数控机床故障诊断与维修复习资料doc.docx
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数控机床故障诊断与维修复习资料doc
《数控机床故障诊断与维修》复习资料
一、 判断题（30分）
1.闭环控制按控制信号又可分为数字控制和模拟控制。
（ ）
2.对长期不用的数控系统要经常通电，特别是在梅雨季节更应如此，利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠。
（ ）
3.半闭环控制系统的位置和速度检测元件一般是安装在伺服电机轴的输出端。
（ ）
5.数控机床一般要求可靠性高、低噪声、体积小、重量轻、温升低。
（ ）
6.功能程序测试法常用于闲置时间较长的数控机床恢复使用时和对数控机床进行定期检修后。
（ ）
7.没有加减速过程或者加减速不当,步进电机的转子会在原位置振荡而不能作旋转运动,这就是步进电机的失步现象。
（ ）
8.CNC报警总是真实的故障信息。
（ ）
9.三相异步电动机经改装后可以作为数控机床的伺服电机。
（）
1 0、当代数控系统中都具备存储螺距误差补偿功能，间隙补偿的作用是提高精度。
（）
11、对于一个设计合理，制造良好的带位置闭环控制系统的数控机床，可达到的精度由检测元件决定。
（）
12、CNC装置由软件和硬件组成，软件比硬件重要。
（）
13、CNC装置的软件包括管理软件和控制软件两类，控制软件有软输入输出程序、显示程序和诊断程序等组成。
（√）
14、数控机床的伺服系统由伺服驱动和伺服执行两个部分组成。
（）
15、脉冲当量是数控机床数控轴的位移量最小设定单位，脉冲当量的取值越小，插补精度越高。
（）
16、光栅可分为圆光栅和长光栅，分别用于测量转角和直线位移。
（ ）
17、数控半闭环控制系统一般利用装在电动机或丝杠上的光栅获得位置反馈量。
（）
18、所谓细分电路，就是把步进电机的一步分得细一些。
采用十细分电路后，步进电机的步距角缩小为原来的十分之一，但脉冲当量不变。
（）
19、步进电机的功率放大电路若采用高、低压型驱动电路，则可使电机启动时启动电流迅速
上升，从而使电机的启动频率得以提高。
（）
20、环形分配器是步进电机驱动控制线路必不可少的组成环节，它可以由硬件逻辑电路组成
也可以用软件程序实现。
（）
二、 选择题（30分）
1、操作不当和电磁干扰引起的故障属于（ ）
A.机械故障 B.强电故障
2、进行数控机床的几何精度调试时，对于关联项目精度要（）
A.检测一次完成B. .检测一项，调整一项
3、故障定位与检测应遵循以下原则（ ）
A.先一般后特殊 B.先查输入后查输出
4、下列选项中不属于数控机床故障诊断与维修的一般方法的是（ ）：
A、追踪法 B、自诊断功能 C、通信诊断
5、下列选项中不属于数控机床故障诊断与维修的技术的是（ ）：
A、在线诊断 B、自修复系统 C、专家诊断系统 D、计算机仿真与检测
6、下列选项中属于数控机床的调试内容的是（ ）：
A、基础施工 B、机床就位 C、连接组装 D、机床试运行。
7、以下传动方式中（ ）不是主传动系统常采用的配置形式:
A、蜗轮蜗杆式 B、齿轮变速式 C、带传动式 D、调速电动机直接驱动式。
8、变频器外壳接地的作用是（ ）
A、防止外界干扰 B、防止干扰外界
9．数字控制采用（ ）驱动电机：
A、伺服放大器 B、变频器 C、步进伺服
10．开环控制和闭环控制系统的主要区别是（ ）
A、是否采用了位置和速度检测元件组成反馈检测回路 B、是否精度高
C、是否有速度检测装置。
11．下列选项中（ ）不是闭环控制系统中的控制环节：
A、位置环 B、反馈环 C、速度环 D、电流环
12、数控系统中PLC控制程序实现机床的（ ）
A、位置控制B、各执行机构的逻辑顺序控制
C、插补控制
13、（）是一种旋转式测量元件，通常装在被检测轴上，随被检测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。
A、旋转变压器B、编码器C、圆光栅
14、关于进给驱动装置描述不正确的是（）
A、进给驱动装置是控制系统的执行部分
B、 进给驱动装置的性能是决定了数控机床的快速性的因素之一
15、数控机床采用伺服电机实现无级变速仍采用齿轮传动主要目的是增大（）
A、输入速度B、输入扭矩C、输出速度D、输出扭矩
16、三相六拍，即A-AB-B-BC-C-CA-A是（）的通电规律
A、直流伺服电机B、交流伺服电机C、变频电机D、步进电机
17.数控系统常用的两种插补功能是（）
A.直线插补和圆弧插补B.直线插补和抛物线插补
C.圆弧插补和抛物线插补
!
8.（）主要用于经济型数控机床的进给驱动。
A.步进电动机B.直流伺服电动机
C.交流伺服电动机
19.测量与反馈装置的作用是为了（）
A.提高机床的安全性B.提高机床的使用寿命
C.提高机床的定位精度、加工精度
20.对于配有设计完善的位置伺服系统的数控机床，其定位精度和加工精度主要取决于（）
A.机床机械结构的精度B.驱动装置的精度
C.位置检测元器件的精度D.计算机的运算速度
三、简答题（20分）
1、数控机床维护与保养的基本要求是什么？
2、数控机床机械故障诊断内容是什么?
3.数控机床的日常维护内容是什么?
五. 计算与编程（20分）
1.一台五相步进电机，五相五拍运行时其步距角是1.5°，此电动机转子上应有几个齿？
齿距角是多少？
此电动机若按十拍运行，步距角度是多少度?
2.以下轴类零件请你编程
参考答案
一、 判断题（30分）
1.闭环控制按控制信号又可分为数字控制和模拟控制。
（√ ）
2.对长期不用的数控系统要经常通电，特别是在梅雨季节更应如此，利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠。
（ √ ）
3.半闭环控制系统的位置和速度检测元件一般是安装在伺服电机轴的输出端。
（ √ ）
5.数控机床一般要求可靠性高、低嘈声、体积小、质量轻、温升低。
（ √ ）
6.功能程序测试法常用于闲置时间较长的数控机床恢复使用时和对数控机床进行定期检修后。
（ √ ）
7.没有加减速过程或者加减速不当,步进电机的转子会在原位置振荡而不能作旋转运动,这就是步进电机的失步现象。
（ √）
8.CNC报警总是真实的故障信息。
（ × ）
9.三相异步电动机经改装后可以作为数控机床的伺服电机。
（×）
1 0、当代数控系统中都具备存储螺距误差补偿功能，间隙补偿的作用是提高精度。
（√）
11、对于一个设计合理，制造良好的带位置闭环控制系统的数控机床，可达到的精度由检测元件决定。
（×）
12、CNC装置由软件和硬件组成，软件比硬件重要。
（×）
13、CNC装置的软件包括管理软件和控制软件两类，控制软件有软输入输出程序、显示程序和诊断程序等组成。
（√）
14、数控机床的伺服系统由伺服驱动和伺服执行两个部分组成。
（√）
15、脉冲当量是数控机床数控轴的位移量最小设定单位，脉冲当量的取值越小，插补精度越高。
（√）
16、光栅可分为圆光栅和长光栅，分别用于测量转角和直线位移。
（ √ ）
17、数控半闭环控制系统一般利用装在电动机或丝杠上的光栅获得位置反馈量。
（√）
18、所谓细分电路，就是把步进电机的一步分得细一些。
采用十细分电路后，步进电机的步距角缩小为原来的十分之一，但脉冲当量不变。
（×）
19、步进电机的功率放大电路若采用高、低压型驱动电路，则可使电机启动时启动电流迅速上升，从而使电机的启动频率得以提高。
（√）
20、环形分配器是步进电机驱动控制线路必不可少的组成环节，它可以由硬件逻辑电路组成，也可以用软件程序实现。
（√）
二、 选择题
1、操作不当和电磁干扰引起的故障属于（ A）
A.机械故障
2、进行数控机床的几何精度调试时，对于关联项目精度要（A ）
A.检测一次完成
3、故障定位与检测应遵循以下原则（ A）
A.先一般后特殊
4、下列选项中不属于数控机床故障诊断与维修的一般方法的是（ B ）：
B、自诊断功能
5、下列选项中不属于数控机床故障诊断与维修的技术的是（ D ）：
D、计算机仿真与检测
6、下列选项中属于数控机床的调试内容的是（ D ）：
D、机床试运行。
7、以下传动方式中（A ）不是主传动系统常采用的配置形式:
A、蜗轮蜗杆式
8、变频器外壳接地的作用是（ A ）
A、防止外界干扰
9．数字控制采用（ A ）驱动电机：
A、伺服放大器
10．开环控制和闭环控制系统的主要区别是（ A ）
A、是否采用了位置和速度检测元件组成反馈检测回路
11．下列选项中（ B ）不是闭环控制系统中的控制环节：
B、反馈环
12、数控系统中PLC控制程序实现机床的（B）
B、各执行机构的逻辑顺序控制
13、（B）是一种旋转式测量元件，通常装在被检测轴上，随被检测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。
B、编码器
14、关于进给驱动装置描述不正确的是（B）
B、 进给驱动装置的性能是决定了数控机床的快速性的因素之一
15、数控机床采用伺服电机实现无级变速仍采用齿轮传动主要目的是增大（D）
D、输出扭矩
16、三相六拍，即A-AB-B-BC-C-CA-A是（D）的通电规律
D、步进电机
17.数控系统常用的两种插补功能是（A）
A.直线插补和圆弧插补
!
8.（A）主要用于经济型数控机床的进给驱动。
A.步进电动机
19.测量与反馈装置的作用是为了（c）
C.提高机床的定位精度、加工精度
20.对于配有设计完善的位置伺服系统的数控机床，其定位精度和加工精度主要取决于（B）
B.驱动装置的精度
三、简答题（20分）
1、
1.在思想上重视维护与保养工作
2.提高操作人员的综合素质
3.数控机床良好的使用环境
4.严格遵循正确的操作规程
5.提高数控机床的开动率
6.要冷静对待机床故障，不可盲目处理
7.严格执行数控机床管理的规章制度
2、包括：
机床运行状态的监视、识别和预测
诊断技术：
设备状态监测与故障诊断技术
诊断技术具体内容包括三个基本环节和四项基本技术
三个基本环节：
检查异常
诊断故障状态和部位
分析故障类型
四项基本技术：
检查测量技术
信号处理技术
识别技术
预测技术
数控机床机械故障的诊断技术，分为简易诊断技术和精密诊断技术
简易诊断技术：
也称为机械检测技术。
对机床进行问、看、听、摸、嗅等。
精密诊断技术：
根据简易诊断中提出的疑难故障，由专职故障精密诊断人员利用先进测试手段进行精确的定量检测与分析，找出故障位置、原因、数据，确定修理方法和时间
3机床电气柜的散热通风,门上热交换器或轴流风扇对控制柜的内外.进行空气循环。
（少开柜门）
检测反馈元件的维护光电编码器、接近开关、行程开关与撞块、光栅等元件的检查和维护备用电路板的定期通电备用电路板应定期装到CNC系统上通电运行，长期停用的数控机床也要经常通电，利用电器元件本身的发热来驱散电气柜内的潮气。
保证电器元件性能的稳定可靠。
五. 计算与编程（20分）
11Z＝482a＝7,5°3＝0.75°
2.
%
O1002
N10G00X100Z150;
N20T0100;
N30M03S500;
N40G00X60Z4;
N50G94X0Z0F50;
N60G00X60Z2;
N70G71U2R1;
N80G71P90Q152U0.50;
N90G01X0F50S1000；
N100Z0；
N110G03X28Z-14R14；
N120G01X40Z-44；
N130Z-59；
N140G02X50W-5R5；
N150Z-74；
N152X60；
N154G00X100Z150；
N156T0202；
N158G00X60Z2；
N160G70P90Q152；
N170G00X100Z150S400；
N180T0200；
N190T0303；
N200G00X58；
N210Z-74；
N220G01X1F30；
N230X60F200；
N240G00X100Z150
N245T0300；
N250M05；
一、填空题（每小题2分，共20分）
1.1b所谓插补，就是数据密化的过程。
在实际加工过程中，常采用小段直线或圆弧来逼近零件的轮廓曲线。
1.2bDDA直线插补的物理意义是使动点沿速度矢量的方向前进，这种方法同样适用于DDA圆弧插补。
1.3b他激式直流主轴伺服电机调速时，额定转速以下调速称为恒转矩调速，通过调整电枢电压实现；额定转速以上调速称为恒功率调速，通过调整励磁电流实现。
1.4bSPWM波形的特点是，其各个脉冲的面积与控制正弦波下面相应的面积成比例，等距、等幅而不等宽，中间宽两边窄。
1.5b刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。
1.6b采用步进电机的开环伺服系统，对于数控装置发来的一个进给脉冲经驱动线路放大后驱动步进电机转过一个步距角，经过机械传动系统带动工作台移动一个脉冲当量的位移。
1.7逐点比较法是以折线逼近直线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量。
1.8b准备功能指令分为模态代码和非模态代码。
模态代码表示该代码一经在一个程序段中应用，直到出现同组的另一个G代码时才失效。
1.9b数控机床的伺服驱动系统通常包括两种：
进给伺服系统和主轴伺服系统。
1.10b直线式感应同步器由作相对平行移动的定尺和滑尺（动尺）组成。
得分
二、选择题（每小题2分，共20分）
2.1b插补周期与位置反馈采样周期C。
A：
相同；B：
不相同；C：
可以相同，也可以不相同
2.2b在圆弧插补时，一般用切线、内接弧线和内外均差弦线逼近圆弧，其中C具有较大的轮廓误差而不宜采用。
A：
切线；B：
、内接弧线；C：
内外均差弦线
2.3双螺母齿差调隙式滚珠丝杠，两齿轮的齿数分别为Z1=99、Z2=100，丝杠导程t=10mm，若间隙为0.004mm，则相应的螺母应转过B个齿即可消除间隙，达到预紧的目的。
A：
3；B：
4；C：
5；D：
6
2.4机床数控系统中的PLC经常被用作D控制。
A：
逻辑顺序；B：
智能；C：
进给伺服；
2.5b脉冲增量插补法适用于以A为驱动装置的开环伺服系统。
A：
步进电机；B直流伺服电机：
C交流伺服电机：
D：
直线电机
2.6步进电机B通电方式没有带负载的能力，不能实际应用。
A：
三相单三拍；B：
三相六拍；C：
三项双三拍
2.7b一个零件的轮廓曲线一般是由许多不同的几何元素组成的，把各几何元素间的连接点称为B。
A：
起点；B：
基点；C：
原点
2.8b闭环位置控制系统又称为位置伺服系统，是基于B原理工作的。
A：
正反馈控制；B；负反馈控制；C：
逻辑顺序控制
2.9b检测装置的功能是对C进行检测与信号变换，与指令信号进行比较，达到反馈控制的目的。
A：
输入变量；B；随机变量；C：
被控变量
2.10b进给速度的计数方法因系统不同有很大差别。
在C系统中，坐标轴运动速度是通过控制向步进电机输出脉冲频率来实现的。
该频率的计数方法是根据编程速度的F值来确定的。
A：
闭环B：
半闭环C：
开环D：
闭环和半闭环
得分
三、简答题（每小题5分，共20分）
3.1b固定循环指令有什么作用？
答：
数控加工中，一般一个动作就要编制一条加工程序，但在许多情况下，常需要重复一组固定的动作。
例如，钻孔时，往往需要快速接近工件、慢速钻孔、钻完后快速退回三个固定的动作。
又如，车螺纹时，需要切入、车螺纹、刀具径向（或斜向）推出、再快速返回四个动作。
对这些典型的、固定的几个动作，如能用一个固定循环指令去执行，则程序段数就会大为减少，而对于多次重复的固定循环指令（如车螺纹）再程序段中加入“循环次数”指令和每次循环时刀具的推进量，则程序段数更为减少。
这种固定循环程序既可使程序编制简短，方便又能提高编程质量。
3.2b数控机床编制程序的一般步骤是什么？
答：
分析零件图样、确定加工工艺过程、数值分析、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切削。
3.3b何谓插补？
常用的插补算法有几种？
答：
插补就是在已知曲线的种类、起点、终点和进给速度的条件下，在曲线的起点、终点之间进行“数据点的密化”，即数控装置在轮廓的起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值。
目前，常用的插补算法有脉冲增量插补和数据采样插补。
3.4b进给伺服系统的作用是什么？
进给伺服系统的技术要求有哪些?
答：
进给伺服系统的作用：
进给伺服系统是数控系统主要的子系统。
它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。
进给伺服系统的技术要求：
调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内）；位移精度高；稳定性好；动态响应快
；还要求反向死区小，能频繁启、停和正反运动。
得分
四、论述题（每小题10分，共40分）
4.1b试述CNC系统两种典型的软件结构
答：
目前CNC系统的软件一般采用两种典型的结构：
一是前后台型结构；二是中断型结构；
（1）前后台型软件结构
前后台型软件结构将CNC系统整个控制软件分为前台程序和后台程序。
前台程序是一个实时中断服务程序，实现插补、位置控制及机床开关逻辑控制等实时功能；后台程序又称背景程序，是一个循环运行程序，实现数控加工程序的输入和预处理（即译码、刀补计算和速度计算等数据处理）以及管理的各项任务。
前台程序和后台程序相互配合完成整个控制任务。
工作过程大致是，系统启动后，经过系统初始化，进入背景程序循环中。
在背景程序的循环过程中，实时中断程序不断插入完成各项实时控制任务。
（2）多重中断型软件结构
多重中断型软件结构没有前后台之分，除了初始化程序外，把控制程序安排成不同级别的中断服务程序，整个软件是一个大的多重中断系统。
系统的管理功能主要通过各级中断服务程序之间的通信来实现。
4.2b简述数控机床机械结构的特点
答：
数控机床作为一种高速、高效和高精度的自动化加工设备，由于其控制系统功能强大，使机床的性能得到大大提高。
部分机械结构日趋简化，新的结构、功能部件不断涌现，使得其机械结构和传统的机床相比，有了明显的改进和变化，主要体现在以下几个方面：
（1）结构简单、操作方便、自动化程度高
数控机床需要根据数控系统的指令，自动完成对进给速度、主轴转速、刀具运动轨迹以及其他机床辅助功能（如自动换刀、自动冷却等）的控制。
（2）高的静、动刚度及良好的抗振性能
（3）采用高效、高精度无间隙传动装置
数控机床进行的是高速、高精度加工，在简化机械结构的同时，对于机械传动装置和元件也提出了更高的要求
（4）具有适应无人化、柔性化加工的功能部件
“工艺复合化”和“功能集成化”是无人化、柔性化加工的基本要求，也是数控机床最显著的特点和当前的发展方向。
“功能集成化”是当前数控机床的另一重要发展方向。
4.3b如图所示零件，厚度为10mm，所选立铣刀直径为φ20mm。
试列表写出该零件轮廓的精加工程序，并加以注释。
图4.1
表4.1加工程序
程序
注释
O1000
程序代号
N010G90G54G00X-50Y-50
G54加工坐标系，快速进给到X-50Y-50
N020S800M03
主轴正转，转速800r/min
N030G43G00H12
刀具长度补偿H12=20
N040G01Z-20F300
Z轴工进至Z=-20
N010G42G01X-30Y0F300H22M08
切削液开，直线插补至X-30Y0，刀具半径右补偿H22=10mm
N020X100
直线插补至X=100Y=0
N030G02X300R100
圆弧插补至X=300Y=0
N040G01X400
直线插补至X=400Y=0
N050Y300
直线插补至X=400Y=300
N060G03X0R200
逆圆插补至X=0Y=300
N070G01Y-30
直线插补至X=0Y=-30
N080G40G01X-50Y-50
直线插补至X=-50Y=-50取消刀具半径右补偿
N090M09
切削液关
N080G49G00Z300
Z轴快移至Z=300mm
N090G28Z300
Z轴返回参考点
N100G28X0Y0
X、Y轴返回参考点
N110M30
主程序结束
N8M30
4.4设在第一象限插补直线段OA，起点为坐标原点O（0,0），终点为A（6，4）。
试用逐点比较法进行插补，要求：
①列表填写插补计算过程；②画出插补轨迹图。
图插补轨迹
解：
刀具沿x、y轴应走的总步数为
，插补运算过程见下表，插补轨迹如下图。
（1分）
图插补轨迹（4分）
表：
逐点比较插补运算过程（5分）
偏差判别
进给方向
新偏差计算
终点判别
F0=0
+X
F1=F0-Ye=0-4=-4
N=10-1=9
F1=-4<0
+Y
F2=F1+Xe=-4+6=2
N=9-1=8
F2=2>0
+X
F3=F2-Ye=2-4=-2
N=8-1=7
F3=-2<0
+Y
F4=F3+Xe=-2+6=4
N=7-1=6
F4=4>0
+X
F5=F4-Ye=4-4=0
N=6-1=5
F5=0
+X
F6=F5-Ye=0-4=-4
N=5-1=4
F6=-4<0
+Y
F7=F8+Xe=-4+6=2
N=4-1=3
F7=2
+X
F8=F7-Ye=2-4=-2
N=3-1=2
F8=-2<0
+Y
F9=F8+Xe=-2+6=4
N=2-1
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