毕业设计（论文）-数控铣床故障诊断实验台的故障设计.doc

毕业设计数控铣床故障诊断实验台的故障设计学生姓名： 学号： 机械工程系系 部： 机械电子工程专 业： 指导教师： 二零一五年五月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 数控铣床故障诊断实验台的故障设计 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标 通过本次毕业设计使学生了解和掌握到毕业设计应遵循的步骤和程序，通过对铣床的学习，了解铣床的工作原理，结合某加工中心实验台，人为设计故障，通过故障分析，完成故障的排除。 2主要任务（1）本设计要求学生在对铣床的整体结构熟悉的基础上，能够完成典型故障的分析。（2）通过对实验台的了解，人为的设计故障，提出解决方案。（3）本设计要求在实验台上进行验证。3主要参考资料1吴国经.数控机床故障诊断与维修，电子工业出版社，2004:3 2汪木兰.数控原理与系统M.机械工业出版社，2004 3晏初宏，数控机床，北京机械工业出版社,2002 4北京发那科机电有限公司.BEIJING-FANUC0i-D/0iMate-D参数说明4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1完成开题报告2014.12.102014.12.302数控铣床结构原理研究2015.03.242015.04.133实验台电气系统的布局设计2015.04.142015.05.044实验台的故障设计验证2015.05.052015.05.305整理资料，撰写论文2015.06.012015.06.18 审核人： 年 月 日数控铣床故障诊断实验台的故障设计 摘要： 随着我国制造业的不断发展,数控机床设备的故障诊断工作越来越重要。而数控铣床作为其中的典型设备,集电子、电机、自动化控制检测、计算机、液压、气动等技术于一体。不管是哪一部分出现故障,都有可能造成机器发生故障。严重的故障还会造成机床停机，生产停顿,从而带来经济损失，所以加强数控铣床的故障诊断十分必要。 本文重点对数控铣床进行研究，在了解其组成结构、工作原理的基础上结合诊断实验台完成故障设计诊断。根据实验台的原理，人为设计故障并对其进行验证。 关键词：数控铣床；结构原理；实验台；故障诊断；The fault design of CNC milling machine fault diagnosis test bench Abstract ：With the development of our manufacturing, the fault diagnosis of CNC machine tools is becoming more and more important.CNC milling machine is a typical equipment in CNC machine tools.CNC milling machine as one of the typical equipment, consists of electronic, electrical, automation testing, computer, hydraulic, pneumatic technology and so on. No matter which part of the failure occurs, there are likely to cause the occurrence of machinery failure. The serious failure will also cause the machine tool stop, the production pause, thus brings the economic loss. So it is necessary to strengthen the fault diagnosis of CNC milling machine. This paper focuses on the research of numerical control milling machine, and based on the understanding of its structure and working principle, the diagnosis of the fault design is accomplished.According to the principle of the test bench, the man-made design fault is verified and the experiment is verified.Key words：CNC milling machine; structure principle; experimental platform; fault diagnosis;I目录1 绪论11.1 现代数字化制造业的发展11.2 数控铣床综述11.3数控铣床诊断的重要性21.4本课题研究内容32数控铣床及诊断实验台研究42.1数控铣床工作原理42.2数控铣床结构组成42.3数控铣床典型故障分析52.4故障诊断实验台63数控铣床故障诊断实验台的使用113.1故障诊断实验台操作113.2实验台前面板线路连接143.3数控铣床智能考核系统的使用153.4故障点编码方式193.5本实验台可设置的故障控制点204 故障设计验证214.1典型故障设计214.2范例一：主轴停转244.3范例二：机床无法启动、伺服启动无效285 总结与展望31致 谢32参考文献33II1太原工业学院毕业设计1 绪论1.1 现代数字化制造业的发展 数控技术是我国工业发展的重要基础，它关系到我国的经济实力和综合国力。因此，采取积极有效的措施促进本国数控产业的发展及其重要。在我国装备制造业中，数控机床的使用率逐年提高，在生产生活中的重要性也越来越大。现代企业大多都采用数控机床作为加工工具，它是生产中的关键设备。但当其出现故障时，若不能及时的进行诊断与维修，将导致生产停滞，从而带来较大的经济损失。因此及时、准确的确定其故障，不仅可以降低生产成本，还提高生产效率及可靠性。在数控机床的应用方面，因为我国制造业起步较慢所以长期处于低迷状态，数控机床的使用率一直不高。进入二十一世纪以来，我国制造业迅速崛起，数字化制造技术已成为企业的迫切追求，数控机床的普及率越来越高，数控机床拥有率目前已接近3%。尤其在我国沿海制造业比较发达的地区，几乎所有的制造业企业无论大小都在应用数控机床，从而导致近几年数控技术人才极度匮乏。数控机床的故障诊断维修人才更加缺乏。1.1 数控铣床综述数控铣床是以一般铣床为基础，发展起来的一种自动加工设备，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似。数控铣床按有无刀库可分两大类。加工中心实质上就是一种带刀库的数控铣床。数控机床是最典型的机电一体化设备,它由数控装置；输入输出装置；伺服驱动和反馈装置；辅助控制装置以及机床本体等部分组成,其中,数控装置；输入输出装置；伺服驱动和反馈装置构成了机床数控系统。图1.1数控铣床1.3数控铣床诊断的重要性 目前，大多数高校机械专业以机械设计作为首要目标，然而在数控机床故障诊断维修方面不太重视。虽然少数高职院校开设了关于数控机床维修方面的课程，但由于缺乏相关实验设备相配合，使得数控机床诊断维修也只能是“纸上谈兵”；很少机构开放数控机床维护相关课程,用于数控实践教学设备的维护是系统开发的数控故障诊断和维护的教学平台,最集中的展示功能,而且价格相当昂贵,而不能出现在数控机床生产故障响应,不利于掌握专业技能的学生,真正的理论教学、实验、实践和研究更少。 衡量数控机床稳定性和可靠性的技术指标显示出，平均无故障时间（MTBF）技术指标表示数控机床在长时间工作内发生故障的频率，这一指标主要与数控机床制造质量和进行及时数控维护有关；而当故障发生后，另一个技术指标（排除故障修理时间MTTR）越短越好。研究表明，在维修数控机床过程中查找数控机床故障的时间大约占到百分之八十，而用于故障排除的时间仅为百分之二十。 因此为了使学生能够将“学”与“用”更好地结合，数控机床故障诊断实验台必不可少。结合这一平台，学生可以直观的了解其工作原理以及各种典型故障的发生原因和故障表现形式。通过对一些故障的设计、诊断、排除，完成数控维修实践教学。1.4本课题研究内容1. 了解数控铣床结构原理的基础上分析一些简单的典型故障。2. 对数控铣床故障诊断实验台进行学习，了解其构造、工作原理，及使用方法。3. 验证各故障点的故障形式，对其进行分析，学习诊断方法，根据故障成因逆向完成故障排除。4. 研究实验台故障点，故障的设计原理，由于本实验台故障点大多围绕继电器完成设计，所以在设计故障之前了解各继电器是十分必要的。5. 本课题设计思路是基于与实验台配套的计算机软件增添题库如图1.2：图1.2故障设计软件界面由此可见一个故障的设计需要对对应的继电器进行人为控制使其产生确定的故障现象。6.这里提到的继电器代码也是研究的重点，根据代码与相应的硬件设施计算机就能产生我们想要的故障现象。 2数控铣床及诊断实验台研究2.1数控铣床工作原理数控加工零件,零件的几何数据和过程数据处理信息必须依照本法制备成数控代码和格式的程序,这是数控机床的工作命令。1然后把加工对应的程序输入到数控系统中，数控系统对输入的加工程序数据进行处理。通过输出各种信息和指令来控制机床的运动再通过反馈系统调节机床的速度、运动、进给的方向和位移量，以及刀具的选择交换、工件的夹紧松开、冷却润滑的开关等动作。这样以来刀具和工件以及其余辅助装置将会按照之前预设的加工程序、轨迹和参数严格的运行。为了保证刀具与工件之间严格的相对位置，数控机床的运行需不断地进行精确的计算，并进行及时反馈，直到加工出符合要求的零件。 图2.1数控铣床原理图2.2数控铣床结构组成 数控机床是最典型的机电一体化设备,它的基本组成为：数控装置；输入输出装置；伺服驱动和反馈装置；辅助控制装置以及机床本体等部分。除了机床本体其它均为最为核心的机床数控系统的组成部分。2.3数控铣床典型故障分析 数控机床集诸多技术与一体，它包含机械技术、电子技术、测量技术、液压等技术。随着制造业的迅速发展，越老越多的数控设备被投入生产，大量的设备就意味着将会有大量的故障问题困扰企业。因此机床的诊断维修技术普及迫在眉睫。数控机床维修的关键是对故障的精确诊断,即故障源的查找和故障的定位。下文将对数控机床常见的故障进行论述。进给伺服系统的常见故障及诊断： 数控机床进给伺服系统通常由以下部分组成：各坐标轴的进给驱动装置、位置检测装置、机床进给传动链。它的主要目标是要对各坐标轴进行精确控制。进给伺服系统在数控机床的各部位中是最容易发生故障的。所以做好数控机床维护和维修工作的关键是做好进给伺服系统的故障诊断和维护工作。（1）超程 当主轴的进给超过程序设定的软限位或限位开关设定的硬限位的时候，机床就会发生超程报警。这种故障一般会在CRT上显示报警，根据数控系统说明书，即可排除故障。某数控铣床在y轴方向发生硬限位超程；通过对系统进行检查，没有发现问题,经详细询问，得知该故障是在手动移动y轴时引起的，因此认为这是一起由于操作失误引起的偶发性故障，故障处理方法如下：在按下“机床复位”按钮的同时选择手轮方式反向移动y轴，然后按“ RESET”按钮解除报警，机床即可恢复正常运行，同时为了进一步简化排除故障的方法，可将轴的软限位设定在硬限位之前，这样使机床在返回参考点后软限位开始起作用，当进给运动超出软限位时就会报警，排除故障的方法只需按“ RESET”按钮，机床即可恢复正常运行。（2）过载 引起过载报警的情况比较多，比如进给运动的负载过大、正反进己运动过于频繁、进给传动链润滑状态不良均可能导致机床过载。引起过载的原因有： 机床负荷异常引起的电机过载；速度控制单元上的印刷线路板设定错误；速度控制单元的印刷线路板不良；电机故障；电机的检测部件故障等1。经过检查和分析，最后确认是两块I/O板上的保险丝过载熔断。因此，更换I/O板上的保险丝即可。（3）爬行 爬行一般是由于进给传动链的润滑状态不佳、伺服系统增益过低或外加负载太大。尤其是伺服电动机和滚珠丝杠连接用的联轴器可能由于连接松动或本身的缺陷，造成滚珠丝杠转动和伺服电动机的转动不同步。从而使进给运动忽快忽慢，产生爬行现象，某数控铣床当z轴低速进给运动时产生爬行现象，经检查z轴进给传动链，发现伺服电动机和滚珠丝杠连接用的联轴器连接松动，这是由于负载过大而引起的螺栓松动。因此，需重新紧固联轴器上的螺栓，以防止爬行现象的发生。（4）红色报警目前数控机床大多为封闭结构，机床电器箱和床身紧密相连在生产过程中由于刀具切削金属材料引起的振动很容易影响到机床的其它部分，特别是电器部分。随着工作时间的增加，线路板上的某些接线端子及插座会松动甚至脱落，严重影响机床的正常运行。某加工中心在批量生产过程中如果出现红色报警“Realtime timeout”时，机床便自动切断电源，同时主轴明显下沉一个螺距位置，造成刀具、工件损坏，机床主轴损伤。经分析，造成红色报警“Realtime timeout”的原因有两种：加工过程中的振动引起重要线路中断，致使系统认为外界情况危急而切断电源；（5）脉冲编码器故障 脉冲编码器可将机械转角转换成电脉冲而间接测量出位移量，脉冲编码器分为：光电式、接触式、电磁感应式三种形式。其中光电式用于数控机床，精度较其它2种高，如果脉冲编码器发生故障，机床进给运动将发生错误；某数控车床当机床开机完成返回参考点动作后，反向移动x轴出现代号319报警，然后按下“ RESET(复位)”按钮出现代号416报警。根据报警号查看手册，发现问题出在x轴的伺服电机上，检测伺服电机后发现电机没有问题，考虑到机床返回参考点正常，而反向移动x轴时报警，因此将问题集中在编码器上。在更换x轴脉冲编码器后机床恢复正常。2.4故障诊断实验台该设备采用模块化的结构，和配置数控机床是用于满足机电技能培训的要求。配置智能维护系统的故障，故障分析，故障诊断，检查，故障点确定数控机床维护的过程，培养学生能力，结合计算机软件可以学生登录、自动评分、性能统计数据，方便培训结果评估函数，也可以是通过网络连接数控技术应评估，大大减少教师的分数统计工作，是一组全面的数控技术和设备。提供的电源漏电开关和缺乏保护电路在发生泄漏、短路、缺乏阶段和设备保护电路自动。 实训设备采用全钢制结构，独创的电气元器件与电气原理图完美结合的设计思想。实训系统由OiMate-MD数控系统 、五个基本控制单元及教学型数控铣床组成。这五个基本控制单元分别是数控铣床电气控制单元、输入输出控制单元、主轴控制单元、驱动控制单元，和故障检测单元。1.数控机床电气控制单元控制主回路由总输入空气开关、冷却泵、控制变压器、相序保护器、驱动变压器构成。如图2.2所示。 图2.2控制主回路 l 系统及接口开关电源：由控制变压器通过继电器KM1给数控系统提供DC24V电源，同时直接给低压控制回路提供AC24V电源。l 伺服模块：通过继电器KM2连接伺服模块。l 驱动变压器：通过驱动变压器直接给伺服驱动器供电。 低压控制回路由照明灯、系统、伺服、冷却构成。并在除照明回路和数控系统回路除外的其他回路的干路中接有急停开关SB1。 图2.3低压控制回路l 数控系统：由启动钥匙开关SA1控制，通过继电器KM1实现。l 伺服：由伺服启动开关SB3通过继电器KM2启动，由伺服停止开关SB2停止。2.伺服驱动单元驱动模块采用发那科i SV 20伺服放大器。它的外围连接电路大致分为光缆连接（FSSB总线）、控制电源连接、主电源连接、急停信号连接、MCC连接、伺服电机主电源连接、伺服电机编码器连接和制动电阻连接等。图2.4伺服驱动单元3.输入输出控制单元输入输出控制单元主要由输出控制、系统输出、系统输入、开关量输入信号和机床输入信号构成。如图2.5所示：l 系统输出控制小型继电器，然后通过小型继电器的触点控制具体的设备。l 数控系统的开关量输出信号有主轴正转控制、主轴反转控制、冷却控制、报警控制。l 数控系统的输入信号有确定X、Y、Z轴原位的粗定位信号和精定位信号；控制机床加工范围的+X限位、X限位、+Y限位、Y限位、+Z限位、Z限位。l 机床输入信号有机床行程限位和定位用的霍尔开关信号。图2.5输入、输出控制单元图4.系统测试单元系统测试单元由X轴系统控制信号、Y轴系统控制信号、Z轴系统控制信号、主轴编码器信号、主轴模拟电压信号、系统输出信号和系统输入信号构成。如图2.6所示：系统测试单元用于系统信号调试、故障查找、故障修复等。图2.6系统测试单元图3数控铣床故障诊断实验台的使用3.1故障诊断实验台操作1.回零点方式 回零方式，主要是进行机床机械坐标系的设定，选择回零方式，用机床操作面板上各轴返回参考点用的开关使刀具沿参数（1006#5）指定的方向移动。首先刀具以快速移动速度移动到减速点上，然后按FL速度移动到参考点。快速移动速度和FL速度由参数（1420、1421、1425）设定。如图3-1： 图3-1 参考点设置 图3-2 参考点设置2.手动（JOG）方式 在JOG方式，按机床操作面板上的进给轴和方向选择开关（一般为同一个键），机床沿选定轴的选定方向移动。手动连续进给速度由参数1423设定。按快速移动开关，以1424设定的速度移动机床。手动操作通常一次移动一个轴，但也可以用参数1003#0选择同时移动三轴运动。如图3-2 3.手轮进给方式 在手轮方式，机床可用旋转机床操作面板上手摇脉冲发生器连续不断地移动。用开关选择移动轴和倍率。如图3-3： 图3.3 进己选择 图3.4 进己选择 4.存储器运行方式 在自动运行期间，程序预先存在存储器中，当选定一个程序并按了机床操作面板上的循环启动按钮时，开始自动运行。如图3-4：5. MDI运行方式在MDI方式，在MDI面板上输入10行程序段，可以自动执行，MDI运行一般用于简单的测试操作。如图3-5： 图3-5 MD测试 图3-6 EDIT模式6.程序编辑（EDIT）方式 在程序编辑方式下可以进行程序的编辑、修改、查找等功能。如图3-6： 和机床维护操作有关的画面操作1.参数设定画面 用于参数的设置、修改等操作，在操作时需要打开参数开关，按OFSSET键显示图3-7所示画面就可以进行修改参数开关，参数开关为1时，可以进入参数进行修改。图3-8 图3-7 参数开关画面 图3-8 参数开关画面 2.诊断画面 当出现报警时，可以通过诊断画面进行故障的诊断，按上图中的诊断键，图3-9 图3-9 诊断画面图3-10 PMC画面3. PMC画面 PMC就是利用内置在CNC的PC执行机床的顺序控制的可编程机床控制器，PMC画面是比较常用的一个画面，它可以进行状态查询、PMC在线编辑、通讯等功能。按SYSTEM键后按右扩展键出现PMC，图3-10 4.伺服监视画面主要是进行伺服的监视，如位置环增益、位置误差、电流、速度等，按SYSTEM键后按右扩展键出现SV设定，图3-11 图3-11 伺服监视画面 图3-12 主轴监视画面 5. 主轴监视画面 主要是进行主轴状态的监视，如主轴报警、运行方式、速度、负载表等。按SYSTEM键后按右扩展键出现SP设定，图3-12 3.2实验台前面板线路连接（1）主回路和控制回路主回路通过控制变压器把380V的交流电变换为24V交流电，通过端口3和4（AC24V）给控制回路供电。（2）主回路和输入输出控制单元主回路通过控制变压器把380V的交流电变换为24V交流电，并转变为DC24V，通过端口1L+和1M（DC24V）给输入输出控制单元中的机床输入信号侧供电。（3）控制回路和输入输出控制单元控制回路中KA7、KA6、KA5分别和输入输出控制单元中输出控制侧的KA7、KA6、KA5连接（4）输入输出控制单元输入输出单元的线路连接参照下表进行：表3.1 铣床实验台I口定义铣床实验台I口定义序号输入口定义序号输入口定义01X0.0X限位13X1.4未接02X0.1Z限位14X1.5未接03X0.2X定位15X1.6未接04X0.3Z定位16X1.7未接05X0.4X限位17X2.0备用06X0.5Z限位18X2.1备用07X0.6未接19X2.2备用08X0.7未接20X2.3备用09X1.0T121X2.4急停用10X1.1T222X2.5备用11X1.2T323X2.6备用12X1.3T424X2.7备用表3.2 车床实验台O口定义车床实验台O口定义序号输出口定义序号输出口定义01Y0.0主轴正转08Y1.0 备用02Y0.1主轴反转09Y1.1 备用03Y0.2冷却10Y1.2 备用04Y0.3未接11Y1.3备用05Y0.4刀架反12Y1.4备用06Y0.5刀架正13Y1.5备用07Y0.6未接14Y1.6备用系统输出端子Y0.0和L4连接、Y0.1和L3连接、Y0.2和L5连接、Y0.4和L6相连、Y0.5和L7相连。（5）输入输出控制单元和主轴控制单元主轴控制单元的010V和AGND分别与输入输出控制单元的系统输出侧的010V和AGND相连接主轴控制单元的FWD和REV分别与输入输出控制单元的输出控制侧的KA4和KA3上端口连接，主轴控制单元的COM和输入输出控制单元的输出控制侧的KA4和KA3下端口连接。3.3数控铣床智能考核系统的使用1.本系统只设定一个有效用户对整个教师机进行管理。用户名为“admin”,初始密码为空，用户可自行修改。登录后可进行，教师管理，班级管理，学生管理。而被admin添加的教师，只能进行，试题等管理，无权限进行，教师，班级，学生管理。如图3.3.1所示： 图3.3.1登陆界面 图3.3.2密码修改2.密码修改（如果不修改跳过此段）如图3.2.2所示：比如将原来的空密码，修改为”123456”， 如图3.2.3所示： 图3.3.3确认修改密码 图3.3.4管理员登陆 3.管理员登录如图3.3.4所示，登录后进入教师机系统如图3.3.5所示画面图3.3.5教师机系统界面4.试题管理(1)录入试题：用户根据试题录入对话框，选择系统类型，试题类型，难易程度，继电器代码及其他相关内容本考核软件已经含有了，数百条试题。用户也可自行添加。但务必熟悉实验台原理以后。录入对话框如图3.3.6所示：图3.3.6试题录入界面(2)查询试题： 用户查询已经录入的试题(3)预览：用户可预览列表框中已有的试题。首先选中试题，接着点“预览”键，如图3.3.7所示：图3.3.7预览界面A. 同样方法，可以对试题进行“修改”和“删除”。B. 在机床正常运行时单击测试，机床便会出现题库所示故障。C. 单击退出，则故障消除。4.单点测试：此功能，是对实验台故障点的继电器进行单独测试。如图3.3.8所示：图3.3.8单点测试 这里的每一个点都对应一个继电器，理论上讲任意点下其中一个点都会出现相应的故障。例如点击K41机床会立刻停止工作，机床操作面板关闭并且再按启动按钮都无效，因为K41对应的是控制电源DC24V，断开后无电源输入所以机床无论如何也不会启动。353.4故障点编码方式047总共48个故障点，按二进制编码，1为有效，0为无效。每四位二进制一组，分别对应四个故障点。这四个二进制数转换成一位十六进制数，这样每一个故障点就由一个12位的数组成。在编码时如下所示：单点故障举例： 表3.4单点故障举例序号二进制继电器16进制K7有效110007-48800000000000200003-003000015-120400008-1105000023-2006000019-1607000031-2808000027-2409000039-36010000035-32011000047-44012000043-400多点故障举例：表3.5 多点故障举例序号二进制继电器16进制K7、K32有效110007-48800000000100200003-003000015-120400008-1105000023-2006000019-1607000031-2808000027-2409000039-36010000135-32111000047-44012000043-4003.5本实验台可设置的故障控制点表3.6故障点继电器编码继电器编号编码号信号端子K0010000000000主轴正转控制信号FWDK1020000000000主轴反转控制信号REVK8000800000000X轴正方向限位信号K9000400000000X轴反方向限位信号K10000200000000Z轴正方向限位信号K11000100000000Z轴反方向限位信号K12001000000000Y轴正方向限位信号K13002000000000Y轴反方向限位信号K14004000000000X轴参考点定位信号K15008000000000Z轴参考点定位信号K38000000004000控制主轴的模拟电压地AGNDK39000000008000控制主轴的模拟电压0-10VK40000000000001控制电源AC24VK41000000000002控制电源DC24VK42000000000004照明回路K43000000000008系统控制回路K44000000000010伺服控制回路K47000000000080冷却控制回路 得到的最终编码信息包含了这个48个故障点的运行情况，从这里我们可以推断出：这48个故障点可设置48个单点故障，每个故障点再进行组合理论上讲将会得到无数个新的故障，虽然事实上并不是所有的点都可以组合，但起码我们可以通过验证得到许多典型常见的故障。4 故障设计验证4.1典型故障设计 主轴类故障：表3.7 主轴故障 故障现象故障点继电器编号 继电器代码主轴不能正转1.主轴正转控制信号FWD无K00100000000002控制主轴的模拟电压010V不正常K390000000080003控制主轴的模拟电压地AGND接触不良K380000000040004.控制电源1L+不正常K41000000000002 主轴不能反转主轴反转控制信号REV无K1020000000000 限位故障：表3.4 限位故障故障现象故障点继电器编号继电器代码X轴正方向没有限位保护1.X轴正方向限位不正常K80008000000002.控制电源1L+不正常K41000000000002X轴负方向没有限位保护1.X轴负方向限位不正常K9000400000000Y轴正方向没有限位保护1.y轴正方向限位信号不正常K120010000000002.控制电源1L+不正常K41000000000002Y轴负方向没有限位保护1.Y轴反方向限位信号K13002000000000Z轴正方向没有限位保护1.z轴正方向限位不正常K100002000000002.控制电源1L+不正常K41000000000002Z轴负方向没有限位保护1.z轴负方向限位不正常K11000100000000 控制电路类故障： 表3.5 控制电路故障故障现象故障点继电器编码继电器代码伺服系统无法启动，机床操作台黑屏1.伺服控制回路断开K440000000000102.控制电源AC24V异常K400000000000013.控制电源DC24V异常K410000000000024.系统控制回路异常K43000000000008 参考点定位故障：表3.7 参考点故障故障现象故障点继电器编码继电器代码X轴无法回到参考点X轴参考点定位信号异常K14004000000000Z轴无法回到参考点或被限位Z轴参考点定位信号K15008000000000驱动故障：表3.8驱动故障故障点继电器编码继电器代码有DRIVE SWITCH IS OFF报警，机床各轴无法运动1.伺服控制继电器KM2失效K44000000000010X轴驱动报警1.X轴驱动信号断开a） X轴驱动脉冲信号PULS+断开b） X轴驱动脉冲信号PULS-断开c） X轴驱动方向信号DIR+断开d） X轴驱动方向信号DIR-断开K24K25K26K27000000010000000000020000000000040000000000080000Z轴驱动报警1.X轴驱动信号断开a) Z轴驱动脉冲信号PULS+断开b) Z轴驱动脉冲信号PULS-断开c) Z轴驱动方向信号DIR+断开d) Z轴驱动方向信号DIR-断开K28K29K30K31000000100000000000200000000000400000000000800000有DRIVE SWITCH IS OFF报警，变频器无法启动1.伺服控制继电器KM2失效K44000000000010开机时伺服无法启动（伺服停止灯亮）系统控制继电器KM1失效K43000000000008开机时伺服无法启动（伺服停止等不亮）控制电源AC24V无效K400000000000014.2范例一：主轴停转 我们知道,要让主轴旋转有三个必要条件:（1）CNC发出主轴控制信号、（2）主轴驱动系统连接正确（3）硬件和机械部分正常。而此实验是在实验台上完成设计及验证，所以硬件和机械部分故障不需考虑。还是围绕继电器设置故障。据表可知主轴停转有大概以下几种原因。 主轴停转1.主轴正转控制信号FWD无K00100000000002控制主轴的模拟电压010V不正常K390000000080003控制主轴的模拟电压地AGND接触不良K380000000040004.控制电源1L+不正常K41000000000002选1，4,两个故障点组合新的多点故障主轴正转控制信号FWD无控制电源1L+不正常k41 k0010000000002表4.1 故障原因故障编码方式如下： 表4.2 故障设计编码序号二进制继电器16进制K0、K41有效100007-40010000000002200013-013000015-120400008-1105000023-2006000019-1607000031-2808000027-2409000039-36010000035-32011000047-44012001043-402故障设计：将此代码输入模拟软件中 并将题目答案输入并保存图4.1输入题库为了验证故障先将实验台正常工作和故障产生后进行对比如图： 正常 故障产生后图4.2操作台关闭现象：点击图4.2所示的测试后机床操作台首先出现黑屏现象，主轴停转，此时按下控制回路开关无反应。 分析：（1）机床操作面板黑屏表明没有电源输入，用万用表测控制电源电压发现其电压为0而DC端电压却为23.5V属于正常（如图4.3所示），说明此端口发生断路故障。图4.3DC端电压既然此处已然检测到一处故障则先将其解决，解决方案便是用一根导线将其接好如图4.4所示，接好后再用万用表测其电压为24V，此时按下控制回路开关机床重新启动。图4.4DC端电压（2） 解决上述故障后重启机床，运行正确的程序，但是主轴仍然无法转动并且控制主轴的信号灯也不亮。因为这里我们是基于实验台验证故障，虽然主轴不转有可能是主轴传动机构出现故障。但是我们还是优先考虑电路问题。为此我们先用万用表测控制主轴的模拟电压如图4.5所示机床正常运行的时候其模拟电压为2.5V，然而故障发生后却变成了0。控制主轴正转的信号也没有。 图4.5主轴模拟电压图4.6主轴正转信号（3）如图4.6所示控制主轴正转的信号灯不亮，经万用表测后果然不正常，于是将信号输出端口接在图4.7所示面板上后指示灯亮。运行正确程序，这是主轴正常转动，故障排除 图4.7主轴正转信号4.3范例二：机床无法启动、伺服启动无效表4.3 故障设计机床无法启动、伺服启动无效1.伺服控制继电器KM2异常K440000000000102.控制电源AC24V异常K400000000000013.控制电源DC24V异常K410000000000024.控制继电器KM1异常K43000000000008选1、3两故障点设计多点故障设计K41 k44000000000012编码方式如下：表4.4 编码方式序号二进制继电器16进制K41、K44有效100007-40000000000012200003-003000015-120400008-1105000023-2006000019-1607000031-2808000027-2409000039-36010000035-32011000147-44112001043-402故障设计：(1)使控制电源DC24V无效，造成控制回路整体失效，使得数控系统、伺服控制、主轴控制单元关闭。(2)使系统控制继电器KM2失效，造成控制回路中数控系统关闭，无法正常打开，同时由于KM2在伺服控制回路中的互锁机制，造成即使控制电源24V有效，但数控系统和伺服控制仍旧无法正常打开。将代码输入到 并将故障主体答案输入并保存 图4.8故障输入点击测试后在点击故障测试键后，控制面板黑屏关闭，数控系统关闭，控制回路的伺服停止和伺服启动指示灯都熄灭，主轴变频器也关闭。用万用表测控制电源DC24V为零，按照之前方法连接导线后电压正常，此处故障排除。然而按下启动按钮仍然无效，继续检测伺服开关两端电压如图4.9所示 图4.9伺服开关电压经检测KM1两端电压为0正常，整个回路电压为25V也正常，再检测KM2两端电压如图4.10所示也为25V，然而此处电压应该为0，这种现象说明KM2继电器断开。 图4.10KM2电压 图4.11KM2正常用导线将继电器KM2连起来后其两端电压为0，按下伺服启动开关机床启动故障排除小结：基于该实验台的所有故障设计、分析以及解决方法几乎都是电路，继电器方面的问题。其设计思路就是根据各继电器的断开或闭和所产生的不同表现形式在已知结果的前提下设计故障。那么检测手段也主要就是利用万用表测各个接口的电压情况，解决办法自然也是处理一般的电路故障。5 总结与展望 在这三个月的毕业设计过程中我收获良多，一开始什么也不清楚，不光对设计思想一无所知，连毕业设计应遵循的步骤和程序也不知道。在刘晓老师的耐心指导下我按照老师的建议一步一步的完成了过对铣床的学习，了解了铣床的工作原理，并在实验室亲自动手操作了数控铣床故障诊断实验台，结合该实验台完成了故障设计分析和排除方法。经历了这一过程后我不光对之前学过的专业知识有了新的认识，还学到了之前没有接触过的新知识。完成了机床主控回路