数控机床及自动化生产机械是现代制造业的重要装备|机床市场采购网|
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数控机床及自动化生产机械是现代制造业的重要装备
& 工业机器人、数控机床及自动化生产机械是现代制造业的重要装备，以机器人为核心的自动化生产线已成为智能制造的关键；而影响机器人性能的关键零部件&&高端伺服电机，温岭工量刃具国产化率却几乎为零，一直困扰着国内智能制造业发展。中德磁业多年从事直流电机磁性材料的研究和制造，3年前转型投入伺服电机研发，目前已率先开发出国内第一条混合型伺服电机生产流水线和第一台机器人绕线机。
&&&&&&& 从一个电机的下游原材料制造商，转型为国际前沿的伺服电机自主研发企业，该公司负责人周育兴表示，研发团队3年间绘制万张图纸，反复试验无数次，研发出的交流永磁伺服电机日前经权威机构检测认定，居国际领先水平，可与日本、德国出产的伺服电机相媲美。
&&&&&&& 此次达成合作的香港固高科技，是全球领先的运动控制专家，之前使用的伺服电机均产自日本和欧美。在对中德磁业的伺服电机进行测试时，固高科技提出&稳定性好，定位精准，运动平稳&等专业要求。要求看似简单，却恰恰击中国产电机的软肋，但中德磁业以国际领先的分数槽集中绕组及机器人绕线技术，填补国内技术空白，最终赢得固高科技的青睐。
&&&&&&& 据悉，智能制造业融合智能与环保，被视作传统产业改造提升和战略性新兴产业发展的未来趋势。自动化控制作为智能制造业的重要突破口，孕育着巨大商机，仅我市龙湾、瑞安、平阳等机械制造基地，年需求量就超亿元。香港科技大学教授、固高科技总经理吴宏表示，此次双方合作集中在伺服电机及自动化控制器领域，力争通过战略开发，带动国内智能制造业的发展。
(来源:&机床市场采购网)
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机械设计制造及自动化毕业设计（论文）-数控多工位钻床设计（有全套图纸）.doc67页
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第一章数控机床概述
全套CAD图纸等,
加 各专业都有1.1
数控机床简介
数控机床的产生及其重要性
随着科学技术的飞跃发展,社会对产品多样化的要求日益强烈,产品更新越来越快,多品种、中小批量生产的比重明显增加。同时,随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长,复杂形状的零件越来越多,精度要求也越来越高。此外,激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短,传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件高效和高质量的加工要求。
数字控制机床,就是为了解决单件、小批量,特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而生产的。1947年,美国Parsons公司为了精确制造直升机翼、桨叶和直升机框架,开始探讨用三坐标曲线数据来控制机床的运动,并进行实验,加工飞机零件。1949年,为了能在短时间内制造出经常变更设计的零件,美国空军(U。S。AirForce)与Parsons公司签定了制造第一台数控机床的合同。1951年,美国麻省理工学院MIT(Massachusetts Instiute of Technology)承担了这一项目。1952年,MIT伺服机构研究所用实验室制造的控制装置和辛辛那提(Cincinnati Hydrotel)公司的立式铣床成功地实现了三轴联动数控运动,可控制铣刀进行连续空间曲面的加工,揭开了数控加工技术的序幕。随着不断的改进与完善,1955年,NC(数控)机床开始用于工业加工。
数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动检测以及精密机械等技术的最新成果而发展起来的完全新型的机床,它标志着机床工业进入了一个新的阶段。从第一台数控机床问世到现在40多年中,数控技术的发展非常迅速,使制造技术发生了根本性的变化,几乎所有品种的机床都实现了数控化。数控机床的应用领域也从航空工业
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中级工程师, 积分 1928, 距离下一级还需 3072 积分
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　　机床作为工作母机和维修工具，早已成为各个工业领域不可或缺的必要装备。数控机床的产生与发展，更是制造高质量、高效率、高一致性产品的有力保障。
随着人类社会的飞速发展与进步，各种新材料、新技术、新工艺、新结构、新配件不断涌现，各个领域不断提出新的要求，这一切都使得机床的结构、性能千变万化。计算机技术的高速发展又使得机床数控系统正在以更短的周期更新。
面对如此的形势，机床制造者在不断努力跟踪时代的步伐，机床的使用者、维修者也要努力跟上。为使读者及时了解数控机床的技术与知识，加深数控机床使用与维修理念上的认识，组织了此讲座，力图对读者有所帮助。
第1讲 一个新兴的工业领域--机床大修与数控化改造
　　机械制造业在世界经济发展中，作为基础产业，具有重要的地位。为此，各国的经济学家和企业家在不断探索新形势下的各种先进制造技术及制造业的发展战略。作为制造业核心的机床制造业则是支柱的基石，是任何行业都不可或缺的。
　　一、产生与发展的社会、经济基础
　　(1)我国现有的、数以万计的陈旧、落后的机床是机床大修与数控化改造行业产生的现实基
础我国是一个发展中国家，由于长期自身机制的不适应性，经济实力过低、技术落后、设备陈旧，极大地制约着国民经济的发展。为尽快改变我国机械制造业的落后状态，近二十多年来，我们在艰难地发展民族机床制造业的同时，
积极地引进了世界先进技术与设备。
一方面与世界先进机床制造厂合作，不断生产出具有世界先进水平的各类机床；另一方面直接购进了大量的各类机床。这一切都为我国国民经济的快速发展起到了巨大的作用。
　　但是，机床长期运转甚至超负荷使用，同时又缺少认真的维修与保养，造成机床严重磨损，丧失了精度；有些机床则由于企业人员及产品结构的改变，或由于技术力量不足而被长期闲置，需要使用时却发现早已锈迹斑斑，电控系统不能起动；
由于新产品制造的需要，
原有机床性能已不能满足使用要求，急需更新升级改造；由于世界计算机及网络技术的飞速发展，造成数控系统、驱动系统厂的产品更新加快，原有产品过早停产，给备件更换与维修带来一定困难；况且数控系统的使用寿命一般在5～10年，
而我国大多数机床都在超期服役。
这些诸多因素都需要对机床进行大修及数控化升级改造。
　　(2)新进的大批二手机床成为机床大修及数控化改造行业的催化剂自改革开放以来，许多企业引进了一大批国外淘汰的旧机床，虽然有一部分尚能满足使用要求，但是多数由于缺少经验、技术、资料及备件等因素，
造成虽廉价购进但却不能继续发挥作用而闲置的尴尬局面。
其中不乏有为改造后投入使用而引进的旧机床和生产线。这里多数的二手机床只要再有适当的资金投入，经过大修改造即可发挥作用。
　　(3)显著的经济效益是机床大修及数控化改造行业的发展动力 对于机床拥有者来说，只需花费购买相同新机床30%以下的费用即可获得相同的使用效果。根据国际该行业的记载，即使将原机床的结构性能进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床60%左右的价格。
　　对于机床大修改造业内公司来说，这不仅为他们的服务企业产生巨大社会经济效益，而且也是他们自身生存和发展的根本动力。
　　(4)机床大修及数控化改造的优势是该行业生存与发展的有利条件 旧机床的大修、翻新、升级改造与购买新机床相比，具有下列优势：
　　①交货期短。尤其是大型机床和特殊专用机床优势更加明显。
　　②性能更稳定。各基础件经长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度；各功能部件经长期磨合。功能稳定性可靠性好。
　　③设计风险小。新机床设计中带来的技术、方案风险在大修改造中几乎不存在。
　　④可以更充分地体现用户的意愿。用户与维修人员可以依照实际需要和机床长期使用情况，在大修改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进(包括增、改)意见，有权选择机械零部件、数控系统等电气设备的规格、型号、性能等。
　　⑤更有利于使用与维护。由于用户、维修人员不仅可以直接参与改造方案的制定，而且可以参与改造的全过程，可以直接获取各种技术信息，更深入地掌握机床的结构及性能特点，从而增强使用与维修的主动能力。
　　⑥可以更快地获取最新的更实用的备件。
　　⑦节省大量投资。
　　⑧降低投资风险。
　　(5)社会化、专业化趋势是机床大修及数控化改造行业的必由之路 旧机床的数控化改造和翻新不仅仅是当前经济转轨时期必要和重要的行为，而且是一个企业长期发展的战略措施。
　　当前，21世纪知识经济时代，我国大多数企业正面临着企业改制、转轨以进入市场经济，迅速融入国际竞争。这就需要我们企业的领导集中全部力量面对这些挑战。企业集团化和集团内部分散网络化、自治性、并行工作的新型组织、生产结构、敏捷制造技术、
虚拟制造技术、可持续制造技术、绿色制造技术等等一系列新的技术理论，
都需要下大力量去研究，以开发适销对路产品，提高对市场的快速反应能力；集中人力、财力、物力以提高本企业的市场竞争力，充分发挥自身的优势以最快速度创造出尽可能多的价值。因此，企业自身不可能再像过去计划经济体制下拥有大而全的维修队伍。而设备维修改造的社会化、
专业化也就不可避免地成为了大趋势。
　　国外机床的改造与翻新是近期发展起来的一个新兴产业，在先进国家已经形成了一定的规模和市场。而在我国，这一产业才刚刚兴起，按照应具备的条件来衡量还相距甚远。但是业内有识之士正在努力塑造自己、完善自己，相信不久的将来，一批具备一定条件和一定规模的机床改造、
翻新的专业化企业会成长起来。
　　二、大修改造方案的选择
　　此项工作如果能争得大修改造企业的技术支持可能会更好、更快些。
　　1.前期立项准备工作
　　(1)技术可行性分析 主要是瞄准改造目标及加工对象，对被改造机床进行结构、性能、精度等技术现状的全面分析。其中包括机床原来的结构设计是否合理；机床的基础部件和结构件是否仍然完好；普通机床改为数控机床，要考察各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用；
测量机床目前的各项精度与出厂精度进行对比，是否存在差距；
综合总结目前机床存在的一切故障和历史上出现过的重大故障。针对上述问题，对照改造目标和典型工件，编写改造任务书，做到改造后的机床达到一定的先进性和实用性。
　　(2)经济可行性分析 从实际可操作性出发列出几种应考虑的情况：从机床自身的价值考虑，分析要达到改造目标所需投入是否偏高；从该机床在本单位产品制造中的地位和重要程度来分析改造价值；从该机床的投入产出率估算，是否能较快收回投资，然后迅速产生较好效益；
机床改造后提高了机床精度，增加了功能，是否能使本单位产品提高水平，
或者能有利于开发新产品，从而获得附加效益。改造资金来源可靠。
　　(3)选择机床改造者 这是一个很关键的问题。选择得好，则能顺利完成改造任务，达到改
造目标；选择不好，不仅是机床改造的失败，而且浪费了资金和时间，影响生产。用户可根据后面讨论的机床改造应具备的条件来慎重选择。
　　2.技术方案准备
　　(1)机械及液压系统 作为机床的最终用户，厂方必须首先要确认，该机床机械及液压系统的状况。如：目前机床的精度，机械传动链的状况，丝杠、导轨的状况，有无重大故障等，以确定机床是大修、项修。如果是非数控机床要改为数控机床，
首先要考虑机械改装的可行性，最重要的是导轨的形式及滚珠丝杠的安装。再有就是机械传动机构的传动间隙与传动刚度是否符合数控机床的要求。
　　(2)电气系统 在做数控机床改造方案时，用户可以根据机床的状态及工艺要求来选择数控系统。其一，是选择数控制造厂商，目前世界上性能及信誉较好的有：西门子(德国)、发那科(日本)、三菱(日本)、NUM(法国)、FAGOR(西班牙)等。用户可在详细了解上述厂商数控系统的特点及性能价格比等指标的基础上，
与实施改造的工程公司一道，选择一个比较适合的数控系统。其　　
二，是根据机床的功能要求选择相应控制系统的类型，做到既能满足机床全部功能要求又不提高标准。
　　我们建议，在选择数控系统方面，要特别注意：一要尽量向一个著名厂家的型号系列靠拢。这样既有利于维修和管理，也利于备件的购买。千万不要把企业的数控系统搞成万国牌。二要清楚所选厂家在国内的维修服务状况，以免将来后患无穷。
　　数控系统选定之后，用户根据机床实际状况，决定更换或不更换驱动系统。若不更换，则必须确认老驱动系统与数控系统是否可以匹配。
　　对于机床测量系统，目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入，所以老机床所配的感应同步尺或旋转变压器等测量元件均需用增量式脉冲编码器、光栅尺代替。
　　对于外围电路，改造可采取的方案有两种：“接口型改造”，即保留外围继电器电路，只对NC、PLC进行改造，新PLC不参与外围电路控制，只处理NC所需的指令信号。此方案改造设计、调试工作量较小。另一种是“彻底改造”，在继电器逻辑较复杂，故障率较高，用户又能提供清楚逻辑图的情况下，
可用新NC所带的PLC将外围电路全部改造，简化了外围电路，又合理利用了PLC的控制能力。
此方案可大大简化硬件电路，大大提高可靠性，但改造设计、调试工作量较大。
　　(3)各部分安装形式的确定 其一，控制系统的安装常见的有悬挂式、柜式、台式等。安装方式的选定，直接决定各种连接电缆的走线方式和电缆长度，也关系到操作与维修的方便性。其二，驱动系统的安装，原则上只能采取电气柜内安装这一种方式，应考虑的因素有通风冷却，电缆走线方式及长度，
对其他电器的干扰等。其三，电动机的安装，根据机床的实际，
确定电动机的安装方式：①法兰式，②底座式，③带底座法兰式，再加上轴伸方向、电动机接线盒的位置等，这些由电动机的订货辅助参数确定。其四，测量系统的安装，如选择电动机内装编码器的结构方式，电动机安装一确定，它也就确定了；外装式需要有弹性联轴节、安装卡子、电缆走线方向及长度等的考虑；
对于光栅尺，安装的问题则应重视，除安装可行性外，定尺、动尺的安装配合、安装精度、温度影响等均需考虑。
　　三、项目的实施
　　1.施工队伍的选择
　　机床大修改造方案设计的好坏，大修改造成果的优劣，除了经济因素外，很大程度上依赖于施工队伍的素质。这是一项很重要的工作，参与项目施工的公司应具备下列条件。
　　(1)完整、高效的技术支持体系 关键是人的因素。该公司应具备一支包括机械、电气、液压、工艺工装等全方位的、具有多年丰富的设计、制造、装配、调试工作经验的工程师队伍，同时还应有一支能打硬仗的现场施工队伍。这种工作模式是当今市场的经济条件下的流行模式。
　　(2)适应市场经济条件下的经营管理模式 关键还是人的因素。摈弃计划经济条件下企业管理中的一切阻碍发挥每个人积极性的组织形式和管理方法，组建起能快速响应市场需求的企业结构，并在市场经济的发展中不断改进、完善，同时还要考虑该公司的规模、资金状况等诸多因素。
　　2.硬件定货
　　经过如上的全面考虑，施工队伍已选定，技术方案的细节确定，订货清单即可列出。用户和工程公司可本着相互信任的态度，从降低成本和保证可靠性两方面综合考虑，确定国内外定货清单，并签订正式改造合同。在定货进行的同时，工程人员即可开始着手进行系统机械大
修、项修及电气软件编制、实验室调试工作。
　　3.现场调试
　　这是改造能否成功的关键环节，工程人员在这一阶段完成机、电联调，数控系统的最终调试、驱动系统的参数最佳化调节等工作，并为验收作准备。
　　4.试加工验收
　　通常有两个内容：标准样件的试切削，按照国际标准，不同类型的机床都有相应的标准试切削程序；机床精度的校验，根据各厂测量水平的高低，采用相应手段，有条件的用户可采用激光干涉仪进行测量，这样机床位置测量系统的补偿可采用得到的数据，从而提高机床精度。
　　5.资料、培训及保修
　　在验收工作结束之后，还需要进行技术资料整理、归档并提供给用户，还要对用户进行技术
培训及保修工作。
旧机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形势下将大批故障机床尤其是一大批进口的数控机床、精密机床和二手设备进行改造、升级，以较小的投入尽快使这些设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的课题。
第3讲 数控机床电气维修技术(中)
　　二、维修工作的基本条件
　　数控机床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一 旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电气故障，所以电气维修更为重要。 ?
　　1.人员条件
　　数控机床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。
　　(1)首先是有高度的责任心和良好的职业道德。
　　(2)知识面要广。要学习并基本掌握有关数控机床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括上节所讲的基本数控知识。
　　(3)应经过良好的技术培训。数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控机床的技术培训，首先是参加相关的培训班和机床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。
　　(4)勇于实践。要积极投入数控机床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。
　　(5)掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。
　　(6)学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。
　　(7)掌握一门外语，特别是英语。起码应做到能看懂技术资料。
　　2.物质条件
　　(1)准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。
　　(2)非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。
　　(3)必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。
　　(4)每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。
　　(5)数控机床使用、维修技术档案材料。
　　3.关于预防性维护
　　预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作。
　　(1)人员安排 为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。
　　(2)建规建档 针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。
　　(3)日常保养 对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容(如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等)及各功能部件和元气件的保养周期(每日、每月、半年或不定期)。
　　(4)提高利用率 数控机床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低机床精度，油路系统的 堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由数以 万计的电子元器件组成的，他们的性能和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓“磨合”阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动机床则会较快完成“磨合”任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命 阶段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下，机床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在8～10年左右。
　　因此，在没有加工任务的一段时间内，最好较低速度下空运行机床，至少也要经常给数控系统通电，甚至每天都应通电。
　　三、维修与排故技术
　　1.常见电气故障分类
　　数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。
　　(1)以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障，需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障则是数控系统软件的缺损甚至丢失，这就只有与生产厂商或其服务机构联系解决了。
　　(2)以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序，时实监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。机床制造者也会针对具体机床设计有相关的故障指示及诊断说明书。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述两种诊断程序的不完整性所致(如开关不闭合、接插松动等)。这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果，并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。
　　(3)以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障，损坏工 件甚至机床的故障，维修时不允许重演，这时只能根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析来排除之，技术难度较高且有一定风险。如果可能会损坏工件，则可卸下工件，试着重现故障过程，但应十分小心。
　　(4)以故障出现的或然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的 条件则一定会产生的确定的故障；而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障，这类故障的分析较为困难，通常多与机床机械结构的局部松动错位、部分电气工件特性漂移或可靠性降低、电气装置内部温度过高有关。此类故障的分析需经反复试验、综合判断才可能排除。
　　(5)以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。在这种情况下，机床虽 能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节，然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。
此处故障的分类是为了便于故障的分析排除，而一种故障的产生往往是多种类型的混合，这 就要求维修人员具体分析，参照上述分类采取相应的分析、排除法。
第5讲 SINUMERIK 810 T/M的维修(上)
　　一、SINUMERIK 810T/M的结构
　　SINUMERIK 810T/M是西门子的一个中档数控系统。为了使用户更好地了解和使用该系统，首先从维修的角度向用户介绍其硬件及软件构成，再结合维修实例向用户讲解如何排除一些常见故障。
　　1.810T/M的硬件构成
　　SINUMERIK 810T/M数控系统的主要部件如图1所示。
　　其主要模块有：
　　(1)带协处理器的CPU板(6FX1138-5BB**)，是数控系统的核心。其中主要包括NC与PC的CPU、实际值寄存器、工件程序存储器、引导指令输入器(启动芯片)及两个串行通用接口。系统只有一片中央处理器(Intel 80186)，为NC与PC的CPU所共用，从而降低了成本，简化了整机结构。
　　(2)位置控制模块(6FX1121-4BA**)，是数控系统对机床的进给轴与主轴实现位置反馈闭环控制的接口。它对每个控制轴的位置反馈信号进行拾取、监控、计数与缓冲，通过总线到CPU模块的实际值寄存器，同时将数控系统对各轴的控制指令模拟量(0～+/-10V,2mA)及相应轴的调节释放信号到相应的待服单元。系统要求的位置反馈元件是数字式的增量位移传感器。
　　(3)系统程序存储板(6FX1121-1BA)基主要功能是插接系统程序，存储器子模块(EPROM)。6F X11218-1BA模块还可带有32kB静态RAM存储器作为工件程序存储器的扩展，扩充容量相当于 80m穿孔带
　　(4)接口板(6FX1121-2BA**)，有下述功能：
　　①实现与系统操作面板和机床控制面板的接口。
　　②通过I/O总线输入/输出模块以及手轮控制模块实现接口。
　　③可以连接两个快速测量头(用于工件和刀具的检测)。
　　④插接用户数据存储器(带电池的6kB RAM存储器子模块)。
　　(5)文字、图形处理器板(6FX1151-1BA**)，其主要功能是进行文字和图形显示处理 ，输出高分辨率的隔行扫描信号，给CRT显示器的适配单元。
　　(6)单元模块(6EV3055-OBC)，包括电源启动逻辑控制，输入滤波，开关式稳压电源(24V/5V )及风扇监控等。
　　2.数据结构
　　数据结构如表1所示，相互的关系由图2的框图说明之。
　　①询问调查　在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场 故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等，减少往返时间。
　　②现场检查　到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实 初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。
　　③故障分析　根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原 则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使 用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。
　　④确定原因　对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是 一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。
　　⑤排故准备　有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准 备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。
　　数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因 ，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。
　　(1)直观检查法 这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。
　　①询问 向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析 判断过程中可能要多次询问。
　　②目视　总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、 刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等 。
　　③触摸　在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。
　　④通电　这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。
　　(2)仪器检查法 使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等 进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的 相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC 编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
　　(3)信号与报警指示分析法
　　①硬件报警指示　这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。
　　②软件报警指示　如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
　　(4)接口状态检查法　现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。
　　(5)参数调整法　数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、 不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。
　　(6)备件置换法　当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。备件板的更换要注意以下问题。
　　①更换任何备件都必须在断电情况下进行。
　　②许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一 定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。
　　③某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这 一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。
　　④有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢 失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。
　　鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤 之后再动手，以免造成更大的故障。
　　(7)交叉换位法　当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。
　　(8)特殊处理法　当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。
　　3.电气维修与故障的排除
　　这是排故的第二阶段，是实施阶段。
　　如前所述，电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法 在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。
　　(1)电源　电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢 失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。我们在设计数控机床的供电系统时应尽量做到：
　　①提供独立的配电箱而不与其他设备串用。
　　②电网供电质量较差的地区应配备三相交流稳压装置。
　　③电源始端有良好的接地。
　　④进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线(N)与接地(PE)严格分开。
　　⑤电柜内电器件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离。
　　(2)数控系统位置环故障
　　①位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。
　　②坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。
　　(3)机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标 记移位；回零减速开关失灵。
　　(4)机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很 大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。
　　(5)偶发性停机故障。这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问 题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰(电网或周边设备)、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开 的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。
　　本文由于篇幅所限不做更多的介绍，读者可参阅数控机床的随机资料及其他专门介绍各种故 障的文章。
　　4.维修排故后的总结提高工作
　　对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。
　　总结提高工作的主要内容包括：
　　①详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉 及到的相关电路图、相关参数和相关软件，其间错误分析和排故方法也应记录并记录其无效的原因。除填入维修档案外，内容较多者还要另文详细书写。
　　②有条件的维修人员应该从较典型的故障排除实践中找出常有普遍意义的内容作为研究课题 进行理论性探讨，写出论文，从而达到提高的目的。特别是在有些故障的排除中并未经由认真系统地分析判断而是带有一定地偶然性排除了故障，这种情况下的事后总结研究就更加必要。
　　③总结故障排除过程中所需要的各类图样、文字资料，若有不足应事后想办法补济，而且在 随后的日子里研读，以备将来之需。
　　④从排故过程中发现自己欠缺的知识，制定学习计划，力争尽快补课。
　　⑤找出工具、仪表、备件之不足，条件允许时补齐。
　　总结提高工作的好处是：
　　①迅速提高维修者的理论水平和维修能力。
　　②提高重复性故障的维修速度。
　　③利于分析设备的故障率及可维修性，改进操作规程，提高机床寿命和利用率。
　　④可改进机床电气原设计之不足。
　　⑤资源共享。总结资料可作为其他维修人员的参数资料、学习培训教
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数控机床维修改造系列讲座
第6讲 SINUMERIK 810 T/M的维修(下)
西门子(中国)有限公司 (100028) 张泰华
　　二、810T/M常见故障及排除方法
　　1.荧光屏无显示(设备运行一段时间后的黑屏)
　　在使用手册810T/M的设备中，荧光屏无显示是常见的一种故障，尤其在潮湿气候下，关机较 长时间后，更为突出。主要是由于备用电池无电引起的；也有少部分是由于硬件损坏造成的。广大用户所希望的是如何能准确而快速地判断出故障原因。下面以个人遇到和处理该故障的经验，编制了流程图(图3)，供大家参考。
　　流程图说明：
　　(1)在机床正常工作时，请将上讲表1中的Ⅱ/Ⅲ类即系统使用者/机床使用者的数据备份。
　　(2)所有板的插拔都要在断电情况下进行。
　　2.回参考点问题
　　(1)回参考点的目的为什么要回参考点呢?不回参考点行不行呢?简单地说，回参考点是为了每次上电开机后，在机床上建立一个唯一的坐标系。尤其当810T/M安装在一般的中档以上机床时，回参考点是必不可少的。对于那些低档数控机床由于功能要求不同亦可不回参考点。
　　(2)回参考点的过程图4为回参考点时轴运动与信号的变化过程。当某一个轴开始回参考点，其接触开关信号有“0-1-0”(在810T/M中是Q108.4为第一轴回零信号，Q112.4为第二轴回零信号...)或者(即1-0-1)的变化后，810T/M的位置环等候从编码器中零脉冲(Zero Mark)的发出。当接到该脉冲信号后再移动2mm的距离该轴停下来，并确认回参考点过程完成，由于在开关信号变化后的零脉冲在机床上是唯一的，所以建立的坐标系是唯一的。
　　(3)有时为什么回不了参考点这个问题有两种可能：
　　①接近开关坏了。在回参考点的过程中，虽然机床撞了回零挡块，但Q108.4/Q112.4...无信号变化，则回零肯定要失败。解决的办法是让接触开关运动，要使对应的Q108.4/Q112.4等有变化；若无变化须排除相应的故障。
　　②虽然Q108.4/Q112.4等有信号变化，但仍未在该停的位置上停下来，则位控环或零脉冲有问题了。请围绕零脉冲的接收问题，检查接收故障所在。
　　(4)有时为什么回不准(原点在不同的位置)当你明白了回参考点的过程后，这个问题就相对简单了。这主要是由于回零的接触开关挡块松动变化了(编码器安装在电动机上)，或光学读数头松了(光栅尺为位置检测环)，请检查和紧固这两个元件。
　　3.轴振动问题
　　轴振动的原因一般可分为电气和机械两种：
　　(1)电气原因引起的振动在调试或使用过程中，如果当驱动的KV(增益)过大或TN(相应时间)过小时，控制环会引起电动机振荡，当电动机地线接地不好；驱动器相位及输出电压不稳也会引起振荡，这当然是一个通用问题。
　　关键是作为整个系统，在驱动中有KV，在810T/M中也有KV；所以要有先调驱动KV后调整810T/M及整个控制环KV的概念。
　　(2)机械安装不当带来的振动在水平轴安装时，要求丝杠中心和电动机中心同心。如果丝杠和电动机安装时不同心，则当电动机运行时，会产生振荡。而这种振动的现象与电气原因引起的振动无太大区别，仅起因不同，那么如何来区分是何种原因呢?
　　比较简单的办法是将电动机和丝杠脱开，如还振荡则是电气原因造成的。如电动机与丝杠未 连接，则不振荡，若连接时就振荡，那么电动机与丝杠不同心是其振荡的主要原因，这需要机械工程师配合使其同心，问题即可解决!
　　4.机械精度变化带来的问题
　　(1)机械精度与电气精度的匹配当机床用了较长的一段时间，则其机械精度一定比新机床的精度要差。当然差别有多大，取决于机床的制造质量和机床的使用条件。不管怎样，使用了若干年后的机床，其机械精度与电气精度之间的配合是会变化的(往往机械误差变化大于电气精度误差)，当大于一定程度甚至超过电气精度允许的范围，则整个机床就会出现故障。如当轴运动时不能达到预定位置，LED灯总亮。要解决这个问题有两种可能：
　　①调整机械精度。即尽量恢复原机械精度，这一般来说工作量较大。
　　②在精度允许的范围内，放大电气监控精度。具体在810T/M中是调整NC-MD204＊(粗定位轮廓监控)，这相对工作量少一些，但它是以牺牲一定精度为代价的!
　　(2)机械间隙过大的问题当机床上每个轴如经常往复运动，且时间较长后，其丝杠与螺母间隙会越来越大；而反应到系统上则是伺服驱动总处在不断地寻找平衡点(类似于小幅输出震荡)，这个问题解决的有效方法是将丝杠副中的丝杠与螺母的间隙调整到尽量小的范围内，当然这需要机械工程师的配合。
　　5.NC程序的编制与调试过程的若干问题
　　(1)刀补问题西门子810T/M的刀补使用起来还是较简单的，首先在刀补存储器里所对位的T＊及D＊中输入各刀具的相关补偿参数(如几何长度)，然后在NC程序中调用相应的T＊及D＊，但这并不意味着刀补就能生效，使用时要注意以下几点：
　　①在NC程序中调用T＊、D＊时还应选择刀补平面(G17/G18/G19)，这同时也就决定了在哪个轴进行长度补偿，当然在该轴方向要有运动。
　　②在选择了刀具半径(刀尖半径)偏置G41/G42时，在有G01/G0轴运动后，刀具半径补偿可生效。
　　③G40仅取消刀具半径补偿，而不取消长度补偿，取消长度补偿和刀具半径补偿应使用D00。
　　(2)零偏问题零点偏置也是NC零件程序的一个重要部分。在810T/M中，可以通过零点偏置 将机床坐标系偏移到所希望的工作零点上，要注意的是设定零点偏置在使用时的不同：
　　①可设定零点偏置使用时，需将设定值从面板上输入到G54/G55/G56/G57中，当你在程序中 未写任何一个(G5*)可设定零点偏置，则G54自动被调用，而G54到G57的任何一个都可相互替代在NC程序中的作用，一旦调用就一直有效，直到下一个可设定零点偏置被调用。
　　②可编程零点偏置G58/G59是在程序中将偏置值加入，则各偏置之间的关系如图5所示。
　　6?数据备份(机床档案)
　　(1)电池问题西门子0T/M的用户数据在关电源时是有电池提供支持的，正如前面所说电池使用时间的长短取决于机床的使用环境、电池的质量等因素，尤其当电池已使用较长一段时间，机床又要停若干天(如春节等休假)时，应在休假前就换上电池。当然电池应在此基础上810T/M通电情况下进行更换。
　　(2)数据备份及传送机床正常工作时，应将NC机床数据、PLC机床数据、PLC程序及加工程序，通过COM接口将它们传到磁盘中保存。因为这些数据与机床电气分配连线图一起是该机床的电气档案，非常重要。通常是机床制造厂家就应做好备份，机床使用者在验收机床时，这是其中验收的一部分内容。如果该机床未带这些备份数据，机床使用者应将该工作补充做好。
　　如何将这些数据进行备份，并在需要时回传。作为该机床的维护修理者应具备硬件设备(计 算机及V24通讯软件和电缆)并掌握如下操作步骤，这对保证机床的工作状态非常重要。
　　在810T/M中SD为COM1的设定：
　　在PCIN(西门子提供的V24通讯软件)中：
　　BAURATE：9600
　　PARITY：EVEN
　　2：STOPBITS
　　7：DATABITS
　　BINFILE：OFF
　　7.伺服驱动及位控环
　　(1)轴的控制回路在810T/M中，一个轴的控制回路基本上可由图6来描述，当回路中的任意一个部件出现问题(如位控板、驱动器、电动机、电缆及位移检测器——编码器或光栅尺)时，且又运动该轴时，都会出现报警Control Loop Hardware.
　　(2)各部分的检测(替代法)当出现了硬件回路报警后，如何来判断是哪部分出问题呢?这在工作现场(机床上)最好的办法是替代法。当然用备件最好，没有备件只能用其他控制回路的部件来替代怀疑出问题的部件，直到找出有问题的部件。
此次还没有讲完，以衙有机会我会接着来，其中有些电路及操作面板图形卡未能上传显示出来，请大家原谅！
我叼着烟,还以为含着笔!
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