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第1章 数控系统基础知识1

1.1数控系统概述1

1.1.1数控系统的基本概念1

1.1.2数控系统的组成1

1.1.3机床数控系统的工作过程2

1.1.4数控系统的分类3

1.1.5数控系统的发展趋势5

1.2数控机床的程序指令及坐标系7

1.2.1数控机床的指令及程序7

1.2.2数控机床的坐标系及有关点9

1.3插补原理11

1.4刀具补偿及其他预处理15

1.4.1刀具位置补偿15

1.4.2刀具长度补偿16

1.4.3刀具半径补偿17

1.4.4其他预处理19

1.5误差补偿原理20

1.5.1传动反转间隙补偿20

1.5.2螺距误差补偿21

1.5.3其他因素引起的误差及其补偿22

练习与思考题22

第2章 数控设备的检测装置24

2.1概述24

2.1.1直接测量与间接测量24

2.1.2数字式测量与模拟式测量24

2.1.3增量式测量与绝对式测量25

2.2旋转变压器25

2.2.1结构25

2.2.2工作原理26

2.3旋转编码器27

2.3.1增量式光电编码器27

2.3.2绝对式旋转编码器28

2.4光栅29

2.4.1光栅的种类与精度29

2.4.2透射光栅的组成及工作原理30

2.5检测装置故障维修实例33

练习与思考题34

第3章 进给运动的控制35

3.1概述35

3.1.1进给伺服系统的作用及其分类35

3.1.2数控机床对进给伺服系统的要求35

3.1.3电气伺服驱动系统36

3.1.4进给伺服系统的开环、闭环与半闭环控制37

3.2步进电动机及其驱动控制37

3.2.1步进电动机38

3.2.2步进驱动装置43

3.2.3步进驱动装置的应用48

3.3直流伺服进给电动机及其驱动控制49

3.3.1直流伺服进给电动机的结构和工作原理49

3.3.2直流伺服进给驱动装置（直流伺服电动机的速度控制单元）51

3.4交流伺服进给电动机及其驱动控制56

3.4.1交流伺服电动机的速度控制原理56

3.4.2交流伺服进给电动机58

3.4.3交流伺服进给驱动装置59

3.4.4进给驱动装置的信号连接63

练习与思考题65

第4章 主轴驱动及控制67

4.1概述67

4.1.1数控机床对主轴驱动的要求67

4.1.2数控机床对主轴电动机的要求67

4.2直流主轴电动机及其驱动控制68

4.2.1直流主轴电动机68

4.2.2直流主轴电动机的速度控制单元68

4.3交流主轴电动机及其驱动控制70

4.3.1交流主轴电动机70

4.3.2交流主轴电动机的速度控制单元70

4.3.3交流主轴驱动装置的信号连接73

4.4主轴分段无级调速及其控制76

4.4.1概述76

4.4.2自动变速控制77

4.5主轴准停控制77

4.5.1概述77

4.5.2机械准停控制78

4.5.3电气准停控制78

练习与思考题81

第5章 PLC在数控设备中的应用82

5.1可编程控制器概述82

5.1.1可编程控制器的由来82

5.1.2可编程控制器的定义83

5.1.3可编程控制器与继电器的比较84

5.1.4可编程控制器与计算机的比较85

5.2可编程控制器的硬件结构与基本指标85

5.2.1可编程控制器的基本结构86

5.2.2可编程控制器的基本指标90

5.3可编程控制器的工作原理93

5.3.1继电器93

5.3.2可编程控制器的工作原理95

5.3.3扫描周期98

5.3.4输入／输出滞后时间98

5.4数控设备的可编程控制器98

5.4.1数控机床可编程控制器的种类99

5.4.2PLC在数控机床上的配置方式100

5.4.3数控机床可编程控制器的功能101

5.4.4数控机床的可编程控制器与外部的信息交换101

5.5典型数控机床的可编程控制器规格与程序103

5.5.1PLC的规格103

5.5.2顺序程序的结构104

5.5.3顺序程序的执行104

5.6典型数控机床PLC的地址106

5.6.1机床→PLC的地址（X）107

5.6.2PLC→机床的地址（Y）108

5.6.3PLC→NC的地址（G）110

5.6.4NC→PLC的地址（F）110

5.6.5内部继电器地址（R）110

5.6.6信息显示请求地址（A）110

5.6.7保持型继电器地址（K）110

5.6.8计数器地址（C）111

5.6.9计数器预置值地址（DC）111

5.6.10定时器地址（T）111

5.6.11定时器预置值地址（DT）112

5.6.12数据表地址（D）112

5.6.13标记地址（L）112

5.6.14子程序号（P）112

5.7数控机床可编程控制器的基本指令112

5.7.1LD、LDI、OUT指令112

5.7.2AND、ANI指令113

5.7.3OR、ORI指令113

5.7.4ORB指令114

5.7.5ANB指令114

5.8PLC的功能指令115

5.8.1END1（第一级程序结束）115

5.8.2END2（第二级程序结束）116

5.8.3SET（置位）116

5.8.4RST（复位）116

5.8.5CMP（二进制数据比较）117

5.8.6TMRB（定时器）118

5.8.7CTRC（二进制计数器）119

5.8.8MOVN（二进制数据传送）120

5.8.9DECB（二进制译码）121

5.8.10.CODB（二进制代码转换）122

5.8.11JMPB（标号跳转）123

5.8.12LBL（标号）123

5.8.13CALL（调用子程序）124

5.8.14.SP（子程序开始）、SPE（子程序结束）124

5.8.15ROTB（二进制旋转控制）125

5.8.16PARI（奇偶校验）127

5.8.17ADDB（二进制数据相加）127

5.8.18SUBB（二进制数据相减）128

5.8.19DIFU（上升沿置位）130

5.8.20DIFD（下降沿置位）130

5.8.21MOVE（逻辑乘）131

5.8.22ALT（交替输出）131

5.9PLC与数控设备维修132

5.9.1如何分析数控设备的梯形图132

5.9.2.GSK980TD-PLC方式选择功能的梯形图分析132

5.9.3GSK980TD-PLC卡盘功能及其梯形图分析136

5.9.4其他功能梯形图举例141

练习与思考题144

第6章 数控系统145

6.1数控系统及其功能145

6.1.1数控系统的概念145

6.1.2数控系统的功能145

6.1.3CNC系统的工作过程146

6.1.4CNC系统的特点147

6.2数控系统的组成147

6.2.1计算机数控装置148

6.2.2输入输出模块149

6.2.3进给伺服驱动装置149

6.2.4主轴驱动装置149

6.2.5可编程控制器150

6.2.6通信模块150

6.2.7位置检测模块150

6.3数控装置的硬件与软件结构150

6.3.1中央处理单元152

6.3.2存储器152

6.3.3输入／输出接口153

6.3.4进给位置控制单元158

6.3.5主轴控制单元159

6.3.6典型CNC装置的软件结构159

6.4数控系统的体系结构163

6.4.1专用计算机组成的数控体系结构163

6.4.2PC数控体系结构164

6.5FANUC数控系统介绍166

6.5.1FANUC6系统166

6.5.2FANUC11系统167

6.5.3FANUC0系统167

6.5.4FANUC15／16／18系统170

6.6西门子数控系统介绍172

6.6.1SINUMERIK801172

6.6.2SIEMENS810／820系统176

6.6.3SIEMENS802系列系统177

6.6.4SIEMENS810D／840D系统178

6.6.5SINUMERIK802Dsolutionline系统179

6.7广州数控180

练习与思考题182

第7章 数控设备的供电系统183

7.1供电系统设计的基本原则183

7.1.1CNC系统电源的选择183

7.1.2供电与接地的基本原则184

7.1.3供电与接地的注意事项184

7.2数控设备电气柜的安装与设计185

7.2.1电气柜的防护等级185

7.2.2电气柜的冷却和散热185

7.3数控系统的电气控制187

7.3.1数控立式铣床的电气控制实例分析187

7.3.2三菱MELDAS50系列CNC系统及伺服驱动的电源配置190

7.4数控设备的供电故障实例分析191

练习与思考题195

第8章 数控维修基础知识与维修方法196

8.1概述196

8.1.1故障的基本概念196

8.1.2故障的分类196

8.1.3数控系统的可靠性198

8.1.4数控机床维修的重要性198

8.2数控机床故障诊断与维修的基本要求198

8.2.1维修人员基本素质的要求198

8.2.2技术资料的要求199

8.2.3维修工具及备件的要求201

8.3故障诊断与维修的基本方法202

8.3.1数控机床故障诊断与维修的原则202

8.3.2数控机床的故障分析与诊断方法203

8.4维修的基本步骤207

8.4.1故障记录207

8.4.2现场检查208

8.4.3故障诊断与综合分析209

8.4.4故障排除210

8.5自诊断法在数控机床维修中的应用210

8.5.1什么是自诊断技术210

8.5.2开机自诊断211

8.5.3在线诊断212

8.5.4离线诊断212

8.6机床的参数故障及其诊断213

8.6.1数控机床的参数213

8.6.2数控机床参数的分类213

8.6.3产生参数故障的原因214

8.6.4参数的恢复与备份214

8.6.5参数应用方法215

8.6.6参数显示与修改方法215

8.6.7FSO常见参数216

8.7用I/O信号的状态进行诊断217

8.7.1I/O信号状态的概念217

8.7.2I/O信号的构成217

8.7.3FANUC系统I/O信号状态的显示与输出模拟218

8.7.4I/O信号状态检查方法219

8.7.5应用举例220

8.8数控机床维护保养的知识220

8.8.1消除干扰是数控机床维护的重要内容220

8.8.2正确使用设备221

8.8.3积极实施预防性维护221

8.8.4数控机床的常规检查222

8.9FANUC系统的故障诊断224

8.9.1FANUC0系统的基本配置224

8.9.2FSOi系统硬件配置228

8.9.3FANUC系统中故障233

8.10SIEMENS系统的故障诊断238

8.10.1SIEMENS801系统238

8.10.2常见的硬件故障诊断241

8.10.3软件维修242

8.10.4I/O信号的构成与显示243

8.10.5报警的处理244

8.11广州数控系统电气原理245

8.11.1广州数控218T系统电气原理245

8.11.2广州数控928TE系统电气原理246

8.11.3广州数控GSK983系统电气原理250

练习与思考题252

第9章 数控设备故障维修实例253

9.1CNC系统故障维修实例253

9.1.1系统软件故障维修实例253

9.1.2系统硬件故障维修实例256

9.1.3数控机床参数故障维修实例258

9.2伺服驱动系统故障维修实例262

9.2.1直流伺服驱动系统故障维修实例262

9.2.2交流伺服驱动系统故障维修实例267

9.3主轴驱动系统故障维修实例272

9.3.1FANUC主轴驱动系统的故障维修实例272

9.3.2SIEMENS主轴驱动系统故障维修实例277

9.3.3其他主轴驱动系统故障维修实例280

9.4辅助控制装置的维修实例282

9.4.1气动系统的故障维修实例282

9.4.2液压系统的故障维修实例283

9.4.3润滑系统故障维修实例283

9.5其他故障维修实例284

9.5.1急停报警故障维修实例284

9.5.2手动操作类故障维修实例287

9.5.3自动运行的故障维修实例288

9.5.4其他系统故障维修实例289

练习与思考题289

附录290

附录A输出信号（Y）290

附录BG、F信号292

附录CGSK980TD标准功能配置299

附录DFS数控系统各类状态显示含义301

附录EFANUC0系统通用故障分析306

附录FFO报警代码表316

参考文献319