常州轻工职业技术学院
数控机床故障诊断及维护 课 程 授 课 教 案 NO,08
授课日期
授课班级
03机电331
03机电332
课题
数控系统操作面板
授课类型
讲 授
课时数
教 学目 的
重 点难 点
教 具挂 图
教学过程及时间分配
主 要 教 学 内 容
教学方法的运用
数控机床有系统操作面板和机床操作面板，上面的功能开关相按键等均有特定的含义，熟悉这些开关相按键的功能对故障诊断是很有帮助的。虽然数控系统种类很多，但相互间的功能基本上是相同的，只不过表示的方法不同罢了。另外，同一数控系统，虽有很多系列，但根据人们的习惯，各功能开关和按键都具有连续性和认同性。
1 SIEMENS数控系统操作面板
1.1 系统操作面扳以SIEMENS公司的S1NUMERIK 850数控系统来说明。
图4--1 S1NUMERIK 850系统面板
l--带5个软健CRT显示器 2--带4个LED的显示面板 3--地址键 4--符号链 5—运算符号健 6--数字键 7--编辑和输入键
8--操作方式组选择键 9--控制键 10--用户自定义键
不同系列的系统操作面板，其上的操作键数目因功能多少而有所变化，如SINUMERIK 810系统就没有用户自定义键和操作方式组选择键，同时，将数字和符号合并在一个键上，通过上档镕(Shift)来切换。
1.1.1 LED面板
LED面板如图4—2所示。
LED面板上的状态指示灯是CNC系统与操作者之间最直接的交流媒介，CNC系统的工作状态可通过LED直接反映出来，是判断CNC系统正常运行和是否有故障最直接的手段。
1.1.1.1 监控应答及报警
CNC在运行过程中．如有故障，经过监控程序的诊断，该指示灯点亮，这时CRT会显示相应的报警号及报警文本信息，如图4—3所示。
—般情况下，按系统面板上的 (应答键)或 (复位键)，可使该指示灯熄灭。如不灭，说明故障未排除。只有当故障消除后，该灯才会自行熄灭。
1.1.1.2 位置未到达
机床进给轴在运动时，该指示灯壳，当进给轴到达设定的使得后，该指示订熄灭。如果进给轴的零飘过大的话，虽然进给轴没有运动，但该指示灯仍点亮，这里应注意对零飘的重新调整。
1.1.1.3 进给保持当进给中断或程序停止时，该指示灯点亮。
1.1.1.4 程序运行
机床执行段序加工零件或程序空运行时，该指示灯点亮。如果执行到程序中的M00、M01、M02和M30指令时，该指示灯熄灭。
1.2 机床操作面板
SIEMENS数控系统的机床操作面板已模块化，如J85等。图4—4为数控车床的机床操作面板示意图。
另外，通过用户机床操作面板可进一步扩展机床的操作功能，如数控系统的开和关，主轴的正、反转起动和停止，冷却液的开和关，手轮(手摇脉冲发生器)进给，程序试运行等操作功能，以及主轴负载和转速显示等。
1.3 工作方式选择工作方式选择是数控机床操作很重要的功能，它决定了数控机床的工作状态。图4—5为SIEMENS数控系统机床操作面板上工作方式选择开关的示意图：
图4---5 工作方式选择开关
SIEMENS数控系统共有七种工作方式，如图4—5所示，从左至右分别为设定实际值方式、手动数据输入／自动加工方式、连续点动方式、增量进给方式、重定位方式、自动加工方式和返回参考点方式。方式选择除了用拨段开关来选择外，也有一个方式用一个按键来选择的。
1.3.1 设定实际值方式PRESET
在设定实际值方式下，确定当前坐标点相对于机床坐标系的位置值，即零点偏置。同时还要设定刀具偏置号，以用于刀具各种补偿的计算。
1.3.2 手动数据输入／自动加工方式在手动数据输入／自动加工方式下，机床能在CNC控制下运行单程序段。操作人员通过系统面板可以输入少于256个字符的程序段，输入的程序段存入数控系统的缓冲存储器中。按下程序运行按键后，机床执行该程序段，运行结束后在缓冲存储器中消除，以准备输入新的程序段。
1.3.3 手动连续运动方式
在手动连续运动方式下，机床为手动操作方式。选择好要移动的坐标轴，按下方向进给键，该轴就正方向或反方向连续运动，释放方向进给键，轴运动就停止。若同时按快速进给键，轴就快速运动，运动速度可通过调整进给速度倍率开关来设定。JOG方式可用于对刀、工件安装找正及工件测量等场合。
1.3.4 增量点动方式
增量点动方式有五种增量设定方式．即1、10、100、]000和10000um。在增量点动方式下，选择好要移动的坐标轴及增量值，按一下方向进给键。轴就正方向或反方向移动所设定的增量；增量点动方式用于精确对刀的场合。当机床配备手轮(手摇脉冲发生器)时，选择要移动的轴及增量值，顺时针或逆时针转动手轮，则轴以设定的增量值正、反向连续运动。
1.3.5 重定位方式
在加工中，当发生刀具断裂的情况后，在刀具断裂处中断程序，同时主轴停止。操作人员将刀具移出更换新刀后，设定重定位方式，CRT显示刀具实际位置与中断点之间的距离。用手动发方式回到中断点，当偏置量为零时，方向进给键不再起作用，说明刀具已到达中断点。重新起动程序继续加工，这样就保证了接刀点处的连续光滑。
1.3.6 自动加工方式
在自动加工方式下，数控系统根据零件程序控制机床对零件进行加工。通过程序起动／停止键使程序运行和中断，在执行运行时，LED面板上绿色的程序运行灯点亮；通过进给保持／进给起动键使程序暂停和继续运行，在进给保持时，LED面板上红色的进给保持灯点亮。另外，在程序运行过程中，还可以对其他程序进行编辑修改、程序段搜索、显示当前程序段和程序以及图形仿真等。
1.3.7 返回参考点方式
数控系统电源接通后，在返回参考点方式下，按方向进给键及快速进给键，轴移动返回至参考点，建立起机床坐标系，同时在CRT上显示参考点坐标值。
1.4 软健功能
利用软键(softkey)可以扩展数控系统的功能，简化操作，不同的工作方式有不同的软键菜单功能。图4—6为在自动工作方式下的部分软键菜单。
对故障诊断来说，诊断软键(DIAGNOS／S)很重要，通过数控系统的自诊断功能，可方便地查阅有关机床的参数和数据位。图4—7为诊断软键下的部分菜单。
1.5 机床数据
机床数据有两种表示形式，一是参数的形式，有序号、数值和单位；二是数据位的形式，用二进制数“1”和“0”表示，每一个位均表示特定的含义。故障诊断查看机床数据的目的就是核对参数是否在正常范围内，数据位是否发生了改变。例如，当“监控应答及报警”指示灯亮，说明数控机床有故障，同时CRT显示报警号及信息“116*ORDl2 Coutour Monitoring”，查阅维修手册，具体内容如表4—19。
机床数据权据数控系统功能的强弱，其覆盖的面也不—样。 SIEMENS数控系统的机床数据如表4—3所示。
2 FANUC 0 数控系统操作面板
2.1 系统面板
功能键的作用：
1．POS键 现在位置显示值。
2．PKGRM健 在编辑(EDIT)方式时，进行存储器的编辑、显示；在手动数输入(MDI)方式时，进行MDI数据输入、显示：在自动(AUTO)方式时，进行程序和指令值的显示。
3．MENU／OFSET键 坐标系、补偿量及变量的设定与显示，包括G54、G55等工件坐标系、刀具补偿星和R变量的设定等。
4．DGNOS／PARAM键 参数设定及诊断资料的显示，
5．OPR/ALARM键 CRT操作面板显示和报警显示。在OPR软键功能下，通过CRT上ON和OFF的选择，进行机床操作面板的软操作，包括：机床锁定 (M／LOCK)、直接输人模式(DNC MODE)、记忆保护(MEMO KEY)、辅助功能锁定(AUX LOCK)、程序再起动(PRO RESET)和手动绝对值(MAN ABS)。
6．AUX／GRAPH键 画面功能。
2.2 机床操作面板不同用途的数控机床，其机床操作面板上的功能及开关的排序也不尽相同。图4--10为某数控铣床的操作面板。
2.2.1 工作方式选择
2.2.1.1 编辑方式
当选择编辑方式时，将工作方式选择开关置于EDIT位置，通过系统操作面板上的编辑键，对程序进行输入及编辑修改。
2.2.1.2 自动运行方式
当选择自动运行方式时，将工作方式选择开关置于MDI位置，按循环起动按钮，则程序自动运行，当远行到M00、M01、M02和M30时，自动运行停止。在程序自动运行时，若按进给保持按钮，则运行暂时停止，再按循环起动按钮，则程序继续运行，由于自动运行是处理存储器中的加工程序，因此，在有些机床操作面板上。自动运行方式用MEM来表示。
2.2.1.3 手动数据输入方式(MDI)
当选择手动数据输入方式时，将工作方式选择开关置MDI[位置，通过系统面板上的键盘输人一个程序段，按START键或循环起动按钮，则机床执行该程序段。运行结束后，该程序段在缓冲寄存器中消除。
2.2.1.4 手轮进给方式(HANDLE)
当选择手轮进给时，将工作方式选择开关置于（HANDLE)位置，同时通过轴选择开关选择手轮要移动的轴，通过步进及于轮进给量倍率开关选择移动的量，顺时针或逆时针转动手轮，则坐标轴以设定的步进量下、反方向连续移动。
2.2.1.5 步进方式（STEP）
步进方式相当于增量进给方式*当选择步进进给时，构工作方式选择开关置于STEP位置，通过轴选择开关选择好要移动的轴，按一次方向进给按钮，则坐标轴正方向或反方向移动一个步进量，步进量的数值可通过步进及手轮进给量倍个开关来调整，1、100、1000和10000的步进量分别为0.00lmm、0.0lmm、0.1mm和1mm。
2.2.1.6 手动连续进给方式(JOG)
当选择手动连续进给时，特工作方式选择开关置于JOG位置，通过轴选择开关选择好要移动的轴，按方向进给键，轴便正、反方向连续移动，移动的速度通过进给速度倍率开关来调整；若按方向进给键的同时，按快速进给按钮，则轴快速移动，移动的速度通过快速进给速度倍率开关来调整。在有些机床操作面板上，进给速度倍率和快速进给速度倍率可合用一个倍率开关。
2.2.1.7 回参考点方式(ZRN)
当选择回参考点方式时，将工作方式选择开关置于ZRN位置。选择要回参考点的坐标轴，按正方向进给按钮(通常情况下，坐标轴均向正方向回参考点)，轴便向参考点方向移动。到达参考点后，对应轴的回参考点结束灯点亮，同时CRT显示参考点的坐标值。当每个轴的回参考点操作完成后，机床坐标系建立。将工作方式选择开关置于JOG位置，选择好坐标轴，按反方向进给按钮，使轴脱离参考点，机床进人正常工作状态。
2.2.2 机床功能开关
2.2.2.1 Z轴锁定(Z AXIS LOCK)
选择该功能后，在执行含有Z坐标的程序时，机床Z轨不移动，但CRT显示z轴坐标值；该功能常用于轮廓加工前，模拟x—Y平面轮廓。
2.2.2.2 程序试运行(DRY RUN)
选择该功能后，程序运行时机床坐标轴不移动，进给指令F和快速进给无效。该功能常用于新编程序的校验。
2.2.2.3 单步执行(SINGLE BLOCK)
选择该功能后，每按一次循环起动(CYCLE START)按钮，即执行一个程序段。该功能常用于零件的试加工。
2.2.2.4 程序段调步（BLOCK SKIP）
选择该功能后，当程序执行到有“／”符号的程序段时（“/”符号在程序段前），跳过该程序段而执行下一程序段。该功能可使相似零件合用—个程序，使加工程序具有通用性。
2.2.2.5 选择性停止（OPTION STOP）
选择该功能后，当程序执行到M0l指令时，程序停止。该功能可在加工途中对零件进行检验。
此外，还有回转、主轴准停、主轴松刀和紧刀、切削排除及操作照明等功能开关。
3 三菱MELDAS 50数控系统诊断页面三菱MELDAS 50系列数控系统与其他数控系统一样，具有CRT显不器、功能键、字母键、数字键、符号键、编辑键及菜单键(软键)等，系统操作面板如图4—11所示。另外，该系统的机床操作面板向FANUC系统的机床操作面板类似。可参阅图4-10。
3.1 诊断功能
3.1.1 菜单构成
由于MELDAS 50系列数控系统与伺服系统及主轴驱动采用总线控制的形式，因此，当按下功能键“DIAGN／OUT”后，CRT显示的诊断菜单如图4--12所示。
其中AIARM菜单用于报警信息； SERVO菜单用于伺服监控及伺服诊断等：SPINDLE用于主袖监控；PLC-I/F用于PLC的输入/输出及信号的显示和设定。
3.1.2 ALARM报警显示当机床运行出现故障时，机床操作面板上的报警灯亮，同时CRT所有画面均显示报警信息。通过ALARM软键在CRT上显示如图4—13所示的报警页面。
(1)系统报管(ALARM) 显示有关操作报警、程序错误、驱动报警及系统错误的报警码、报警号和报警信息 如图4—13中，M01是有关操作错误的代码，指示在操作期间由于不正确的操作及机械故障所引起的报警。0102为报警号，通过查阅手册，获知该报警指示为倍率为零 (OVERRIDE ZERO)，原因是机床操作面板上的进给倍率开关设定为零。解决方法：①将倍率开关没定个为零以解除故障；②如果倍率开关已设定个为零，则检查有关输入/输出的接口信号。
(2)停止码(STOP CODE ) 在自动工作方式下、用代码和报警来表示自动操作处于禁止或停止状态。包括T01（不能循环起动）、T02(进给保待)、T03(单段停止)和T10(等待完成)。
(3)报警信息(ALARM MESSAGE) 通过用户PLC来显示报警情息。
(4)操作者信息(OPERATOR MESSAGE) 通过用户PLC来显示操作者信息。
有关伺服监控页面及伺服监控参数含义可参阅后面的伺服系统部分。
3.2 其他功能
1．监控功能(MONITOR)
在监控功能状态下，通过菜单键切换，系统能完成现在位置值、坐标值、指令值、搜寻及PLC开关、公共变量和局部变量的显示和操作。
2．刀具参数功能(TOOL PARAM)
在刀具参数功能状态下、通过菜单键的切换，系统能完成刀具长度、半径及磨损量的补偿设定、刀具在刀库中的登记、刀具寿命管理及工件坐标、加工参数、输入/输出参数等显示和操作。
3．编辑和手动数据输入功能(EDIT／MDI)
在编辑和手动数据输入功能状态下，通过菜单链的切换，系统能完成手动数据输入、程序的编辑、搜寻和文件管理的显示和操作。
4．图形功能(SFG)
在图形功能状态下，通过菜单键的切换，在CRT上模拟所编程序的加工轨迹，监控在加工过程中刀具的运动轨迹。
5．梯形图监控功能(FO)
在梯形图监拧功能状态下，通过CRT监控PLC的各数据位，同时该功能还可用于PLC程序的开发。
4 回参考点的故障诊断数控机床在接通电源后要做回零的操作，这是因为在机床断电后，就失去了对各坐标位置的记忆。所以在接通电源后，必须让各坐标轴回到机床一固定点上，这一固定点就是机床坐标系的原点或零点，也称机床参考点。使机床回到这一固定点的操作称回参考点或回零操作。
图4—14为一卧式加工中心机床参考点相对工作台中心位置的示意图。
回参考点是数控机床的重要功能之一，能否正确地返回参考点，将会影响到零件的加工质量。同时，由于数控机床是多刀作业，每一把刀具的刀位点安装位置不可能调整到同一坐标点上，因此就需要用刀具补偿来校正，如加工中心刀具的长度补偿和数控车床车刀刀尖的位置补偿，这种刀具偏置的补偿量也是通过刀位点的实际位置与由参考点确立的基本坐标系比较后补偿得到的。
图4—14 卧式加工中心参考点
4.1 回参考点的方式
回参考点的方式因数控系统类型和机床生产厂家而异，目前，采用脉冲编码器或光栅尺作为位置检测的数控机床多采用栅格法来确定机床的参考点。脉冲编码器或光栅尺均会产生零标志信号，脉冲编码器的零标志信号又称一转信号。每产生一个零标志信号相对于坐标轴移动一个距离，将该距离按一定等分数分割得到的数据即为栅格间距，其大小由参数确定。当伺服电动机(带脉冲编码器)与滚珠丝杠采用1：1直联时，一般设定栅格间距为丝杠螺距，光栅尺的栅格间距为光栅尺上两个零标志之间的距离。采用这种增量式检测装置的数控机床一般有以下四种回参考点的方式。
4.1.1 方式一
回参考点前，先用手动方式以速度vl快速将轴移到参考点附近，然后起动回参考点操作，轴便以速度v2慢速向参考点移动。碰到参考点开关后，数控系统即开始寻找位置检测装置上的零标志。当到达零标志时，发出与零标志脉冲相对应的栅格信号，轴即在此信号作用下速度制动到为零，然后再前移参考点偏移量而停止，所停位置即为参考点。偏移量的大小通过测量由参数设定。
4.1.2 方式二
回参考点时，轴先以速度vl向参考点快速移动，碰到参专点开关后，在减速信号的控制下，减速到速度v2并继续前移，脱开挡块后，再找零标志。当轴到达测量系统零标志发出栅格信号时，轴即制动到速度为零，然后再以v2速度前移参考点偏移量而停止于参考点。
4.1.3 方式三
回参考点时，轴先以速度vl快速向参考点移动，碰到参考点开关后速度制动到零，然后反向以速度v2慢速移动，到达测量系统零标志产生栅格信号时，轴即制动到速度为零，再前移参考点偏移量而停止于参考点。
4.1.4 方式四
回参考点时，轴先以速度vl向参考点快速移动，碰到参考点开关后制动到速度为零，再反向微动直至脱离参考点开关，然后又沿原方向微动撞上参考点开关，并且以速度v2慢速前移，到达测量系统零标志产生栅格信号时，轴即制动到速度为零，再前移参考点偏移量而停止于参考点。
4.2 回参考的故障诊断
回参考点的故障一般可分为找不到参考点和找不准(偏离)参考点两类。前一类故障主要是回参考点减速开关产生的信号或零标志脉冲信号失效(包括信号未产生或在传输处理中丢失)所致。排除故障时先要搞清机床回参考点的方式，再对照故障现象来分析，可采用先,外”后“内”相信号跟踪法查找故障部位。这里的“外”是指安装在机床外部的挡块和参考点开关，可以用CNC系统PLC接口I／O状态指示直接观察信号的有无；“内”是指脉冲编码器中的零标志位或光栅尺上的零标志位，可以用示波器检测零标志脉冲信号。
后一类故障往往是参考点开关挡块位置设置不当引起的，只要重新调整即可。
4.3 数控车床参考点的设定
带转盘刀架，配备FANUC系统的数控车床，其参考点一般设定在刀架刀盘的前端面与镗孔刀座轴线的交点。如图4--19a为转盘刀架示意图，图4--19b为参考点和机床坐标系的关系。
这样做的好处是，对工件进行钻、扩、铰及打中心孔时．只要指出刀架X轴终点坐标为G00 X0，刀具中心即与主轴中心重合，可简化操作。
4.3.1 回参考点原理栅格法回参考点的方法如图4—20所示。
1)设置回参考点工作方式：
2)选择返回参考点的轴并操作该轴返回参考点，该轴以G00快速向参考点运动。
3)当随滑板一起运动的撞块压下参考点开关触头，使其内断(ON)转通(OFF)状态后，机床滑板会减速并按参数设定的速度继续移动。减速可减少运动部件的运动惯量，便于正确停留在参考点位置。
4)当参考点撞块释放开关触头，使其由通(OFF)转断(ON)后，CNC系统将等待栅格信号的出现，该信号一出现，滑板运动就立即停止。此时，滑板到达的位置是电气原点，数控系统记忆该点的坐标值。由于调整时做不到电气原点与机床上规定的参考点位置完全重合，存在误差，故通过测量这一误差值，采用对参考点补偿的方法来校正，即参考点偏移补偿。
4.3.2 使刀架位于参考点上
由于机床修理的需要，编码器、联轴器、问步齿形带及伺服电动机需拆卸，这样就改变了它们与丝杠间的相对位置，使参考点位置发生了变化，因此必须重新设定参考点。
1．使刀架位于x轴参考点上图4—21为X轴刀架参考点示意图。
1)在刀架刀盘上仔细安装好一个镗孔刀座。
2)把杠杆式百分表吸附在主轴前端面上，使表头触及JJ座内孔表面。
3)用手轻转主轴并通过手摇脉冲发生器移动X轴，观察百分表读数值使主孔在X轴上同轴，此时，刀架己位于机床坐标系X轴的零点上了。
4)用手摇脉冲发生器使刀架+X方向移动，观察CRT上位置数值的变化，到达LX位置时，刀架就移到X轴参考点上了。
2．使刀架位于Z轴参考点上图4—22为Z轴刀架参考点示意图。
1)在卡盘上夹持盘形试料，对其端面精密车削，精确测量尺寸。
2)卸掉车刀，用手摇脉冲发生器使刀盘端面靠上试料端面。
3)使刀架向右移动B2距离，刀架即位于LZ=DZ+BZ的Z轴参考点上。
4.3.3 参考点的设定此项工作要完成的是，当回参考点操作后，如何使移动部件停在前面所述的尺寸位置上。当编码器与丝杠保持1：1直联式关系时，参考点的设置如下步骤：
1．X轴参考点的设定图4—23为X轴参考点设定示意图。
1)把百分表吸附在机床合适部分，移动刀架至X轴参考点，使表头对零并注意压缩圈数。
2)把CRT上X轴位置数值清零，用手摇脉冲发生器使刀架向-x方向移动一个略大于X轴丝杠螺距2倍的数，此值在CRT上显示。
3)调整x轴减速撞块，通过CRT画面，观察参考点开关的I／O状态，使接块停留在开关由断(OFF)转通(ON)的点上，如图4—20所示。此时，开关信号由断转通的点在距X轴参考点大约一个丝杠螺距处。
4)固定好撞块。
5)按下急停按钮后再释放，目的是断一次电消除位置环内可能出现的误差。刀架向—X方向移动约100mm后进行回参考点操作，此时，刀架应停留在电气原点上。
6)把CRT上X轴的位置值清零。
7)手动使刀架向—X方向移动约1／3—1该轴丝杠螺距数。
8)重复序号3)的工作。此时减速开关由断转通的那个点被确定在距电气原点约1/6—1/2丝杠螺距的地方，如图4--20中的L 2处。
9)重新固定撞块。
10)重复进行序号5)的工作。
11)向+X方向慢慢移动刀架，直至百分表指针指向零，注意表的压缩圈数与前述相同。读出CRT上显示的移动值，即图4--20中的L3值。
12)把L3作为X轴的栅格偏置量，即参考点补偿量，通过MDI键输入到参数GRDS X的对应地址内。
13)按下急停按钮并释放后，重做一次回参考点的操作，检查百分表读数，若为零则工作结束，不为零则应更改栅格编置量并重做序号12)和13)项内容的工作。
2．Z轴参考点的设定图4—24为Z轴参考点设定示意图。
Z轴参考点的调整方法，顺序同X轴设定方法，不同之处是：
1)Z向移动刀架时，CRT上的显示值与实际移动值一致，因此Z向在做相当于X轴参考点设定序号2)内容时，刀架的—Z向移动一个略大于Z轴丝杠螺距的数。
2)Z向在做相当于X轴参考点设定序号7)内容时，应使刀架向-Z向移动约l／6—1／2该轴丝杠螺距数值。
3)Z轴参考点栅格偏置量应输人到参数GRDS Z的对应地址内。
要注意的是，在调整过程中，要避免参考点开关通(ON)的时候，栅格信号就出现的情况，因为此时栅格信号处在临界点上，这样由于参考点开关“通”、“断”信号出现的重复精度及机械部分的各种变形，都会使回参考点出现不稳定的故障
以上是FANUC系统数控车床参考点的设定方法，其调整过程同样适用于其他系统和机床。
课后小记
数控机床故障诊断及维护 课 程 授 课 教 案 NO,08
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数控系统操作面板
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教 学目 的
重 点难 点
教 具挂 图
教学过程及时间分配
主 要 教 学 内 容
教学方法的运用
数控机床有系统操作面板和机床操作面板，上面的功能开关相按键等均有特定的含义，熟悉这些开关相按键的功能对故障诊断是很有帮助的。虽然数控系统种类很多，但相互间的功能基本上是相同的，只不过表示的方法不同罢了。另外，同一数控系统，虽有很多系列，但根据人们的习惯，各功能开关和按键都具有连续性和认同性。
1 SIEMENS数控系统操作面板
1.1 系统操作面扳以SIEMENS公司的S1NUMERIK 850数控系统来说明。
图4--1 S1NUMERIK 850系统面板
l--带5个软健CRT显示器 2--带4个LED的显示面板 3--地址键 4--符号链 5—运算符号健 6--数字键 7--编辑和输入键
8--操作方式组选择键 9--控制键 10--用户自定义键
不同系列的系统操作面板，其上的操作键数目因功能多少而有所变化，如SINUMERIK 810系统就没有用户自定义键和操作方式组选择键，同时，将数字和符号合并在一个键上，通过上档镕(Shift)来切换。
1.1.1 LED面板
LED面板如图4—2所示。
LED面板上的状态指示灯是CNC系统与操作者之间最直接的交流媒介，CNC系统的工作状态可通过LED直接反映出来，是判断CNC系统正常运行和是否有故障最直接的手段。
1.1.1.1 监控应答及报警
CNC在运行过程中．如有故障，经过监控程序的诊断，该指示灯点亮，这时CRT会显示相应的报警号及报警文本信息，如图4—3所示。
—般情况下，按系统面板上的 (应答键)或 (复位键)，可使该指示灯熄灭。如不灭，说明故障未排除。只有当故障消除后，该灯才会自行熄灭。
1.1.1.2 位置未到达
机床进给轴在运动时，该指示灯壳，当进给轴到达设定的使得后，该指示订熄灭。如果进给轴的零飘过大的话，虽然进给轴没有运动，但该指示灯仍点亮，这里应注意对零飘的重新调整。
1.1.1.3 进给保持当进给中断或程序停止时，该指示灯点亮。
1.1.1.4 程序运行
机床执行段序加工零件或程序空运行时，该指示灯点亮。如果执行到程序中的M00、M01、M02和M30指令时，该指示灯熄灭。
1.2 机床操作面板
SIEMENS数控系统的机床操作面板已模块化，如J85等。图4—4为数控车床的机床操作面板示意图。
另外，通过用户机床操作面板可进一步扩展机床的操作功能，如数控系统的开和关，主轴的正、反转起动和停止，冷却液的开和关，手轮(手摇脉冲发生器)进给，程序试运行等操作功能，以及主轴负载和转速显示等。
1.3 工作方式选择工作方式选择是数控机床操作很重要的功能，它决定了数控机床的工作状态。图4—5为SIEMENS数控系统机床操作面板上工作方式选择开关的示意图：
图4---5 工作方式选择开关
SIEMENS数控系统共有七种工作方式，如图4—5所示，从左至右分别为设定实际值方式、手动数据输入／自动加工方式、连续点动方式、增量进给方式、重定位方式、自动加工方式和返回参考点方式。方式选择除了用拨段开关来选择外，也有一个方式用一个按键来选择的。
1.3.1 设定实际值方式PRESET
在设定实际值方式下，确定当前坐标点相对于机床坐标系的位置值，即零点偏置。同时还要设定刀具偏置号，以用于刀具各种补偿的计算。
1.3.2 手动数据输入／自动加工方式在手动数据输入／自动加工方式下，机床能在CNC控制下运行单程序段。操作人员通过系统面板可以输入少于256个字符的程序段，输入的程序段存入数控系统的缓冲存储器中。按下程序运行按键后，机床执行该程序段，运行结束后在缓冲存储器中消除，以准备输入新的程序段。
1.3.3 手动连续运动方式
在手动连续运动方式下，机床为手动操作方式。选择好要移动的坐标轴，按下方向进给键，该轴就正方向或反方向连续运动，释放方向进给键，轴运动就停止。若同时按快速进给键，轴就快速运动，运动速度可通过调整进给速度倍率开关来设定。JOG方式可用于对刀、工件安装找正及工件测量等场合。
1.3.4 增量点动方式
增量点动方式有五种增量设定方式．即1、10、100、]000和10000um。在增量点动方式下，选择好要移动的坐标轴及增量值，按一下方向进给键。轴就正方向或反方向移动所设定的增量；增量点动方式用于精确对刀的场合。当机床配备手轮(手摇脉冲发生器)时，选择要移动的轴及增量值，顺时针或逆时针转动手轮，则轴以设定的增量值正、反向连续运动。
1.3.5 重定位方式
在加工中，当发生刀具断裂的情况后，在刀具断裂处中断程序，同时主轴停止。操作人员将刀具移出更换新刀后，设定重定位方式，CRT显示刀具实际位置与中断点之间的距离。用手动发方式回到中断点，当偏置量为零时，方向进给键不再起作用，说明刀具已到达中断点。重新起动程序继续加工，这样就保证了接刀点处的连续光滑。
1.3.6 自动加工方式
在自动加工方式下，数控系统根据零件程序控制机床对零件进行加工。通过程序起动／停止键使程序运行和中断，在执行运行时，LED面板上绿色的程序运行灯点亮；通过进给保持／进给起动键使程序暂停和继续运行，在进给保持时，LED面板上红色的进给保持灯点亮。另外，在程序运行过程中，还可以对其他程序进行编辑修改、程序段搜索、显示当前程序段和程序以及图形仿真等。
1.3.7 返回参考点方式
数控系统电源接通后，在返回参考点方式下，按方向进给键及快速进给键，轴移动返回至参考点，建立起机床坐标系，同时在CRT上显示参考点坐标值。
1.4 软健功能
利用软键(softkey)可以扩展数控系统的功能，简化操作，不同的工作方式有不同的软键菜单功能。图4—6为在自动工作方式下的部分软键菜单。
对故障诊断来说，诊断软键(DIAGNOS／S)很重要，通过数控系统的自诊断功能，可方便地查阅有关机床的参数和数据位。图4—7为诊断软键下的部分菜单。
1.5 机床数据
机床数据有两种表示形式，一是参数的形式，有序号、数值和单位；二是数据位的形式，用二进制数“1”和“0”表示，每一个位均表示特定的含义。故障诊断查看机床数据的目的就是核对参数是否在正常范围内，数据位是否发生了改变。例如，当“监控应答及报警”指示灯亮，说明数控机床有故障，同时CRT显示报警号及信息“116*ORDl2 Coutour Monitoring”，查阅维修手册，具体内容如表4—19。
机床数据权据数控系统功能的强弱，其覆盖的面也不—样。 SIEMENS数控系统的机床数据如表4—3所示。
2 FANUC 0 数控系统操作面板
2.1 系统面板
功能键的作用：
1．POS键 现在位置显示值。
2．PKGRM健 在编辑(EDIT)方式时，进行存储器的编辑、显示；在手动数输入(MDI)方式时，进行MDI数据输入、显示：在自动(AUTO)方式时，进行程序和指令值的显示。
3．MENU／OFSET键 坐标系、补偿量及变量的设定与显示，包括G54、G55等工件坐标系、刀具补偿星和R变量的设定等。
4．DGNOS／PARAM键 参数设定及诊断资料的显示，
5．OPR/ALARM键 CRT操作面板显示和报警显示。在OPR软键功能下，通过CRT上ON和OFF的选择，进行机床操作面板的软操作，包括：机床锁定 (M／LOCK)、直接输人模式(DNC MODE)、记忆保护(MEMO KEY)、辅助功能锁定(AUX LOCK)、程序再起动(PRO RESET)和手动绝对值(MAN ABS)。
6．AUX／GRAPH键 画面功能。
2.2 机床操作面板不同用途的数控机床，其机床操作面板上的功能及开关的排序也不尽相同。图4--10为某数控铣床的操作面板。
2.2.1 工作方式选择
2.2.1.1 编辑方式
当选择编辑方式时，将工作方式选择开关置于EDIT位置，通过系统操作面板上的编辑键，对程序进行输入及编辑修改。
2.2.1.2 自动运行方式
当选择自动运行方式时，将工作方式选择开关置于MDI位置，按循环起动按钮，则程序自动运行，当远行到M00、M01、M02和M30时，自动运行停止。在程序自动运行时，若按进给保持按钮，则运行暂时停止，再按循环起动按钮，则程序继续运行，由于自动运行是处理存储器中的加工程序，因此，在有些机床操作面板上。自动运行方式用MEM来表示。
2.2.1.3 手动数据输入方式(MDI)
当选择手动数据输入方式时，将工作方式选择开关置MDI[位置，通过系统面板上的键盘输人一个程序段，按START键或循环起动按钮，则机床执行该程序段。运行结束后，该程序段在缓冲寄存器中消除。
2.2.1.4 手轮进给方式(HANDLE)
当选择手轮进给时，将工作方式选择开关置于（HANDLE)位置，同时通过轴选择开关选择手轮要移动的轴，通过步进及于轮进给量倍率开关选择移动的量，顺时针或逆时针转动手轮，则坐标轴以设定的步进量下、反方向连续移动。
2.2.1.5 步进方式（STEP）
步进方式相当于增量进给方式*当选择步进进给时，构工作方式选择开关置于STEP位置，通过轴选择开关选择好要移动的轴，按一次方向进给按钮，则坐标轴正方向或反方向移动一个步进量，步进量的数值可通过步进及手轮进给量倍个开关来调整，1、100、1000和10000的步进量分别为0.00lmm、0.0lmm、0.1mm和1mm。
2.2.1.6 手动连续进给方式(JOG)
当选择手动连续进给时，特工作方式选择开关置于JOG位置，通过轴选择开关选择好要移动的轴，按方向进给键，轴便正、反方向连续移动，移动的速度通过进给速度倍率开关来调整；若按方向进给键的同时，按快速进给按钮，则轴快速移动，移动的速度通过快速进给速度倍率开关来调整。在有些机床操作面板上，进给速度倍率和快速进给速度倍率可合用一个倍率开关。
2.2.1.7 回参考点方式(ZRN)
当选择回参考点方式时，将工作方式选择开关置于ZRN位置。选择要回参考点的坐标轴，按正方向进给按钮(通常情况下，坐标轴均向正方向回参考点)，轴便向参考点方向移动。到达参考点后，对应轴的回参考点结束灯点亮，同时CRT显示参考点的坐标值。当每个轴的回参考点操作完成后，机床坐标系建立。将工作方式选择开关置于JOG位置，选择好坐标轴，按反方向进给按钮，使轴脱离参考点，机床进人正常工作状态。
2.2.2 机床功能开关
2.2.2.1 Z轴锁定(Z AXIS LOCK)
选择该功能后，在执行含有Z坐标的程序时，机床Z轨不移动，但CRT显示z轴坐标值；该功能常用于轮廓加工前，模拟x—Y平面轮廓。
2.2.2.2 程序试运行(DRY RUN)
选择该功能后，程序运行时机床坐标轴不移动，进给指令F和快速进给无效。该功能常用于新编程序的校验。
2.2.2.3 单步执行(SINGLE BLOCK)
选择该功能后，每按一次循环起动(CYCLE START)按钮，即执行一个程序段。该功能常用于零件的试加工。
2.2.2.4 程序段调步（BLOCK SKIP）
选择该功能后，当程序执行到有“／”符号的程序段时（“/”符号在程序段前），跳过该程序段而执行下一程序段。该功能可使相似零件合用—个程序，使加工程序具有通用性。
2.2.2.5 选择性停止（OPTION STOP）
选择该功能后，当程序执行到M0l指令时，程序停止。该功能可在加工途中对零件进行检验。
此外，还有回转、主轴准停、主轴松刀和紧刀、切削排除及操作照明等功能开关。
3 三菱MELDAS 50数控系统诊断页面三菱MELDAS 50系列数控系统与其他数控系统一样，具有CRT显不器、功能键、字母键、数字键、符号键、编辑键及菜单键(软键)等，系统操作面板如图4—11所示。另外，该系统的机床操作面板向FANUC系统的机床操作面板类似。可参阅图4-10。
3.1 诊断功能
3.1.1 菜单构成
由于MELDAS 50系列数控系统与伺服系统及主轴驱动采用总线控制的形式，因此，当按下功能键“DIAGN／OUT”后，CRT显示的诊断菜单如图4--12所示。
其中AIARM菜单用于报警信息； SERVO菜单用于伺服监控及伺服诊断等：SPINDLE用于主袖监控；PLC-I/F用于PLC的输入/输出及信号的显示和设定。
3.1.2 ALARM报警显示当机床运行出现故障时，机床操作面板上的报警灯亮，同时CRT所有画面均显示报警信息。通过ALARM软键在CRT上显示如图4—13所示的报警页面。
(1)系统报管(ALARM) 显示有关操作报警、程序错误、驱动报警及系统错误的报警码、报警号和报警信息 如图4—13中，M01是有关操作错误的代码，指示在操作期间由于不正确的操作及机械故障所引起的报警。0102为报警号，通过查阅手册，获知该报警指示为倍率为零 (OVERRIDE ZERO)，原因是机床操作面板上的进给倍率开关设定为零。解决方法：①将倍率开关没定个为零以解除故障；②如果倍率开关已设定个为零，则检查有关输入/输出的接口信号。
(2)停止码(STOP CODE ) 在自动工作方式下、用代码和报警来表示自动操作处于禁止或停止状态。包括T01（不能循环起动）、T02(进给保待)、T03(单段停止)和T10(等待完成)。
(3)报警信息(ALARM MESSAGE) 通过用户PLC来显示报警情息。
(4)操作者信息(OPERATOR MESSAGE) 通过用户PLC来显示操作者信息。
有关伺服监控页面及伺服监控参数含义可参阅后面的伺服系统部分。
3.2 其他功能
1．监控功能(MONITOR)
在监控功能状态下，通过菜单键切换，系统能完成现在位置值、坐标值、指令值、搜寻及PLC开关、公共变量和局部变量的显示和操作。
2．刀具参数功能(TOOL PARAM)
在刀具参数功能状态下、通过菜单键的切换，系统能完成刀具长度、半径及磨损量的补偿设定、刀具在刀库中的登记、刀具寿命管理及工件坐标、加工参数、输入/输出参数等显示和操作。
3．编辑和手动数据输入功能(EDIT／MDI)
在编辑和手动数据输入功能状态下，通过菜单链的切换，系统能完成手动数据输入、程序的编辑、搜寻和文件管理的显示和操作。
4．图形功能(SFG)
在图形功能状态下，通过菜单键的切换，在CRT上模拟所编程序的加工轨迹，监控在加工过程中刀具的运动轨迹。
5．梯形图监控功能(FO)
在梯形图监拧功能状态下，通过CRT监控PLC的各数据位，同时该功能还可用于PLC程序的开发。
4 回参考点的故障诊断数控机床在接通电源后要做回零的操作，这是因为在机床断电后，就失去了对各坐标位置的记忆。所以在接通电源后，必须让各坐标轴回到机床一固定点上，这一固定点就是机床坐标系的原点或零点，也称机床参考点。使机床回到这一固定点的操作称回参考点或回零操作。
图4—14为一卧式加工中心机床参考点相对工作台中心位置的示意图。
回参考点是数控机床的重要功能之一，能否正确地返回参考点，将会影响到零件的加工质量。同时，由于数控机床是多刀作业，每一把刀具的刀位点安装位置不可能调整到同一坐标点上，因此就需要用刀具补偿来校正，如加工中心刀具的长度补偿和数控车床车刀刀尖的位置补偿，这种刀具偏置的补偿量也是通过刀位点的实际位置与由参考点确立的基本坐标系比较后补偿得到的。
图4—14 卧式加工中心参考点
4.1 回参考点的方式
回参考点的方式因数控系统类型和机床生产厂家而异，目前，采用脉冲编码器或光栅尺作为位置检测的数控机床多采用栅格法来确定机床的参考点。脉冲编码器或光栅尺均会产生零标志信号，脉冲编码器的零标志信号又称一转信号。每产生一个零标志信号相对于坐标轴移动一个距离，将该距离按一定等分数分割得到的数据即为栅格间距，其大小由参数确定。当伺服电动机(带脉冲编码器)与滚珠丝杠采用1：1直联时，一般设定栅格间距为丝杠螺距，光栅尺的栅格间距为光栅尺上两个零标志之间的距离。采用这种增量式检测装置的数控机床一般有以下四种回参考点的方式。
4.1.1 方式一
回参考点前，先用手动方式以速度vl快速将轴移到参考点附近，然后起动回参考点操作，轴便以速度v2慢速向参考点移动。碰到参考点开关后，数控系统即开始寻找位置检测装置上的零标志。当到达零标志时，发出与零标志脉冲相对应的栅格信号，轴即在此信号作用下速度制动到为零，然后再前移参考点偏移量而停止，所停位置即为参考点。偏移量的大小通过测量由参数设定。
4.1.2 方式二
回参考点时，轴先以速度vl向参考点快速移动，碰到参专点开关后，在减速信号的控制下，减速到速度v2并继续前移，脱开挡块后，再找零标志。当轴到达测量系统零标志发出栅格信号时，轴即制动到速度为零，然后再以v2速度前移参考点偏移量而停止于参考点。
4.1.3 方式三
回参考点时，轴先以速度vl快速向参考点移动，碰到参考点开关后速度制动到零，然后反向以速度v2慢速移动，到达测量系统零标志产生栅格信号时，轴即制动到速度为零，再前移参考点偏移量而停止于参考点。
4.1.4 方式四
回参考点时，轴先以速度vl向参考点快速移动，碰到参考点开关后制动到速度为零，再反向微动直至脱离参考点开关，然后又沿原方向微动撞上参考点开关，并且以速度v2慢速前移，到达测量系统零标志产生栅格信号时，轴即制动到速度为零，再前移参考点偏移量而停止于参考点。
4.2 回参考的故障诊断
回参考点的故障一般可分为找不到参考点和找不准(偏离)参考点两类。前一类故障主要是回参考点减速开关产生的信号或零标志脉冲信号失效(包括信号未产生或在传输处理中丢失)所致。排除故障时先要搞清机床回参考点的方式，再对照故障现象来分析，可采用先,外”后“内”相信号跟踪法查找故障部位。这里的“外”是指安装在机床外部的挡块和参考点开关，可以用CNC系统PLC接口I／O状态指示直接观察信号的有无；“内”是指脉冲编码器中的零标志位或光栅尺上的零标志位，可以用示波器检测零标志脉冲信号。
后一类故障往往是参考点开关挡块位置设置不当引起的，只要重新调整即可。
4.3 数控车床参考点的设定
带转盘刀架，配备FANUC系统的数控车床，其参考点一般设定在刀架刀盘的前端面与镗孔刀座轴线的交点。如图4--19a为转盘刀架示意图，图4--19b为参考点和机床坐标系的关系。
这样做的好处是，对工件进行钻、扩、铰及打中心孔时．只要指出刀架X轴终点坐标为G00 X0，刀具中心即与主轴中心重合，可简化操作。
4.3.1 回参考点原理栅格法回参考点的方法如图4—20所示。
1)设置回参考点工作方式：
2)选择返回参考点的轴并操作该轴返回参考点，该轴以G00快速向参考点运动。
3)当随滑板一起运动的撞块压下参考点开关触头，使其内断(ON)转通(OFF)状态后，机床滑板会减速并按参数设定的速度继续移动。减速可减少运动部件的运动惯量，便于正确停留在参考点位置。
4)当参考点撞块释放开关触头，使其由通(OFF)转断(ON)后，CNC系统将等待栅格信号的出现，该信号一出现，滑板运动就立即停止。此时，滑板到达的位置是电气原点，数控系统记忆该点的坐标值。由于调整时做不到电气原点与机床上规定的参考点位置完全重合，存在误差，故通过测量这一误差值，采用对参考点补偿的方法来校正，即参考点偏移补偿。
4.3.2 使刀架位于参考点上
由于机床修理的需要，编码器、联轴器、问步齿形带及伺服电动机需拆卸，这样就改变了它们与丝杠间的相对位置，使参考点位置发生了变化，因此必须重新设定参考点。
1．使刀架位于x轴参考点上图4—21为X轴刀架参考点示意图。
1)在刀架刀盘上仔细安装好一个镗孔刀座。
2)把杠杆式百分表吸附在主轴前端面上，使表头触及JJ座内孔表面。
3)用手轻转主轴并通过手摇脉冲发生器移动X轴，观察百分表读数值使主孔在X轴上同轴，此时，刀架己位于机床坐标系X轴的零点上了。
4)用手摇脉冲发生器使刀架+X方向移动，观察CRT上位置数值的变化，到达LX位置时，刀架就移到X轴参考点上了。
2．使刀架位于Z轴参考点上图4—22为Z轴刀架参考点示意图。
1)在卡盘上夹持盘形试料，对其端面精密车削，精确测量尺寸。
2)卸掉车刀，用手摇脉冲发生器使刀盘端面靠上试料端面。
3)使刀架向右移动B2距离，刀架即位于LZ=DZ+BZ的Z轴参考点上。
4.3.3 参考点的设定此项工作要完成的是，当回参考点操作后，如何使移动部件停在前面所述的尺寸位置上。当编码器与丝杠保持1：1直联式关系时，参考点的设置如下步骤：
1．X轴参考点的设定图4—23为X轴参考点设定示意图。
1)把百分表吸附在机床合适部分，移动刀架至X轴参考点，使表头对零并注意压缩圈数。
2)把CRT上X轴位置数值清零，用手摇脉冲发生器使刀架向-x方向移动一个略大于X轴丝杠螺距2倍的数，此值在CRT上显示。
3)调整x轴减速撞块，通过CRT画面，观察参考点开关的I／O状态，使接块停留在开关由断(OFF)转通(ON)的点上，如图4—20所示。此时，开关信号由断转通的点在距X轴参考点大约一个丝杠螺距处。
4)固定好撞块。
5)按下急停按钮后再释放，目的是断一次电消除位置环内可能出现的误差。刀架向—X方向移动约100mm后进行回参考点操作，此时，刀架应停留在电气原点上。
6)把CRT上X轴的位置值清零。
7)手动使刀架向—X方向移动约1／3—1该轴丝杠螺距数。
8)重复序号3)的工作。此时减速开关由断转通的那个点被确定在距电气原点约1/6—1/2丝杠螺距的地方，如图4--20中的L 2处。
9)重新固定撞块。
10)重复进行序号5)的工作。
11)向+X方向慢慢移动刀架，直至百分表指针指向零，注意表的压缩圈数与前述相同。读出CRT上显示的移动值，即图4--20中的L3值。
12)把L3作为X轴的栅格偏置量，即参考点补偿量，通过MDI键输入到参数GRDS X的对应地址内。
13)按下急停按钮并释放后，重做一次回参考点的操作，检查百分表读数，若为零则工作结束，不为零则应更改栅格编置量并重做序号12)和13)项内容的工作。
2．Z轴参考点的设定图4—24为Z轴参考点设定示意图。
Z轴参考点的调整方法，顺序同X轴设定方法，不同之处是：
1)Z向移动刀架时，CRT上的显示值与实际移动值一致，因此Z向在做相当于X轴参考点设定序号2)内容时，刀架的—Z向移动一个略大于Z轴丝杠螺距的数。
2)Z向在做相当于X轴参考点设定序号7)内容时，应使刀架向-Z向移动约l／6—1／2该轴丝杠螺距数值。
3)Z轴参考点栅格偏置量应输人到参数GRDS Z的对应地址内。
要注意的是，在调整过程中，要避免参考点开关通(ON)的时候，栅格信号就出现的情况，因为此时栅格信号处在临界点上，这样由于参考点开关“通”、“断”信号出现的重复精度及机械部分的各种变形，都会使回参考点出现不稳定的故障
以上是FANUC系统数控车床参考点的设定方法，其调整过程同样适用于其他系统和机床。
课后小记
