常州轻工职业技术学院 数控机床故障诊断及维护课程授课教案 NO:13 授课日期 授课班级03机电33103机电332 课是 5 INUMERIK810数控系统的故障诊断及维护 授课类型 讲授 课时数 教学 目的 重点 难点 教具 挂图 教学过程 教学方法 及 主要教学内容 的运用 时间分配 标准型数控系统(又称全功能数控系统)功能齐全,一方面表 现在它们能适应不同的控制要求,有丰富的软件支持;另一方面 它们通常有良好的人机界面,较高的智能化程度,能帮助使用者 处理很多信息,使编程操作都变得简单:再就是系统的开放性, 能通过通信功能与计算机网络互通信息。本章通过对 SINUMERIK810数控系统硬件和软件的阐述,说明该系统故障诊 断及维护的特点和方法,这对其他数控系统的故障诊断及维护也 有一定的指导意义。 1系统组成及特点 SINUMERIK810系统是西门子公司80年代推出的数控产 品,按功能分有:810T,810M,810G,810N。按型号有810(GAI), 810(GA2),810(GA3)。即810I、Il、Ⅲ型机。810系统为紧凑型 连续轨迹数控装置,适用于低、中档功能的中小型机床,具有良 好的性能价格比,可安装在机床的任何部位 表1810系统三种型号的差别 控制轴数 来动轴数 扩展 NC存储容量 810(GA1 小型EU 810(CA2) 小型EU T、M 与 SINUMERIK810系统配套的有 SIMATIC S5系列的PLC SIMODRIVE61A交流驱动装置,1FT5、1FT6伺服电动机和 IPH5、1PH6主轴电动机等
1 常州轻工职业技术学院 数控机床故障诊断及维护 课 程 授 课 教 案 NO: 13 授课日期 授课班级 03 机电 331 03 机电 332 课题 5INUMERIK 810 数控系统的故障诊断及维护 授课类型 讲 授 课时数 教 学 目 的 重 点 难 点 教 具 挂 图 教学过程 及 时间分配 主 要 教 学 内 容 教学方法 的运用 标准型数控系统(又称全功能数控系统)功能齐全，一方面表 现在它们能适应不同的控制要求，有丰富的软件支持；另一方面 它们通常有良好的人机界面，较高的智能化程度，能帮助使用者 处理很多信息，使编程操作都变得简单；再就是系统的开放性， 能 通 过 通 信 功 能 与 计 算 机 网 络 互 通 信 息 。 本 章 通 过 对 SINUMERIK 810 数控系统硬件和软件的阐述，说明该系统故障诊 断及维护的特点和方法，这对其他数控系统的故障诊断及维护也 有一定的指导意义。 1 系统组成及特点 SINUMERIK 810 系统是西门子公司 80 年代推出的数控产 品，按功能分有：8l0T， 810M，810G，810N。按型号有 810(GAl)， 810(GA2)，810(GA3)。即 810 I、II、III 型机。8l0 系统为紧凑型 连续轨迹数控装置，适用于低、中档功能的中小型机床，具有良 好的性能价格比，可安装在机床的任何部位。 表 1 810 系统三种型号的差别 与 SINUMERIK 810 系统配套的有 SIMATIC S5 系列的 PLC、 SIMODRIVE 611A 交流驱动装置，1FT5、1FT6 伺服电动机和 lPH5、1PH6 主轴电动机等
11 SINUMERIK810T数控系统简介 SINUMERIK810T是车床专用数控系统,操作简单,性能可 适用于各种类型的数控车床。具有如下特点 1.1.1系统功能 l)9n单色显示器。 2)内装机床控制面板(轴选择开关、点动对刀、快速进给段主 轴速度设定等)。 3)最多可控制6个轴(2个主轴,4个进给轴;或1个主轴,5 个进给轴)。 4)内装可编程序控制器 5)两个手轮接口可供选择 6)可选不同脉冲量的编码器。 7)测量系统误差补偿o 8)丝扛螺距误差补偿。 9)反向间隙补偿。 10)刀具补偿功能o l1)工件保护功能 12)自诊断功能 13)和PC机通信的RS23C接口。 1.1.2工艺特性 1)进给速度0.01-4m/min 2)进给量lum精度。 3)在自动和手动方式下编程,具有S、M、T、H等功能 4)恒定的切削速度。 5)螺纹刃削0.001-40mm/r 6)可等螺距或变螺距切削。 7)主轴最高转速可达16000r/mm。 8)齿轮换档时,主轴摆动 113PLC特点 810T带有内装式PLC可编程控制器,采用STEP5编程语言, 具有三种编程方式(梯形图、逻辑图和语句表),并可相互转换 1)输入瀚输出点最多可扩展到384个。 2)可在PC机上进行PC编程 3)PLC程序最大可扩展至16K。 4)显示屏上可显示PLC的状态和报警信息 5)在自动方式下,从PLC自动调用主程序和子程序。 1.1.4操作和编程 1)可在操作面板上直接输入加工程序 2)可在PC机上编辑加工程序,并可通过通信接口输入和输出 加工程序 3)最大程序存储器容量可扩展至128K字节
2 1.1 SINUMERIK 810T 数控系统简介 SINUMERIK 810T 是车床专用数控系统，操作简单，性能可 靠，适用于各种类型的数控车床。具有如下特点： 1.1.1 系统功能 1)9in 单色显示器。 2)内装机床控制面板(轴选择开关、点动对刀、快速进给段主 轴速度设定等)。 3)最多可控制 6 个轴(2 个主轴，4 个进给轴；或 1 个主轴，5 个进给轴)。 4)内装可编程序控制器。 5)两个手轮接口可供选择： 6)可选不同脉冲量的编码器。 7)测量系统误差补偿 o 8)丝扛螺距误差补偿。 9)反向间隙补偿。 10)刀具补偿功能 o 11)工件保护功能。 12)自诊断功能。 13)和 PC 机通信的 RS232C 接口。 1.1.2 工艺特性 1)进给速度 0.01—44m／min。 2)进给量 1um 精度。 3)在自动和手动方式下编程，具有 S、M、T、H 等功能。 4)恒定的切削速度。 5)螺纹刃削 0.001—40mm/r。 6)可等螺距或变螺距切削。 7)主轴最高转速可达 16000r／mm。 8)齿轮换档时，主轴摆动。 1.1.3 PLC 特点 810T 带有内装式 PLC 可编程控制器，采用 STEP 5 编程语言， 具有三种编程方式(梯形图、逻辑图和语句表)，并可相互转换。 1)输入/输出点最多可扩展到 384 个。 2)可在 PC 机上进行 PLC 编程。 3)PLC 程序最大可扩展至 16K。 4)显示屏上可显示 PLC 的状态和报警信息。 5)在自动方式下，从 PLC 自动调用主程序和子程序。 1.1.4 操作和编程 1)可在操作面板上直接输入加工程序。 2)可在 PC 机上编辑加工程序，并可通过通信接口输入和输出 加工程序。 3)最大程序存储器容量可扩展至 128K 字节
4)最多可存200个加工程序。 5)由于810是多通道结构,可在加工时,同时编程和进行程 序的输入、输出 6)具有蓝图编程功能、倒角和圆角自动插入、多点连接 7)圆弧半径直接编程 8)具有示教、录返功能。 9)在JOG方式下,同时使两个轴移动 10)程序输入时用图形引导 I〕调试加工程序时可采用图形模拟功能 12)程序试运行 13)插补后沿轮廓重复运动 14)自动搜索程序段到中断点位置。 5)软件限位开关 16)工作区域限制。 17)每个坐标轴可存储四个零点偏置。 18)顶置、设定参考点 19CNC编程具有参数功能,共有1000个R参数,可实现程 序跳转、数据传送、数学及逻辑运算等功能。 20)轮廓编程和刀尖半径轨迹补偿。 21)车削专用循环、螺纹加工循环、切槽循环及测量循环 12系统构成 121硬件结构 SINUMERIK80系统的硬件结构紧凑,整机体积仅与一台 14in电视机相当。图7-1为810系统背面外观图,正面可参阅绪 论中的图0-1。图7-2为系统的硬件结构框图。 a· ② 图7-1 SINUMERIK810数控系统外观图(背面) 1一视频接口模块2—CPU模块3一接口模块 4一存储器模块5-位置辖制模块(测量模块)6一电源模块
3 4)最多可存 200 个加工程序。 5)由于 810 是多通道结构，可在加工时，同时编程和进行程 序的输入、输出。 6)具有蓝图编程功能、倒角和圆角自动插入、多点连接、 7)圆弧半径直接编程。 8)具有示教、录返功能。 9)在 JOG 方式下，同时使两个轴移动。 10)程序输入时采用图形引导。 11)调试加工程序时可采用图形模拟功能。 12)程序试运行。 13)插补后沿轮廓重复运动。 14)自动搜索程序段到中断点位置。 15)软件限位开关。 16)工作区域限制。 17)每个坐标轴可存储四个零点偏置。 18)顶置、设定参考点。 19)CNC 编程具有参数功能，共有 1000 个 R 参数，可实现程 序跳转、数据传送、数学及逻辑运算等功能。 20)轮廓编程和刀尖半径轨迹补偿。 21)车削专用循环、螺纹加工循环、切槽循环及测量循环。 1.2 系统构成 1.2.1 硬件结构 SINUMERIK 8l0 系统的硬件结构紧凑，整机体积仅与—台 14in 电视机相当。图 7—1 为 810 系统背面外观图，正面可参阅绪 论中的图 0—1。图 7—2 为系统的硬件结构框图。 图 7—1 SINUMERIK 810 数控系统外观图(背面) 1 一视频接口模块 2—CPU 模块 3 一接口模块 4 一存储器模块 5--位置辖制模块(测量模块) 6 一电源模块
系统程序子模块 [ 232/TTY 外车机来差制面板 测量头棱口 联统序存锦器模块 I/O千模块 手轮子模块 总线Ⅲ 区的2 又区x 位重控制模块 X区L 位贺反34 风扇Nc4ON 至作面 图7—2 SINUMERIK80数控系统硬件结构框图 系统硬件主要由以下几部分组成 (1)CPU模块(6FX1138)该模块是数控系统的核心,主要包 括CNC与PLC的CPU、实际值寄存器、工件程序存储器、引导 指令输入器(起动芯片)及两个串行通信接口。系统只有一片中央 处理器(ntel80186),为CNC与PLC的CPU所共用。 (2)位置控制模块(6FX1121—4BA02或4BB02)又称测量模 块,该模块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进行拾取、监控、计数 与缓冲,通过总线送到CPU模块的实际值寄存器,同时将数控系 统对各轴的模拟量控制指令(-10~+10v)及使能信号送到相应轴的 驱动装置。数控系统要求位置反馈元件是数字式的增量位移传感 器,如光栅、光电脉冲编码器等,其中4BB02具有内装的脉冲整 形插值器(EXE)。 (3)系统程序存储器模块(6FXII28)该模块的主要功能是 插接系统程序存储器子模块( EPROM,同时还可带32K静态RAM 存储器作为零件加工程序存储器的扩展,扩展容量相当于80m穿 孔带。 (4)接口模块(6FX121)该模块通过10总线与输入助出于 模块(6FX14)及手轮控制子模块(6FX116),实现与系统操作面 板和机床操作而板的接口。另外还可以连接两个快速测量头(用于 工件和刀具的检测)及插接用户数据存储器(带电池的16KROM 存储器子模块)。 (5)文字、图形处理器模块(6FX1151)该模块的主要功能 是进行文字和图形的处理,输出高分辨李的隔行扫描信号给显示 器的适配单元。 (6)电源模块(6EV3055)该模块包括电源起动逻辑控 制、输入滤波、开关式稳压电源(24V/5V)及风扇监控等
4 图 7—2 SINUMERIK 8l0 数控系统硬件结构框图 系统硬件主要由以下几部分组成： (1)CPU 模块(6FX1138) 该模块是数控系统的核心，主要包 括 CNC 与 PLC 的 CPU、实际值寄存器、工件程序存储器、引导 指令输入器(起动芯片)及两个串行通信接口。系统只有一片中央 处理器(Intel 80186)，为 CNC 与 PLC 的 CPU 所共用。 (2)位置控制模块(6FX1121—4BA02或4BB02) 又称测量模 块，该模块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进行拾取、监控、计数 与缓冲，通过总线送到 CPU 模块的实际值寄存器，同时将数控系 统对各轴的模拟量控制指令(-10~+10v)及使能信号送到相应轴的 驱动装置。数控系统要求位置反馈元件是数字式的增量位移传感 器，如光栅、光电脉冲编码器等，其中 4BB02 具有内装的脉冲整 形插值器(EXE)。 (3)系统程序存储器模块(6FX11l28) 该模块的主要功能是 插接系统程序存储器子模块(EPROM)，同时还可带32K静态RAM 存储器作为零件加工程序存储器的扩展，扩展容量相当于 80m 穿 孔带。 (4)接口模块(6FX1121) 该模块通过 10 总线与输入助出于 模块(6FX1124)及手轮控制子模块(6FX1126)，实现与系统操作面 板和机床操作而板的接口。另外还可以连接两个快速测量头(用于 工件和刀具的检测)及插接用户数据存储器(带电池的 16K ROM 存储器子模块)。 (5)文字、图形处理器模块(6FX1151) 该模块的主要功能 是进行文字和图形的处理，输出高分辨李的隔行扫描信号给显示 器的适配单元。 (6)电源模块(6EV3055) 该模块包括电源起动逻辑控 制、输入滤波、开关式稳压电源(24V／5V)及风扇监控等
1.2.2内装型可编程控制器(PLC 系统带有一个内装型的可编程控制器,用于实现与机床的接 口和电气控制。PLC的等级和允许的指令范围与 SIMTIC S5 101U可编程控制器相当,编程语言为STEP5。PLC与CNC间的 信号传递如图7-3所示 外用户操作面板 外部用户控制面板 PLC PC操作系统「入输出 操作监视 H腰E 出错/状态 vDI倍号 M、S、T 零件程序 辅助功能 可程序控制 M译码 静态/动态 M信号 外部数据 控制 机床致据 反馈信号驱动信号 图7-3PLC与CNC之间的信号传递 图中,VD信号是CNC将其信号状态通过接口输入给PLC, 再由PLC程序进行处理,其中包括:程序运行、CNC报警以及 辅助状态信号等。PLC的用户程序可以编为两个程序块:PB1 与PB2(或FBl与FB2),其中PBl(FBl)是循环处理程序,用于实 现数控系统和机床间的信号交换、辅助功能输出和机床的电气控 制。数控系统起动后,PLC周而复始地扫描执行这个程序块,并 在每次扫描结束时,向CNC和机床侧输出执行结果。PB2(FB2) 是以中断控制方式处理的程序块,一般用于处理某种特定功能 块的长度有限制。合理、巧妙地编制这两个程序块可以充分利用 PLC功能,从而使机床控制线路大为简化,同时提高系统的可靠 PLC与机床的接口通过输入场出于模块来实现,最多可 以有128点输入(24V直流),64点输出(其中48点为+24v直流
5 1.2.2 内装型可编程控制器(PLC) 系统带有一个内装型的可编程控制器，用于实现与机床的接 口和电气控制。PLC 的等级和允许的指令范围与 SIMTIC S5— 101U 可编程控制器相当，编程语言为 STEP 5。PLC 与 CNC 间的 信号传递如图 7—3 所示。 图 7-3 PLC 与 CNC 之间的信号传递 图中，VDI 信号是 CNC 将其信号状态通过接口输入给 PLC， 再由 PLC 程序进行处理，其中包括：程序运行、CNC 报警以及 辅助状态信号等。 PLC 的用户程序可以编为两个程序块：PB1 与 PB2 (或 FBl 与 FB2)，其中 PB1(FB1)是循环处理程序，用于实 现数控系统和机床间的信号交换、辅助功能输出和机床的电气控 制。数控系统起动后，PLC 周而复始地扫描执行这个程序块，并 在每次扫描结束时，向 CNC 和机床侧输出执行结果。PB2(FB2) 是以中断控制方式处理的程序块，一般用于处理某种特定功能， 块的长度有限制。合理、巧妙地编制这两个程序块可以充分利用 PLC 功能，从而使机床控制线路大为简化，同时提高系统的可靠 性。 PLC 与机床的接口通过输入场出于模块来实现，最多可 以有 128 点输入(24V 直流)，64 点输出(其中 48 点为+24v 直流