数控机床的维护方法
数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护。数控机床的维护方法主要是以下几方面。
1、制订数控系统日常维护的规章制度：
根据各种部件特点，确定各自保养条例。如明文规定哪些地方需要天天清理(如CNC系统的输入/输出单元——光电阅读机的清洁，检查机械结构部分是否润滑良好等)，哪些部件要定期检查或更换(如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次)。
2、应尽量少开数控柜和强电柜的门：
因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的`外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。
3.定时清扫数控柜的散热通风系统：
应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高(一般不允许超过55℃)，造成过热报警或数控系统工作不可靠。
4.经常监视数控系统用的电网电压：
FANUC公司生产的数控系统，允许电网电压在额定值的85%～110%的范围内波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。
5.定期更换存储器用电池：FANUC公司所生产的数控系统内的存储器有两种：
(1)不需电池保持的磁泡存储器。
(2)需要用电池保持的CMOSRAM器件，为了在数控系统不通电期间能保持存储的内容，内部设有可充电电池维持电路，在数控系统通电时，由 5V电源经一个二极管向CMOSRAM供电，并对可充电电池进行充电当数控系统切断电源时，则改为由电池供电来维持CMOSRAM内的信息，在一般情况下，即使电池尚未失效，也应每年更换一次电池，以便确保系统能正常工作。另外，一定要注意，电池的更换应在数控系统供电状态下进行。
6.数控系统长期不用时的维护：
数控机床不宜长期封存不用，购买数控机床以后要充分利用，尤其是投入使用的第一年，使其容易出故障的薄弱环节尽早暴露，得以在保修期内得以排除。为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下两点：
(1)要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下在没有加工任务时，数控机床也要定期通电，最好是每周通电1-2次，
(2)每次空运行1小时左右，以利用机床本身的发热量来降低机内的湿度，使电子元件不致受潮，同时也能及时发现有无电池报警发生，以防止系统软件、参数的丢失。
数控机床维修的基本功
常用的数控机床维修方法：数控设备维修是一项很复杂、技术含量很高的一项工作，数控设备与普通设备有较大的差别。1、利用数控系统的自诊断功能一般CNC系统都有较为完备的自诊断系统，无论是发那科系统还是西门子系统，数控系统上电初始化时或运行中均能对自 身或接口做出一定范围的自诊断。维修人员应熟悉系统自诊断各种报警信息。根据说明书进行分析以确定故障范围，定位故障元器件，对于进口的数控系统一般只能 定位到板级，其片级维修一般可依靠各数控系统的厂家售后维修部门。2、利用PLC程序的逻辑查找。现在一般CNC控制系统均带有PLC控制器，大多为内置式PLC控制。维修人员应根据梯形图对机床控制电器进行分析，在CRT上直观地看出CNC系统I/O的状态。通过PLC程序的逻辑分析，进口泵方便地检查出问题存在部位，如FANUC-OT系统中自诊断页面等。根据图纸PLC梯图进行分析，定位机床与CNC系统接口故障，以确定故障部位是机械、电器、液压还是气动故障。3、与当场的操作人员充分沟通
数控机床的常见故障及维护是是什么？
数控机床维修的基本功
在我国，随着现代制造业的发展，数控机床的应用越来越普遍，社会急需数控机床维修高级技能人才。要学好数控机床维修，首先要熟悉数控系统及其接口与连接，这是数控机床维修的基本功。
数控机床根据功能和性能的要求配置不同的数控系统。数控系统是数控机床的核心，包括数控装置、进给伺服驱动单元、主轴驱动单元、可编程控制器、显示装置及操作面板、通信装置和辅助控制装置。目前，我国数控机床行业占据主导地位的有日本的FANUC(发那科)、德国的SIEMENS(西门子)、我国的华中等公司的数控系统及相关产品。
数控装置的接口是数控装置与数控系统的功能部件(主轴模块、进给伺服模块、PLC模块等)和机床进行信息传递、交换和控制的端口。接口在数控系统中占有重要的位置。不同功能模块与数控系统相连接，不能直接连接，必须通过接口电路连接起来。无论是哪种数控系统，数控装置常用接口一般可以分为五大类：电源接口、通信接口、伺服控制接口、主轴控制接口和输入输出接口。
本文以FANUC-0i Mate C数控系统和华中HNC-21数控系统为例，结合作者多年的实际维修经验，介绍数控装置的常用接口及其应用，以便于读者掌握典型数控系统的组成及功能连接，为数控系统的维修奠定良好的基础。
二、FANUC-0i Mate C数控系统接口
自1965年以来，FANUC一直致力于工厂自动化产品CNC的开发。公司采用了先进的开发手段及先进的生产制造设备，为全世界的机械工业提供了高性能、高可靠性的众多的系列数控产品和智能机械。图1为FANUC-0i Mate C系统单元接口图，图2为FANUC-0i Mate C数控系统连接图。
(一)电源接口
CP1：系统直流24V.输入电源接I21，一般与机床侧的DC24V稳压电源连接。
(二)通信接口
JD36A：RS-232-C串行通信接口(0、1通道)。
JD36B：RS-232-C串行通信接口(2通道)。
(三)伺服控制接口
CPl0A：系统伺服高速串行通信FSSB接口(光缆)，与伺服放大器的CP10B连接。CA69：伺服检测板接口，此接口维修时使用。
(四)主轴控制接口
JA7A：串行主轴/主轴位置编码器信号接口。当主轴为串行主轴时，与主轴放大器的JA7B连接，实现主轴模块与C C系统的信息传递当主轴为模拟量主轴时，该接口又是主轴位置编码器的主轴位置反馈信号接口。
JA40：模拟量主轴的速度信号接口，CNC系统输出的速度信号(0～10V)与变频器的模拟量频率设定端相连接。
(五)输入输出接口
JD44A：外接的`I/O卡或I/O模块信号接口(I/O link控制)。
CA55：系统MDI键盘信号接口。
CN2：系统操作软键信号接口。
三、华中HNC-21数控系统接口
华中世纪星HNC-21系列数控单元(HNC-21T、HNC-21M)采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC机，配置7.5英寸彩色液晶显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PIC接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能，具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点，主要应用于小型车、 铣 加工中心。
(一)电源接口
XS1：电源接口。管脚1、5 为AC24V1
AC2472，交流24V 电源，也可用DC24V 电源供电。管脚2、4为+24V、24VG，直流24V 电源。管脚6为PE，安全地。
调试数控机床时，数控系统上电前，调试人员需要测试管脚1、5或管脚2、4的电源电压，确认是否为DC24V或AC24V。另外，当我们怀疑数控系统输入电源类故障时，也需要进行此操作。
(二)通信接口
1.XS2：外接PC键盘接口。
2.XS3：以太网接口。
3.XS4：软驱接口。
4.XS5：RS232接口。串行数据通信时使用，运用此接口可与PC机进行数据交换，完成参数、PLC、程序等的上传下载。
(三)伺服控制接口
1.XS30~XS33：模拟式、脉冲式、步进式进给轴控制接口。管脚14、7、15、8分别为CP+、CP-DIR+ 、DIR-
步进式进给轴控制时，CP+、CP-代表输出指令脉冲，脉冲的频率和数量控制步进电机的转速和转角大小DIR+、DIR一代表输出指令方向，控制步进电机的转向。步进式进给轴控制属开环系统，无反馈。脉冲式进给轴控制时，脉冲指令接口有3种类型：单脉冲(又称脉冲+方向)方式、正交脉冲(又称AB相脉冲)方式和正反向脉冲(又称双脉冲)方式，不同工作方式下CP、DIR的含义如表1所示。
单脉冲方式中，CP为脉冲信号，DIR为方向信号正交脉冲方式中，CP与DIR的相位差为脉冲信号，CP与DIR的相位超前和落后关系决定电动机的旋转方向正反向脉冲方式中，CP为正转脉冲信号，DIR为反转脉冲信号。
管脚6为OUTA，模拟电压输出，用于模拟式进给轴控制。
脉冲式和模拟式进给轴控制属闭环控制，有反馈，以下是与反馈有关的管脚。
管脚4、5和管脚12、13都是DCSV电源，所不同的是管脚12、13是外围输入给数控系统的电源，而管脚4、5是数控系统提供给编码器的电源。
管脚1、9、2、10、3、11分别为A+、A-、B+、B-、Z+、Z-。管脚1、9和管脚2、10是伺服码盘A、B相位反馈信号，A、B相位差9O。，用于辨向。管脚3、11是伺服码盘Z脉冲反馈信号，用于每转产生一个基准脉冲，又称零脉冲，它是轴旋转一周在固定位置上产生的一个脉冲，在伺服码盘上用于精确确定机床的参考点。
2.XS40~XS43：串行式HSV-l1型伺服轴控制接口。管脚2、3分别为数据接收RXD和数据发送TXD，管脚5为GND地。
(四)主轴控制接口
xS9：主轴控制接口。管脚6、14为主轴模拟量AOUT1、AOUT2，管脚7、8、15为模拟量输出地GND。AOUT1、GND输出-10V +1OV 电压给变频器，来控制主轴转速，而AOUT2、GND则输出0～+10V电压。我们根据实际所需选取相应的管脚。
管脚4、5和管脚12、13都是DC5V电源，所不同的是管脚12、13是外围输入给数控系统的电源，而管脚4、5是数控系统提供给编码器的电源。管脚1、9、2、10、3、l1分别为SA+、SA-、SB+、SB-、SZ+、SZ-。管脚1、9和管脚2、1O是主轴码盘A、B相位反馈信号，A、B相位差90，用于辨向。管脚3、11是主轴码盘z脉冲反馈信号，用于每转产生一个基准脉冲，在主轴码盘上用于螺纹加工以及主轴定向等。
(五)输入输出接口
1.XSIO、XS11：输入开关量接口。每个输入开关量接口有25个管脚。以XS10接口为例，其中管脚3为空，管脚1、2、14、15为24VG，即外部开关量直流24V电源地。管脚13、25、12、24、11、23、10、22、9、21、8、20、7、19、6、18、5、l7、4、16分别为IO～I19，共支持2O个输入点，分别对应输入开关量X0.0～X2.3。同样，XS11接口也支持2O个输入点，分别对应输入开关量X2.4～X4.7。
2.XS20、XS21：输出开关量接口。每个输出开关量接口有25个管脚。以XS20为例，其中管脚5为空，管脚1、2、14、15为24VG，即外部开关量直流24V电源地。管脚3、l6为OTBS1、OTBS2，连接超程解除按钮。管脚4、17为ESTOP1、ESTOP2，连接急停按钮。管脚13、25、12、24、11、23、1O、22、9、21、8、2O、7、19、6、18分别为OO～O15，共支持16个输出点，分别对应输出开关量Y0.0～Y1.7。同样，XS21接口也支持16个输出点，分别对应输出开关量X2.0～ X3.7。
可通过测量管脚4、17，来判断急停按钮通断。也可通过测量3、16，来判断超程解除按钮的通断。这在维修中，在处理急停类和超程类故障时是非常有用的方法。
3.XS6：远程I/O板接口。数控机床结构越复杂、控制功能越多，随之受控对象越多，所需的外部开关量就越多。当XS10、11、2O、21接口不能满足我们的需要时，可使用XS6远程I/O板接口进行扩展。
4.XS8：手持单元接口。手持单元接口共有25个管脚。其中管脚25、13为+5V、5VG，即手摇直流5V 电源。管脚24、12为手摇A相HA和手摇B相HB。这些是手持单元最基本的管脚。
另外，手持单元若带有手持急停按钮和坐标轴选择、增量倍率选择等功能，其管脚这样分配的：管脚1、2、14、15为24VG，管脚3、16为+24V，为开关量提供直流24V 电源管脚4、l7为ESTOP2、ESTOP3，连接手持单元急停按钮管脚9、21、8、20、7、19、6、18分别为I32～I39，对应输入开关量X4.0～X4.7管脚11、23、1O、22分别为028～O31，对应输出开关量Y3.4～Y3.7。
需要注意的是，若手持单元中使用了以上输入、输出开关量管脚，则XS11、XS21接口中相同的开关量管脚就不再使用，以免重复。另外，若手持单元没有急停按钮，则一定要将本接口中的4、17管脚短接，否则系统将处于急停，不能复位。对于数控机床调试、维修人员来说了解并会应用这些都是很重要的。
2、按故障类型分类
按照机床故障的类型区分，故障可分为机械故障和电气故障。
（1）机械故障
这类故障主要发生在机床主机部分，还可以分为机械部件故障、液压系统故障、气动系统故障和润滑系统故障等。
例如一台采用SINUMERIK810系统的数控淬火机床开机回参考点、走X轴时，出现报警1680“SERVOENABLETRAV．AXISX"，手动走X轴也出现这个报警，检查伺服装置，发现有过载报警指示。根据西门子说明书产生这个故障的原因可能是机械负载过大、伺服控制电源出现问题、伺服电动机出现故障等。本着先机械后电气的原则，首先检测X轴滑台，手动盘动X轴滑台，发现非常沉，盘不动，说明机械部分出现了问题。将X轴滚珠丝杠拆下检查，发现滚珠丝杠已锈蚀，原来是滑台密封不好，淬火液进人滚珠丝杠，造成滚珠丝杠的锈蚀，更换新的滚珠丝杠，故障消除。
（2）电气故障
电气故障是指电气控制系统出现的故障，主要包括数控装置、PLC控制器、伺服单元、CRT显示器、电源模块、机床控制元件以及检测开关的故障等。这部分的故障是数控机床的常见故障，应该引起足够的重视。
3、按数控机床发生的故障后有无报警显示分类
按故障产生后有无报警显示，可分为有报警显示故障和无报警显示故障两类。
（1）有报警显示故障
这类故障又可以分为硬件报警显示和软件报警显示两种。
1)硬件报警显示的故障。硬件报警显示通常是指各单元装置上的指示灯的报警指示。在数控系统中有许多用以指示故障部位的指示灯，如控制系统操作面板、CPU主板、伺服控制单元等部位，一旦数控系统的这些指示灯指示故障状态后，根据相应部位上的指示灯的报警含义，均可以大致判断故障发生的部位和性质，这无疑会给故障分析与诊断带来极大好处。因此维修人员在日常维护和故障维修时应注意检查这些指示灯的状态是否正常。
2)软件报警显示的故障。软件报警显示通常是指数控系统显示器上显示出的报警号和报警信息。由于数控系统具有自诊断功能，一旦检查出故障，即按故障的级别进行处理，同时在显示器上显示报警号和报警信息。
软件报警又可分为NC报警和PLC报警，前者为数控部分的故障报警，可通过报警号，在《数控系统维修手册》上找到这个报警的原因与怎样处理方面的内容，从而确定可能产生故障的原因；后者的PLC报警的报警信息来自机床制造厂家编制的报警文本，大多属于机床侧的故障报警，遇到这类故障，可根据报警信息，或者PLC用户程序确诊故障。
（2）无报警显示的故障
这类故障发生时没有任何硬件及软件报警显示，因此分析诊断起来比较困难。对于没有报警的故障，通常要具体问题具体分析。遇到这类问题，要根据故障现象、机床工作原理、数控系统工作原理、PLC梯形图以及维修经验来分析诊断故障。
例如一台数控淬火机床经常自动断电关机，停一会再开还可以工作。分析机床的工作原理，产生这个故障的原因一般都是系统保护功能起作用，所以首先检查系统的供电电压为24V，没有间题；在检查系统的冷却装置时，发现冷却风扇过滤网堵塞，出故障时恰好是夏季，系统因为温度过高而自动停机，更换过滤网，机床恢复正常使用。
又如一台采用德国SINUMERIK810系统的数控沟槽磨床，在自动磨削完工件、修整砂轮时，带动砂轮的Z轴向上运动，停下后砂轮修整器并没有修整砂轮，而是停止了自动循环，但屏幕上没有报警指示。根据机床的工作原理，在修整砂轮时，应该喷射冷却液，冷却砂轮修整器，但多次观察发生故障的过程，却发现没有切削液喷射。切削液电磁阀控制原理图如图所示，在出现故障时利用数控系统的PLC状态显示功能，观察控制切削液喷射电磁阀的输出Q4.5，其状态为“1”，没有问题，根据电气原理图它是通过直流继电器K45来控制电磁阀的，检查直流继电器K45也没有问题，接着检查电磁阀，发现电磁阀的线圈上有电压，说明问题是出在电磁阀上，更换电磁阀，机床故障消除。
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