高级技工学校理论课教师教学案

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ＦＡＮＵＣ和德国ＳＩＥＭＥＮＳ公司是世界上主要的数控系统生产厂商，此外，还有西班牙ＦＡＧＯＲ公司，德国ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ公司、法国ＮＵＭ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ＣＮＣ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（ＣＰＵ）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（ＲＯＭ），加工程序存储器（ＲＡＭ）及工作区存储器（ＲＡＭ）。ＲＯＭ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ＣＮＣ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ＲＡＭ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（ＣＰＵ）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ＰＬＣ发往机床，并接收通过ＰＬＣ返回的机床各部分信息，以决定下一步操作。

2. 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（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。