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。

　　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。

　　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。

　　(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

　　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、加工中心。

　　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。

　　1.XS2：外接PC键盘接口。

　　2.XS3：以太网接口。

　　3.XS4：软驱接口。

　　4.XS5：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

　　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。

　　2.XS40~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

　　1.XSIO、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。

　　2.XS20、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～

　　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。

　　3.XS6：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。

　　4.XS8：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

　　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。

【数控机床维修的基本功】相关文章：

　　《数控机床原理与结构》针对高等职业本科数控专业的教育需求编写。本书共分为10章：第1章，数控机床概述；第2章，数控机床的数控系统；第3章，数控机床的伺服系统；第4章，数控机床的位置检测装置；第5章，数控机床的机械结构；第6章，数控机床的主传动系统；第7章，数控机床的进给系统；第8章，数控机床的辅助装置；第9章，常用数控机床；第10章，数控机床加工程序的编制。本书内容全面、综合、深入浅出，既考虑到目前数控机床运用的实际情况，又考虑到未来数控机床的发展趋势。 

　　本书是高等院校数控技术、机电一体化、机械设计制造及其自动化、模具设计与制造等专业教学和考核培训用书，也可供相关专业的师生和从事相关工作的科技人员参考。 

　　A坐标字绕X轴旋转

　　B坐标字绕Y轴旋转

　　C坐标字绕Z轴旋转

　　D补偿号刀具半径补偿指令

　　E——第二进给功能

　　F进给速度进给速度指令

　　G准备功能指令动作方式

　　H补偿号补偿号指令

　　I坐标字圆弧中心X轴向坐标

　　J坐标字圆弧中心Y轴向坐标

　　K坐标字圆弧中心Z轴向坐标

　　L重复次数固定循环及子程序的循环次数

　　M辅助功能机床开/关指令

　　N顺序号程序段顺序号指令

　　0程序号程序号、子程序号指定

　　P—暂停时间或程序中某功能开始使用的顺 序号

　　Q——固定循环终止段号或固定循环中的定距

　　R坐标字固定循环中定距离或圆弧半径的指定

　　S主轴功能主轴旋转指令

　　T刀具功能刀具编号指令

　　U坐标字与X平行的附加轴的增量坐标值

　　V坐标字与Y平行的附加轴的增量坐标值

　　w坐标字与Z平行的附加轴的增量坐标值

　　X坐标字X轴绝对坐标或暂停时间

　　Y坐标字Y轴绝对坐标

　　Z坐标字Z轴绝对坐标

　　数控FANUC加工中心编程指令代码详解

　　指令功 能指令执行类型

　　MOO程序停止后指令

　　M01程序选择停止

　　M03主轴正转前指令

　　M05主轴停止后指令

　　M06刀具自动交换前指令

　　M09切削液关后指令

　　M19主轴定向单独程序段

　　M2 9刚性攻螺纹

　　M30程序结束并返回后指令

　　M63排屑启动单独程序段

　　M98调用子程序后指令

　　M99调用子程序结束并返回

　　注：在一个程序段中只能有指令一个M指令，如果在一个程序中出现两个或两个以上的M指令时，则只有最后一个M指令有效，其余无效!

　　(1)F—进给速度指令

　　F及后面的若干数字表示，当指令为G94单位是mm/min，当指令为G95单位是mm/r。

　　(2)S—主轴转速指令

　　S及后面的若干数字表示，单位是r/min。

　　(3)T—刀具指令

　　T及后面的三位数字表示，表示刀号。

　　(4)H和D—刀具长度补偿值和刀具半径补偿值

　　H和D及其后面的三位数字表示，该三位数字为存放刀具补偿量地存储器地址(番号)。

　　1、G53—选择机床坐标系

　　注：当指定G53指令时，就清除刀具的半径补偿、刀具长度补偿和刀具偏值，一般在换刀是指定Z轴。

　　2、G54～G59—选择工件坐标系

　　注：电源接通并返回参考点后，系统自动选择G54。

　　3、G54.1 P1～P48—选择附加工件坐标系

　　4、G52—局部坐标系

　　格式含义：为了编程的方便设定工件坐标系的子坐标系，G52中的X Y Z的值是工件坐标系G54～G59中的位置坐标。

　　注：当指令G52局部坐标系或取消局部坐标系时就取消了刀具长度补偿、刀具半径补偿等刀具偏值，在后续的程序中必须重新设置指定刀具长度补偿、刀具半径补偿等刀具偏值。

　　5、G90—绝对编程

　　绝对编程是刀具移动到距离工件坐标系原点的某一位置。

　　6、G91—增量编程

　　增量编程刀具移动的距离是以前一点为基准计算，是前一点的增量。

　　7、G21—毫米输入 G20—英寸输入

　　8、G16—启用极坐标指令 G15—取消极坐标指令

　　1、G00—快速定位指令

　　格式含义：G00指令使刀具以点位控制方式从刀具当前点以最快速度运动到另一点。其轨迹不一定是两点一线，有可能是一条折线。

　　(1)刀具从上向下移动时：G00 X Y ;Z ;先定XY面，然后Z轴下降。

　　(2)刀具从下向上移动时：G00Z ;X Y ;Z轴先上升，然后定XY面。

　　2、G01—直线插补指令

　　格式含义：G01指令使刀具按F指令从当前运动到指定点。

　　3、G02—顺时针插补、G03—逆时针插补

　　指令内容指 令含 义

　　平面指定G17指定XY平面

　　G18指定XZ平面

　　G19指定YZ平面

　　旋转方向G02顺时针旋转

　　终点位 置G90方式XY Z中的2值工件坐标系的终点位置

　　G91方式XY Z中的2值终点相对于起点的坐标增量

　　圆弧的圆心坐标I J K中的2值圆心相对于起点的坐标增量，与G90无关

　　进给速度F沿圆弧的移动的速度

　　1、I J K为零时可以省略;在同一段程序中，如I J K与R同时出现时，R有效。

　　2、用R加工时，不能加工整圆，加工整圆只能用圆心坐标I J k,编程。

　　1、G04—暂停指令

　　格式含义：X后跟延长时间，单位是s，其后要有小数点。P后面的数字为整数，单位是ms。

　　四、子程序的调用指令

　　格式含义：P × × × 是指调用程序的的子程序号，程序前的0不可以省略，是指重复调用的次数。

　　2、子程序编写与一般程序基本相同，只是程序结束符为M99，表示子程序结束并返回，M99可以不必独立成程序段，可放在最后程序段地段尾。

　　1、G43、G44、G49—刀具长度补偿指令

　　格式：G43 Z H ;表示刀具长度的正向补偿,Z轴到达距离 Z是指定值加补偿值H。

　　G44 Z H ;表示刀具长度的负向补偿，Z轴到达距离Z

　　是指定值减去补偿值H。

　　表示取消刀具长度补偿

　　注：G43 G44指令与G90 G91无关，H指令对应的偏值可以为负值、正值。当H为0是则刀具长度补偿取消。H值的取值范围为00～200.

　　由于补偿值的取值范围-999.999～999.999mm或-99.9999～99.9999英寸，补偿值的正负号的改变，使用G43就可以完成全部工作了。

　　2、G41 、G42 、G40—刀具半径补偿指令

　　格式含义：G17 G18 G19是选择平面，G41刀具半径左补偿、G42刀具半径右补偿、G40刀具半径补偿取消。

　　1、从无刀具补偿状态进入刀具半径补偿状态，或撤消刀具半径补偿时，刀具必须移出一段距离，否则刀具会沿运动法向直接偏移一个刀具半径，刀具无回转空间会发生撞刀。

　　2、当D为0是则刀具半径补偿取消。D值的取值范围为0～200.

　　3、刀具半径的左右补偿判断是根据刀具进给方向看，刀具中心轮廓，尤其在执行G18 G19时注意G41 G42的左右偏值。

　　5、为了保证轮廓的完整性、平滑性，一般采用：G41 G42指令进行刀具半径补偿→走过过渡段(圆环或直线)→轮廓切削→走过过渡段(圆环或直线)→用G40取消刀具半径补偿。

　　6、编程时，如果刀具的半径补偿引入与取消的程序在程序段的主程序中(在加工凸台时必须这样)那么当调用子程序(加工轮廓程序)次数超过1次，在2次切削时会出现过切现象。

　　固定循环指令功能一览表

　　G指令钻削-z方向孔K动作回退+Z方向用途

　　快速移动高速深孔住复排屑钻循玎

　　G74切削进给主轴：停止—正 转切削进给反转攻左旋螺纹循环

　　G76切削进给主轴定向停止— 刀具移位快速移动精镗孔循环

　　快速移动点钻、钻孔循环

　　G82切削进给进给暂停数秒快速移动忽孔、镗阶梯孔循环

　　快速移动深孔往复排屑钻循环

　　G84切削进给主轴：停止—正 转切削进给正转攻右旋螺纹循环

　　切削进给精镗孔循环

　　G86切削进给主轴停止快速移动镗孔循环

　　G87切削进给主轴正转快速移动反镗孔循环

　　G88切削进给进给暂停数秒— 主轴停转手动移动镗孔循环

　　G89切削进给进给暂停数秒切削进给精镗阶梯孔循环

　　固定循环指令通常的六个基本动作构成：

　　1、动作1—X 、 Y轴定位(初始点)

　　2、动作2—快速到达点R平面(准备切削的位置

　　3、动作3—孔加工。以切削进给方式执行孔加工的动作。

　　4、动作4—在孔底的动作。如暂停、主轴的停止、刀具的移位等。

　　5、动作5—返回R平面。

　　6、动作6—快速返回到初始