数控机床故障诊断与维修教学设计.docx
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数控机床故障诊断与维修教学设计
数控技术专业
《数控机床故障诊断和维修》
教学设计
重庆工业职业技术学院
二○○九年五月
制定人员:
姜秀华重庆工业职业技术学院机械学院副教授
张光跃重庆工业职业技术学院机械学院教授
唐新民重庆工业职业技术学院机械学院副教授
易军重庆工业职业技术学院机械学院讲师
杨华骥重庆机床集团公司高级工程师
陈斌重庆长安工业集团公司高级工程师
刘代福重庆机床厂高级技师
执笔人:
姜秀华
审核部门:
数控技术专业建设指导委员会
实施部门:
数控技术教研室
批准部门:
教务处
《数控机床故障诊断和维修》教学设计
一、整体教学设计
在课程设计时,以数控机床装调维修工职业能力要求为依据,以维修行业及地域需求为逻辑起点,以整合的工作过程为导向,以典型工作任务分析为依据,以真实工作任务为载体,以校企专家合作开发为纽带,以校内双师和企业兼职教师为主导,和行业企业共建教学环境为条件,以行动导向组织教学。
按照数控机床维修职业岗位和职业能力培养的要求,将学生职业能力培养的基本规律和课程系统化,以及学生专业能力、方法能力和社会能力相结合,形成以工作过程为导向,以学生为中心、以能力为本位、教师引导、理论-实践-使用一体化的工学结合教学模式。
通过工作任务引导理论学习,项目的设计和实施基于工作过程,典型化的训练项目源于工业现场,体现职业使用技能。
在循环递进的工作过程中锻炼学生独立实施工作任务的能力。
最终由行业企业专家和学院数控技术专业的教学团队共同确定,课程内容由5个典型的工作项目,课程内容和工作项目的内容涵盖设备维修的基本理论、数控机床机械机构的故障排除、数控系统、伺服系统、CNC及PLC的故障排除。
模块一数控机床机械故障
模块二CNC故障
模块三伺服系统故障
模块四数控机床PLC故障
模块五数控机床综合故障
二、单元教学设计
教学单元1
数控机床机械故障
参考学时
28学时
学习目标:
通过本单元学习会进行数控机床导轨精度检测、主轴精度检测,学会排除数控机床床身导轨、数控车床主轴、数控车床进给常见故障。
教学内容:
1.数控机床机械结构概述
数控机床机械结构的基本组成、数控机床机械结构的主要特点
2.数控机床机械故障诊断方法
机械故障及其分类、机械故障诊断的基本环节、数控机床机械故障诊断方法
3.主传动系统和主轴部件故障的诊断和维护
主轴部件、主传动系统的特点、一般调试方法
4.进给传动机构故障的诊断及维护
同步齿轮带和连轴节、滚珠丝杠螺母副的特点及维护
5.导轨副故障的诊断和维护
塑料滑动导轨、滚动导轨的特点及维护
6.液压、气动系统故障诊断及维护
液压系统和气动系统的基本工作原理、故障分析和调试
7.刀库及自动换刀装置故障分析和排除
刀库结构、自动换刀装置故障分析和调试
教学方法和手段建议:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等等。
教学资源:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床,维修工具。
考核标准和评价:
形成性评价50%
终结性评价40%
综合评价10%
学生知识和能力要求:
1.有识图基础,读懂数控机床机械结构
2.维修仪器、工具的使用
教师知识和能力要求:
1.数控车床结构;
2.数控车床常见故障;
3.数控车床常见故障的检测;
4.数控车床常见故障的排除。
教学单元2
CNC故障
参考学时
30
学习目标:
1.学会系统的基本组成、存储器结构、数据的内部备份、数据的外部备份
2.能对常用的数控系统FANUC系统、SIEMENS系统、参数、报警、故障分析、处理和恢复
3.能进行驱动器的参数配置、PLC使用程序的调试、机械传动系数配比参数、速度参数的设定参考点相关参数误差补偿。
教学内容:
1.数控系统的结构、工作原理
系统的基本组成、存储器结构、数据的内部备份、数据的外部备份
2.常用数控系统简介
FANUC系统、SIEMENS系统、参数、报警、故障分析、处理和恢复
3.数控系统的基本参数的调试
驱动器的参数配置、PLC使用程序的调试、机械传动系数配比参数、速度参数的设定参考点相关参数误差补偿
4.数控系统的日常维护
调试前的准备、数控系统的初次通电、数控系统的保护级别、日常维护。
教学方法和手段建议:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等等。
教学资源:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床,维修工具。
考核标准和评价:
形成性评价50%,终结性评价40%,综合评价10%。
学生知识和能力要求:
1.常用数控系统
2.维修仪器、工具的使用
3.常见故障分析和排除
教师知识和能力要求:
1.驱动器的参数配置、
2.PLC使用程序的调试、
3.机械传动系数配比参数、
4.速度参数的设定参考点相关参数误差补偿;
5.数控装置常见故障排除
教学单元3
伺服系统故障
参考学时
22
学习目标:
了解伺服系统的结构、工作原理和作用;理解步进驱动系统、直流驱动系统和交流驱动系统;理解开环控制系统和闭环控制系统;理解数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统;理解、掌握数控机床常用位置检测元件的功能和工作原理。
通过本章学习学生分析数控基础的主轴伺服驱动、进给伺服驱动及位置检测装置常见故障,并通过实例说明数控设备伺服驱动和位置检测的故障排除。
教学内容:
1.伺服驱动控制的分类
2.伺服控制的主要故障形式
3.常用主轴驱动系统
(1)主轴伺服驱动控制的连接
(2)交流伺服控制系统的调试
(3)交流主轴伺服系统的主要故障及诊断
4.进给伺服控制系统的故障诊断
(1)常见进给伺服控制系统
(2)步进电动机进给伺服控制
(3)交流伺服进给驱动系统的故障及诊断
(4)位置检测装置的安装调整和故障诊
(5)伺服系统故障诊断和维修实例
5.位置检测元件
教学方法和手段建议:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等等。
教学资源:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床,维修工具。
考核标准和评价:
形成性评价50%,终结性评价40%,综合评价10%。
学生知识和能力要求:
1.进给伺服控制系统
2.维修仪器、工具的使用
教师的知识能力要求:
1.常用驱动系统和伺服系统
2.驱动系统常见故障分析和排除
3.给系统常见故障的排除
教学单元4
加工精度超差
参考学时
24
学习目标:
通过学习学生学会分析数控机床几何精度对零件加工精度的影响、数控机床位置精度对零件加工精度影响、数控机床运动精度对零件加工精度的影响。
教学内容:
1.数控机床几何精度对零件加工精度的影响
(1)几何精度
(2)几何精度对零件加工精度的影响
(3)故障分析
(4)几何精度检测
2.数控机床位置精度对零件加工精度影响
(1)数控机床定位精度内容
(2)数控机床定位精度的检测方法
(3)FANUCOi数控系统进给轴螺距误差补偿
(4)FANUCOi数控系统反向间隙误差补偿
3.数控机床运动精度对零件加工精度的影响
(1)超程和欠程
(2)圆弧铣削精度
4.相关理论知识
(1)稳态性能
(2)动态性能
(3)轮廓加工中的跟随精度
教学方法和手段建议:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等等。
教学资源:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床,维修工具。
考核标准和评价:
形成性评价50%,终结性评价40%,综合评价10%。
学生知识和能力要求:
1.机床几何精度对加工精度的影响;
2.机床位置精度对加工精度影响;
3.机床运动精度对加工精度的影响;
4.维修仪器、工具的使用。
教师的知识能力要求:
1.数控机床几何精度对零件加工精度的影响、
2.数控机床位置精度对零件加工精度影响、
3.数控机床运动精度对零件加工精度的影响
三、教学方案设计
教学单元1数控机床机械故障(28学时)
教学任务
主轴故障
教学参考学时(学时)
10
学习目标:
通过主轴部件、主传动系统的特点、一般调试方法的学习学生能对数控机床主轴常见故障进行分析排除。
教学主要内容:
1、主轴部件、主传动系统的特点、一般调试方法
2、故障排除:
(1)加工精度达不到要求
(2)切削振动大
(3)主轴噪声大
(4)主轴不转
(5)主轴发热
(6)润滑油泄漏
(7)刀具不能加紧
(8)刀具夹紧后不能松开
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对主轴常见故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有识图基础,读懂主轴结构
2.维修仪器、工具的使用
1.数控车床结构
2.数控车床常见故障。
3.主轴常见故障的检测
4.主轴常见故障的排除
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用仪器
3.维修常用工具
教学任务
进给故障
教学参考学时(学时)
10
学习目标:
通过学习数控机床进给部件的学习,能够对滚珠丝杠螺母副、导轨副常见故障进行分析和排除。
教学主要内容:
1.进给传动机构故障的诊断及维护,同步齿轮带和连轴节、滚珠丝杠螺母副的特点及维护。
2.故障排除:
(1)加工零件表面粗糙度达不到要求
(2)滚珠丝杠副噪声大
(3)滚珠丝杆转动不灵活
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对进给常见故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有识图基础,读懂进给部件结构
2.维修仪器、工具的使用
1.数控车床结构;
2.数控车床进给部分常见故障的检测和排除;
3.数控铣床进给部件常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用仪器
3.维修用工具
教学任务
导轨副故障诊断和维护
液压、气动系统故障诊断及维护
教学参考学时(学时)
8
学习目标:
通过数控机床导轨副、液压和气动系统的学习,了解数控机床液压和气动系统、导轨副常用结构,能够对其常见故障进行分析。
教学主要内容:
1.相关知识
(1)塑料滑动导轨、滚动导轨的特点及维护
(2)液压系统和气动系统的基本工作原理、故障分析和调试
2.故障排除:
(1)导轨润滑不良
(2)导轨面研伤
(3)导轨直线度超差
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对导轨、液压和气压系统常见故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有识图基础,读懂进给部件结构
2.维修仪器、工具的使用
1.数控车床结构;
2.数控车床进给部分常见故障的检测和排除;
3.数控铣床进给部件常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用仪器
3.维修用工具
教学单元2CNC故障(30学时)
教学任务
电源故障
教学参考学时(学时)
6
学习目标:
通过输入单元上的绿色状态指示灯PIL,电源报警红色指示灯ALM的状态进行检查,分析、判断故障原因,提出解决故障方法。
教学主要内容:
1、数控系统的结构、工作原理、常用数控系统简介
系统的基本组成、存储器结构、数据的内部备份、数据的外部备份;FANUC系统、SIEMENS系统、参数、报警、故障分析、处理和恢复
2、故障排除
(1)三相交流电源缺相、过压或欠压
(2)电源使能信号故障
(3)伺服电源模块故障
(4)整机不能上电
(5)系统不能上
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对数控机床电源的故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有识图基础,读懂电气原理图
2.维修仪器、工具的使用
1.数控机床电源结构
2.数控机床电源部分常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用仪器
3.维修常用工具
教学任务
系统显示故障
教学参考学时(学时)
4
学习目标:
通过学习了解系统显示故障所产生的原因及故障排除的方法。
教学主要内容:
1、数控机床系统故障产生原因:
电源故障、系统CPU故障、系统软件故障、显示系统本身故障
2、故障排除
(1)电源故障
(2)系统CPU故障
(3)系统软件故障
(4)显示系统本身故障
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对数控机床系统显示故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有机床电气原理图基础,识读数控系统原理图
2.维修仪器、工具的使用
1.数控机床电源结构
2.数控机床数控功能常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用仪器
3.维修常用工具
教学任务
CNC单元故障
教学参考学时(学时)
4
学习目标:
通过学习了解系统显示故障所产生的原因及故障排除的方法。
教学主要内容:
1、数控机床系统故障产生原因
2、故障排除
(1)CNC单元系统软件故障分析、排除
(2)CNC单元系统硬件故障分析、排除
(3)外界干扰故障分析、排除
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对数控机床CNC单元故障故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有机床电气原理图基础,识读数控系统原理图
2.维修仪器、工具的使用
1.数控机床电源结构
2.数控机床数控功能常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用工具
教学任务
数控机床基本功能失效
教学参考学时(学时)
6
学习目标:
通过数控机床的基本功能故障排除,学会数控机床基本功能失效故障排除的方法。
教学主要内容:
1、数控车床的基本功能:
准备功能(G功能)、辅助功能( M功能)、进给功能(F功能)、刀具功能(T功能)和主轴功能(S功能)
2、故障排除
(1)JOG运行异常
(2)自动运行异常
(3)参考点返回异常
(4)手轮运行异常
(5)操作面板功能不正常
(6)数控系统未准备好
(7)伺服未上电
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对数控机床基本功能失效故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有机床电气原理图基础,识读数控系统原理图
2.维修仪器、工具的使用
1.数控机床电源结构
2.数控机床数控功能常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用仪器
3.维修常用工具
教学任务
超程故障
教学参考学时(学时)
4
学习目标:
通过数控机床的基本功能故障排除,学会数控机床基本功能失效故障排除的方法。
教学主要内容:
(1)软限位参数设置错误(故障)
(2)硬限位开关故障
(3)硬限位开关触点或连线不可靠
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
数控机床超程故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有机床电气原理图基础,识读数控系统原理图
2.维修仪器、工具的使用
1.数控机床结构
2.数控机床数控功能常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用仪器
3.维修常用工具
教学任务
其他功能失效
教学参考学时(学时)
4
学习目标:
通过数控机床的其它功能故障排除,学会数控机床基本功能失效故障排除的方法。
教学主要内容:
故障排除:
(1)冷却功能失效
(2)润滑功能异常
(3)刀库异常
(4)气密检测信号故障
(5)压力、流量检测开关故障
(6)主轴转速未达到额定转速
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对数控机床其他功能失效故障排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有机床电气原理图基础,识读数控系统原理图
2.维修仪器、工具的使用
1.数控机床电源结构
2.数控机床数控功能常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用仪器
3.维修常用工具
教学任务
数据传输异常
教学参考学时(学时)
2
学习目标:
1、学会数据传输的方法。
教学主要内容:
1.数据输入/输出接口参数设置错误
2.机床数据设置错误
3.数据输入/输出接口未激活
4.以太网传输异常
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对数控机床数据传输异常故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有数控机床接口基础,能进行数控系统连接
2.维修仪器、工具的使用
1.数控机床接口基础,能进行数控系统连接
2.数控机床信号传输常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用仪器
3.维修常用工具
教学单元3伺服系统故障(22学时)
教学任务
主轴伺服驱动故障
教学参考学时(学时)
6
学习目标:
通过本章学习学生了解数控机床主轴伺服驱动结构、原理,分析数控机床主轴伺服驱动常见故障、并通过实例分析数控机床伺服驱动故障。
教学主要内容:
1、相关知识
(1)常用主轴驱动系统
(2)主轴伺服控制系统的故障诊断分析
2、故障排除
(1)电源指示灯不亮
(2)显示器始终显示“--”并闪烁
(3)电源模块报警
(4)主轴驱动模块报警
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对数控机床主轴伺服系统故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有机床电气原理图基础,识读数控系统原理图
2.维修仪器、工具的使用
1.数控机床主轴驱动系统结构
2.数控机床数控主轴驱动系统常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.维修常用仪器
3.维修常用工具
教学任务
进给伺服驱动故障
教学参考学时(学时)
8
学习目标:
通过本章学习学生了解数控机床进给伺服驱动结构、原理,分析数控机床进给伺服驱动常见故障、并通过实例分析数控基础伺服驱动故障。
教学主要内容:
1、相关知识
(1)进给伺服控制系统基本形式
的故障诊断
2、故障排除
(1)伺服超差
(2)机床停止时,进给轴振动
(3)伺服驱动器使能信号故障
(4)伺服驱动器温度报警
(5)伺服驱动器接线错误
(6)数控系统指令被封锁
(7)伺服驱动器、伺服电机编码器或反馈线路故障
(8)伺服电机制动器、电机温度信号故障
(9)移动和停止时位置超差
教学方法和教学手段:
项目法、小组讨论法、任务教学法、案例教学法、现场教学法、仿真教学法等。
考核标准和评价:
考核标准:
对数控机床进给故障能够排除。
评价方法:
观测法、实作法。
学生知识和能力要求:
教师的知识能力要求:
1.有机床数控系统原理图基础,识读数控系统原理图
2.维修仪器、工具的使用
1.数控机床进给伺服系统结构
2.数控机床数控进给伺服系统常见故障的检测和排除。
课程教学实施条件:
教学准备和实施:
PPT、图纸、数控车床维修手册、计算机、仿真软件、数控车床
1.数控车床8台
2.维修常用工具
教学任务
位置检测装置常见故障
教学参考学时(学时)
8
学习目标:
通过本章学习学生了解数控机床位置检测装置结构、原理,位置检测装置常见故障、并通过实例分析数控机床伺服