数控机床维修的基本功

在我国，随着现代制造业的发展，数控机床的应用越来越普遍，社会急需数控机床维修高级技能人才。要学好数控机床维修，首先要熟悉数控系统及其接口与连接，这是数控机床维修的基本功。

数控机床根据功能和性能的要求配置不同的数控系统。数控系统是数控机床的核心，包括数控装置、进给伺服驱动单元、主轴驱动单元、可编程控制器、显示装置及操作面板、通信装置和辅助控制装置。目前，我国数控机床行业占据主导地位的有日本的FANUC(发那科)、德国的SIEMENS(西门子)、我国的华中等公司的数控系统及相关产品。

数控装置的接口是数控装置与数控系统的功能部件(主轴模块、进给伺服模块、PLC模块等)和机床进行信息传递、交换和控制的端口。接口在数控系统中占有重要的位置。不同功能模块与数控系统相连接，不能直接连接，必须通过接口电路连接起来。无论是哪种数控系统，数控装置常用接口一般可以分为五大类：电源接口、通信接口、伺服控制接口、主轴控制接口和输入输出接口。

本文以FANUC-0i Mate C数控系统和华中HNC-21数控系统为例，结合作者多年的实际维修经验，介绍数控装置的常用接口及其应用，以便于读者掌握典型数控系统的组成及功能连接，为数控系统的维修奠定良好的基础。

　　二、FANUC-0i Mate C数控系统接口

自1965年以来，FANUC一直致力于工厂自动化产品CNC的开发。公司采用了先进的开发手段及先进的生产制造设备，为全世界的机械工业提供了高性能、高可靠性的众多的系列数控产品和智能机械。图1为FANUC-0i Mate C系统单元接口图，图2为FANUC-0i Mate C数控系统连接图。

　　(一)电源接口

CP1：系统直流24V.输入电源接I21，一般与机床侧的DC24V稳压电源连接。

　　(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：系统伺服高速串行通信FSSB接口(光缆)，与伺服放大器的CP10B连接。CA69：伺服检测板接口，此接口维修时使用。

　　(四)主轴控制接口

JA7A：串行主轴/主轴位置编码器信号接口。当主轴为串行主轴时，与主轴放大器的　　JA7B连接，实现主轴模块与C C系统的信息传递;当主轴为模拟量主轴时，该接口又是主轴位置编码器的主轴位置反馈信号接口。

JA40：模拟量主轴的速度信号接口，CNC系统输出的速度信号(0～10V)与变频器的模拟量频率设定端相连接。

　　(五)输入输出接口

JD44A：外接的I/O卡或I/O模块信号接口(I/O Link控制)。

CA55：系统MDI键盘信号接口。

CN2：系统操作软键信号接口。

　　三、华中HNC-21数控系统接口

华中世纪星HNC-21系列数控单元(HNC-21T、HNC-21M)采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC机，配置7.5英寸彩色液晶显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PIC接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能，具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点，主要应用于小型车、铣加工中心。

　　(一)电源接口

XS1：电源接口。管脚1、5 为AC24V1

AC2472，交流24V 电源，也可用DC24V 电源供电。管脚2、4为+24V、24VG，直流24V 电源。管脚6为PE，安全地。

调试数控机床时，数控系统上电前，调试人员需要测试管脚1、5或管脚2、4的电源电压，确认是否为DC24V或AC24V。另外，当我们怀疑数控系统输入电源类故障时，也需要进行此操作。

　　(二)通信接口

2：外接PC键盘接口。

3：以太网接口。

4：软驱接口。

5：RS232接口。串行数据通信时使用，运用此接口可与PC机进行数据交换，完成参数、PLC、程序等的上传下载。

　　(三)伺服控制接口

30~XS33：模拟式、脉冲式、步进式进给轴控制接口。管脚14、7、15、8分别为CP+、CP-DIR+ 、DIR-

步进式进给轴控制时，CP+、CP-代表输出指令脉冲，脉冲的频率和数量控制步进电机的转速和转角大小;DIR+、DIR一代表输出指令方向，控制步进电机的转向。步进式进给轴控制属开环系统，无反馈。脉冲式进给轴控制时，脉冲指令接口有3种类型：单脉冲(又称脉冲+方向)方式、正交脉冲(又称AB相脉冲)方式和正反向脉冲(又称双脉冲)方式，不同工作方式下CP、DIR的含义如表1所示。

单脉冲方式中，CP为脉冲信号，DIR为方向信号;正交脉冲方式中，CP与DIR的'相位差为脉冲信号，CP与DIR的相位超前和落后关系决定电动机的旋转方向;正反向脉冲方式中，CP为正转脉冲信号，DIR为反转脉冲信号。

管脚6为OUTA，模拟电压输出，用于模拟式进给轴控制。

脉冲式和模拟式进给轴控制属闭环控制，有反馈，以下是与反馈有关的管脚。

管脚4、5和管脚12、13都是DCSV电源，所不同的是管脚12、13是外围输入给数控系统的电源，而管脚4、5是数控系统提供给编码器的电源。

管脚1、9、2、10、3、11分别为A+、A-、B+、B-、Z+、Z-。管脚1、9和管脚2、10是伺服码盘A、B相位反馈信号，A、B相位差9O。，用于辨向。管脚3、11是伺服码盘Z脉冲反馈信号，用于每转产生一个基准脉冲，又称零脉冲，它是轴旋转一周在固定位置上产生的一个脉冲，在伺服码盘上用于精确确定机床的参考点。

40~XS43：串行式HSV-l1型伺服轴控制接口。管脚2、3分别为数据接收RXD和数据发送TXD，管脚5为GND地。

　　(四)主轴控制接口

xS9：主轴控制接口。管脚6、14为主轴模拟量AOUT1、AOUT2，管脚7、8、15为模拟量输出地GND。AOUT1、GND输出-10V +1OV 电压给变频器，来控制主轴转速，而AOUT2、GND则输出0～+10V电压。我们根据实际所需选取相应的管脚。

管脚4、5和管脚12、13都是DC5V电源，所不同的是管脚12、13是外围输入给数控系统的电源，而管脚4、5是数控系统提供给编码器的电源。管脚1、9、2、10、3、l1分别为SA+、SA-、SB+、SB-、SZ+、SZ-。管脚1、9和管脚2、1O是主轴码盘A、B相位反馈信号，A、B相位差90，用于辨向。管脚3、11是主轴码盘z脉冲反馈信号，用于每转产生一个基准脉冲，在主轴码盘上用于螺纹加工以及主轴定向等。

　　(五)输入输出接口

、XS11：输入开关量接口。每个输入开关量接口有25个管脚。以XS10接口为例，其中管脚3为空，管脚1、2、14、15为24VG，即外部开关量直流24V电源地。管脚13、25、12、24、11、23、10、22、9、21、8、20、7、19、6、18、5、l7、4、16分别为IO～I19，共支持2O个输入点，分别对应输入开关量X0.0～X2.3。同样，XS11接口也支持2O个输入点，分别对应输入开关量X2.4～X4.7。

20、XS21：输出开关量接口。每个输出开关量接口有25个管脚。以XS20为例，其中管脚5为空，管脚1、2、14、15为24VG，即外部开关量直流24V电源地。管脚3、l6为OTBS1、OTBS2，连接超程解除按钮。管脚4、17为ESTOP1、ESTOP2，连接急停按钮。管脚13、25、12、24、11、23、1O、22、9、21、8、2O、7、19、6、18分别为OO～O15，共支持16个输出点，分别对应输出开关量Y0.0～Y1.7。同样，XS21接口也支持16个输出点，分别对应输出开关量X2.0～ X3.7。

可通过测量管脚4、17，来判断急停按钮通断。也可通过测量3、16，来判断超程解除按钮的通断。这在维修中，在处理急停类和超程类故障时是非常有用的方法。

6：远程I/O板接口。数控机床结构越复杂、控制功能越多，随之受控对象越多，所需的外部开关量就越多。当XS10、11、2O、21接口不能满足我们的需要时，可使用XS6远程I/O板接口进行扩展。

8：手持单元接口。手持单元接口共有25个管脚。其中管脚25、13为+5V、5VG，即手摇直流5V 电源。管脚24、12为手摇A相HA和手摇B相HB。这些是手持单元最基本的管脚。

另外，手持单元若带有手持急停按钮和坐标轴选择、增量倍率选择等功能，其管脚这样分配的：管脚1、2、14、15为24VG，管脚3、16为+24V，为开关量提供直流24V 电源;管脚4、l7为ESTOP2、ESTOP3，连接手持单元急停按钮;管脚9、21、8、20、7、19、6、18分别为I32～I39，对应输入开关量X4.0～X4.7;管脚11、23、1O、22分别为028～O31，对应输出开关量Y3.4～Y3.7。

需要注意的是，若手持单元中使用了以上输入、输出开关量管脚，则XS11、XS21接口中相同的开关量管脚就不再使用，以免重复。另外，若手持单元没有急停按钮，则一定要将本接口中的4、17管脚短接，否则系统将处于急停，不能复位。对于数控机床调试、维修人员来说了解并会应用这些都是很重要的。