數控機牀維修的基本功
在我國，隨着現代製造業的發展，數控機牀的應用越來越普遍，社會急需數控機牀維修高級技能人才。要學好數控機牀維修，首先要熟悉數控系統及其接口與連接，這是數控機牀維修的基本功。
數控機牀根據功能和性能的要求配置不同的數控系統。數控系統是數控機牀的核心，包括數控裝置、進給伺服驅動單元、主軸驅動單元、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，我國數控機牀行業佔據主導地位的有日本的FANUC(發那科)、德國的SIEMENS(西門子)、我國的華中等公司的數控系統及相關產品。
數控裝置的接口是數控裝置與數控系統的功能部件(主軸模塊、進給伺服模塊、PLC模塊等)和機牀進行信息傳遞、交換和控制的端口。接口在數控系統中佔有重要的位置。不同功能模塊與數控系統相連接，不能直接連接，必須通過接口電路連接起來。無論是哪種數控系統，數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數控系統和華中HNC-21數控系統為例，結合作者多年的實際維修經驗，介紹數控裝置的常用接口及其應用，以便於讀者掌握典型數控系統的組成及功能連接，為數控系統的維修奠定良好的基礎。
二、FANUC-0i Mate C數控系統接口
自1965年以來，FANUC一直致力於工廠自動化產品CNC的開發。公司採用了先進的開發手段及先進的生產製造設備，為全世界的機械工業提供了高性能、高可靠性的眾多的系列數控產品和智能機械。圖1為FANUC-0i Mate C系統單元接口圖，圖2為FANUC-0i Mate C數控系統連接圖。
(一)電源接口
CP1：系統直流24V.輸入電源接I21，一般與機牀側的DC24V穩壓電源連接。
(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：伺服檢測板接口，此接口維修時使用。
(四)主軸控制接口
JA7A：串行主軸/主軸位置編碼器信號接口。當主軸為串行主軸時，與主軸放大器的 JA7B連接，實現主軸模塊與C C系統的信息傳遞;當主軸為模擬量主軸時，該接口又是主軸位置編碼器的主軸位置反饋信號接口。
JA40：模擬量主軸的速度信號接口，CNC系統輸出的速度信號(0～10V)與變頻器的模擬量頻率設定端相連接。
(五)輸入輸出接口
JD44A：外接的I/O卡或I/O模塊信號接口(I/O Link控制)。
CA55：系統MDI鍵盤信號接口。
CN2：系統操作軟鍵信號接口。
三、華中HNC-21數控系統接口
華中世紀星HNC-21系列數控單元(HNC-21T、HNC-21M)採用先進的開放式體系結構，內置嵌入式工業PC機，配置7.5英寸彩色液晶顯示屏和通用工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內嵌式PIC接口於一體，支持硬盤、電子盤等程序存儲方式以及軟驅、DNC、以太網等程序交換功能，具有低價格、高性能、配置靈活、結構緊湊、易於使用、可靠性高的特點，主要應用於小型車、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。
調試數控機牀時，數控系統上電前，調試人員需要測試管腳1、5或管腳2、4的電源電壓，確認是否為DC24V或AC24V。另外，當我們懷疑數控系統輸入電源類故障時，也需要進行此操作。
(二)通信接口
2：外接PC鍵盤接口。
3：以太網接口。
4：軟驅接口。
5：RS232接口。串行數據通信時使用，運用此接口可與PC機進行數據交換，完成參數、PLC、程序等的上傳下載。
(三)伺服控制接口
30~XS33：模擬式、脈衝式、步進式進給軸控制接口。管腳14、7、15、8分別為CP+、CP-DIR+ 、DIR-
步進式進給軸控制時，CP+、CP-代表輸出指令脈衝，脈衝的頻率和數量控制步進電機的轉速和轉角大小;DIR+、DIR一代表輸出指令方向，控制步進電機的轉向。步進式進給軸控制屬開環系統，無反饋。脈衝式進給軸控制時，脈衝指令接口有3種類型：單脈衝(又稱脈衝+方向)方式、正交脈衝(又稱AB相脈衝)方式和正反向脈衝(又稱雙脈衝)方式，不同工作方式下CP、DIR的含義如表1所示。
單脈衝方式中，CP為脈衝信號，DIR為方向信號;正交脈衝方式中，CP與DIR的'相位差為脈衝信號，CP與DIR的相位超前和落後關係決定電動機的旋轉方向;正反向脈衝方式中，CP為正轉脈衝信號，DIR為反轉脈衝信號。
管腳6為OUTA，模擬電壓輸出，用於模擬式進給軸控制。
脈衝式和模擬式進給軸控制屬閉環控制，有反饋，以下是與反饋有關的管腳。
管腳4、5和管腳12、13都是DCSV電源，所不同的是管腳12、13是外圍輸入給數控系統的電源，而管腳4、5是數控系統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A、B相位反饋信號，A、B相位差9O。，用於辨向。管腳3、11是伺服碼盤Z脈衝反饋信號，用於每轉產生一個基準脈衝，又稱零脈衝，它是軸旋轉一週在固定位置上產生的一個脈衝，在伺服碼盤上用於精確確定機牀的參考點。
40~XS43：串行式HSV-l1型伺服軸控制接口。管腳2、3分別為數據接收RXD和數據發送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，來控制主軸轉速，而AOUT2、GND則輸出0～+10V電壓。我們根據實際所需選取相應的管腳。
管腳4、5和管腳12、13都是DC5V電源，所不同的是管腳12、13是外圍輸入給數控系統的電源，而管腳4、5是數控系統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A、B相位反饋信號，A、B相位差90，用於辨向。管腳3、11是主軸碼盤z脈衝反饋信號，用於每轉產生一個基準脈衝，在主軸碼盤上用於螺紋加工以及主軸定向等。
(五)輸入輸出接口
、XS11：輸入開關量接口。每個輸入開關量接口有25個管腳。以XS10接口為例，其中管腳3為空，管腳1、2、14、15為24VG，即外部開關量直流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～I19，共支持2O個輸入點，分別對應輸入開關量X0.0～X2.3。同樣，XS11接口也支持2O個輸入點，分別對應輸入開關量X2.4～X4.7。
20、XS21：輸出開關量接口。每個輸出開關量接口有25個管腳。以XS20為例，其中管腳5為空，管腳1、2、14、15為24VG，即外部開關量直流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個輸出點，分別對應輸出開關量Y0.0～Y1.7。同樣，XS21接口也支持16個輸出點，分別對應輸出開關量X2.0～ X3.7。
可通過測量管腳4、17，來判斷急停按鈕通斷。也可通過測量3、16，來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是非常有用的方法。
6：遠程I/O板接口。數控機牀結構越複雜、控制功能越多，隨之受控對象越多，所需的外部開關量就越多。當XS10、11、2O、21接口不能滿足我們的需要時，可使用XS6遠程I/O板接口進行擴展。
8：手持單元接口。手持單元接口共有25個管腳。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座標軸選擇、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，為開關量提供直流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～I39，對應輸入開關量X4.0～X4.7;管腳11、23、1O、22分別為028～O31，對應輸出開關量Y3.4～Y3.7。
需要注意的是，若手持單元中使用了以上輸入、輸出開關量管腳，則XS11、XS21接口中相同的開關量管腳就不再使用，以免重複。另外，若手持單元沒有急停按鈕，則一定要將本接口中的4、17管腳短接，否則系統將處於急停，不能復位。對於數控機牀調試、維修人員來説了解並會應用這些都是很重要的。
