数控机床电控原理与维修

第一章 数控机床概述

第一节 数控机床的组成及工作原理

1.1.1数控机床的工作原理

1.1.2数控机床的基本组成

第二节 数控机床的分类

1.2.1按机床运动的控制轨迹进行分类

1.2.2按伺服控制的方式进行分类

1.2.3按数控系统的功能水平分类

1.2.4按加工工艺及机床用途的类型分类

1.2.5数控机床的坐标系

第三节 数控机床的优势、特点及适用范围

1.3.1采用数控机床加工的优势及特点

1.3.2数控机床的适用范围

第四节 数控机床的加工工艺及编程步骤

1.4.1工序的划分

1.4.2编制加工程序的内容及步骤

1.4.3工件的安装和对刀点的确定

1.4.4确定加工路线

1.4.5切削用量及刀具的选择

1.4.6数值计算

第五节 数控车床的编程

1.5.1数控车床的编程基础

1.5.2数控车床的基本编程功能

1.5.3数控车床的基本编程方法

1.5.4固定循环功能

1.5.5螺纹切削

第二章 数控系统

第一节 数控装置的硬件构成

2.1.1数控(CNC)系统的基本概念

2.1.2数控装置基本性能

2.1.3数控系统的组成及各部分的作用

2.1.4数控装置的构成

第二节 数控装置的体系结构

2.2.1专用计算机组成的数控体系结构

2.2.2 PC数控体系结构

第三节 数控系统的软件结构

2.3.1概述

2.3.2前后台型的软件结构

2.3.3中断型软件结构

2.3.4功能模块软件结构

2.3.5数控机床的插补原理--逐点比较法

2.3.6刀具补偿

2.3.7软件故障排除

第四节 常见数控产品介绍

2.4.1 FANUC公司数控装置概述

2.4.2 SIEMENS数控系统介绍

2.4.3 FANUCOC硬件结构

2.4.4 SIEMENS 802系列系统构成

2.4.5 SINUMERIK810/820系统构成

2.4.6 SIEMENS SIN840C系统的硬件

第五节 PLC在数控机床上的应用

2.5.1数控机床上PLC的功能

2.5.2数控机床上PLC的形式

2.5.3 FANUC PMC的指令

2.5.4 PLC在数控机床控制中的应用

2.5.5 PLC故障诊断方法

2.5.6 PLC故障维修案例

第三章 数控系统的检测装置

第一节 概述

3.1.1数控检测装置基本知识

3.1.2分类

第二节 脉冲编码器

3.2.1分类与规格

3.2.2增量式脉冲编码器

3.2.3绝对式脉冲编码器

3.2.4混合式编码器

3.2.5主轴编码器

3.2.6手摇脉冲发生器

3.2.7主轴准停控制

第三节 旋转变压器

3.3.1结构和工作原理

3.3.2旋转变压器的应用

第四节 感应同步器

3.4.1基本原理与结构

3.4.2感应同步器的检测系统

3.4.3感应同步器的特点及安装使用注意事项

第五节 光栅

3.5.1光栅的种类与精度

3.5.2工作原理

3.5.3光栅检测装置

第六节 磁栅

3.6.1磁性标尺

3.6.2磁头

第七节 位置检测装置故障及诊断

3.7.1故障形式

3.7.2位置检测元件的维护

3.7.3位置检测装置的故障诊断

第四章 伺服系统

第一节 伺服系统概述

4.1.1伺服系统的组成

4.1.2对伺服系统的基本要求

4.1.3伺服系统的分类

第二节 步进电动机及其驱动控制系统

4.2.1步进电动机的种类、结构及其工作原理

4.2.2步进电动机与微机的接口技术

第三节 直流伺服电动机及其速度控制

4.3.1直流伺服电动机的基本结构及分类

4.3.2晶闸管速度控制单元

4.3.3直流主轴驱动系统

4.3.4晶体管直流脉宽(PWM)调速系统

4.3.5直流伺服电机的连接

第四节 交流伺服电动机及其速度控制

4.4.1交流伺服电动机

4.4.2变频调速技术

4.4.3交流模拟主轴驱动系统

第五节 典型产品伺服系统分析

4.5.1 FANuC交流模拟伺服系统分析

4.5.2 FANuC交流数字伺服驱动系统分析

4.5.3 SIMDRIVE611A伺服单元的结构及工作原理

第六节 交流伺服电机检查

4.6.1交流伺服电机的检查

4.6.2脉冲编码器的更换

4.6.3转子位置的调整

4.6.4电机过热的故障案例

第五章 典型数控机床的机械结构

第一节 数控车床的机械结构

5.1.1数控车床的机械结构组成

5.1.2数控车床进给系统的机械传动结构

5.1.3数控车床的主轴及其机械结构

5.1.4数控车床的辅助装置

第二节 数控铣床的典型结构

5.2.1数控铣床概述

5.2.2数控铣床的传动系统与结构

第三节 加工中心的机械结构

5.3.1加工中心的特点

5.3.2加工中心的分类

5.3.3加工中心的结构

5.3.4加工中心的主轴部件

5.3.5加工中心的伺服与进给系统

5.3.6加工中心的其他装置

第四节 数控电加工机床

5.4.1电火花加工原理

5.4.2数控电火花机床

5.4.3数控线切割机床

第五节 床体故障诊断维修方法

5.5.1故障诊断

5.5.2液压与气压系统的故障及维修

5.5.3主传动系统常见故障及排除方法

5.5.4进给伺服系统的常见故障及诊断方法

5.5.5滚珠丝杠副的常见故障及排除方法

5.5.6导轨副的常见故障及排除方法

5.5.7刀库及换刀机械手的常见故障和维护

5.5.8 回转工作台的常见故障及排除方法

第六章 数控设备维修方法

第一节 数控系统维修的基础

6.1.1现代数控系统维修的基本条件

6.1.2现代数控系统维修的阶段划分与维修的实施

6.1.3技术资料的种类

6.1.4必要的维修用器具

6.1.5必要的备件

6.1.6故障发生时的处理

第二节 数控机床的日常维护

6.2.1机械部分的检查调试

6.2.2液压系统的检查调整

6.2.3润滑部分的检查调整

6.2.4气动系统的检查调整

6.2.5伺服电机和主轴电机的检查

6.2.6电气部分的维护保养

6.2.7数控系统中硬件部分的检查调整

6.2.8测量反馈元件的检查

6.2.9可编程机床控制器(PMC)的检查

第三节 故障诊断方法

6.3.1数控系统故障诊断的一般方法

6.3.2数控设备故障诊断的一般步骤

6.3.3常见故障分析

第四节 常用的故障自诊断技术

6.4.1开机自诊断

6.4.2运行自诊断

6.4.3脱机诊断

6.4。4 SINUMERIK远程诊断

第五节 数控系统板级维修技术

6.5.1功能程序测试法

6.5.2参数检查法

6.5.3交换法

6.5.4备板置换法

6.5.5隔离法

6.5.6直观法

6.5.7升降温法

6.5.8敲击法

6.5.9对比法

6.5.10原理分析法

第六节 数控系统片级维修技术

6.6.1外观法

6.6.2电源检查法

6.6.3静态测量法

6.6.4动态测量法

6.6.5在线测试法

6.6.6汇编语言测试法

6.6.7模拟台测试法

第七节 常用故障诊断仪器

6.7.1逻辑测试笔

6.7.2短路故障追踪仪

6.7.3集成电路测试仪

6.7.4逻辑分析仪

6.7.5存储器钡4试仪

6.7.6特征代码分析仪

6.7.7激光干涉仪

6.7.8球杆仪

第七章 数控系统维修技术

第一节 FANUCOC检查与测试

7.1.1 CNC系统的常规检查

7.1.2 CNC的电源性能检查

7.1.3 I/O信号的正确性诊断

7.1.4 CNC参数的设置与调整

第二节 FANIJCOC系统故障诊断与维修

7.2.1根据CNC报警号的故障维修

7.2.2 CNC无报警显示的故障诊断与维修

7.2.3 FS0 CNC故障维修案例

第三节 sINUMERIK系统的故障维修

7.3.1SINUMERIK 810/820系统的自诊断功能及报警处理方法

第四节 FSO主轴驱动的维修

7.4.1 s系列交流数字主轴驱动

7.4.2仪系列交流数字主轴驱动器

7.4.3:FS0主轴定位控制

7.4.4主轴驱动故障维修案例

第五节 进给伺服系统故障及诊断

7.5.1进给伺服系统结构形式

7.5.2进给伺服系统的故障形式及诊断方法

7.5.3伺服驱动故障维修案例

第六节 易损部件的原理与维修

7.6.1输入单元的原理与维修

7.6.2电源单元的原理与维修

参考文献

本书按照当前高职高专教育教学改革思想，本着淡化理论，强调实用的原则编写而成。全书主要内容包括数控机床的数控系统，数控机床编程指令体系，数控机床机电接口，伺服驱动系统，检测装置，电气控制系统及其常见故障的诊断维修等。

本书可作为高职高专、高级技校、技师学院的数控维修技术、机电一体化技术等专业的教材，也可作为自学用书和工程技术人员的参考书。

第1章 数控装置 1

1.1 数控技术与数控系统的基本概念 1

1.2 计算机数控的硬件系统 2

1.2.1 微处理器 2

1.2.2 微处理器的结构与类型 3

1.2.3 存储器 4

1.2.4 总线 5

1.2.5 可编程序控制器 5

1.2.6 输入/输出接口 6

1.2.7 位置控制器 6

1.3 计算机数控的软件系统 6

1.3.1 指令 7

1.3.2 程序 7

1.3.3 编程语言 7

1.3.4 CNC系统软件的分类 8

1.3.5 CNC系统软件的结构类型 9

1.3.6 CNC系统软件的特点 9

1.4 计算机数控的功能 11

1.4.1 计算机数控的基本功能 11

1.4.2 计算机数控的选择功能 13

1.4.3 计算机数控的信息处理过程 13

1.5 计算机数控系统的分类 14

1.5.1 按数控系统的运动轨迹分类 14

1.5.2 按伺服控制方式分类 15

1.5.3 相关知识连接--插补原理与补偿原理 17

习题与实践训练 17

第2章 计算机数控伺服驱动系统 19

2.1 伺服控制原理 19

2.1.1 位置伺服系统控制原理框图 19

2.1.2 相位比较伺服系统 20

2.1.3 幅值比较伺服系统 21

2.1.4 数字式伺服系统 21

2.1.5 相关知识连接--自动控制的基本规律与调节器 22

2.2 步进电动机伺服驱动系统 23

2.2.1 步进电动机伺服系统工作原理 23

2.2.2 相关知识连接--步进电动机的分类、结构与工作原理 26

2.3 直流伺服驱动系统 28

2.3.1 直流伺服驱动系统的调速原理 28

2.3.2 相关知识连接--直流电动机结构与工作原理 30

2.4 交流伺服驱动系统 35

2.4.1 交流伺服驱动系统的控制原理 35

2.4.2 相关知识连接--交流伺服电动机 40

2.5 主轴驱动系统 42

2.5.1 现代数控机床对主轴传动提出的要求 43

2.5.2 主轴驱动系统的类型 43

习题与实践训练 44

第3章 检测装置 45

3.1 光栅 45

3.1.1 光栅的种类、结构与工作原理 46

3.1.2 提高光栅检测装置分辨精度的细分电路 47

3.1.3 编码器 48

3.2 旋转变压器和感应同步器 51

3.2.1 旋转变压器 51

3.2.2 感应同步器 54

习题与实践训练 56

第4章 数控机床电气控制基础 57

4.1 数控机床低压电器基础知识 57

4.1.1 低压电器的分类与作用 57

4.1.2 常用低压电器的组成与主要技术参数 58

4.2 常用低压电器元件的结构、工作原理及其选用 59

4.2.1 低压熔断器 59

4.2.2 低压开关电器 61

4.2.3 主令电器 62

4.2.4 接触器 65

4.2.5 继电器 67

4.2.6 变压器 70

4.3 导线与电缆的分类与导线安全载流量 71

4.3.1 导线与电缆的分类(铜材) 71

4.3.2 绝缘导线与电缆截面的选择 72

4.4 电工识图基础 73

4.4.1 电气控制原理图读图的原理及方法 73

4.4.2 位置图、接线图的绘制方法 73

习题与实践训练 74

第5章 数控机床编程指令体系 75

5.1 数控机床坐标轴、坐标系、零点与参考点 75

5.1.1 数控机床坐标轴 75

5.1.2 坐标轴运动方向的规定 75

5.1.3 数控机床坐标系、零点和参考点 76

5.1.4 数控机床工件坐标系、程序原点和对刀点 77

5.2 数控编程的基本知识 78

5.2.1 零件程序的结构和指令字格式 78

5.2.2 程序段的格式与一般结构 79

5.3 HNC-21/22数控系统编程指令体系 79

5.3.1 机床数字控制代码 79

5.3.2 辅助功能M代码 80

5.3.3 主轴功能S、进给功能F和刀具功能T 82

5.3.4 准备功能G代码 83

5.3.5 数控车床加工零件编程示例 83

习题与实践训练 85

第6章 HED-21S型数控机床 86

6.1 数控机床的发展慨况 86

6.1.1 我国数控技术现状 86

6.1.2 世界数控技术发展趋势 87

6.2 HED-21S型数控系统的组成和基本工作原理 87

6.2.1 HED-21S型数控系统的组成 87

6.2.2 数控机床的基本工作原理 90

6.3 HED-21/22车床基本操作 90

6.3.1 操作注意事项 90

6.3.2 开机、关机、急停、复位、回机床参考点、超程解除 91

6.3.3 数控机床手动操作步骤 91

6.3.4 MDI录入操作 92

6.3.5 程序编辑 93

6.3.6 程序管理 94

6.3.7 程序运行 95

6.3.8 数据设置 96

6.3.9 参数设置及显示 97

习题与实践训练 98

第7章 数控机床机电接口 99

7.1 数控机床的电气接口 99

7.1.1 接口的类型 99

7.1.2 CNC装置与PLC的数据交换和处理过程 99

7.1.3 接口信号的种类 100

7.1.4 接口电路的主要任务 100

7.2 HED-21S型数控系统电气原理 100

7.2.1 数控系统电气(电源部分)原理 100

7.2.2 继电器与输入/输出开关量原理 100

7.2.3 HC5301-R继电器板、输入端子板 101

7.2.4 数控系统电气(输出开关量)原理 103

7.2.5 数控系统电气(输入开关量)原理 104

7.2.6 数控系统电气(手摇单元)原理 105

7.2.7 数控系统电气(光栅尺)原理 105

7.2.8 数控系统电气(主轴单元)原理 106

7.2.9 数控系统电气(步进单元)原理 106

7.3 HED-21S数控装置接口 107

7.3.1 数控装置接口 107

7.3.2 接口功能定义 107

7.4 日立SJ100系列变频器电气接口与参数 111

7.4.1 日立SJ100系列变频器控制面板 111

7.4.2 按键功能定义与指示灯显示含义 111

7.4.3 变频器常有的功能参数 112

7.4.4 日立SJ100系列变频器参数表 113

7.4.5 日立SJ100系列变频器主要错误报警及故障诊断 113

7.4.6 日立SJ100系列变频器操作 114

7.4.7 变频器常用参数的设置 115

7.4.8 日立SJ100系列变频器智能端子 115

7.4.9 变频器智能端子速度控制方法 116

7.5 三洋RS1A01AA伺服驱动器按键与接口功能 117

7.5.1 控制面板按键名称与信号接口 117

7.5.2 操作键 118

7.5.3 数字操作器的功能 118

7.5.4 模式选择 118

7.5.5 "显示状态"模式 119

7.5.6 三洋RS1A01AA伺服驱动器主要报警及故障诊断 119

7.6 雷塞M535步进驱动器面板开关与接口功能 119

7.6.1 雷塞M535步进驱动器面板开关 119

7.6.2 步进驱动器拨码开关SW1、SW2、SW3状态对应的电流值 120

7.6.3 步进驱动器拨码开关SW5、SW6、SW7、SW8状态对应的细分数 120

习题与实践训练 120

第8章 数控机床电气、机械电路常见故障维修 122

8.1 HED-21S型数控车床连接方法与要求 122

8.1.1 电源回路的连接 122

8.1.2 数控机床整体电气接线检查 122

8.1.3 数控机床电气连接后的调试 123

8.1.4 系统功能检测 123

8.2 数控机床维修的基本要求 123

8.2.1 维修人员的素质要求 123

8.2.2 数控机床维修必备的技术资料 124

8.2.3 数控机床维修常用的工具与仪器 124

8.3 数控机床故障诊断与排除的基本方法 125

8.4 数控机床常见故障诊断与维修 127

8.4.1 数控系统故障诊断与维修 127

8.4.2 数控系统显示类故障诊断与维修 129

8.4.3 回参考点常见故障诊断及维修 130

8.4.4 数控机床进给驱动系统故障诊断与维修 131

8.4.5 数控机床主轴驱动系统故障诊断与维修 132

8.5 数控机床常见机械故障诊断与维修 133

8.5.1 数控机床滚珠丝杠螺母副结构与故障维修 133

8.5.2 数控机床导轨副的结构与故障维修 134

习题与实践训练 135

参考文献 136