摘 要没有理论指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践 带来了巨大变化，也在其故障维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将这次的实践探索及同学经验交流总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展的同学的实践有所裨益。 编者2008-11-26 目 录前 言 1第一篇 第一章 数控设备及其工作原理的介绍 1 .1数控设备的种类以及发展方向 21.2数控系统及驱动单元 21.3硬件的接口 3第二篇第二章 数控机械设备故障的分析及处理 2.1 ATC刀具 72.2 主轴系统常见故障 82.3 进给系统的故障分析 9 2.4 数控加工中心维修与数控设备维修故障事例 10 第三章 数控设备电气系统故障分析及处理 13 第四章 CNC数控系统故障自诊断功能4.1 CNC系统故障自诊断的概念 204.2 CNC故障分类 20 4.3 CNC系统中已应用的故障自诊断方法 20第五章 数控系统的常见故障分析 22第六章 数控故障维修后的技术处理 23 第三篇 心得体会 23 致谢参考文献 24前 言本文包括数控机床电气控制基础知识、数控系统基本知识、数控机床进给驱动系统、数控机床主轴控制系统、数控机床PLC控制、数控机床、数控机床电气控制电路设计实例等内容。 本文以数控原理为理论基础，运用控制论的信息传递、处理与反馈的方法，以数控机床的计算机数控装置、常执行电器与控制电器，执行部件（进给伺服电动机、主轴电动机等）与控制部件（伺服驱动单元、PLC可编程控制器等）及其组成的数控机床自动控制线路为主线，力求使自己通过学习，了解和掌握数控机床电气控制原理、结构及初步设计的技能，并具有一定的数控机床电气控制设计的创新能力。 本文可作为数控专业同学们在机械制造、机电一体化、自动控制及其他相关专业同学共同学习数控技术的材料。 编者200812.01第一篇第一章数控设备及其工作原理的介绍1.1 数控设备的种类以及发展方向 车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。 给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如：从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。 我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。 我国目前各种门类的数控机床都能生产，水平参差不齐，有的是世界水平，有的比国外落后1015年，但如果国家支持，追赶起来也不是什么问题，例如：去年，沈阳机床集团收购了德国西思机床公司，意义很大，如果大力消化技术，可以缩短不少差距。大连机床公司也从德国引进了不少先进技术。上海一家企业购买日本著名的机床制造商池贝。 近几年随着中国制造的崛起，欧洲不少企业倒闭或者被兼并，如马毫、斯滨纳等。日本经济不景气，有不少在80年代很出名的机床制造商倒闭，例如：新泻铁工所。 六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前4名。 1.2 数控系统及驱动单元 由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。以下是驱动单元的种类： 1.NCU数控单元 SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Controlunit）单元：中央控制单元,负责NC所有的功能,机床的逻辑控制,还有和MMC的通讯 它由一个COM CPU板. 一个PLC CPU板和一个DRIVE板组成.根据选用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为NCU561.2,NCU571.2,NCU572.2,NCU573.2(12轴)，NCU573.2(31轴)等若干种，同样，NCU单元中也集成SINUMERIK840D数控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相应的数控软件和PLC控制软件，并且带有MPI或Profibus借口，RS232借口，手轮及测量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。2数字驱动q 数字伺服：运动控制的执行部分,由611D伺服驱动和1FT6(1FK6)电机组成 SINUMERIK840D配置的驱动一般都采用SIMODRIVE611D.它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块）。 电源模块：主要为NC和给驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和模块状态。根据容量不同，凡小于15KW均不带馈入装置，极为U/E电源模块；凡大于15KW均需带馈入装置，记为I/RF电源模块，通过模块上的订货号或标记可识别。611D数字驱动:是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用1FT6或者1FK6系列，编码器信号为1Vpp正弦波，可实现全闭环控制。主轴伺服电机为1PH7系列。3. PLC模块SINUMERIK810D/840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATIC S7-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块（Power Supply），接口模块（Interface Module）机信号模块（Signal Module）。的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。 最多8个SM模块SM.SMSMIMPSPS 最多四级 电源模块（PS）是为PLC和NC提供电源的+24V和+5V。接口模块（IM）是用于级之间互连的。信号模块（SM）使用与机床PLC输入/输出的模块，有输入型和输出型两种。1.3 硬件的接口1.840D系统的接口q 840D系统的MMC，HHU，MCP都通过一根MPI电缆挂在NCU上面，MPI是西门子PLC的一个多点通讯协议，因而该协议具有开放性，而OPI是840D系统针对NC部分的部件的一个特殊的通讯协议，是MPI的一个特例，不具有开放性，它比传统的MPI通讯速度要快，MPI的通讯速度是187.5K波特率，而OPI是1.5M。q NCU上面除了一个OPI端口外，还有一个MPI，一个Profibus接口，Profibus接口可以接所有的具有Profibus通讯能力的设备。Profibus的通讯电缆和MPI的电缆一样，都是一根双芯的屏蔽电缆。 X101 操作面板接口（OPI） X102 PROFIBUS接口 X112 预留接口（NCU与NCU通讯） X111 SIMATIC接口（IM361） X122 PC MPI接口(MPI) X121 I/O接口（电缆分配盒）H1/H2 错误和状态灯H3 段显示S1/S2 复位NMI按钮S3 NCK启动开关S4 PLC启动开关