互换性和操作性。1.3 FANUC系统的特点1系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。 2具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为045，相对湿度为75。 3有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。4FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。5提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。6具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C

13、传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。7提供丰富的维修报警和诊断功能。FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。1.4 数控系统故障诊断方法1.4.1数控系统故障诊断的常规方法数控系统故障诊断一般包括三个步骤：第一：故障检测这是对数控机床进行测试，检查是否存在故障。第二：故障判定及隔离这个步骤是要判断故障的性质，以缩小产生故障的范围，分离出故障的部件或模块。第三：故障定位将故障定位到产生故障的模块或元器件，及时排除故障或个更换元件。下面对数控机床故障诊断与维修的一些常规方法进行介绍。1直观法维修人。员根据平时积

14、累的经验，通过对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，认真查看系统的各个部分，将故障范围缩小到一个模块或一块印制电路板，“先外后内”的维修原则要求维修人员在遇到故障时应先采用望、闻、摸的方法，由外相内逐一进行检查。利用人体的视觉功能可观察设备内部器件或外部连接的形状变化。l 电气故障方面：连接是否松动，断线或铜箔断裂，继电器、接触器与各类开关的触点是否损坏，压力是否失常，发热元器件的表面是否过热变色，电解电容的表面是否膨胀变形，保护器件是否脱扣，耐压元件是否有明显的击穿点，以及碳刷接触表面与接触压力是否正常等。l 机械故障方面：传动链路组件是否存在间隙过大，固定锁紧装置是否松动，工作台导

15、轨面、滚珠丝杠、齿轮及传动轴等表面的润滑状况是否正常，是否有其他明显的碰撞、磨损与变形的现象等。2自诊断功能 自诊断功能是指数控系统的自诊断报警系统功能，它可以帮助维修人员查找故障，是数控机床故障诊断十分重要的手段。自诊断功能按诊断时间的先后可以分为启动诊断、在线诊断和离线诊断。3功能程序测试法功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能用手工编程或自动编程的方法，编制一个功能测试程序，输入数控系统， 然后让数控系统测试这个程序，借以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能原因。功能程序测试法主要应用与以下场合：l 机床加工造成废品而一时找不出原因。l 数控系统出现随

16、机性故障，一时难以判断是外来干扰还是系统故障。l 闲置时间较长的数控机床在投入使用或定期检修时。 4替换法 利用备用模块或电路板替换有故障疑点的模版或电路板，观察故障转移的情况，这是常用而简便的故障检测方法。 5参数检查法 数控系统发现故障时应及时校对系统参数，系统参数的变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床不能正常工作，出现故障。参数通常存放在磁泡存储器或由电池保持的CMOSRAM中，一旦外界干扰或电池电压不足，就会使系统丢失或发生变化而引起混乱现象，通过校对，修正参数，就能排除故障。 6测量法 利用万用表、钳形电流表、相序表、示波器、频谱分析仪、振动检测仪等仪器，对故障疑点进行电流、电压和

17、波形测量，将测量指值与正常值进行比较，分析故障所在的位置。 7原理分析法 根据CNC组成原理，从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数，从系统各部件的工作原理着手进行分析和判断，确定故障部位的维修方法，这种方法的运用要求维修人员对整个系统或每个部件的工作原理都有清楚、深入的了解，这样才可能对故障部位进行检测。2 实验台的介绍2.1数控实验台的介绍2.1.1配置1NNC-R2AF-E数控装置；2进给驱动：交流伺服；3主轴调速：1.5KW进口变频器；4机床：XK0820数控铣床；5单轴光栅：可选；6数控机床常用的电器部件，如（空气开关，接触器，变压器等）7资料：数控系统资料、操作编程维修手册、数据光盘

18、、实验指导书；2.1.2 特点数控系统综合试验台用于培养学生掌握数控系统的编程方法、数控系统电气设计、安装、调试、维修等实际动手能力的一套实验装置。数控系统综合试验台采用模块化设计，便于组合和扩展，也便于检查和调试，利用该实验装置可以使学生掌握数控系统控制原理、电气原理、电气设计方法、元器件的选用，能够掌握数控系统电器布局、安装、电气调试等方法，能够模拟工业生产过程、达到工业现场实习效果。2.1.3数控维修实训系统该实验培训系统为开放式结构、模块化设计、完全工业用器件、具有数控铣床/加工中心安装接线、调试、参数设置、通讯、故障诊断维修、编程及仿真模拟、CAD/CAM，实际切削加工等培训功能。

19、该实验培训系统有开放式电控实验台、机床电柜及XK0820数控铣床/MCV280立式加工中心组成，可根据用户配西门子802S/C/D、发那科0i mate、三菱、华中世纪星等数控系统。本实验系统所配数控机床为专门设计，精度高、转速高、结构紧凑、功率大、可进行金属零件的实际加工。机床由调试维修实验台和机床电气柜双路并联控制。调试维修实验台侧重于进行接线、各种信号测量、性能监控、调试、维修等实验，一台实际数控机床的电控系统每一主要环节都在电控实验台上分解展示，其信号均能显示并可测量。每个环节专门设有故障设置区，可设数十个故障点。面板上有电气图、接线标号等，便于学习和理解；机床电气柜则与工业用数控机床

20、的控制电柜完全一致，可进行电路设计、电气元器件安装、接线、调试等实训，电气板可更换，便于学生分组进行实际技能的训练。即实验系统设有调试和机床两种模式，分别进行调试维修实习和编程操作训练。本实验系统的开发，相比以往的实验实训系统，既使得调试维修更加直观，又大大提高了设备的利用率。2.1.4设备的主要参数、性能工作台面积: 450200mmT型槽： 310 mm行程（XYZ）: 280200300 mm主轴转速： 80-3000rpm（无级）刀柄规格： BT30刀库形式/容量：斗笠式/八工位（NNC-R3A-E）主电机：1.1KW,1440 rpm电源：三相380V/50HZ/5KVA外形尺寸：3

21、50012001800 mml X、Y、Z三轴均有双向超程和回零开关l 刀柄碟簧夹紧、串联汽缸松刀装置l 贴塑导轨l 双螺母预紧精密滚珠丝杠l 气动系统、自动润滑系统l 自动冷却系统、可移式集屑装置l 全封闭防护罩、保证学生安全l 铁制工作台、资料工具柜2.1.5实验培训内容数控机床报警识别、故障诊断及维修数控系统软硬件组成、安装、参数设置、调试交流伺服驱动的接线、调试及动态特性细分步进驱动的接线、调试及动态特性主轴变频器的接线、参数设置和调试PLC指令、编程、接线及在数控机床中的应用输入输出接口的定义、设置及调试数控机床电器柜的设计、排列、安装、接线霍尔元件、接近开关等传感器的原理和应用圆光

22、栅应用及半闭环控制直线光栅应用及半闭环控制数控铣床气动系统控制和调试反向间隙、丝杠螺距误差补偿功能应用数控系统数据备份、与计算机的通讯机遇CAD/CAM的DNC应用数控机床的编程、模拟及实际操作加工图2-1数控实验台2.1.6操作面板操作面板是操作人员与机床数控系统进行信息交流的工具，它由按钮站，状态灯，按键阵列(功能与计算机键盘类似)和显示器组成。显示器位于操作面板的左上部，用于菜单、系统状态、故障报警的显示和加工轨迹的图形仿真。配有CRT显示器，显示的信息较丰富，显示器能显示图形机床控制面板(MCP)用于直接控制机床的动作或加工过程。3 实验台工作原理3 .1数控装置概述3.1.1数控系统

23、的结成构及组成数控系统是实现数字控制的装置，计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统。计算机数控系统的组成如图3-1所示。图3-1 计算机数控系统组成框图数控系统是数字控制系统（Numerical Control System,NCS）的简称，它是近代发展起来的一种自动控制技术。因此NC系统已成为一个统称，3包含了最初硬件为主的数控装置，也包括了后来计算机数控装置，进而将微机引入数控。计算机数控（Computerized Numerical control,CNC）系统是用计算机控制加工功能来实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口

24、电路和驱动装置的专用计算机系统。CNC系统有数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成如图31所示。CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又因为用PLC代替了传统的机床电气逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。32数控系统的电气控制3.2.1主回路设计及分析图3-2强电回路图图3-2为380V强电回路,图中QF1为电源总开关, QF2、QF3、QF4分别为伺服强电

25、、主轴强电、冷却电动机的空气开关,空气开关的作用是接通电源及电源在短路、过流时起保护作用；其中QF4带辅助触头,该触点输入到PLC作为冷却电动机报警信号。并且该空气开关为电流可调,可根据电动机的额定电流来调节空气开关的设定值,起到过流保护作用；KM2、KM1、KM3、分别为控制主轴电动机、伺服电动机、冷却电动机交流接触器,由它们的主触点控制相应电动机；TC1为主变压器,将交流380V电压变为交流200V电压,供给伺服电源模块；RC1、RC2、RC3、为阻容吸收,当相应的电路断开后,吸收伺服电源模块、主轴变频器、冷却电动机的能量,避免上述器件上产生过电压。3.2.2电源回路设计及分析 图3-3电

26、源回路图图3-3为电源回路,图中TC2为控制变压器，初级为AC380V，次级为AC80V、AC220V、AC24V,其中AC80V提供给步进电源模块；AC24V给工作灯提供电源；AC220V给主轴风扇电动机、润滑电动机、电柜热交换器和24V电源供电,并通过低通滤波器滤波给伺服模块、电源模块、24V电源提供电源控制；VC为24V电源,将AC220V转换为DC24V,给数控装置、PLC输入/输出、24V继电器线圈、伺服模块、电源模块、吊挂风扇、Z轴电动机抱闸提供电源；QF5、QF6、QF7空气开关为电路的短路提供保护。33实验台PLC形式本设计中所采用的PLC为数控系统自带的内装型PLC，PLC与

27、CNC间的信号传递在CNC装置内部即可实现。PLC与MT侧通过CNC I/O接口电路实现信号传送，如图3-4所示。图3-4 内装型PLCFANUC-PMC地址1 机床侧到PMC的输入信号（用X表示）内装I/O的地址从1000.0开始，而I/O LINK的地址是从X0.0开始的 。2 PMC到机床侧的输出信号（用Y表示）内装I/O的地址从1000.0开始，而I/O LINK的地址是从X0.0开始的 。3 CNC到PMC的输入信号（用F表示）系统部分将伺服电机和主轴电动机的状态以及请求相关机床动作的信号，如CNC准备好信号（机床就绪）、伺服准备好信号、控制单元报警信号等，反馈到PMC进行逻辑运算，

28、作为机床动作的条件及进行自诊断的依据，地址从F0.0开始。4 PMC到CNC的输出信号（用G表示）表示对系统部分进行和信息反馈，如系统急停信号、进给保持信号等。地址从R0.0开始。5 内部继电器（用R表示）地址从R0.0到R9117.7。R0到R999作为通用中间继电器使用。R9000后的地址作为PMC系统程序保留区，这个区域中的继电器不能用作梯形图中的线圈使用。6 定时器（用T表示）其地址从T0到T79，共80个字节。每2个字节组成一个定时器，总共可分为40个定时器，定时器号从1到40。7 计数器（用C表示）其地址从C0到C79，共80个字节。每4个字节组成一个定时器，总共可分为20个定时器

29、，定时器号从1到20。8 保持继电器（用K表示）其地址从K0到K19，共20个字节，160位。K0到K16为一般通用地址K17到K19位系统软件参数设定区域。4 数控实验台故障诊断教学系统设计41故障诊断教学系统原理设计数控机床的电气系统是由数控装置、进给伺服系统、主轴伺服系统、机床强电控制系统等组成。数控机床的电控系统每一主要环节都在电控演示板上分解展示，其信号均能显示并可测量，每个环节专门设有故障设置区，可设数十个故障点，数控机床综合实验台应该能够接受以下内容的培训(表4-1)：表4-1数控机床综合实验台应完成的培训内容数控机床报警识别、故障诊断及维修低压电气元件的原理、性能及接线数控系统

30、安装、结构、参数设置、调试及通讯细分步进驱动接线，调试及动态特性主轴变频器的接线、参数设置和调试四工位刀架的控制方式及接线霍尔元件、接近开关的原理和应用数控机床的编程，图形模拟及实际操作加工圆光栅的实际应用PLC指令、编程、接线及在数控机床中的应用42故障诊断教学系统元器件选型4.2.1进给驱动装置的选型数控系统厂家通常提供与数控装置配套的进给驱动装置，选择了数控装置后，进给驱动装置及电动机也就初步选定了，避免所选的进给驱动装置功能不够或浪费的情况，应注意以下原则：实用性、经济性、稳定可靠性、可操作性。因此，主要有以下几个方面的内容：1 驱控装置的控制类型；2 反馈类型；3 进给电动机的分辨率

31、；4 电动机的转速要求；5 电动机的扭矩要求；6 电动机的惯量选择；7 工作电源；8 抱闸、制动。综合考虑，数控综合实验台不仅要起到教学示范的作用，能够使学生跟实际的数控机床相结合，而且又要经济实用，为学校节省教学经费，因此采用半闭环的反馈类型，采用型伺服电动机。4.2.2主轴驱动装置的选型主轴驱动装置的选型与进给驱动装置等其他设备一样，需要遵循经济实用、稳定可靠和易于操作维护的原则，以整机设计对主轴系统的要求和不同类型的主轴系统的特点为依据。1普通笼型异步电动机配齿轮变速箱。这是最经济的一种方法，但只能实现有级调速，适合粗加工和半精加工，噪声大，主轴转速范围不大，不适合有色金属和频繁变换主轴

32、速度的加工场合。2普通笼型异步电动机配简易型变频器。这种配置可实现主轴的无级调速，但只有在500r/min以上才能有比较满意的力矩输出，否则，特别是车床很容易出现堵转的情况，另外受到普通电动机最高转速的限制，主轴的转速范围受到较大的限制，适用于需要无级调速但对低速和高速都不要求的场合，如数控钻铣床。3普通笼型异步电动机配通用变频器。这是目前经济型数控机床比较常用的主轴驱动系统，这种配置基本上能满足车床低速（100-200r/min）小加工余量的加工，但同样受最高电动机转速的限制。4专用变频电机配通用的变频器。中档数控机床主要采用这种方案，这种方式一般采用有反馈矢量控制、低速甚至零速时都可以有较

33、大的力矩输出，有些还具有定向甚至分度进给的功能。5伺服主轴驱动系统。伺服主轴驱动系统具有响应快、速度高、过载能力强的特点，还具有定向和进给功能，价格也是最高的，通常是同功率变频器主轴驱动系统的2-3倍以上，伺服主轴驱动系统主要应用于加工中心上，以满足系统的自动换刀、刚性攻丝、C轴进给等对主轴位置控制性能要求很高的加工。6电主轴。电主轴由于电动机和主轴合二位一，没有传动机构，大大简化了主轴的结构，并且提高了主轴的精度，但抗冲击能力较弱，而且功率不能做得太大，一般在10 kw以下，由于结构上的优势，电主轴主要向高速方向发展，一般在10000 r/min以上，安装电主轴的机床主要用于精加工和高速加工

34、。综合上述分析，结合经济效益和数控综合实验台的示范性，可以选择普通笼型异步电动机配通用变频器的组合，这样，不仅可以达到教学示范的效果，也可以为学校节省教学经费。43故障诊断教学系统故障设计与诊断4.3.1系统电源单元不能接通 这里说的电源单元，包括电源输入单元和电源控制部分。 CNC单元的电源上有2个灯，一个是电源指示灯PIL，是绿色的；一个是电源报警灯ALM，是红色的。可以根据这两个指示灯的状态，做出下面的检查，判断出故障的原因。 1电源不能接通，电源指示灯PIL不亮l CNC电源已加入，应检查电源单元的保险F1、F2是否熔断。可能是因为输入高电压引起的，或者是电源单元本身的元器件已损坏。l

35、 CNC电源已加入，应根据电机床生产厂家的电气原理图，检查机床中与CNC电源输入有关的电路。l 若熔断丝和电源电压均正常，则可能是电源单元内有元器件已损坏。 2电源指示灯PIL亮，报警灯ALM也消失，但电源不接通l 输入单元元器件损坏。l 电源接通（ON）的条件不满足，由图4-1所示的开关电路，电源的接通条件有3个：电源ON按钮闭合、电源OFF按钮闭合和外部报警接点打开。 3电源报警灯ALM亮l +24V输出电压的保险丝熔断，9英寸显示屏幕使用+24V电压，如图4-2所示，检查+24V与接地是否短路。l 电源单元出现故障，此时，可按下述步骤进行检查： 把电源单元所有输出插头拔掉，只留下电源输出

36、线和开关控制线。 把机床所有电源关掉，把电源控制部分整体拔掉。此时要注意16/18系列的电源拔下的时间不要超过半小时，因为SRAM的后备电源在电源单元上。 再开电源，此时如果电源报警灯熄灭，那么可认定为电源单元正常，而如果电源报警灯仍然亮，那么电源单元损坏。l 5V电源的负荷短路，此时可按以下方法检查： 把+5V所带的负荷一个一个的拔掉，每拔一次，必须先关闭电源再打开电路，如图4-3所示。 当拔掉任意一个+5V的电源负荷以后，电源报警灯熄灭，那么，可以证明该负荷及其连接电缆出现故障。操作是要注意，当拔掉电机编码器的插头时，如果是绝对位置编码器，还需要重新回零，机床才能恢复正常。l 系统的印制板

37、上有短路，用万用表测量+5V、+24V与0V之间的电阻，必须在电源关的状态下测量，具体操作方法如下： 把系统各印制板一个一个的往下拔，再开电源，确认报警灯是否亮。 如果当一印制板拔下以后，电源报警灯不亮，那就可以证明该印制板有问题，更换该印制板。 对于零系统，如果+24V与0V短路，更换时一定要把输入/输出板同时更换。 最后，当计算机与CNC系统进行通信作业，如果CNC通信接口烧坏，有时也会使系统电源不能接通。4.3.2系统I/O接口故障系统I/O接口故障是指系统在与外部设备进行数据传输时，出现系统报警或数据不能进行正常传输。对于FANUC系统，当系统I/O接口不正常且报警时,不同系统的报警号

38、也不同。3/6/0/16/18/20/Power-mate，显示85-87号报警。10/11/12/15，当发生报警时，显示820-823号报警。在这里以系统出现85-87号报警为例，根据系统出现的报警号，按照图4-4所示的步骤进行分析，检查出系统I/O接口故障的原因。另外，当CNC系统与计算机进行通信时，还应当注意以下几点：l 计算机的外壳与CNC系统同时接地。l 不要在通电的情况下插拔连接电缆。l 不要在打雷时进行通信作业。l 通信电缆不能太长。图4-4 系统I/O接口故障分析与维修步骤4.3.3系统不能进行自动运行 不能进行自动运行是指系统可以进行手动操作，但不能进行程序的自动加工运行。

39、故障包括自动加工程序不能启动与自动加工过程中出现加工中断这两种情况，当出现这种故障时，一般可以利用系统的“工作状态诊断”功能，通过对系统的诊断参数的检查，确定不能进行自动运行的原因。下面介绍几种主要的系统出现这种故障时，对应的系统诊断参数的信息。维修人员可以借助这些参数的信息，分析故障的原因。1 FO系统诊断参数信息在FO系统中，当自动操作方式下的加工程序出现停止时，诊断参数DGN712的信息指示了自动加工中断，以及机床面板上自动运行启动灯关闭可能的原因。如表4-2所示，给出了诊断参数DGN712各位对应的代号，其中bit1与bit2没有对应的代号。如表4-3所示给出了F0系统自动运行停止时，

40、诊断参数DGN712各个诊断数据的状态组合及所对应的原因。表4-2 DGN712各对应代号DGN712bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0代号STPRESTEMSRRWDRSTB/CSU表4-3 F0自动运行停止状态表bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0原因11100001输入了紧急停止信号*ESP11100000输入了外部复位信号ERS11010000输入了复位&倒带信号RRW11001000按下了MDI复位按钮10000001发生伺服报警10000000输入了进给暂停*SP信号或选择了手动方式00000000机床在单程序段处停机诊断参

41、数DGN712的状态一定要在故障发生后即进行检查，因为若故障发生后系统电源被切断，当电源再次被接通时，DGN712所有位将被清零。2 F15系列诊断参数信息在F15系统中，当自动运行方式下的加工出现停止时，诊断参数DGN1005-DGN1010的信息指示了自动加工中断，以及机床面板上自动运行启动灯关闭可能的原因。下面给出诊断参数DGN1005-DGN1010对应位为“1”时所对应的加工中断的原因。（1）诊断参数DGN1005诊断参数DGN1005的相应诊断数据为1时所对应的原因如表4-4所示。表4-4 诊断参数DGN1005诊断数据为1时对应的原因诊断数据原因Bit0在MDI方式下，DI或DO

42、信号无效Bit1在重新定位（REPOS）方式下，DI或DO无效Bit2由于其他原因引起的加工中断 （2）诊断参数DGN1006诊断参数DGN1006的相应诊断数据为1时所对应的原因如表4-5所示。表4-5 诊断参数DGN1006诊断数据为1时对应的原因诊断数据原因Bit0系统的自动运行停止信号（*SP）生效Bit1系统存在报警Bit2系统的程序重新启动信号（SRN）为“1”Bit3所选择的程序在后台编辑中Bit4设备未准备好Bit5MDI未执行完成Bit6系统的刀具取消信号（TR ESC）生效Bit7在系统不允许方向执行程序（3）诊断参数DGN1007诊断参数DGN1007的相应诊断数据为1时

43、所对应的原因如表4-6所示。表4-6诊断参数DGN1007诊断数据为1时对应的原因诊断数据原因Bit0外部报警信息Bit2系统出现P/S报警Bit4伺服报警Bit5I/O报警Bit6修改了需要关机生效的参数Bit7系统出错（4）诊断参数DGN1008诊断参数DGN1008的相应诊断数据为1时所对应的原因如表4-7所示。表4-7诊断参数DGN1007诊断数据为1时对应的原因诊断数据原因Bit0后台编辑出现P/S报警Bit1程序编辑出现P/S报警Bit2系统过热Bit3子CPU出错Bit4同步出错Bit5参数写入开关被打开Bit6超程/外部数据输入、输出Bit7PMC出错（5）诊断参数DGN100

44、9诊断参数DGN1009的相应诊断数据为1时所对应的原因如下所示。Bit0：系统处于警告状态。（6）诊断参数DGN1010诊断参数DGN1010的相应诊断数据为1时所对应的原因如表4-8所示。表4-8诊断参数DGN1010诊断数据为1时对应的原因诊断数据原因Bit0系统紧急停止信号生效Bit1复位和反绕信号生效Bit2外部复位信号生效Bit3面板上的复位键生效3. F16/18/PM0系统诊断参数信息在F16/18/PM0系统中，可以直接通过诊断参数DGN020到DGN025进行自动运行停止状态的显示，这些信息显示了系统不执行自动加工程序的原因。如表4-9所示列出了诊断参数DGN020到DGN

45、025右边的状态显示为“1”时，系统实际所处的内部工作状态。通过表4-10所示的各诊断参数数据的状态组合，可以分析、确定系统所处的状态，这些状态的含义如表4-9所示。表4-9系统内部的工作状态显示诊断号显示当显示为1时的内部状态020CUT SPEED UP/DOWN发生急停或者发生伺服报警021RESET BUTTON ON复位键信号接通022RESET AND REWIND ON复位和倒带信号接通023EMERGENCY STOP ON急停024RESET ON外部复位、急停025STOP MOTION OR DWELL停止脉冲分配的标志，在下列情况下设置：外部复位信号接通MDI复位键接通

46、复位/倒带键接通急停进给暂停MDI面板的复位键接通手动方式（JOG/HANDLE/INC）其他报警（未被设置的报警）发生时表4-10诊断数据的状态组合020021022023024025原因100111紧急信号停止输入000011外部复位信号输入010011MDI复位键接通000011复位/倒带信号输入100001伺服报警发生000001转换到其他方式或者进给暂停000000单段程序停止4.3.4系统不能进行手动操作 系统不能进行手动操作时，维修人员可以按图4-5所示步骤对系统进行分析与维修。在如图4-5所示的分析与维修步骤中，不同的系统，各检测信号、参数的地址是不同的。具体的检测信号、参数地

47、址应参照FANUC提供的数控系统连接说明书或有关的资料。4.3.5系统返回参考点异常 所谓返回参考点异常是指机床能够执行回参考点动作，但是参考点返回时会出现位置偏差量。这个时候，维修人员可以参照图4-6所示给出的步骤对系统进行分 图4-5 系统无法进行手动的分析与维修步骤 析与维修。不同的系统，各检测信号、参数的地址是不同的具体的检测信号参数地 址应该参照FANUC提供的数控系统连接说明书或有关的资料。 4.3.6系统无显示 接通电源后，若系统无显示，这个时候维修人员可以根据步骤对系统进行分析与维修。不同的FANUC系统，维修人员可以根据实际系统的编号对照进行检查。4.3.7系统出现的一些其他

48、故障 除以上常见的典型故障外，在实际机床维修过程中，系统还有其他多种故障，如驱动系统故障、主轴系统故障、数控系统本身故障、操作错误、参数设定错误、编程错误等。下面再简单介绍其他几种故障及解决方法。1系统运行不正常，功能不按指令进行。 原因：CNC系统参数丢失。 解决办法：系统全清零，成新输入系统参数。2T、M、S功能有时不执行。 原因：TMF和TFIN时间短解决办法：TMF和TFIN时间设为100ms。3全闭环时系统振荡，响声大。原因：传动链（包括机械，电器）的刚性不足（有间隙，皮带松，变形大，导轨与工作台的摩擦大，润滑不良等）。解决办法：解决上述有关问题，主要是机械问题。4主轴能以很低速度转

49、几转，然后就出现408#（0系统），710#（16系统）参数报警。原因：主轴电动机无反馈，或反馈断线。解决办法：检查反馈电缆或反馈电路。5按下急停按钮，系统无任何反应，在诊断面上（或梯形图）上检查*ESP信号，其状态不变。原因：系统死机，印制电路板未插好。解决办法：插好印制电路板。6给1个、2个脉冲机床不动，给3个脉冲机床就走了4um或5um。原因：机床爬行。解决办法：处理机床导轨和工作台之间的摩擦与润滑，适当加大伺服增益。7车床：刀具长度补偿加不上。原因：T代码的位数设定不对，使用那一位T代码的补偿参数设定不对。解决办法： T代码可设为4位或2位、T代码设为4位时补偿可用前两位或后两位；T代

50、码设为2位时补偿代码可用前一位或后一位，0系统设参数14#0和13#1；16系统设参数为5002#1和3032#。 在编梯形图时应注意译码指令的使用:0系统为BCD译码指令。 8PMC程序（梯形图）不能传送。原因： 电缆不对。0系统与16系统使用的电缆（计算机与CNC的RS-232C之间）接线不同。 波特率不对。计算机与CNC两边的波特率值不一样。 梯形图软件不对。不同系统用的软件不一样。解决办法： 按上述原因解决。 2.0系统的梯形图从CNC传至计算机时，必须在CNC上插有PMC编辑卡。 9MDI键盘的输入与显示器的显示字符不相符。原因：大、小键盘的参数设定不对。解决办法：检查参数，设定相应

51、值。44 FANUC数控实验台故障诊断教学系统总体说明 数控维修成为了热门专业，大多数高校已经开始使用数控实验台培训高技能人才。但是它毕竟还不完善、存在很多缺陷，它主要是通过手动拨码开关来进行故障设置、诊断的，一是手动不方便，二是手动接线拆线过程中可能会发生一些不良后果，在这种手动的基础上进一步改进、完善这种系统。通过CNC系统的内装程序，对CNC系统本身以及与CNC装置相连的各个伺服单元，伺服电动机，主轴伺服单元和主轴电动机以及外部设备等始终进行自动诊断、检查和监视。其自动设障功能及电脑故障库功能使教学过程中的一些难点、疑点比较容易地得以解决，如故障的选择、故障的设置、故障的复原、原理的讲解

52、等问题，使指导教师从插线接线的机械工作中解放出来，可以更好地投入专业教学中去；学生对真实排障的实际操作课程也十分感兴趣。改良后的实验台会更安全、更方便，通过这个实验装置可以使学生掌握牢固的理论与实践知识，并为数控专业建设提供一种更好的的实训工具。5 实验指导书的编写本设计是基于维修实验台的综合实验的开发，所以实验指导书编写是主要任务。编写该实验指导书的主要思路是：从与实验相关的基础知识出发，设计实验内容、实验步骤，最后根据实验内容设计思考题。达到能让学生掌握数控机床的控制原理、安装调试及维修等目的。5.1伺服驱动单元的调试和故障诊断一、实验目的 1、了解伺服驱动单元的调试过程。 2、掌握伺服驱

53、动单元的故障排除方法。二、实验设备 1、数控机床综合培训系统三、实验必备知识 1、有关伺服参数的含义 参数1010：CNC控制轴数。 参数1020：各轴的编程名称表5-1各轴的编程名称轴名称设定值轴名称设定值轴名称设定值轴名称设定值X88U85A65E69Y89V86B66Z90W87C67 参数1022：基本座标系中各轴的顺序表5-2基本座标系中各轴的顺序设定值0123567意义既不是基本轴也不是平行轴基本3轴中的X轴基本3轴中的Y轴基本3轴中的Z轴x轴的平行轴Y轴的平行轴z轴的平行轴 参数1023：各轴的伺服轴号。 参数1825：各轴的伺服环增益。 参数1826：各轴的到位宽度。 参数18

54、27：设定各轴切削进给的到位宽度。 参数1828：各轴移动中的最大允许位置偏差量。 参数1829：各轴停止中的最大允许位置偏差量。 2、诊断画面的显示 （1）按SYSTEM键。 （2）按诊断软键、显示诊断画面。 3、伺服相关诊断号的含义表5-3诊断号200：OVLLVOVCHCAHVADCAFBAOFA发生过载报警伺服放大器电压不足的报警在数字伺服内部，检查出过流报警检测出伺服放大器电流异常报警检测出伺服放大器过电压报警伺服放大器再生放电电路报警发生了断线报警数字伺服内部发生了溢出报警 诊断号201：ALD1：电机过热0：伺服放大器过热EXP 当诊断号200的OVL为1时表5-4当诊断号200

55、的FBA为1时ALDEXP报警内容10内装编码器断线11分离式编码器断线00脉冲编码器断线 诊断号203：PRM数字伺服侧检测到报警，参数设定值不正确。 诊断号204：OFSMCCLDAPMS数字伺服电流值的A/D转换异常伺服电磁触器的接点熔断了LED表明串行编码器异常由于反馈电缆异常导致的反馈脉冲错误 4、伺服报警号的含义（具体参考系统维修说明书） 报警号417：当第n轴处在下列状况之一时发生此报警。 （1）参数2020设定在特定限制范围以外。 （2）参数2022没有设定正确值。 （3）参数2023设定了非法数据。 （4）参数2024设定了非法数据。 （5）参数2084和参数2085（柔性齿

56、轮比）没有设定。 （6）参数1023设定了超出范围的值或是设定了范围内不连续的值，或设定隔离的值。 （7）PMC轴控制中，扭矩控制参数设定不正确。 报警号5136：与控制轴的数量比较，FSSB认出的放大器的数量不够。 报警号5137：FSSB进入了错误方式。 报警号5138：在自动设定方式，还没完成轴的设定。 报警号5139：伺服初始化没有正常结束。四、实验内容 1、伺服驱动单元的正常调试过程； 2、伺服参数设置异常实验； 3、伺服串行总线故障的实验；五、实验步骤 1、伺服驱动单元的正常调试过程 （1）检查系统、伺服驱动单元和电机的连接是否正确（可参考实验一），然后通电。 （2）伺服参数的初始

57、化 在紧急停止状态，接通电源。 按下面顺序，显示伺服参数的设定画面。按SYSTEM键、扩展键、SV.PARA键。 使用光标，翻页键，输入初始设定时必要的参数。 a.初始设定位2000 #3（PRMCAL）1：进行参数初始设定时，自动变成1。 #1（DGPRM）0：进行数字伺服参数的初始化设定。 1：不进行数字伺服参数的初始化设定。 #0（PLC01）0：使用PRM2023，2024的值。 1：在内部把PRM2023，2024的值趁乘10倍。 b.电机ID号，对应参数2020，设定为各轴的电机类型号。 c.任意AMR功能，对应参数2001（设定为）。 d.CMR（指令倍乘比）,对应参数1820。

58、 e.关断电源，然后再打开电源。 f.进给齿轮比N/M（F.FG）。 g.移动方向，对应参数2022，正方向（设定为111），反向（设定为-111）。 h.速度脉冲数，对应参数2023，设定为8192。 i.位置脉冲数，对应参数2024，设定为12500。 j.参考计数器，对应参数1821，设定为各轴的参考计数器的容量。机床回零点时要根据该值寻找编码器的一转信号以确定零点。该值等于电机转一转的进给轴的移动脉冲数。 将电源关闭，然后再接通。 （3）其它有关伺服参数的设置 参数1010：设置为2（车床），设置为3（铣床）。 参数1020：设置为88（X轴），设置为89（Y轴），设置为90（Z轴）。 参数1022：设置为1（X轴），设置为2（Y轴），设置为3（Z轴）。 参数1023：设置为1（X轴），设置为2（Z轴）-车床。 设置为1（X轴），设置为2（Y轴），设置为3（Z轴）-铣床。 参数1420：设置各轴快速运行速度。 参数1423：设置各轴手动连续进给（JOG进给）时的进给速度。 参数1424：设置各轴的手动快速运行速度。 参数1825：设置为3000 参数1826：设置为20 参数1827：设置为20 参数1828：设