系统不能正常工作故障诊断与维修Word格式文档下载.docx

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而独立型PLC独立于CNC装置，能独立完成规定的控制任务，是通用型PLC。

2.1.3机床数控系统的工作过程

数控系统的工作过程如图2－2所示

图2－2数控系统的工作过程

1.数据输入

输入给数控系统的数据有零件加工程序、控制参数和补偿数据等。

2.译码

将零件加工程序以程序段为单位进行处理，把其中的零件轮廓信息及其他辅助信息解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定是数据格式存放在指定内存中。

3.预处理

CNC装置内部数据预处理过程指从数控加工程序输入后到插补前的整个过程。

由于在编写加工程序时，一般不考虑刀具装置或刀具的几何尺寸等问题，所以数控装置在根据加工程序进行加工之前，先要进行一些数据的预处理。

预处理主要包括刀具补偿、进给速度处理、坐标转换等。

（1）刀具补偿。

包括刀具位置补偿、刀具长度补偿和刀具半径补偿。

其任务是将加工前输入的实际刀具参数计算在内，把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。

（2）进给速度处理。

进给速度处理是指根据程序中的指令进给速度和操作面板上的倍率旋钮的位置，确定实际加工时刀具的移动速度，然后通过软件来计算各运动坐标方向的分速度。

同时，由于当机床起动，停止或加工过程中改变进给速度时，会产生冲击、失步、超程等问题，还需要进行自动加/减速处理。

（3）坐标变换。

每台机床都设计有一个固定的机械零点。

其位置是由机床制造厂所确定的。

除机床零点外，每台机床还设置有一个机床参数考点，以此作为CNC装置的坐标计量基准。

同时为了编程和加工方便，还设有工件坐标系。

所以在加工前需进行坐标变换的处理。

4.插补

数控装置对加工控制信息预处理完毕后，开始逐段运行加工程序。

插不就是根据曲线段已知的几何数据及速度信息，计算出曲线段起点、终点之间的一系列中间点，分别向各个坐标发出方向、大小和速度都确定的协调的运动序列命令，通过各个轴运动的合成，产生数控加工程序要求的工件轮廓的刀具运动轨迹。

5.位置控制

在闭环控制系统中，在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置进行比较，用差值去控制进给电动机，同时还要完成位置增益调整和各坐标方向的误差补偿。

6.输入/输出处理

由数控装置发出的开关命令在系统程序控制下，在各加工程序段插补开始前或完成后，适时输出给机床控制器。

主要处理数控装置与机床之间的开关信号。

7.显示

在机床的运行过程中，数控系统要随时监视数控机床的工作状态，通过显示部件及时向操作者提供系统的工作状态和故障情况。

2.1.4数控系统的分类

数控系统的分类方法很多，下面针对常见的分类方法作一介绍。

1.按被控机床运动轨迹分类

（1）点位控制数控系统。

这类数控系统控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，在移动过程中不进行加工，因此对两点间的移动速度和运动轨迹没有严格要求。

这类数控机床主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等。

（2）直线控制数控系统。

这类数控系统不仅要控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，还要控制两相关点之间的移动速度和轨迹。

这类数控机床主要有简易数控机床、数控镗铣床等。

（3）轮廓控制数控系统。

这类数控系统能够同时对两个或两个以上运动坐标位移及速度进行连续相关的控制，使其合成的平面或空间的运动轨迹符合被加工工件形状的要求。

相应的数控机床主要有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控电加工机床等。

2.按控制方式分类

（1）开环控制数控系统。

这类系统不带位置检测装置，CNC装置发出的指令信号流是单向的，往往以步进电动机作为驱动元件，如图2－3所示。

CNC装置输出的指令进给脉冲经环形分配器和功率放大后驱动步进电动机转动，再经机床传动机构（此轮箱、丝杠螺母副等。

）带动工作台移动。

这种机构控制简单、价格低廉，且调试维修方便，被广泛应用于早期的数控装置中。

图2－3开环控制系统框图

（2）闭环控制数控系统。

这类数控系统带有位置检测反馈装置，以直流或交流电动机为驱动元件。

按照位置检测装置安装位置的不同，闭环控制数控系统又可以进一步分为全闭环、半闭环控制数控系统。

1）全闭环控制数控系统。

位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置（直线位移），并将其与CNC装置指令位置（或位移）相比较，用差值进行控制。

其控制框图如图2－4所示。

图2－4全闭环控制系统框图

这类控制方式的特点是加工精度高，但由于它将丝杠螺母副及机床工作台这些大惯性环节放在闭环环内，因为机械传动系统的刚性不足及反向间隙等各因素的存在，对系统的稳定性有很大影响，使全闭环控制系统调试比较复杂。

2）半闭环控制数控系统。

位置检测装置安装在电机轴上或丝杠的一端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置（直线位移），然后将其与CNC装置计算出的指令位置（或位移）相比较，用差值进行控制。

其控制框图如图2－5所示。

这种系统环路不包括机械传动环节，机械传动的精度误差将影响到被加工工件的精度，使其控制精度不如全闭环控制数控系统，但机械传动带来的误差，可以通过补偿的方法消除，仍可获得满意的精度。

因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。

图2－5半闭环控制系统框图

3.按数控系统功能水平分类

按照数控系统的功能水平，数控系统可分为经济型（低档型）、全功能型（中当型）和高档型三种。

但不同时期的划分标准不同。

（1）经济型数控系统。

这一档次的机床通常采用开环控制方式，进给伺服系统大多使用步进电动机驱动，进给分辨率为10um，快速进给速度可达10m/min，仅能满足一般精度要求的加工。

这种系统功能简单，价格便宜，适用于精度要求不高的场合及普通机床的数控化改造。

（2）全功能型数控系统。

这类系统以实用为准，进给分辨率为1um，快速进给速度可达10～20m/min。

其功能较多，价格适中，适合目前中国的国情，市场份额较大。

（3）高档型数控系统。

指加工复杂形状工件的多轴控制数控机床，且自动化程度高，具有高度柔性，进给分辨率为0.1um，最大快速移动速度可达100m/min或更高。

这类系统功能强大，价格昂贵。

适合于经济实力雄厚，生产规模大的企业。

2.1.5数控系统的发展趋势

数控系统是随着数控机床的发展而发展起来的。

几十年来，数控机床的品种、数量、加工范围和加工精度等方面取得了惊人的变化，大规模集成电路和微型计算机的发展和完善，使数控系统的价格逐年下降，而精度和可靠性则大大提高。

目前，数控系统在以下方面有较大的发展空间。

1.开放式数控系统

目前数控系统正朝着开放体系发展。

采用专用计算机组成的数控系统，虽然可以获得很高的性能，如多轴联动，高速、高精度控制，很强大的功能，如图形功能、功能以及通信功能。

但由于大批量生产和保密的需要，不同的数控系统生产厂家自行设计其硬件和软件，这样设计出来的专用系统具有不同的软硬件模块、不同的编程语言、五花八门的人机界面等，给用户带来了使用上的复杂性。

为解决专用数控系统所存在的问题，近年来，西方各工业发达国家相继提出了向规范化、标准化的方向发展，设计出基于PC的开放式数控系统。

2.自适应控制系统

数控机床严格按照加工前编制的程序自动进行加工，切削用量是事先选定的。

当出现工件加工余量不一致、材料硬度不一致、刀具变钝、工件变形等问题时，普通数控系统不能及时作出反应，可能会造成废品或事故。

自适应控制系统能利用各种敏感元件与测量装置，对切削中的某些过程参数（如切削刀、转矩、主轴温度、变形等）不断进行测量，以瞬间测量结果并参照给定的评价指标或最佳条件，对当时的切削状态作出判断，按照一定的处理逻辑对切削用量进行校正，使切削过程按预定的目标进行。

因此，自适应控制能充分利用机床和刀具提供的加工条件，提高机床的生产效率和加工精度，减少废品，降低加工成本。

目前，计算机数控装置为自适应控制提供了物质条件，只要在传感器检测技术方面有所突破，数控机床的自适应能力必将大大提高。

3.计算机群控系统

为了提高数控机床的生产率，可用一台大型通用计算机直接监控数台数控机床，形成分布式数字控制DNC（DistributedNumericalControl）系统。

DNC原来是直接数字控制（DirectNumericalControl）的英文缩写，表示用计算机直接控制多台机床组成的制造系统，也称群控系统。

根据机床群与计算机连接的方式不同，又分为间接型、直接型和计算机网络型。

间接型DNC是使用主计算机控制每台数控机床，加工程序全部存放在主计算机内。

加工工件时，由计算机将加工程序分送到每台数控机床的数控装置中，每台数控机床仍保留插补运算等控制功能。

直接型DNC的机床群中每台机床不再安装数控装置，机床控制器由伺服驱动电路和操作面板组成。

加工过程所需要的插补运算功能全部集中由主计算机完成。

这种系统内的任何一台数控机床都不能脱离主计算机单独工作。

计算机网络DNC，该系统使用计算机网络协调各台数控机床工作，最终可以将该系统与整个工业控制计算机联成网络，形成一个较大的、完整的制造系统。

4.柔性制造系统（FMS）

柔性制造系统是一种把自动化加工设备、物流自动化处理和信息自动化融为一体的智能化加工系统。

进入20世纪80年代后，柔性制造系统得到了迅速发展。

柔性制造系统由三个基本部分组成：

加工子系统、柔性子系统、物流子系统、信息流子系统。

（1）加工子系统。

该系统由各种加工单元、柔性制造单元、加工中心、数控机床及各种自动清洗、检测和装配机组成，是FMS的基础部分。

加工子系统内的加工机床除具有自动化加工功能外，还应具有与外界进行物流和信息交换的功能。

既能将损坏和磨损的刀具清理出机床刀库，又能将新刀具装入机床刀库待用；

既能将加工好的工件送出机床的加工位置，又能将待加工工件送到加工位置并定位夹紧。

（2）物流子系统。

该系统由自动搬运车、各种输送机构、机器人、工件装卸站、工件存储工位、刀具输入输出站、刀库等构成。

物流子系统在计算机的控制下自动完成刀具和工件的输送工作。

在FMS内的加工机床必须具有与上一级计算机进行信息交换的能力，即数控机床能接收上一级计算机送了的加工程序和各种命令，同时向上一级计算机反馈各种机床状态信号和检测信号。

（3）信息流子系统。

由主计算机、分级计算机及其接口、外围设备和各种控制装置的硬件和软件组成。

信息流子系统的主要功能是实现各子系统之间的信息联系，对系统进行管理，确保系统的正常工作。

对于FMS，计算机系统一般分为三级。

第一级为主计算机，又称管理计算机，管理计算机根据调度作业命令或根据现场反馈信号（如故障、报警等信号）运行“作业调度软件”，实现各种工况的作业调度计划，并对下一级计算机发出相应的控制指令；

第二级为过程控制计算机，包括计算机群控（DNC）刀具管理计算机和工件管理计算机，其作用是接受主计算机的指令，根据指令对下属设备实施具体管理；

第三级由各设备的控制计算机构成，实现具体的程序动作。

5.计算机集成制造系统（CIMS）

制造技术的发展不能局限在车间制造过程的自动化，而要全面实现从生产决策、产品设计直到销售的整个生产过程的自动化，并把它们集成为一个完整的生产系统——计算机集成制造系统（CIMS）。

CIMS的主要特征是集成化智能化。

集成化反映了自动化的发展，把系统的空间扩展到市场、产品设计、加工制造、检验、销售以及用户服务等全部过程；

而智能化则体现了自动化的程度，即不仅涉及物料流的自动化，还包括了信息流的自动化。

2．2广州GSK980TD数控系统

2.2.1GSK980TD数控系统简介

广州数控研制的新一代普及型车床CNCGSK980TD是GSK980TA的升级产品，采用了32位高性能CPU和超大规模可编程器件FPGA，运用实时多任务控制技术和硬件插补技术，实现μm级精度运动控制和PLC逻辑控制。

GSK980TD型号的意义如下：

1.产品技术特点：

（1）X、Z二轴联动、μm级插补精度，最高速度16米/分（可选配30米/分）

（2）内置式PLC，可实现各种自动刀架、主轴自动换档等控制，梯形图可编辑、上传、下载；

I/O口可扩展（选配功能）

（3）具有螺距误差补偿、反向间隙补偿、刀具长度补偿、刀尖半径补偿功能

（4）采用S型、指数型加减速控制，适应高速、高精加工

（5）具有攻丝功能，可车削公英制单头/多头直螺纹、锥螺纹、端面螺纹，变螺距螺纹

（6）螺纹退尾长度、角度和速度特性可设定，高速退尾处理

（7）集成中文、英文显示界面，由参数选择

（8）零件程序全屏幕编辑，可存储6144KB、384个零件程序

（9）提供多级操作密码功能，方便设备管理

（10）支持CNC与PC、CNC与CNC间双向通讯，CNC软件、PLC程序可通讯升级

（11）安装尺寸、电气接口、指令系统、操作显示界面与980TA兼容

2．技术规格如表2－1所示：

表2－1GSK980TD技术规格一览表

运动控制

控制轴：

2轴（X、Z）；

同时控制轴（插补轴）：

2轴（X、Z）

插补功能：

X、Z二轴直线、圆弧插补

位置指令范围：

-9999.999～9999.999mm；

最小指令单位：

0.001mm

电子齿轮：

指令倍乘系数1～255，指令分频系数1～255

速度：

最高16000mm/分钟（可选配30000mm/分钟）

快速倍率：

F0、25%、50%、100%四级实时调节

最高8000mm/分钟（可选配15000mm/分钟）或500mm/转（每转进给）

进给倍率：

0～150%十六级实时调节

0～1260mm/分钟十六级实时调节

手轮进给：

0.001、0.01、0.1mm三档

加减速：

快速移动采用S型加减速，切削进给采用指数型加减速

Ｇ指令

28种G指令：

G00、G01、G02、G03、G04、G28、G32、G33、G34、G40、G41、G42、G50、G65、G70、G71、G72、G73、G74、G75、G76、G90、G92、G94、G96、G97、G98、G99，宏指令G65可完成27种算术、逻辑运算及跳转

螺纹加工

攻丝功能；

单头/多头公英制直螺纹、锥螺纹、端面螺纹；

变螺距螺纹。

螺纹退尾长度、角度和速度特性可设定，高速退尾处理；

螺纹螺距：

0.001～500mm或0.06～25400牙/英寸

主轴编码器：

编码器线数可设定（100～5000p/r）

编码器与主轴的传动比：

（1～255）：

（1～255）

精度补偿

反向间隙补偿：

（X、Z轴）0～2.000mm

螺距误差补偿：

X、Z轴各255个补偿点，每点补偿量：

±

0.255mm×

补偿倍率

刀具补偿：

32组刀具长度补偿、刀尖半径补偿（补偿方式C）

对刀方式：

定点对刀、试切对刀

刀补执行方式：

移动刀具执行刀补、坐标偏移执行刀补

M指令

特殊M指令（不可重定义）：

M02、M30、M98、M99、M9000～M9999

其它M□□指令由PLC程序定义、处理

标准PLC程序已定义的M指令：

M00、M03、M04、M05、M08、M09、M10、M11、M12、M13、M32、M33、M41、M42、M43、M44

T指令

最多32个刀位（T01□□～T32□□），换刀控制时序由PLC程序实现。

使用排刀时，刀位数设为1，PLC不进行换刀控制。

标准PLC程序适配2～8工位电动刀架，正转选刀、反转锁紧。

主轴转速控制

转速开关量控制模式：

S□□指令由PLC程序定义、处理，标准PLC程序S1、S2、S3、S4直接输出，S0关闭S1、S2、S3、S4的输出

转速模拟电压控制模式：

S指令给定主轴每分钟转速或切削线速度（恒线速控制），输出0～10V电压给主轴变频器，主轴无级变速，支持四档主轴机械档位

PLC功能

9种基本指令、23种功能指令，二级PLC程序，最多5000步，每步处理时间2μs，第1级程序刷新周期8ms，可提供梯形图编辑软件，PLC程序通讯下载

集成机床面板：

41点输入（按键）、42点输出（LED）

基本I/O：

16点输入/16点输出（可选配扩展I/O：

16点输入/16点输出）

显示界面

显示器：

320×

240点阵、5.7”单色液晶显示器（LCD），CCFL背光

显示方式：

中文或英文界面由参数设置，可显示加工轨迹图形

程序编辑

程序容量：

6144KB、最多384个程序,支持用户宏程序调用，子程序四重嵌套

编辑方式：

全屏幕编辑，支持相对坐标、绝对坐标和混合坐标编程

通讯

CNC与PC机、CNC与CNC双向传送程序、参数，支持系统软件、PLC程序串行口下载升级

适配驱动

脉冲+方向信号输入的DA98系列数字式交流伺服或DY3系列步进驱动装置

2.2.2GSK980TD连接

1.GSK980TD的操作面板如图2－6所示，接口连线如图2－7所示：

图2－6GSK980TD操作面板图

图2－7GSK980TD接口连线示意图

接口说明

?

电源盒：

采用GSK-PB电源盒，提供+5V、+24V、+12V、-12V、GND电源

滤波器（选配）：

输入端为交流220V电源输入，PE端接地，输出端接GSK-PB电源盒的L、N端

XS30：

X轴，15芯D型孔插座，连接X轴驱动器

XS31：

Z轴，15芯D型孔插座，连接Z轴驱动器

XS32：

编码器，15芯D型孔插座，连接主轴编码器

XS36：

通讯，9芯D型孔插座，连接PC机RS232接口

XS37：

变频器，9芯D型针插座，连接变频器

XS38：

手轮，9芯D型针插座，连接手轮

XS39：

输出1，25芯D型孔插座，CNC信号输出到机床的接口

XS40：

输入1，25芯D型针插座，CNC接收机床信号的接口

XS41：

输入2，25芯D型针插座，扩展输入信号的接口

XS42：

输出2，25芯D型孔插座，扩展输出信号的接口

2.电源接口连接

GSK980TD采用GSK-PB电源盒，共有四组电压：

+5V（3A）、+12V（1A）、-12V（0.5A）、+24V（0.5A），共用公共端COM（0V）。

GSK980TD出厂时，GSK-PB电源盒到GSK980TDXS2接口的连接已完成，用户只需要连接220V交流电源。

GSK-PB电源盒到GSK980TDXS2接口的连接如下图2－8所示：

图2－8GSK980TD电源连接图

3．干扰及其预防

干扰是造成数控系统“软”故障．且容易被忽视的一个重要的方面。

消除系统的干扰可以从下述几个方面着手：

⑴正确连接机床、系统的地线数控机床必须采用点接地法，切不可为了省事，在机床的各部位就近接地，造成多点接地环流。

接地线的规格定要按系统的规定，导线线径必须足够大。

在需要屏蔽的场合必须采用屏蔽线。

屏蔽地必须按系统要求连接，以避免千扰。

数控机床对接她的要求通常较高，车间、厂房的进线必须有符合数控机床安装要求的完整接地网络。

它是保证数控机床安全、可靠运行的前提条件，必须引起足够的重视。

⑵防止强电干扰数控机床强电柜内的接触器、继电器等电磁部件都是干扰源交流接触器的频繁通/断、交流电动机的频繁起动、停止，主问路与控制回路的布线不合理．都可能使CNC的控制电路产生尖峰脉冲、浪涌电压等干扰，影响系统的正常工作。

因此，对电磁干扰必须采取以下措施，予以消除。

1）在交流接触器线圈的两端、交流电动机的三相输出端上并联RC吸收器。

2）在直流接触器或直流电磁阀的线圈两端，加入续流二极管。

3）CNC的输入电源线间加入浪涌吸收器与滤波器。

4）伺服电动机的三相电枢线采用屏蔽线。

通过以上办法一般可有效抑制干扰，但要注意的是：

杭千扰器件应尽可能靠近干扰源其连接线的长度原则上不应大于20厘米。

⑶抑制或减小供电线路的干扰，特别在某些电力不足或频率不稳的场合，如电压的冲击、欠压、频率和相位漂移等。

波形的失真、共模噪声及常模噪声也将影响系统的正常工作，应尽可能减小线路上的此类干扰。

防止供电线路干扰的具体措施一般有以下几点：

1）对于电网电压波动较大的地区，应在输入电源上加装电子稳压器。

2）线路的容量必须满足机床对电源容量的要求。

3）避免数控机床和电火花设备频繁起动、停止的大功率设备共用同一干线。

4）安装数控机床时应尽可能远离中频炉、高频感应炉等变频设备。

2.3数控系统的具体电路控制

2.3.1数控系统电源连接控制

1．数控系统电源连接控制

数控系统的电源连接控制如图2－9所示：

图2－9数控系统电源连接图

2．数控系统连接原理分析

三相电源L1、L2、L3经过空气开关QF0输出，作为机床电气控制系统的总电源。

其中相线L3通过熔断器FU1、继电器KA0的触点连接到开关电源的电