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數(shù)控機(jī)床維修的基本功
在我國(guó)，隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越普遍，社會(huì)急需數(shù)控機(jī)床維修高級(jí)技能人才。要學(xué)好數(shù)控機(jī)床維修，首先要熟悉數(shù)控系統(tǒng)及其接口與連接，這是數(shù)控機(jī)床維修的基本功。
數(shù)控機(jī)床根據(jù)功能和性能的要求配置不同的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，包括數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)單元、主軸驅(qū)動(dòng)單元、可編程控制器、顯示裝置及操作面板、通信裝置和輔助控制裝置。目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位的有日本的FANUC(發(fā)那科)、德國(guó)的SIEMENS(西門(mén)子)、我國(guó)的華中等公司的數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品。
數(shù)控裝置的接口是數(shù)控裝置與數(shù)控系統(tǒng)的功能部件(主軸模塊、進(jìn)給伺服模塊、PLC模塊等)和機(jī)床進(jìn)行信息傳遞、交換和控制的端口。接口在數(shù)控系統(tǒng)中占有重要的位置。不同功能模塊與數(shù)控系統(tǒng)相連接，不能直接連接，必須通過(guò)接口電路連接起來(lái)。無(wú)論是哪種數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控裝置常用接口一般可以分為五大類：電源接口、通信接口、伺服控制接口、主軸控制接口和輸入輸出接口。
本文以FANUC-0i Mate C數(shù)控系統(tǒng)和華中HNC-21數(shù)控系統(tǒng)為例，結(jié)合作者多年的實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn)，介紹數(shù)控裝置的常用接口及其應(yīng)用，以便于讀者掌握典型數(shù)控系統(tǒng)的組成及功能連接，為數(shù)控系統(tǒng)的維修奠定良好的基礎(chǔ)。
二、FANUC-0i Mate C數(shù)控系統(tǒng)接口
自1965年以來(lái)，F(xiàn)ANUC一直致力于工廠自動(dòng)化產(chǎn)品CNC的開(kāi)發(fā)。公司采用了先進(jìn)的開(kāi)發(fā)手段及先進(jìn)的生產(chǎn)制造設(shè)備，為全世界的機(jī)械工業(yè)提供了高性能、高可靠性的眾多的系列數(shù)控產(chǎn)品和智能機(jī)械。圖1為FANUC-0i Mate C系統(tǒng)單元接口圖，圖2為FANUC-0i Mate C數(shù)控系統(tǒng)連接圖。
(一)電源接口
CP1：系統(tǒng)直流24V.輸入電源接I21，一般與機(jī)床側(cè)的DC24V穩(wěn)壓電源連接。
(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：系統(tǒng)伺服高速串行通信FSSB接口(光纜)，與伺服放大器的CP10B連接。CA69：伺服檢測(cè)板接口，此接口維修時(shí)使用。
(四)主軸控制接口
JA7A：串行主軸/主軸位置編碼器信號(hào)接口。當(dāng)主軸為串行主軸時(shí)，與主軸放大器的 JA7B連接，實(shí)現(xiàn)主軸模塊與C C系統(tǒng)的信息傳遞;當(dāng)主軸為模擬量主軸時(shí)，該接口又是主軸位置編碼器的主軸位置反饋信號(hào)接口。
JA40：模擬量主軸的速度信號(hào)接口，CNC系統(tǒng)輸出的速度信號(hào)(0～10V)與變頻器的模擬量頻率設(shè)定端相連接。
(五)輸入輸出接口
JD44A：外接的I/O卡或I/O模塊信號(hào)接口(I/O Link控制)。
CA55：系統(tǒng)MDI鍵盤(pán)信號(hào)接口。
CN2：系統(tǒng)操作軟鍵信號(hào)接口。
三、華中HNC-21數(shù)控系統(tǒng)接口
華中世紀(jì)星HNC-21系列數(shù)控單元(HNC-21T、HNC-21M)采用先進(jìn)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC機(jī)，配置7.5英寸彩色液晶顯示屏和通用工程面板，集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PIC接口于一體，支持硬盤(pán)、電子盤(pán)等程序存儲(chǔ)方式以及軟驅(qū)、DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能，具有低價(jià)格、高性能、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于小型車、銑加工中心。
(一)電源接口
XS1：電源接口。管腳1、5 為AC24V1
AC2472，交流24V 電源，也可用DC24V 電源供電。管腳2、4為+24V、24VG，直流24V 電源。管腳6為PE，安全地。
調(diào)試數(shù)控機(jī)床時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)上電前，調(diào)試人員需要測(cè)試管腳1、5或管腳2、4的電源電壓，確認(rèn)是否為DC24V或AC24V。另外，當(dāng)我們懷疑數(shù)控系統(tǒng)輸入電源類故障時(shí)，也需要進(jìn)行此操作。
(二)通信接口
1.XS2：外接PC鍵盤(pán)接口。
2.XS3：以太網(wǎng)接口。
3.XS4：軟驅(qū)接口。
4.XS5：RS232接口。串行數(shù)據(jù)通信時(shí)使用，運(yùn)用此接口可與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成參數(shù)、PLC、程序等的上傳下載。
(三)伺服控制接口
1.XS30~XS33：模擬式、脈沖式、步進(jìn)式進(jìn)給軸控制接口。管腳14、7、15、8分別為CP+、CP-DIR+ 、DIR-
步進(jìn)式進(jìn)給軸控制時(shí)，CP+、CP-代表輸出指令脈沖，脈沖的頻率和數(shù)量控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角大小;DIR+、DIR一代表輸出指令方向，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。步進(jìn)式進(jìn)給軸控制屬開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，無(wú)反饋。脈沖式進(jìn)給軸控制時(shí)，脈沖指令接口有3種類型：?jiǎn)蚊}沖(又稱脈沖+方向)方式、正交脈沖(又稱AB相脈沖)方式和正反向脈沖(又稱雙脈沖)方式，不同工作方式下CP、DIR的含義如表1所示。
單脈沖方式中，CP為脈沖信號(hào)，DIR為方向信號(hào);正交脈沖方式中，CP與DIR的相位差為脈沖信號(hào)，CP與DIR的相位超前和落后關(guān)系決定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向;正反向脈沖方式中，CP為正轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)，DIR為反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)。
管腳6為OUTA，模擬電壓輸出，用于模擬式進(jìn)給軸控制。
脈沖式和模擬式進(jìn)給軸控制屬閉環(huán)控制，有反饋，以下是與反饋有關(guān)的管腳。
管腳4、5和管腳12、13都是DCSV電源，所不同的是管腳12、13是外圍輸入給數(shù)控系統(tǒng)的電源，而管腳4、5是數(shù)控系統(tǒng)提供給編碼器的電源。
管腳1、9、2、10、3、11分別為A+、A-、B+、B-、Z+、Z-。管腳1、9和管腳2、10是伺服碼盤(pán)A、B相位反饋信號(hào)，A、B相位差9O。，用于辨向。管腳3、11是伺服碼盤(pán)Z脈沖反饋信號(hào)，用于每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)脈沖，又稱零脈沖，它是軸旋轉(zhuǎn)一周在固定位置上產(chǎn)生的一個(gè)脈沖，在伺服碼盤(pán)上用于精確確定機(jī)床的參考點(diǎn)。
2.XS40~XS43：串行式HSV-l1型伺服軸控制接口。管腳2、3分別為數(shù)據(jù)接收RXD和數(shù)據(jù)發(fā)送TXD，管腳5為GND地。
(四)主軸控制接口
xS9：主軸控制接口。管腳6、14為主軸模擬量AOUT1、AOUT2，管腳7、8、15為模擬量輸出地GND。AOUT1、GND輸出-10V +1OV 電壓給變頻器，來(lái)控制主軸轉(zhuǎn)速，而AOUT2、GND則輸出0～+10V電壓。我們根據(jù)實(shí)際所需選取相應(yīng)的管腳。
管腳4、5和管腳12、13都是DC5V電源，所不同的是管腳12、13是外圍輸入給數(shù)控系統(tǒng)的電源，而管腳4、5是數(shù)控系統(tǒng)提供給編碼器的電源。管腳1、9、2、10、3、l1分別為SA+、SA-、SB+、SB-、SZ+、SZ-。管腳1、9和管腳2、1O是主軸碼盤(pán)A、B相位反饋信號(hào)，A、B相位差90，用于辨向。管腳3、11是主軸碼盤(pán)z脈沖反饋信號(hào)，用于每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)脈沖，在主軸碼盤(pán)上用于螺紋加工以及主軸定向等。
(五)輸入輸出接口
1.XSIO、XS11：輸入開(kāi)關(guān)量接口。每個(gè)輸入開(kāi)關(guān)量接口有25個(gè)管腳。以XS10接口為例，其中管腳3為空，管腳1、2、14、15為24VG，即外部開(kāi)關(guān)量直流24V電源地。管腳13、25、12、24、11、23、10、22、9、21、8、20、7、19、6、18、5、l7、4、16分別為IO～I(xiàn)19，共支持2O個(gè)輸入點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)輸入開(kāi)關(guān)量X0.0～X2.3。同樣，XS11接口也支持2O個(gè)輸入點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)輸入開(kāi)關(guān)量X2.4～X4.7。
2.XS20、XS21：輸出開(kāi)關(guān)量接口。每個(gè)輸出開(kāi)關(guān)量接口有25個(gè)管腳。以XS20為例，其中管腳5為空，管腳1、2、14、15為24VG，即外部開(kāi)關(guān)量直流24V電源地。管腳3、l6為OTBS1、OTBS2，連接超程解除按鈕。管腳4、17為ESTOP1、ESTOP2，連接急停按鈕。管腳13、25、12、24、11、23、1O、22、9、21、8、2O、7、19、6、18分別為OO～O15，共支持16個(gè)輸出點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)輸出開(kāi)關(guān)量Y0.0～Y1.7。同樣，XS21接口也支持16個(gè)輸出點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)輸出開(kāi)關(guān)量X2.0～ X3.7。
可通過(guò)測(cè)量管腳4、17，來(lái)判斷急停按鈕通斷。也可通過(guò)測(cè)量3、16，來(lái)判斷超程解除按鈕的通斷。這在維修中，在處理急停類和超程類故障時(shí)是非常有用的方法。
3.XS6：遠(yuǎn)程I/O板接口。數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、控制功能越多，隨之受控對(duì)象越多，所需的外部開(kāi)關(guān)量就越多。當(dāng)XS10、11、2O、21接口不能滿足我們的需要時(shí)，可使用XS6遠(yuǎn)程I/O板接口進(jìn)行擴(kuò)展。
4.XS8：手持單元接口。手持單元接口共有25個(gè)管腳。其中管腳25、13為+5V、5VG，即手搖直流5V 電源。管腳24、12為手搖A相HA和手搖B相HB。這些是手持單元最基本的管腳。
另外，手持單元若帶有手持急停按鈕和坐標(biāo)軸選擇、增量倍率選擇等功能，其管腳這樣分配的：管腳1、2、14、15為24VG，管腳3、16為+24V，為開(kāi)關(guān)量提供直流24V 電源;管腳4、l7為ESTOP2、ESTOP3，連接手持單元急停按鈕;管腳9、21、8、20、7、19、6、18分別為I32～I(xiàn)39，對(duì)應(yīng)輸入開(kāi)關(guān)量X4.0～X4.7;管腳11、23、1O、22分別為028～O31，對(duì)應(yīng)輸出開(kāi)關(guān)量Y3.4～Y3.7。
需要注意的是，若手持單元中使用了以上輸入、輸出開(kāi)關(guān)量管腳，則XS11、XS21接口中相同的開(kāi)關(guān)量管腳就不再使用，以免重復(fù)。另外，若手持單元沒(méi)有急停按鈕，則一定要將本接口中的4、17管腳短接，否則系統(tǒng)將處于急停，不能復(fù)位。對(duì)于數(shù)控機(jī)床調(diào)試、維修人員來(lái)說(shuō)了解并會(huì)應(yīng)用這些都是很重要的。
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