数控维修实训指导书.docx

数控维修实训指导书
FANUC 0imateC/0iC型数控系统

顾拥军 顾海 编写

二00九年八月

目 录

项目一 FANUC 0imate/0i系统的基本连接
项目二 系统数据的传输
项目三 机床参数的设置实验
项目四 伺服驱动单元的调试及故障诊断
项目五 主轴变频单元的调试及故障
项目六 机床主轴的概念及主轴编码器的安装与故障诊断
项目七 PLC编程练习
项目八 机床回参考点
项目九 丝杆螺距误差补偿
项目十 外围机床故障模拟与诊断
项目十一 刀架控制原理及调试
项目十二 数控机床全闭环控制（配光栅尺）

项目一
FANUC Oi C/0i mate C数控系统的基本连接
一、实训目的
1、了解FANUC数控系统的各基本单元
2、了解FANUC数控系统的硬件连接
二、实训设备
1、RS-SY-0i C/0i mate C数控机床综合实验系统。
三、基础知识

目前FANUC出厂的0iC/0i-Mate-C包括加工中心/铣床用的0IMC/0i-Mate-MC 和车床用的0iTC/ 0i-Mate-TC，各系统一般配置如下：
系统型号
用于机床
放大器
电机
０iC
最多4 轴
０iMC
加工中心，铣床
αi 系列的放大器
αi,αIs 系列
０iTC
车床
αi 系列的放大器
αi,αIs 系列
0i Mate C
最多3 轴
０i Mate MC
加工中心，铣床
βi 系列的放大器
βi, βIs 系列
０i Mate TC
车床
βi 系列的放大器
βi, βIs 系列
注意：对于0i Mate-C, 如果没有主轴电机, 伺服放大器是单轴型(SVU), 如果包括主轴电机，放大器是一体型(SVPM)。

1、FANUC Oi-C及FANUC 0I Mate-C系统构成：
FANUC Oi-C系统可控制4个进给轴和一个伺服主轴（或变频主轴）。它包括基本控制单元、伺服放大器、伺服电机等。
FANUC 0I Mate-C系统可控制3个进给轴和一个伺服主轴（或变频主轴）。它包括基本控制单元、伺服放大器、伺服电机和外置I/O模块等。
FANUC 0i C/0i mate C控制单元接口见下图

注意:
１. FSSB 光缆一般接左边插口。
2 . 风扇，电池，软键，MDI 等一般都已经连接好，不要改动。
3. 伺服检测[CA69]不需要连接。
4. 电源线可能有两个插头，一个为＋24V 输入(左)，另一个为+24V 输出(右)。具体接线为（1-24V,2-0V,3-地线）。
5. RS232 接口是和电脑接口的连接线。一般接左边（如果不和电脑连接，可不接此线）。
6. 串行主轴／编码器的连接，如果使用FANUC 的主轴放大器，这个接口是连接放大器的指令线，如果主轴使用的是变频器（指令线由JA40 模拟主轴接口连接），则这里连接主轴位置编码器（车床一般都要接编码器，如果是FANUC 的主轴放大器，则编码器连接到主轴放大器的JYA3）。
7. 对于I/O Link［JD1A］是连接到I/O 模块或机床操作面板的，必须连接。
8. 存储卡插槽（在系统的正面），用于连接存储卡，可对参数，程序，梯形图等数据进行输入／输出操作，也可以进行DNC加工。
2、FANUC OiC/0i mate C整个系统间的部件连接

3、FANUC I/O LINK 连接
1)0i 用I/0 单元

2)0i mate 用I/0 单元

4、系统电源的接通顺序
按如下顺序接通各单元的电源或全部同时接通。
（1）、机床的电源（200VAC）。
（2）、伺服放大器的控制电源（200VAC）。
（3）、I/O 设备；显示器的电源；CNC 控制单元的电源（24VDC）。

5、系统电源的关断顺序
按如下顺序关断各单元的电源或全部同时关断。
（1）、I/O 设备； CNC 控制单元的电源（24VDC）。
（2）、伺服放大器的控制电源（200VAC）。
（3）、机床的电源（200VAC）。
四、训练内容
1、系统电源的连接
2、系统与外围设备的连接
3、系统与主轴变频器的连接
4、系统与伺服放大器的连接
5、实验台上线路的连接
6、系统的通电

五、操作步骤
1、系统电源的连接
a.在各个伺服模块的L1、L2、L3 端子上同时接入交流200V 的电压，CXA19A 插头上接入DC24V
的电压；
b.在系统基本单元的CP1，I/O 模块的CP1 插头上接入DC24V 的电源。

2、系统与外围设备的连接
a.系统基本单元的JA7A 插头通过电缆连接到主轴位置编码器接口；
b.系统基本单元的JD1A 插头通过I/O LINK 电缆连接到外置I/O 模块。

3、系统与主轴变频器的连接
a.系统基本单元的JA40 插头连接到变频器的指令输入口；
b.在变频器R、S、T 端子上接入220V/380V 电压，端子上接入正、反转信号，U、V、W 端子上接
入电机动力线。
4、系统与伺服放大器的连接
a.系统基本单元的COP10A 插头通过光缆连接到伺服单元的COP10B。
b.伺服单元的U、V、W 端子上接入伺服电机的动力线。
c.伺服单元的CX30 插头上接入急停信号。
d.伺服单元的CX29 插头上接入控制驱动主电源的接触器线圈。
e.伺服单元的CX19 插头上接入驱动控制电源24VDC

5、实验台上线路的连接

6、系统的通电
通电前的线路检查
·用万用表ACV 档测量AC200V 是否正常：断开各变压器次级，用万用表ACV 档测量各次级电压
是否正常，如正常将电路恢复。
·用万用表DCV 档测量开关电源输出电压是否正常（DC24V）：断开DC24V 输出端，给开关电源供
电，用万用表DCV 档测量其电压，如正常即可进行下一步。
·断开电源，用万用表电阻档测量各电源输出端对地是否短路。
·按图纸要求将电路恢复。

六、思考题
1、伺服驱动器有哪些信号与数控系统相连？分别起什么作用？
伺服单元的COP10B 插头通过光缆连接到系统基本单元的COP10A,系统对驱动的控制信号和电机的编码器反馈信号都是通过光缆进行传输的。

2、数控系统内置可编程控制器起什么作用？
PLC 主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，它接受数控装置的控制代码M（辅助功能）、S（主轴转速）、T（选刀、换刀）等顺序动作信息，对其进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作；它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床动作，另一方面将指令送往数控装置用于加工过程的控制。

项目二 FANUC 数控系统数据的传输
一、实训目的：
1、掌握FANUC 0i C/0i mate C 系统的数据传输方法。

二、实训设备：
1、RS-SY-0i C/0i mate C 数控机床综合实验系统
2、计算机（电脑）及RS232 串行通讯电缆

三、基础知识：
1、有关RS232 口参数的含义
（1）PRM0000

ISO 0：用EIA 代码输出
1：用ISO 代码输出

（2）PRM0020：选择I/O 通道
0：通道1
1：通道1
2：通道2

（3）PRM0101

NFD 0：输出数据时，输出同步孔。
1：输出数据时，不输出同步孔。
ASI 0：输入时，用EIA 或ISO 代码。
1：用ASCII 代码。
SB2 0：停止位是1 位。
1：停止位是2 位。

（4）PRM0102：输入/输出设备的规格号
0：RS232C(使用代码DC1-DC4)
1：FANUC 磁泡盒
2：FANUC Floppy cassette adapter F1
3：PROGRAM FILE Mate,FANUC FA card adapter,FANUC Floppy cassette
adapter,FANUC Handy file,FANUC SYSTEM P-MODEL H
4：RS232C(不使用代码DC1-DC4)
5：手提式纸带阅读机
6：FANUC PPR，FANUC SYSTEM P-MODEL G，FANUC SYSTEM P-MODEL H

（5）PRM0103：波特率（设定传送速度）
1：50 5：200 9：2400
2：100 6：300 10：4800
3：110 7：600 11：9600
4：150 8：1200 12：19200

2、RS232 串行通讯电缆的连接
严禁在通电状态下插拔通讯电缆，防止烧口。

四、训练内容
1、输入输出用参数的设定
2、输出CNC 参数
3、输入CNC 参数
4、输出零件程序
5、输入零件程序

五、操作步骤
1、输入输出用参数的设定
（1）按实验一的方法设定如下参数：
PRM0000 设定为00000010
PRM0020 设定为0
PRM0101 设定为00000001
PRM0102 设定为0（用RS232 传输）
PRM0103 设定为10（传送速度为4800 波特率），设定为11（传送速度为9600 波特率）

2、输出CNC 参数
（1）选择EDIT（编辑）方式。
（2）按SYSTEM 键，再按PARAM 软键，选择参数画面。
（3）按（OPRT）软键，再按连续菜单扩展键。
（4）启动电脑侧传输软件处于等待输入状态。
（5）系统侧按PUNCH 软键，再按EXEC 软键，开始输出参数。同时画面下部的状态显示上的
“OUTPUT”闪烁，直到参数输出停止，按RESET 键可停止参数的输出。

3、输入CNC 参数
（1）进入急停状态。
（2）按数次SETTING 键，可显示设定画面。
（3）确认[参数写入=1]。
（4）按菜单扩展键。
（5）按READ 软键，再按EXEC 软键后，系统处于等待输入状态。
（6）电脑侧找到相应数据，启动传输软件，执行输出，系统就开始输入参数。同时画面下部的状态显示上的“INPUT”闪烁，直到参数输入停止，按RESET 键可停止参数的输入。
（7）输入完参数后，关断一次电源，再打开。

4、输出零件程序
（1）选择EDIT（编辑）方式。
（2）按PROG 键，再按[程序]键，显示程序内容。
（3）先按[操作]键，再按扩展键。
（4）用MDI 输入要输出的程序号。要全部程序输出时，按键O-9999。
（5）启动电脑侧传输软件处于等待输入状态。
（6）按PUNCH 键，EXEC 键后，开始输出程序。同时画面下部的状态显示上的“OUTPUT”闪烁，直到程序输出停止，按RESET 键可停止程序的输出。

5、输入零件程序
（1）选择EDIT（编辑）方式。
（2）将程序保护开关置于ON 位置。
（3）按PROG 键，再按软键[程序]，选择程序内容显示画面。
（4）按软键OPRT，连续菜单扩展键。
（5）按软键READ，再按EXEC 软键后，系统处于等待输入状态。
（6）电脑侧找到相应程序，启动传输软件，执行输出，系统就开始输入程序。同时画面下部的状态显示上的“INPUT”闪烁，直到程序输入停止，按RESET 键可停止程序的输入。

六、思考题
1、当要求以9600 的波特率传送数据时，相应的参数应该怎么修改？

2、用计算机的RS232 口输入输出参数时，系统应该处于什么方式？

项目三 机床参数的设置
一、实训目的
1、了解机床参数在数控机床调试中的应用。

二、实训设备
1、RS-SY-0i C/0i mate C 数控机床综合实验系统。

三、基础知识
1、参数的分类
FANUC 0I 系统主要包括以下参数：有关“SETTING”的参数、有关阅读机/穿孔机接口的参数、有关轴控制/设定单位的参数、有关坐标系的参数、有关储存行程检测参数、有关进给速度的参数、有关伺服的参数、有关显示及编辑的参数、有关编程的参数、有关螺距误差补偿的参数、有关主轴控制的参数、有关软操作面板的参数、有关基本功能的参数。

2、参数的含义(这里只介绍几种，具体查看FANUC 0I 参数使用说明书)
参数8130:总控制轴数(设定了此参数时,要切断一次电源)。

参数8131(设定了此参数时,要切断一次电源)。
HPG 手轮进给是否使用。
0：不使用
1：使用
FID F1 位的进给是否使用。
0：不使用
1：使用
EDC 外部加减速是否使用。
0：不使用
1：使用
AOV 自动拐角倍率是否使用。
0；不使用
1：使用

参数8132(设定了此参数时,要切断一次电源)。
TLF 是否使用刀长寿命管理。
0：不使用
1：使用
BCD 是否使用第2 辅助功能。
0：不使用
1：使用
LXC 是否使用分度工作台分度。
0：不使用
1：使用
SPK 是否使用小直径深孔钻削循环。
0；不使用
1：使用
SCL 是否使用缩放。
0：不使用
1：使用

参数8133(设定了此参数时,要切断一次电源)。

SSC 是否使用恒定表面切削速度控制。
0：不使用
1：使用
SCS 是否使用Cs 轮廓控制。
0：不使用
1：使用
SYC 是否使用主轴同步控制。
0：不使用
1：使用

参数8134(设定了此参数时,要切断一次电源)。
IAP 是否使用图形对话编程功能。
0：不使用
1：使用

四、训练内容
1、显示参数
2、用MDI 设定参数
3、基本功能参数的设置

五、操作步骤
1、参数显示的操作步骤：
（1）、按MDI 面板上的功能键SYSTEM 一次后，再按软键[PARAM]选择参数画面。
（2）、参数画面由多面组成。通过（a）(b)两种方法显示需要显示的参数所在的面面。
（a）有翻面键或光标移动键，显示需要的页面。
（b）从键盘输入想显示的参数号，然后按软键[NO.SRH]。这样可显示包括指定参数所在的页面，
光标同时在指定参数的位置（数据部分变成反转文字显示）。

2、用MDI 设定参数的操作步骤：
（1）将NC 置于MDI 方式或急停状态。

（2）用以下步骤使参数处于可写状态。
(a)按SETTING 功能键一次或多次后，再按软键[SETTING]，可显示SETTING 画面的第一页。
(b)将光标移至“PARAMETER WRITE”处。
(c)按[OPRT]软键显示操作选择软键。
(d)按软键[ON：1]或输入1，再按软键[INPUT]，使“PARAMETER WRITE”=1。这样参数成为可写
入状态，同时CNC 发生P/S 报警100（允许参数写入）。

（3）按功能键SYSTEM 一次或多次后，再按软键[PARAM]，显示参数画面。

（4）显示包含需要设定的参数的画面，将光标置于需要设定的参数的位置上。

（5）输入数据，然后按[INPUT]软键。输入的数据将被设定到光标指定的参数中。

（6）若需要则重复步骤（4）和（5）。

（7）参数设定完毕。需将参数设定画面的“PARAMETER WRITE=”设定为0，禁止参数设定。

（8）复位CNC，解除P/S 报警100。但在设定参数时，有时会出现P/S 报警000（需切断电源），
此时请关掉电源再开机。

3、基本功能参数的设置，步骤如下：
（1）按步骤1 的方法显示参数8130。

（2）按步骤2 的方法将参数8130 设定为2（车床）、设定为3（铣床）。

（3）按步骤1 的方法显示参数8131。

（4）按步骤2 的方法将参数8131 设定为0（用手轮）、设定为1（不用手轮）。

（5）按步骤1 的方法显示参数8133。

（6）按步骤2 的方法将参数8133 设定为0（不使用恒定表面切削速度）、设定为1（使用恒定表面切削速度）。

（7）按步骤1 的方法显示参数8134。

（8）按步骤2 的方法将参数8134 设定为0（不使用图形对话编程功能）、设定为1（使用图形对
话编程功能）。

六、思考题
1、请说明系统报警P/S000 和P/S001 的含义？
P/S000 参数可写入
P/S001 需要重新启动使参数生效

2、如果机床在切削时使用恒定表面切削速度控制不起作用,应该首先检查哪个参数?
检查参数8133(设定了此参数时,要切断一次电源)。
SSC 是否使用恒定表面切削速度控制。
0：不使用
1：使用

项目四 伺服驱动单元的调试和故障诊断
一、实训目的
1、了解伺服驱动单元的调试过程。
2、掌握伺服驱动单元的故障排除方法。

二、实训设备
1、RS-SY-0i C/0i mate C 数控机床综合实验系统

三、 基础知识
1、有关伺服参数的含义
参数1010：CNC 控制轴数。
参数1020：各轴的编程名称

参数1022：基本座标系中各轴的顺序

参数1023：各轴的伺服轴号。
参数1825：各轴的伺服环增益。
参数1826：各轴的到位宽度。
参数1827：设定各轴切削进给的到位宽度。
参数1828：各轴移动中的最大允许位置偏差量。
参数1829：各轴停止中的最大允许位置偏差量。

2、诊断画面的显示
（1）按SYSTEM 键。
（2）按[诊断]软键、显示诊断画面。
3、伺服相关诊断号的含义
诊断号200：

OVL：发生过载报警。（详细内容显示在诊断号201 上）。
LV：伺服放大器电压不足的报警。
OVC：在数字伺服内部，检查出过流报警。
HCA：检测出伺服放大器电流异常报警。
HVA：检测出伺服放大器过电压报警。
DCA：伺服放大器再生放电电路报警。
FBA：发生了断线报警。
OFA：数字伺服内部发生了溢出报警。
诊断号201：

当诊断号200 的OVL 为1 时
ALD：1：电机过热。
0：伺服放大器过热。
当诊断号200 的FBA 为1 时

诊断号203：

PRM：数字伺服侧检测到报警，参数设定值不正确。

诊断号204：

OFS：数字伺服电流值的A/D 转换异常。
MCC：伺服电磁触器的接点熔断了。
LDA：LED 表明串行编码器异常。
PMS：由于反馈电缆异常导致的反馈脉冲错误。

4、伺服报警号的含义（具体参考系统维修说明书）
报警号417：当第n 轴处在下列状况之一时发生此报警。
（1）参数2020 设定在特定限制范围以外。
（2）参数2022 没有设定正确值。
（3）参数2023 设定了非法数据。
（4）参数2024 设定了非法数据。
（5）参数2084 和参数2085（柔性齿轮比）没有设定。
（6）参数1023 设定了超出范围的值或是设定了范围内不连续的值，或设定隔离的值。
（7）PMC 轴控制中，扭矩控制参数设定不正确。

报警号5136：与控制轴的数量比较，FSSB 认出的放大器的数量不够。

报警号5137：FSSB 进入了错误方式。

报警号5138：在自动设定方式，还没完成轴的设定。

报警号5139：伺服初始化没有正常结束。

四、 训练内容
1、伺服驱动单元的正常调试过程；
2、伺服参数设置异常实验；
3、伺服串行总线故障的实验；

五、操作步骤
1、伺服驱动单元的正常调试过程
（1）检查系统、伺服驱动单元和电机的连接是否正确（可参考项目一），然后通电。
（2）伺服参数的初始化
①在紧急停止状态，接通电源。
②按下面顺序，显示伺服参数的设定画面。按SYSTEM 键、扩展键、SV.PARA 键。
③使用光标，翻页键，输入初始设定时必要的参数。
a.初始设定位2000
#3（PRMCAL）1：进行参数初始设定时，自动变成1。
#1（DGPRM）0：进行数字伺服参数的初始化设定。
1：不进行数字伺服参数的初始化设定。
#0（PLC01）0：使用PRM2023，2024 的值。
1：在内部把PRM2023，2024 的值趁乘10 倍。
b.电机ID 号，对应参数2020，设定为各轴的电机类型号。
c.任意AMR 功能，对应参数2001（设定为00000000）。
d.CMR（指令倍乘比）,对应参数1820。
e.关断电源，然后再打开电源。
f.进给齿轮比N/M（F.FG）。
g.移动方向，对应参数2022，正方向（设定为111），反向（设定为-111）。
h.速度脉冲数，对应参数2023，设定为8192。
i.位置脉冲数，对应参数2024，设定为12500。
j.参考计数器，对应参数1821，设定为各轴的参考计数器的容量。
④将电源关闭，然后再接通。

（3）其它有关伺服参数的设置
参数1010：设置为2（车床），设置为3（铣床）。
参数1020：设置为88（X 轴），设置为89（Y 轴），设置为90（Z 轴）。
参数1022：设置为1（X 轴），设置为2（Y 轴），设置为3（Z 轴）。
参数1023：设置为1（X 轴），设置为2（Z 轴）-车床。
设置为1（X 轴），设置为2（Y 轴），设置为3（Z 轴）-铣床。
参数1420：设置各轴快速运行速度。
参数1423：设置各轴手动连续进给（JOG 进给）时的进给速度。
参数1424：设置各轴的手动快速运行速度。
参数1825：设置为3000
参数1826：设置为20
参数1827：设置为20
参数1828：设置为10000
参数1829：设置为20

（4）在手轮方式，运行各轴，看各轴是否正常，然后转换到手动方式，分别以慢速到快速运行各轴。

2、伺服参数设置异常实验
（1）将伺服参数1023 改成4，关机，再开机，观察系统的变化，注意报警号。
（2）调出诊断号203、诊断号280，并记下诊断号的值。
（3）将伺服参数1023 改回原来值，关机，再开机，系统应该恢复正常。
（4）调出诊断号203 和280，观察有什么变化？
（5）老师可以自已设置一些故障，让学生通过报警号和诊断号自已排除。

3、伺服串行总线故障的实验
（1）将其中一个伺服模块COP10B 插头上的光缆线拔下来。
（2）观察系统出现的报警号，并分析原因。

六、思考题
1、光缆在整个系统中起到什么作用？
系统控制信号和电机反馈信号的传输

2、当伺服出现417 报警时，请分析可能出现的原因，怎样排除？
报警号417：当第n 轴处在下列状况之一时发生此报警。
（1）参数2020 设定在特定限制范围以外。
（2）参数2022 没有设定正确值。
（3）参数2023 设定了非法数据。
（4）参数2024 设定了非法数据。
（5）参数2084 和参数2085（柔性齿轮比）没有设定。
（6）参数1023 设定了超出范围的值或是设定了范围内不连续的值，或设定隔离的值。
（7）PMC 轴控制中，扭矩控制参数设定不正确。

项目五 主轴变频单元的调试与故障诊断
一、实训目的
1、掌握交流变频器的使用知识以及通常的故障诊断。

二、实训设备
1、RS-SY-0i C/0i mate C 数控机床综合实验系统。

三、基础知识
1、根据公式：
n=60f/p
可知交流异步电机的转速与电源频率f 成正比与电机的极对数成反比，因此，改变电机的频率可调节电机的转速。通常 我们为了保证在一定的调速范围内保持电动机的转矩不变，在调节电源频率f 时，必须保持磁通Φ不变，由公式U≈E=4.44fWKΦ可知，Φ∝U/f 所以改变频率f 时，同时改变电源电压U，可以保持磁通Φ不变。目前大部分变频器都采用了上述原理。用同时改变f 和U 的方法来实现电机转速n 的调速控制，并使得输出扭矩在一定范围内保持不变。

2、以三菱公司生产的FR-S500 变频器为例,是具有免测速机矢量控制功能的通用型变频器。它可以计算出所需输出电流及频率的变化量以维持所期望的电机转速，而不受负载条件变化的影响。

3、通常交流变频器将普通电网的交流电能变为直流电能，再根据需要转换成相应的交流电能，
驱动电机运转。电机的运转信息可以通过相应的传感元件反馈至变频器进行闭环调节。

4、FR-S500 变频器电源及电机强电接线端子排列如下图所示：

变频器电源接线位于变频器的左下侧，单相交流电AC220V 供电，接接线端子L1、N 及接地PE。
变频器电机接线位于变频器的右下侧，接线端子U、V、W 及接地PE 引线接三相电动机。
注意：电源进线及电机接线均为交流高电压，请在接通电源之前或在通电工作中，确信变频器的盖子已经盖好。以防触电！

5、FR-S500 变频器弱电控制接线端子排列如下图所示：

6、变频器接线方框图

7、变频器的操作面板说明，见下图。

8、变频器的基本操作

9、三菱变频器的功能参数

当Pr.30“扩张功能显示选择”的设定值为“1”时，扩张功能参数有效，具体参数相见使用手册（基本篇）

10、参数禁止写入功能
在变频器使用过程中为防止参数值被修改，可通过设定参数Pr.77“参数写入禁止选择”
“0” 仅限于PU 运行模式的停止中可以写入
“1” 不可写入参数，Pr.22、Pr.30、Pr.75、Pr.77、Pr.79
“2” 即使运行时也可以写入，与运行模式无关均可写入

四、训练内容
1、变频器的常规使用
2、变频器的常见故障诊断

五、操作步骤
1、使用操作面板修改参数 ，具体步骤如下图：

２、用操作面板对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转速等。
３、用实验台上控制板上的元件对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转速等。
４、用NC 系统对变频器进行控制，正转、反转、停止、改变电机转速等，同时通过拨码开关断开主轴正转、反转、模拟量信号观察主轴运行情况。

六、思考题
1、如何判断是变频器自身故障？
1.检查变频器是否有报警
2.检查A、B、C 端子之间是否有状态变化

项目六 机床主轴的概念及主轴编码器的安装与故障诊断
一、实训目的
1、使学生了解机床主轴的工作原理以及主轴编码器的相关知识。
2、相关故障的分析方法与解决办法。

二、实训设备
1、RS-SY-0i C/0i mate C 数控机床综合实验系统

三、基础知识
1、就电气控制而言，机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。一般情况下，机床主轴的控制系统为速度控制系统，而机床伺服轴的控制系统为位置控制系统。换句话说，主轴编码器一般情况下不是用于位置反馈的（也不是用于速度反馈的），而仅作为速度测量元件使用，从主轴编码器上所获取的数据，一般有两个用途，其一是用于主轴转速显示；其二是用于主轴与伺服轴配合运行的场合（如螺纹切削加工，恒线速加工，G99 转进给等）。

注：当机床主轴驱动单元使用了带速度反馈的驱动装置以及标准主轴电机时，主轴可以根据需要工作在伺服状态。此时，主轴编码器作为位置反馈元件使用。

2、机床主轴，一般用于给机床加工提供动力，通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类；主轴驱动切削工件旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。主轴电机通常有普通电机与标准主轴电机两种（与之对应的驱动装置也分为开环与闭环两种）。

3、主轴驱动装置，有普通变频器和闭环主轴驱动装置等，普通变频器的生产厂家很多，目前市场上流行的有德国西门子公司、日本三肯、安川等。闭环主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产，如西门子公司的611 系列，日本发那克公司的α系列等。

4、主轴编码器，机床的主轴编码器一般直接安装在主轴上或安装在主轴附近用相应传动装置与主轴相连，使其能如实地向数控系统反映主轴的转速、方向等信号。主轴编码器一般有三个信号通道：
A、B 和Z，其中A、B 两通道为相差90 度的脉冲信号，其二通道主要反映主轴的转速与方向。数控系统根据两通道单位时间的脉冲数来计算主轴的速度，根据A 通道与B 通道之间的相位差来判别主轴的旋转方向。Z 为零脉冲信号，主轴每转一圈，Z 通道发一个零脉冲，该通道主要给系统在加工时提供相关基准信号。见下图：

注：编码器的信号可以是如上图所示的方波信号，也可以是其他波型的信号（如正/余弦信号等）

5、与编码器相关的参数
PRM3706

PG2 和PG1：主轴与位置编码器的齿轮比。

倍率=主轴转速/位置编码器转速
TCW 和CWM：主轴速度输出时电压的极性。

四、训练内容
1、验证主轴编码器与主轴转速之间的关系；
2、了解数控系统通过主轴编码器识别主轴旋转方向的原理；
3、了解与主轴编码器有关的数控加工；
4、利用拨码开关，设置主轴编码器硬件故障；

五、操作步骤
1、在MDI 方式，改变参数3706.0、3706.1 的值，关机再开机，机床回参考点，在MDI 方式，执行程序M03S200，观察屏幕上主轴转速理论值和实际值的变化及关系？

2、在MDI 方式，改变参数3706.6、3706.7 的值，关机再开机，机床回参考点，在MDI 方式，执行程序M03S200，再执行程序M04S200，观察各种参数情况下，主轴旋转方向的变化？

3、在MDI 或AUTO 方式分别运行程序G98G1Z100F200 和G99G1Z100F200M3S400，观察机床的运行情况，及运行过程中主轴转速变化的区别？
用同样的方法运行G96、G32 并观察机床的运行，并分析其原因。

4、用拨码开关分别断开A 与A*，B 与B*，Z 与Z*并观察机床的报警情况，特别要注意观察，此时报警要用什么方法才能复位？

六、思考题
1、为什么说主轴编码器在一般情况下既不是速度反馈元件，也不是位置反馈元件？
主轴编码器仅作为速度测量元件使用，从主轴编码器上所获取的数据，一般有两个用途，其一是用于主轴转速显示；其二是用于主轴与伺服轴配合运行的场合（如螺纹切削加工，恒线速加工，G99转进给等）。

2、若一车床，执行M3 时，主轴转速显示为负值，执行M4 时主轴转速显示正值，我们要做怎样的修改，才能予以更正？
改变变频器输出端的相序

3、若一机床主轴实际转速与系统屏幕上显示的转速不相符，可能的原因有哪些？
主轴与位置编码器的齿轮比设置错误
编码器的每转脉冲数设置错误