高级技工学校理论课教案830.docx

1、高级技工学校理论课教案830高级技工学校理论课教案1教学课题：数控机床故障诊断与维修绪论教学时间： 周一、周四、周五教学班级：高级数控10高数一10高数二教学地点：综合楼二楼3教室、5教室 教学目的与要求：掌握数控机床基本组成，了解机床诊断的必要性及故障诊断的分类，判断。教学重点与难点：数控机床组成、各机构的特点、原理教学方式与手段： 理论教学参考资料：数控机床、数控技术教学过程：一、 回顾数控机床的概况1. 随着我国机械制造技术的迅速发展，机械产品的更新换代也越来越频繁，这就对制造装备在性能，精度、自动化及柔性方面提出更高的要求。通过机床设备自动化程度不高，难以加工轮廓及形状复杂的零件；自动

2、化专用机床和生产线，虽然效率不高，自动化程度高，但产品改型困难，而且开发周期长。数控技术及采用该技术的数控机床正好满足了这些要求。-52年美国帕森斯公司与MIT为解决加工直升机叶片轮廓而研制的三坐标数控铣床数控机床配置的数控系统品牌繁多，性能和结构也不尽相同。日本和德国公司是世界上主要的数控系统生产厂商，此外，还有西班牙公司，德国公司、法国公司等。近年来数控机床在我国迅速发展，一些国内公司的数控产品也占有了一定的市场份额，如华中数控公司、广州数控公司、北京航天机床数控集团公司等。2. 提问学生在平时实训时所遇到的故障？怎么解决的？二、 讲授新课一）数控机床的组成（见教材2页图1-1-1） 数控

3、机床由数控装置、伺服驱动装置、检测反馈装置和机床本体四大部分组成，再加上程序的输入/输出设备、可编程控制器、电源等辅助部分。1. 数控装置(数控系统的核心)由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补）等转变成控制指令，实现直接或通过PLC对伺服驱动装置的控制。数控装置：也称系统，是数控系统的核心。它由硬件和软件共同完成数控任务，与数控系统的其他部分通过接口相连。数控装置硬件结构类型的分类方式很多，按数控装置中各印刷电路板的插接方式可分为大板式结构和功能模板式结构；按数控装置中微处理器的个数可以分为单微处理器和多微处理器结构等，但总的来说，数控装置与通用计算机一样，是由中央处理器（

4、）及存储数据与程序的存储器组成的。存储器分为系统控制软件存储器（），加工程序存储器（）及工作区存储器（）。中的系统控制软件是由数控系统生产厂家写入的，用来完成系统的各项功能，数控机床操作者将各自的加工程序存储在中，供数控系统用于控制机床加工零件。工作区存储器是系统程序执行过程的活动场所，用于堆栈、参数保存、中间运算结果保存等。中央处理器（）执行系统程序、读取加工程序，经过加工程序段译码、预处理计算，然后根据加工程序段指令进行实时插补，并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号比较，从而控制机床的各坐标轴的位移。同时将辅助动作指令通过发往机床，并接收通过返回的机床各部分信息，以决定下一步操作。2

5、. 伺服驱动装置是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置的生成的进给信号，经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。伺服器概念？驱动控制装置：用以控制各个轴的运动，其中进给轴的位置控制部分常在数控装置中以硬件位置控制模块或软件位置调节器实现，即数控装置接收实际位置反馈信号，将其与插补计算出的命令位置相比较，通过位置调节器确定轴位置控制给定量，再输出给伺服驱动系统。3. 检测反馈装置是通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。4. 机床本体是数控机床的机械结构件。（床身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等）1. 主传动装置多

6、采用无级变速或分段无级变速方式。2.进给传动装置中广泛采用无间隙滚珠丝杠传动和无间隙齿轮传动。3.床身、立柱、横梁等主要支撑件-提高刚度4. 加工中心备有刀库和自动换刀装置-多工序、多面加工。（数控装置是数控机床的核心(相当于人的大脑),它所想要完成的工作通过伺服系统(相当于人的神经系统)带动机床运动，测量及反馈系统（相当于人的 眼睛等感觉器官），把机床的工作状态急时告诉数控装置。数据传输系统的作用是：由于数控装置的容量有限，各种控制信息要靠数控装置以外的其它计算机等携带和传输，就像人的记忆有限，工作时常常要做些记录。翻翻笔记本似的。）-数控机床是用数字信号控制机床运动及其加工过程，和普通机床

7、（一台电机带动主轴和各进给轴）不同，采用多电机带动，具有复杂的控制系统。包括主轴驱动、进给驱动（步进、直流伺服和交流伺服）；脉冲编码器、旋转变压器、同步感应器、光栅、磁栅等检测元件，经电路处理后反馈给数控装置，构成闭环和半闭环系统,补偿执行机构的运动误差，提高运动精度。为保证数控机床功能的充分发挥还有一些辅助装置，如冷却、润滑、液压和气动、排屑、防护等装置。与普车相比的特点：1. 适应性强、具有高度柔性。2. 精度高3. 效率高，加工质量稳定、可靠。4. 减轻劳动强度，改善条件。5. 有利于生产管理自动化。现在数控设备使用越来越广泛，随之而来的是如何保证设备的有效利用率，设备出现故障时，要尽快

8、将设备恢复正常使用。为了解决这个问题，首先要求维修人员应该有很高的素质，不但要求具有丰富的专业知识，如机电一体化技术、计算机原理、数控技术、PLC 技术、自控技术、拖动原理、液压技术等，还要掌握机械加工常识和数控装置的简单编程，另外还要具有一定的英语水平，能够阅读英文技术资料。要有足够的资料，包括机、电、液图纸，机床参数备份，系统使用维修手册，PLC 梯形图等。还要有一定量的备件。另外需要维修人员具有一定的经验，掌握一定的维修方法。【 】数控机床故障诊断与维修的必要性1.数控机床故障诊断与维修是数控机床正常运转的保障，也是数控技术发展和完善的巨大的推动力量。2.一些数控设备处于关键的工作或关键

9、的工序岗位，若在出现故障后不及时的维修并排除故障，就会造成巨大的经济损失，影响产量和质量。3.从我国维修状况和水平及现阶段人才需求来看：（1）维修状况和水平：差距大，人员素质差，缺乏数字测试分析手段，故障诊断与维修的综合判断能力较差。（2）制造业需要大量数控人才。人才现状如下：初、中、高级数控技术人才在企业数控技术岗位中分别占70.13%(蓝领）、25.04%（灰领）和4.83%（金领）。二）数控机床故障诊断1.故障的基本概念故障数控机床全部或部分丧失原有的功能。故障诊断在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故

10、障的部位和原因。提出有效的维修对策。数控机床是高度机电一体化的技术装备，和普通机床相比也包括机械、电气、液压气动方面的故障，但电气系统远为复杂，故障侧重于电气、机械、液压等的交叉点。而且数控系统种类繁多，给检测和诊断带来很大的困难。2.故障的分类1）从故障的起因分类关联性故障和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成（分固有性和随机性）。非关联性故障和系统本身结构与制造无关的故障。a. 条件（温度、振动、干扰等）满足发生，偶尔发生。b. 因运输、安装、撞击等外部人为因素造成。c. 超载、参数设置错误、操作错误等引起。d. 与材料的磨损、疲劳、电子元件的性能下降有关。2）从故障发生的状态分类突然故

11、障发生前无故障征兆，使用不当。渐变故障发生前有故障征兆，逐渐严重。3）按故障发生的性质分类软件故障程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。硬件故障电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。干扰故障由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。4）按故障的严重程度分类危险性故障数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。安全性故障机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。3. 数控系统的可靠性数控机床除了具有高精度、高效率和高技术的要求外，还应该具有高可靠性。衡量的指标有：M

12、TBF平均无故障时间MTTR排除故障的修理时间 平均有效度A： A=MTBF/（MTBF+MTTR）平均有效度是指可维修的设备在某一段时间内维持其性能的概率，是一个小于1的正数。数控机床故障的平均修复时间越短，则A就越接近1，那么数控机床的使用性能就越好。 T1使用初期（开始运行半年至一年间），故障频率较高，而且无规律可寻。机械原因：磨合状态，接合面有几何形状偏差；电子电力器件由于交便负荷和开、关瞬间大电流浪涌对器件的冲击而击穿元件；有些参数设置也非最佳状态和外部环境影响。T2稳定运行期：经磨合；经冲击考验，器件性故障大幅度减少。此稳定运行期较长，一般为710年。T3寿命终了期：机械零件加速磨

13、损、密封件老化、限位开关接触不良、电子元器件品质下降等，故障率增加。三）诊断方法。见数控维护24页。1. 直观法（望闻问切） 问机床的故障现象、加工状况等 看CRT报警信息、报警指示灯、熔丝断否、元器件烟熏烧焦、电容器膨胀变形、开裂、保护器脱扣、触点火花等 听异常声响（铁芯、欠压、振动等） 闻电气元件焦糊味及其它异味 摸发热、振动、接触不良等2. 自诊断法 启动过程诊断-系统内部自诊断程序通电后动执行对CPU、存储器、总线和I/O等模块及功能板、CRT、软盘等外围设备进行功能测试，确定主要硬件能正常工作。依靠CNC系统快速处理数据的能力，对出错的部位进行多路、快速的信号（各种开关、传感器把油位

14、、油压、温度、电流和电压、速度等状态信息设置成熟百个报警指示，诊断故障的部位）采集和处理，然后由诊断程序进行逻辑分析和判断，以确定故障的存在和部位。例如：FANUC 10TE系统的数控机床，开机后CRT显示：FS107E 1399BROM TEST：ENDRAM TEST 未通过测试故障可能：参数丢失、支持电池失效或接触不良等在线诊断离线诊断3.数据和状态检查CNC系统的自诊断不但能在CRT上显示故障报警信息，而且还能以多页“诊断地址”和“诊断数据”的形式提供机床参数和状态信息。 接口检查接口检查系统与机床、系统与PLC、机床与PLC的输入/输出信号，接口诊断功能可将所有开关量信号的状态显示在

15、CRT上，“1”表示通，“0”表示断。利用状态显示可以检查数控系统是否将信号输出到机床侧，机床侧的开关信号是否已输入到系统，从而确定故障是在机床测还是在系统侧。接口检查： 例：NCP400L数控车床接口状态38C0H 0 0 1 1 0 0 1 0 参数检查参数检查-数控机床的机床参数是经一系列的试验和调整而获得的重要参数，是机床正常运行的保证。包括有增益、加速度、轮廓监控及各种补偿值等。当机床长期闲置不用或受到外部干扰会使数据丢失或发生数据混乱，机床将不能正常工作。可调出机床参数进行检查、修改或传送。4.报警指示灯显示故障除CRT软报警外，还有许多“硬件”报警指示灯，分布在电源、主轴驱动、伺

16、服驱动、I/O装置上，由此可判断故障的原因。5.备板置换法（替代法）用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板。（故障被排除或范围缩小）注意：断电状态下/选择开关/跨线一致6、交叉换位将功能相同的模板或单元相互交换，观察故障的转移情况，就能快速判断故障的部位。7、敲击法数控系统是由各种电路板组成，电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，若出现，则敲击处很可能就是故障部位。8、升温法设备运行较长时间或环境温度较高时，机床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或组件。确定故障点。9.功能程序测试法当数控机床加工造成废品而无法确定是编程、操作不当还是数控

17、系统故障时，或是闲置时间较长的数控机床重新投入使用时。将G、M、S、T、F功能的全部指令编写一个试验程序并运行在这台机床，可快速判断哪个功能不良或丧失。10、隔离法隔离法是将某些控制回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。例：某加工中心，在JOG方式下，进给平稳，但自动则不正常。首先要确定是NC故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障依旧。说明NC系统没有问题。进一步检查是Y轴夹紧装置出故障。11、测量比较法为了检测方便，在模板或单元上设有检测端子，用万用表、示波器等仪器对这些端子的电平或波形进行测试，将测试值与正常值进行比较，可以分析和判断故障的原因和及故障的部

18、位。各种故障诊断方法各有特点，要根据故障现象的特点灵活的组合应用。四）数控机床故障诊断与维修原则（见数控维护第27页）先外部后内部先机械后电气先静后动先公用后专用先简单后复杂先一般后特殊-在排除某一故障时，要先考虑最常见的可能原因，然后再分析很少发生的特殊原因例：一台FANUC 0T数控车床Z轴回零不准，常常是由于降速挡块位置走动所造成。一旦出现这一故障，应先检查挡块，再检查编码器、位置控制等环节。先软件后硬件四)数控诊断技术的发展1.通讯诊断(远程、海外诊断） 用户机床的通讯口通过电话线和维修中心的专用通讯诊断计算机相连。计算机发诊断程序用户测试数据计算机诊断结果和处理方法用户 特点：实用简

19、便； 有一定的局限性, 这类数控系统必须具有远距离的诊断接口及连网络的功能。德国西门子公司在CNC系统中采用了这种诊断功能。2. 自修复系统 当诊断软件发现数控机床在运行中某一模块有故障时，系统在CRT上显示的同时，自动寻找备用模块并接上。特点：实用但成本比较高，而且只适合总线结构的CNC系统。3. 专家系统（人工智能专家故障诊断系统）特点：1）克服人类数控诊断专家不足的矛盾。2）具有可视化的故障诊断与维修功能，通过一问一答解决问题。可充分发挥人的主观能动性。3）故障诊断专家系统具有知识获取、传播和自学习功能，能在使用过程中不断完善。目前，日本FANUC公司已经将专家系统引入到CNC系统中用于故障诊断。取得良好效果。4、状态监测技术具体过程分为状态监测、分析诊断和治理预防三个阶段（图-）。课堂小结熟悉数控机床各组成部分的工作原理与结构确立数控机床故障诊断的基本思路与实施诊断的步骤及注意事项掌握常用测试仪器的使用方法通过理论和实训环节的教学，能实施对数控机床的故障分析和诊断。课程涉及内容广，故障检测、分析难度高本节重点内容把握： 1）掌握常见故障分类；2）掌握故障诊断与维修的评价指标；3）了解现代化的数控故障诊断技术作业布置