数控机床故障检测与维修单元设计.docx
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数控机床故障检测与维修单元设计
《数控机床常见故障检测与维修》
课程单元教学设计
（2018～2019学年第二学期）
所属系部：
友嘉机电学院
制定人：
合作人：
制定时间：
2018年9月
杭州职业技术学院
第1单元
单元标题：
I/O单元的硬件连接
单元教学学时
4
授课
班级
数控
上课
时间
周月日
第节
上课地点
数控机床维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●会规范使用低压验电笔.螺丝刀.电工钳.尖嘴钳.剥线钳.万用表
●会软芯线/硬线（1-1.5mm2）的规范操作：
拉直.定长去皮.打圈.螺栓紧固等
●会三相交流主电路的测绘.连接和测试
●会机床外围电动机启-保-停控制电路的测绘.连接和测试
●会机床外围电动机正反转控制电路的测绘.连接和测试
●熟悉常见低压电器（继电器.接触器.热继电器等）的名称.规格.电路符号和作用
●了解电动机.控制电器的等负荷的估算方法
●熟悉安全用电常识
●理解电压.电流信号形成的原理和测量方法
●能自觉按规程操作
●良好的团队协作精神
●细致的观察能力.良好的独立思考能力
能力
训练
任务
●实训台低压电器连接及测试
●测绘实训台启动电路接线图
●机床外围电动机（冷却电机.润滑电机）主回路及控制回路的检测
案例
教学
材料
1.教材：
张中明.方映.《数控机床常见故障检测与维修实训指导书》，2015年9月
2.第1单元教学PPT
3.数控维修实训室
教学步骤
教学内容及能力/知识目标
教师
活动
学生
活动
时间（分）
1.
引入任务
1.课程的主要内容，拟达到的教学目标的介绍。
2.数控机床的控制系统是如何上电工作的。
3.系统部分线路拆除后，操作机床，观察机床外围电机的动作特点。
导入授课内容
机床操作；
听课
30
2.
任务讲解
1.FUNAC数控系统的电气结构.工作原理。
2.系统总电源电气原理讲解。
3.接线图的绘制要求。
4.机床的主要外围电机及回路检测方法及故障定位。
实训台前讲解.PPT课件讲解
听课
30
3.
任务训练
1.实训台低压电器连接及测试。
2.绘制机床启动电路接线图。
3.机床外围电动机（冷却电机.润滑电机）主回路及控制回路的检测。
引导.小组补充讲解
做任务.小组讨论
90
4.
任务小结
1.三相交流电缺项.过压或欠压的故障特点
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.系统不能上电故障点
引导
回答问题
30
第3单元
单元标题：
键盘扫描与故障定位
单元教学学时
3
授课
班级
数控
上课
时间
周月日
第节
上课地点
数控机床维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●能看懂键盘信号接口图
●能正确编制键盘扫描PMC程序
●能够识别正常X和Y信号的特征并对设备故障进行定位
●能根据键盘信号确认G和F信号的正确状态，并根据非正常的G和F信号状态对故障点进行定位
●能编写键盘扫描PMC程序
●了解常见方式选择键的名称和作用
●熟悉常见X和Y信号的名称和作用
●了解常见G和F信号的名称和作用
●了解键盘的G信号编码
●有良好的团队协作精神
●良好的独立思考能力.严谨的逻辑推理能力及创新能力
能力训练任务
●X.Y的信号功能查找方法
●G8.4的功能，由该信号判断故障点的方法
●方式选择的控制要求
案例
教学
材料
1.教材：
张中明.方映.《数控机床常见故障检测与维修实训指导书》，2015年9月
2.第4单元教学PPT
3.数控维修实训室
教学步骤
教学内容及能力/知识目标
教师
活动
学生
活动
时间（分）
1.
引入任务
1.同学回答，操作过的不同机床键盘扫描的操作特点有何不同；
2.机床操作，例如此台故障机床的MDI功能和DNC功能混乱了，如何去查找故障点和回复呢？
导入授课内容
机床操作；
听课
10
2.
任务讲解
1.机床操作，介绍X8.0.Y9.0的功能查找方法。
2.介绍G8.4的功能，由该信号判断故障点的方法。
3.介绍方式选择的控制要求：
PPT课件讲解
听课
30
3.
任务训练
1.查找实训台X和Y信号，填写信号功能对照表
2.查找程序中的G和F信号，填写信号功能对照表
3.编制并完善键盘扫描程序。
引导.小组补充讲解
做任务.小组讨论
70
4.
任务小结
1.利用X.Y信号查故障的流程总结。
2.G信号在故障查找中的操作技巧。
引导
听课.回答问题
5
5．
任务考核及评价
任务考核：
方式选择功能混乱故障能够排除。
评价方法：
观测法.实作法。
考核评价
实训台操作
70
第4单元
单元标题：
辅助功能的检测
单元教学学时
2
授课
班级
数控
上课
时间
周月日
第节
上课地点
数控机床维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●能看懂辅助功能信号接口关系图
●能应用二进制译码模块编制辅助功能导引程序
●能编制冷却电机控制程序并用其检测冷却系统
●能编制润滑电机控制程序并用其检测润滑系统
●能编制照明输出控制程序并用其检测照明回路
●能编制F1功能控制程序应用其拓展机床功能
●理解辅助功能的作用
●了解脉冲键响应与执行的工作原理
●熟悉中间变量的作用
●了解二进制译码的原理
●熟悉一键启停的编程方法
●良好的团队协作精神
●严谨的逻辑推理能力
能力训练任务
●FUNAC机床二进制译码指令
●F7.0.F1.3的功能讲解及用法
●冷却.润滑电机的控制要求
案例
教学
材料
1.教材：
张中明.方映.《数控机床常见故障检测与维修实训指导书》，2015年9月
2.第5单元教学PPT
3.数控维修实训室
教学步骤
教学内容及能力/知识目标
教师活动
学生活动
时间（分）
1.
引入任务
第4单元的方式选择功能实现后，系统可以工作于MDI状态，但是M指令时如何被编码，当机床辅助功能故障时，如何利用PMC程序查找故障点，由问题引入任务。
操作实训台，导入授课内容
听课
5
2.
任务讲解
1.讲解FUNAC机床二进制译码指令
2.F7.0.F1.3的功能讲解及用法。
3.冷却控制的控制要求。
PPT课件讲解
听课
20
3.
任务训练
1.找出外部辅助器件与PMC的节点的对应关系。
2.编写辅助功能模块化程序.装载调试。
2.写出M指令编码表。
引导.小组补充讲解
做任务.小组讨论
55
4.
任务小结
1.辅助功能的编程规律。
2.辅助功能的故障查找技巧。
引导
听课.回答问题
10
第5单元
单元标题：
FIN信号判断与处理
单元教学学时
3
授课
班级
数控
上课
时间
周月日
第节
上课地点
数控机床维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●能看懂FIN信号接口图●能分析FIN信号处理程序
●能从CNC信息表上正确辨识FIN信号
●能够识别非正常FIN信号并进行相应的检测和处理
●理解FIN信号的目的和作用
●了解M.T和S信号的作用和命名方法
●细致的观察能力
●良好的独立思考能力
●严谨的逻辑推理能力
能力训练任务
●机床命令结束信号FIN获取的逻辑规律
●FIN信号的作用
案例
教学
材料
1.教材：
张中明.方映.《数控机床常见故障检测与维修实训指导书》，2015年9月
2.第6单元教学PPT
3.数控维修实训室
教学步骤
教学内容及能力/知识目标
教师活动
学生活动
时间（分）
1.
引入任务
第4单元.第5单元的程序写入后，MDI方式下，输入M08；循环启动，冷却电机运转了吗？
为什么？
由问题引入任务。
导入授课内容
机床操作；
听课
5
2.
任务讲解
1.讲解机床命令结束信号FIN获取的逻辑规律。
2.FIN信号作用。
PPT课件讲解
听课
30
3.
任务训练
1.识别G信号和F信号，填写信号状态表。
2.结束程序的编制与调试。
2.非正常结束信号的识别及故障定位。
引导.小组补充讲解
做任务.小组讨论
80
4.
任务小结
各小组在调试和排故过程中出现的问题小结。
引导
听课.回答问题
20
第6单元
单元标题：
功能选择性能的检测
单元教学学时
2
授课班级
数控
上课
时间
周月日
第节
上课地点
数控维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●能看懂功能选择信号接口关系图
●能编制空运行控制程序
●能编制选择停控制程序
●能编制单步控制程序
●能编制跳步控制程序
●能编制机床锁定控制程序
●了解各种功能选择操作的含义
●理解扫描方式下应用常开-常闭节点实现脉冲沿控制的原理
●良好的独立思考能力
●严谨的逻辑推理能力
能力训练任务
●空运行.选择停.单步.跳步.机床锁定的控制要求
●功能选择回路的排故方法
案例
教学
材料
1.教材：
张中明.方映.《数控机床常见故障检测与维修实训指导书》，2015年9月
2.第7单元教学PPT
3.数控维修实训室
教学步骤
教学内容及能力/知识目标
教师活动
学生活动
时间（分）
1.
引入任务
系统是如何识别机床面板上的功能选择按键的，当某功能（例如空运行）不能实现时，从哪里入手进行检测及排故。
由问题引入任务。
导入授课内容
机床操作；
听课
5
2.
任务讲解
1.讲解空运行方式.选择停.单步.跳步.机床锁定的控制要求。
2.讲解功能选择回路的排故方法。
PPT课件讲解
听课
20
3.
任务训练
1.编制.调试空运行控制程序并检测其回路
3.编制.调试选择停控制程序并检测其回路
4.编制.调试单步控制程序并检测其回路
5.编制.调试跳步控制程序并检测其回路
6.编制.调试机床锁定控制程序并检测其回路
引导.小组补充讲解
做任务.小组讨论
55
4.
任务小结
各小组在做任务时出现的问题总结
讲解
听课.提问
10
第7单元
单元标题：
主轴设备测试与调整
单元教学学时
2
授课班级
数控
上课
时间
周月日
第节
上课地点
数控维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●能看懂主轴信号接口关系图
●会主轴性能的M03.M04.M05指令测试方法
●能编制手动模式下主轴电机的正反转控制程序
●能编制主轴倍率信号采集和控制程序
●能编制完整功能的主轴控制程序
●能编制主轴在单位时间内自动升速-降速程序，并测试主轴的电气及负载特性（*）
●理解主轴电机的电路连接图
●理解主轴各种工作模式的作用和区别
●了解主轴调速过程中数模转换的方式
●熟悉电机可逆运转过程中按钮和接触器互锁原理
●细致的观察能力
●良好的独立思考能力
●严谨的逻辑推理能力及创新能力
能力训练任务
●常用的主轴驱动系统
●主轴手动控制要求
●主轴自动控制要求
●主轴倍率信息引入方法
案例
教学
材料
1.教材：
张中明.方映.《数控机床常见故障检测与维修实训指导书》，2015年9月
2.第8单元教学PPT
3.数控维修实训室
教学步骤
教学内容及能力/知识目标
教师活动
学生活动
时间（分）
1.
引入任务
通过前面单元的学习，机床面板的方式选择.辅助功能.功能选择按键信号都能被系统识别，系统也已给出相应的输出信号，剩下的任务是如何让机床的机械部件动起来，提出学习目的，引入任务。
导入授课内容
听课
5
2.
任务讲解
1.主轴相关知识讲解（常用主轴驱动系统）
2.主轴手动控制要求。
3.主轴自动控制要求。
4.主轴倍率信息引入。
PPT课件讲解
听课
20
3.
任务训练
1.写出主轴手动/自动控制程序并检测主轴回路。
2.填写主轴倍率编码表。
3.*编制主轴在单位时间内自动升速-降速程序，并测试主轴的电气及负载特性。
引导.小组补充讲解
做任务.小组讨论
55
4.
任务小结
1.主轴故障诊断分析思路总结。
2.要注意手动和自动程序之间的对接，要求同时能正常工作。
3.通过M03S700命令和循环启动，转动倍率开关观察调速情况。
讲解.机床操作
听课.提问
10
第8单元
单元标题：
主轴变频器测试与调整
单元教学学时
2
授课班级
数控
上课
时间
周月日
第节
上课地点
数控维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●能正确连接变频器动力线和信号线
●能正确设置变频器的工作方式及参数
●能够通过变频器对电动机进行手动测试
●能将变频器与CNC单元正确连接和测试
●能够通过变频器故障代码识别故障原因并进行排除
●了解电动机调速的主要方法
●了解变频器工作原理
●熟悉变频器主要参数的意义
●了解变频器与电动机之间的匹配关系
●能够按规程操作
●查阅资料综合分析的能力
能力训练任务
●变频器控制电机运行及转速的原理
●变频器接线端子说明
●变频器的有关参数设置说明
●变频器参数修改方法
案例
教学
材料
1.教材：
张中明.方映.《数控机床常见故障检测与维修实训指导书》，2015年9月
2.第9单元教学PPT
3.数控维修实训室
教学步骤
教学内容及能力/知识目标
教师活动
学生活动
时间（分）
1.
引入任务
教师修改变频器参数设置，操作数控机床，学生观察主轴的变化，引导学生进入主轴变频器的学习。
导入授课内容
听课.观察
5
2.
任务讲解
1.变频器相关知识的讲解。
2.变频器控制电机运行的方法。
3.变频器控制端子说明。
4.变频器的有关参数设置说明。
5.变频器参数修改方法。
PPT课件讲解.机床操作
听课
25
3.
任务训练
1.变频器线路连接（端子STF.STR.RH.RM.RL.SD），三相交流电路的连接及测试。
2.设置变频器的参数
引导.小组补充讲解
做任务.小组讨论
25
4.
任务小结
任务小结，提出问题。
1．如何设置变频器使主轴电机进行多段速运行？
2．电机旋转方向不正确，是什么原因引起，如何解决？
讲解
听课.提问
15
5．
任务考核及评价
第8单元.第9单元考核：
对数控机床主轴系统故障能够排除。
评价方法：
观测法.实作法。
考核.评价
实训台操作
10
第9单元
单元标题：
伺服设备测试与调整
单元教学学时
6
授课班级
数控
上课
时间
周月日
第节
上课地点
数控维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●能看懂伺服控制信号接口图
●能对伺服倍率信号编码
●能编写伺服倍率开关程序
●能编制手动方式下X.Y.Z轴运行控制程序
●能编制X.Y.Z轴手动回参考点控制程序
●能编制快速叠加键控制的伺服进给程序
●能编制具有完整功能的伺服控制程序
●能编制一键方式下X.Y.Z轴的回零点程序
●了解伺服电动机的结构和原理
●了解与伺服电机同轴安装的光电编码器结构与原理
●熟悉伺服放大器电气连接图
●理解手动方式下进给倍率参数含义
●了解快速倍率的含义
●理解轴选信号的作用
●理解手动.手轮和快速叠加等操作方式的区别
●细致的观察能力
●良好的独立思考能力
●严谨的逻辑推理能力及创新能力
能力训练任务
●X.Y.Z轴伺服驱动信号。
●伺服进给倍率信号的采集方法.调试要点，手动方式下快速倍率控制要求
●X.Y和Z轴的手动控制编程控制要求
●X.Y和Z轴手动与正向回参考点综合控制要求
案例
教学
材料
1.教材：
张中明.方映.《数控机床常见故障检测与维修实训指导书》，2015年9月
2.第10单元教学PPT
3.数控维修实训室
教学步骤
教学内容及能力/知识目标
教师活动
学生活动
时间（分）
1.
引入任务
数控机床的性能在很大程度上取决于进给进给单元伺服系统的性能，给出伺服系统图，引入任务。
PPT讲解.机床操作
听课
15
2.
任务讲解
1.X.Y.Z轴伺服驱动信号。
2.伺服进给倍率信号的采集方法.调试要点，手动方式下快速倍率控制要求：
3.X.Y和Z轴的手动控制编程控制要求。
4.X.Y和Z轴手动与正向回参考点综合控制要求。
PPT课件讲解
听课
45
3.
任务训练
1.填写伺服进给倍率.手轮倍率编码表，编制伺服进给倍率程序并检测倍率信号。
2.编制X.Y和Z轴的手动控制编程
3.编制X.Y和Z轴的正向回参考点综合控制程序
4.编制手动方式下快速倍率控制程序并检测。
引导.小组补充讲解
做任务.小组讨论
120
4.
任务小结
总结实训任务，教师提问，学生小组讨论后回答。
1.X.Y和Z运动超程时的正确返回方法。
2.机床回原点操作的顺序如何修改。
3.进给倍率乱码时如何检测故障并维修。
4.当电机实际运行方向与所设定方向相反时，如何解决？
引导
小组讨论.回答问题
45
5．
任务考核及评价
对数控机床伺服驱动系统故障能够排除。
评价方法：
观测法.实作法。
考核.评价
实训台操作
45
第10单元
单元标题：
手轮设备测试与调整
单元教学学时
3
授课班级
数控
上课
时间
周月日
第节
上课地点
数控维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●能够编制手轮的快速倍率*1.*10.*100的获取PMC程序
●能编制手轮的轴选控制信号获取PMC程序
●会编写手轮轴选指示灯程序
●能通过CNC窗口信息对手轮.伺服放大器和伺服电机进行调整
●能判断手轮轴选故障并排故
●能判断手轮快速倍率失效故障并排故
●了解手轮的结构
●了解手轮的工作原理
●熟悉手轮与数控设备的连接方式
●熟悉G19.5.G19.4.G18.0.G18.1信号及各组合状态含义
●了解回参考点指示灯显示方式
●细致的观察能力●良好的独立思考能力
●严谨的逻辑推理能力
能力训练任务
●手轮的结构及其与数控设备的连接
●手轮方式下快速倍率获取控制要求
●手轮方式下轴选控制要求
●手轮方式下轴选指示灯控制要求
案例
教学
材料
1.教材：
张中明.方映.《数控机床常见故障检测与维修实训指导书》，2015年9月
2.第11单元教学PPT
3.数控维修实训室
教学步骤
教学内容及能力/知识目标
教师活动
学生活动
时间（分）
1.
引入任务
由实训台手轮操作引入任务。
导入授课内容
听课
5
2.
任务讲解
1.手轮的结构及其与数控设备的连接。
2.手轮方式下快速倍率获取控制要求。
3.手轮方式下轴选控制要求。
4.手轮方式下轴选指示灯控制要求。
PPT课件讲解
听课
45
3.
任务训练
1.填写手轮倍率编码表，编制伺服进给倍率程序并检测倍率信号。
2.编制手轮方式下轴选控制程序并检测轴选信号。
3.手轮方式下轴选控制控制程序并检测轴选信号。
4.判断手轮故障并进行排除。
引导.小组补充讲解
做任务.小组讨论
80
4.
任务小结
总结实训任务，手轮排故要点总结。
讲解
听课
5
第11单元
单元标题：
系统参数的设置及数据备份.恢复
单元教学学时
2
授课班级
数控
上课
时间
周月日第节
上课地点
数控维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●能利用存储卡正确备份当前设备中的参数
●能正确显示所需参数
●能正确读写以位方式显示的数据
●能正确读写以字节方式显示的数据
●能正确读写带有提示信息的数据，例如部分主轴和伺服参数的读写
●能正确恢复出厂原始参数设置
●能够修正常见设备的参数并使设备正常工作
●能在参数全清或出厂默认的情况下逐条正确输入指定参数，数量为200条左右（*）
●理解所修改参数的含义以及可能产生的后果
●理解地址和对应参数的关系
●掌握数据允许/禁止修改的原理
●了解出厂默认参数状态的意义
●熟悉非正常参数下常见设备的故障现象
●严谨的工作态度，能自觉按规程操作
●细致的观察能力
能力训练任务
●FANUC系统参数类型介绍
●出厂默认参数状态的介绍
●修改参数的流程讲解
●非正常参数下常见设备的故障现象讲解
案例
教学
材料
1.教材：
张中明.方映.《数控机床常见故障检测与维修实训指导书》，2015年9月
2.第14单元教学PPT
3.数控维修实训室
教学步骤
教学内容及能力/知识目标
教师活动
学生活动
时间（分）
1.
引入任务
FANUC数控系统中的加工程序参数.螺距误差补偿.宏参数.刀具补偿.工件坐标系.PMC程序.PMC数据，在机床断电后是依靠安装在控制单元上的电池进行保存的。
如果控制单元损坏，电池失效或更换时出现差错都会导致数据的丢失，如果之前没有做好备份，将导致严重的损失。
导入授课内容
观察
5
2.
任务讲解
1.介绍CNC内部RAM及闪存器的工作方式
2.FANUC数控系统对备份数据用的存储卡的要求。
3.存储卡与CNC间的数据交换
4.数据备份的流程
5.数据恢复的流程
PPT课件讲解
听课
35
3.
任务训练
1.将机床CNC数据.PMC程序.PMC参数.用户加工程序保存到CF卡。
2.将CF卡中的CNC数据.PMC程序.PMC参数.用户加工程序恢复到机床。
3.英文界面下机床数据打包备份及恢复
引导.小组补充讲解
做任务.小组讨论
45
4.
任务小结
总结各类数据的备份和恢复流程。
讲解
听课
5
第12单元
单元标题：
数据备份与恢复
单元教学学时
2
授课班级
数控
上课
时间
周月日
第节
上课地点
数控维修实训室
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
●能设置存储卡启用/禁用状态
●能将CNC数据保存到CF卡中与反向恢复
●能将PMC程序保存到CF卡中与反向恢复
●能将PMC参数保存到CF卡中于反向恢复
●能将用户加工程序保存到CF卡中与反向恢复
●能对CF卡的文件进行指定操作：
拷贝.删除.重命名和格式化等
●了解内部RAM的工作原理
●了解RAM的掉电保护原理
●了解闪存器的工作方式
●理解数据备份与恢复的
升级会员 