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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

6.6.1SINUMERIK801 172

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