毕业设计（论文）-加工中心故障诊断实验台的故障设计.doc

毕业设计加工中心故障诊断实验台的故障设计三112012218 高静机械工程系学生姓名： 学号： 机械电子工程系 部： 刘晓专 业： 指导教师： 二零一五年六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： 加工中心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： 112012218 学生： 高静 指导教师（含职称）： 刘晓讲师 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，通过对加工中心的学习，了解加工中心的工作原理，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加工中心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蒋洪平.数控设备故障诊断与维修M.北京：北京理工大学出版社.2006.82严峻.数控机床常见故障快速处理M.北京：机械工业出版社.2009.43郑小年.数控机床故障诊断与维修M.武汉：华中科技大学出版社.2005.94王润孝.机床数控原理与系统.第2版M.西安：西北工业大学出版社.1997.64 进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查看相关文献完成开题报告准备答辩2014.12.10至2014.12.302结合相关知识，完善对加工中心的理论认识2015.03.10至2014.04.103进行实际操作，整合故障，进行题库的丰富2015.04.10至2014.05.124整理资料，开始撰写毕业论文2015.05.12至2014.06.55完成毕业论文设计书，准备毕业答辩2015.06.5至2014.06.25审核人： 年 月 日加工中心故障诊断实验台的故障设计摘 要：随着数字化制造技术的发展，数控技术及数控机床在当今机械制造业有着重要地位和巨大效益。各类数控机床如数控车床、数控铣床、数控加工中心等的使用率越来越高，而数控加工中心因其独有特点，价值不容小视。但是数控加工中心价格昂贵,无法在教学中普遍使用其进行故障设计，因此出现了数控加工中心故障诊断模拟实验台,用于机械类及自动化类相关专业的实践教学。本设计在了解数控加工中心综合维修实验台的组成结构和工作原理的前提下，结合加工中心智能考核系统的使用，人为的在加工中心机床上进行了故障设计，并进行了故障分析，完成了故障排除，同时将所设计的故障录入智能考核系统，进行了故障题库的丰富，以备其他人使用。关键词：数控加工中心、故障设计、故障分析Processing center design of fault diagnosis malfunctionAbstract: With the development of digital manufacturing technology, CNC technology and CNC machine tools in todays machinery manufacturing industry has an important position and great benefits. All kinds of CNC machine tools, such as CNC lathe, CNC milling machine, CNC machine center utilization rate is higher and higher, and CNC machining center because of its unique characteristics, the value cant be overlooked. But the CNC machining centers are expensive, you cant make its widespread in the teaching of design, resulting in a CNC machining center fault diagnosis simulation test-bed for machinery and automation-related professional practice teaching.The design in the context of the structure and operation principle of a comprehensive understanding of CNC machining centers, repair bench, combined with the use of intelligent machining center assessment system, man-made machine tools for the machining center design failure, and failure analysis completed troubleshooting, while the design of intelligent fault entry examination system for the rich fault exam to prepare for others to use.Keywords: CNC machining centers, fault design, fault analysis目录1绪论11.1现代数字化制造业的发展11.2加工中心的现状11.3加工中心故障诊断的重要性21.4研究课题的内容和意义22加工中心及故障诊断实验台的研究32.1加工中心的组成和工作原理32.2加工中心故障诊断实验台43. 加工中心故障诊断实验台的使用93.1加工中心的故障检测93.2故障点编码方式及本课题所用继电器代码93.3加工中心智能考核系统的使用114加工中心的设计故障164.1加工中心常见故障分类164.2故障条目164.3故障现象和故障点设计174.4在实验台上故障诊断与修复验证范例195回顾与展望29参考文献30致 谢31太原工业学院毕业设计31绪论1.1现代数字化制造业的发展数字化制造技术是为了提高生产率的需求而发展起来的,作为一个完整的制造技术体系，现代数字化制造技术主要由数控机床、数控量仪和数控刀具三部分组成1。数控技术及数控机床的广泛应用，使机械制造业发展更快。数控机床是现代加工车间最重要的装备，主要有数控车床、数控铣床、数控加工中心等1。数控加工中心有其独有特点，其价值不容小视。由于数控加工中心价格昂贵,无法在教学中普遍使用其进行故障设计。因此出现了数控机床故障诊断模拟实验台,用于机械类和自动化类相关专业的实践教学。目前我国数字化制造业发展呈现以下趋势：一是由2D向3D转变；二是并行和协同，通过产品、工艺过程和生产资源的建模仿真及集成优化技术，提高多学科的设计与制造的协同性和并行性，实现产品和工艺设计结果的早期验证；三是数字化装配与维修；四是数字化车间与数字化工厂，这是数字化制造技术在车间和和工厂集成应用和高效运营的全新生产模式，为高效物流实施以及精益生产、可重构制造、元化制造等先进制造模式提供辅助工具；五是工业互联网，由机器、设备组、设施和系统网络组成，能够在更深的层面将连接能力、大数据、数字分析、3D打印等结合1。1.2加工中心的现状就目前国内制造业发展状况来看，各类数控机床的使用越来越多，在数字化制造业中发挥了重要作用。主要有数控车床，数控铣床，数控加工中心等，而加工中心有其不可替代的加工特点，其价值不容小视。数控加工中心是在数控铣床的基础上逐渐演变而来，相对于数控铣床，数控加工中心迈出了很大的一步，不仅仅局限于对零部件的铣削功能，更在本身基础上增加了刀库和自动换刀机构。刀库里装有不同用途的各式刀具，可以使零部件在一次装夹的过程中就完成了所有的工序，提高了加工中心的加工效率，缩短了加工时间，使得企业能够在规定的时间内完成更多产品的加工，促进了工业的急速发展，使无人化车间得到了更快发展。 数控加工中心加工精度高、加工质量稳定、且具有自动换刀功能，可以提高加工精度2。加工中心的适应性强、灵魂性好，而且可以加工复杂曲线类零件，能提高经济效益。数控加工中心由于多种工序的集中以及自动换刀，减少了工件的测量、装夹以及机床调整等所需的时间，也减少了工序间的工件周转，搬运还有存放时间，大大缩短生产周期，提高了生产效率，为企业带来了明显的经济利润2。数控加工中心常用来加工一些零件形状复杂、精确度要求比较高、更换比较频繁的中批小批量的产品2。数控加工中心也有不足之处：机床设备费用昂贵，一次购买需要大量资金；对工作环境要求较高，对维修、操作人员的素质要求较高，其选型是专业性很强的工作。针对其不足，购买时一定注意最好选择规模大、实力强、服务有保障的单位购买。1.3加工中心故障诊断的重要性伴随着加工中心在各个领域的使用率越来越高，设备在运行时出现的故障率就会增大，因此对加工中心故障诊断维修调试的技术人才需求在不断加，培养实践动手能力很强的数控故障诊断维修和调试人才就特别重要。此外，由于生产用的数控机床价格昂贵，在教学实践中大量使用显然很不现实，也不经济、不安全。于是出现了数控加工中心故障诊断综合模拟实验台，用于在教学中培养和教育学生的故障诊断能力。实践证明该数控加工中心故障诊断模拟实验台有助于培养人才,可以提高学生的数控机床故障诊断维修技术水平，对学生今后的发展起到积极的作用。1.4研究课题的内容和意义本设计要求：了解数控加工中心的组成结构和工作原理的基础上分析一些简单的典型故障。对数控加工中心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。了解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。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。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。设计意义: 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，通过对加工中心组成结构的学习，了解加工中心的工作原理，结合数控加工中心综合维修考核实验台，人为设计故障，通过故障分析，完成故障的排除,提高了学生的数控加工中心故障诊断维修技术水平。2加工中心及故障诊断实验台的研究2.1加工中心的组成和工作原理加工中心的结构由两大部分组成：1.主机部分；2.控制部分。加工中心的主机主要体现为由机械结构组成的部分，主要包括：床身、工作台、主轴箱、底座、横梁、立柱、进给机构、换刀机构、刀库、辅助系统(辅助系统有三部分：润滑、气液、冷却)等2。加工中心的控制部分由两方面组成：1.软件部分；2.硬件部分。软件部分：控制程序和系统程序。硬件部分：1.可编程序控制器(简写为PLC)；2.数字控制装置(简写为CNC)；3.主轴驱动装置；4.输出输入设备；5.显示装置2。加工中心由以下的几大部分组成，如表2.1：表2.1 加工中心的组成基础部件 工作台、床身、立柱三个部件组成了基础部件，它是加工中心的基本结构。这三个部分在工作中要承受静载荷，也得要承受在切削加工过程中做产生的动载荷。因此，数控加工中心这三个部分，必须要有足够的刚度，材质要铸造而成。 主轴部件主轴电动机、主轴箱、主轴轴承和主轴等几大部件组成了加工中心的主轴部件。主轴的作用是加工中心在切削加工过程中的功率输出，主轴的起动、变速、变向、停止等动作都是由加工中心数控系统来进行控制的；它的定位准确性和旋转精度，很大程度上可以影响在加工中的加工精度2。数控系统数控系统由可编程序控制器、CNC装置、面板操作系统以及伺服驱动系统等四部分组成，这是执行加工过程和顺序控制动作的中心。CNC是对位置进行控制的系统，控制过程包括了进行插补运算，对数据处理，从而来获得理想状态下的运动轨迹，将信息输出给了执行部件，由其加工出要求的工件2。自动换刀系统自动换刀系统由机械手、刀库等部件组成。刀具更换命令由数控系统发出，机械手起到了交换刀具的作用，从刀库中选择合适的刀插入主轴孔，其次将主轴上的刀具取下，重新放回刀库，最后整个换刀过程结束2。辅助装置辅助装置由冷却，润滑，防护，排屑，气动，液压和检测系统几个部分组成2。上述的部分不直接参与切削运动，但他们却是在加工过程中不可或缺的，以确保加工效率、可靠性和加工精度能够达到要求。加工中心的丁作原理是根据零件图纸制定工艺方案，采用手工或计算机自动编制零件加工程序，把零件所需的机床各种动作及全部工艺参数变成机床的数控装置能接受的信息代码,并把这些代码存储在信息载体上，将信息载体送到输入装置2。读出信息并送入数控装置，或利用计算机和加工中心直接进行通信，实现零件程序的输入和输出进人数控装置的信息经过一系列处理和运算转变为脉冲信号2。有的信号送到机床的伺服系统，通过伺服机构进行转换和放大，再经过传动机构。驱动机床有关零部件使刀具和工件严格执行零件程序所规定的相应运动还有的信号送到可编程序控制器中用于顺序控制机床的其他辅助动作，实现刀具自动更换2。2.2加工中心故障诊断实验台数控加工中心综合维修实训设备采用模块化机构，可以完成数控机床的电气装调、数控机床机械装调、数控机床整机调试、数控机床的维护维修四类岗位的人才培养要求3。本实验台由数控控制台、数控系统、PMC单元、伺服进给单元、机床控制电路、伺服变压器、PMC练习模块等组成3。根据岗位技能要求，学生可以进行数控机床的安装调试、参数设备、伺服性能优化、数据备份、PMC编程、故障诊断与维修、数控编程操作等多种技能的实训3。实训设备采用模块化的结构，组合在数控机床上以满足机电联调的技能训练要求。配置的智能化故障维修系统通过产生故障、故障分析、故障诊断、线路检查、故障点确定等过程来训练学生数控机床维修能力，配合计算机软件通过网络连接进行数控技术的认知，人为的进行故障设定、试题录入、检验故障等工作量，是一套综合的数控技术设备3。2.2.1数控机床电气控制单元图2. 1数控机床电气控制单元(1)控制主回路由总输入空气开关、冷却泵、刀库电机、控制变压器、相序保护器、驱动变压器构成。如图2.1所示。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4。伺服模块：通过继电器KM2连接伺服模块。驱动变压器：通过驱动变压器直接给伺服驱动器供电。冷却泵：通过继电器KM5控制冷却泵的启停。刀库电机：通过继电器KM3和KM4分别控制刀库电机的正反转。(2)低压控制回路由照明灯、系统、伺服、刀库正转、刀库反转、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。刀库正、反转间由继电器互锁机制。数控系统：由启动钥匙开关SA1控制，通过继电器KM1实现。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。刀库正转：由控制开关KA7通过继电器KM3实现，并在回路中串入了KM4的动断触点。刀库反转：由控制开关KA6通过继电器KM4实现，并在回路中串入了KM3的动断触点。冷却：由控制开关KA5通过继电器KM5实现。2.2.2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4。(1)光缆连接（FSSB总线）发那科FSSB总线采用光纤通信，硬件连接方面遵循从A到B的规律4，即COP10A为总线输出，COP10B为总线输入。(2)控制电源连接控制电源采用DC24V电源，主要用于伺服控制电路的电源供电，在上电顺序上推荐优先给伺服放大器供电4。接线口为CXA19B和CXA19A。(3)主电源连接主电源是用于伺服电动机动力电源的变化。接线口为L2/L1、AGND/L3。(4)伺服电机动力电源连接伺服放大器给电机的动力电源采用接插件连接，在连接时一定要注意相许的正确性。接线口为V/U、AGND/W。(5)伺服电机编码器反馈连接伺服电机编码器的反馈接口接JF等接口。(6)制动电阻连接加工中心伺服驱动单元采取一体化设计，接线都位于其内部，如图2.2所示：图2.2伺服驱动单元2.2.3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2.3所示：(1)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。(2)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4。(3)数控系统输出信号还有换刀用的刀具信号。(4)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。(5)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2.3 输入、输出控制单元图2.2.4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2.4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2.4系统测试单元图2.2.5简易机床主体简易机床主体由照明灯、冷却泵、X轴伺服驱动台、Y轴伺服驱动台、Z轴伺服驱动台、十工位刀库和X、Y 、Z轴限位开关等组成。其结构如图2.5所示：图2.5机床主体3. 加工中心故障诊断实验台的使用3.1加工中心的故障检测常用的故障诊断方法直观法一般用目测、手摸、通电等实用方法。仪器测量比较法故障发生后，根据系统电路图及机床电路图，用万用表、示波器等对故障部分的电压、电源、脉冲信号等进行实测，将正常值与故障时的值相比较，分析出故障的原因及故障的所在位置5。诊断备板置换法数控加工中心大都采用模块化设计，不同模块具备不同功能，可以根据模块的功能与故障现象，初步判断出可能的故障模块，用诊断备件将其替换，这样可迅速判断出有故障的模块5。利用系统的自诊断功能判断现代数控系统尤其是全功能数控系统有很强的自诊断能力，通过实施时监控系统各部分的工作，及时判断故障，给出报警信息，并做出相应的动作，避免事故发生5。交换法在数控机床中，常有功能相同的模块或单元，将相同模块或单元互相交换，观察故障转移的情况，就能快速确定故障的部位5。常用的故障诊断工具及资料必要的诊断工具:百分表、万用表、示波器、红外测温仪和套装扳手等；维修手册、电气线路图、维修说明书(包括CNC操作说明书)、PLC说明书等。3.2故障点编码方式及本课题所用继电器代码 故障点编码方式故障编码根据实验台的故障设置软件进行。故障单点测试模块047总共48个单点故障点，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，这样每一个故障设置点就由一个12位的数组成6。在编码时如表3.1,3.2所示：表3.1 单点故障举例表序号二进制继电器16进制K4110004-78800000000000200003-003000015-120400008-1105000023-2006000019-1607000031-2808000027-2409000039-36010000035-32011000047-44012000043-400表3.2 多点故障举例表序号二进制继电器16进制K4、K32110004-78800000000100200003-003000015-120400008-1105000023-2006000019-1607000031-2808000027-2409000039-36010000135-32111000047-44012000043-400故障控制点继电器编码如表3.3所示：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K19001000000000Y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K20000010000000Y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冷却控制回路表3.3.故障控制点继电器编码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。3.3加工中心智能考核系统的使用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3.1所示：图3.1登陆界面密码修改（如果不修改跳过此段）如图3.2所示：图3.2密码修改比如将原来的空密码，修改为”123456”， 如图3.3所示：图3.3填写密码点击“修改密码”，系统提示修改成功，或者用户名或密码错误。如图3.4所示： 或者 图3.4确认修改密码当不成功时，可能老密码错误，或者用户名错误，要注意区分大小写。修改后，按新修改的密码登录，务必记住密码。管理员登录如图3.5所示：图3.5管理员登陆登录后进入教师机系统如图3.6所示画面图3.6 教师机系统界面试题管理录入试题：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3.7所示：图3.7试题录入界面查询试题： 用户查询已经录入的试题预览：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3.8所示：图3.8预览界面同样方法，可以对试题进行“修改”和“删除”。在机床正常运行时单击测试，机床便会出现题库所示故障。单击退出，则故障消除。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3.9所示：图3.9单点测试4加工中心的设计故障4.1加工中心常见故障分类机械故障常见的机械故障有因机械安装、调试及操作使用不当等原因造成的机械传动故障或者某些零件磨损、间隙配合过大导致机床精度下降等故障7。故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大7。电气故障主电路故障：由于安装时出现的线路错接、虚接、短接、缺接等线路连接问题和电气元件由于其他故障引起的烧坏等故障。控制回路故障：各个控制模块的线路连接问题，例如接口松动、损坏等。控制回路的元器件损坏造成机床无法运行。电路主模块故障：包括主轴变频器、伺服驱动器、主轴电机、伺服电机、编码器和刀架等故障。数控系统故障主要包括系统参数丢失、系统参数错乱、系统控制程序出错、系统I/O分配不合理等原因造成的系统无法启动或机床某些功能无法实现等故障。4.2故障条目主轴不能正转或转动不正常主轴可以正转或转动不正常主轴可以转动但不能调速数控系统关闭，显示面板黑屏无法显示。开机时伺服可以启动，数控系统无法启动EMG报警参数写入开关处于打开报警X、Y、Z向超程（硬限位）报警X轴驱动报警Y轴驱动报警Z轴驱动报警开机时伺服无法启动（伺服停止灯亮）开机时伺服无法启动（伺服停止等不亮）冷却泵无法启动X、Y、Z轴无法完成回零数控系统和伺服驱动都无法启动伺服驱动可以启动，但数控系统无法启动手轮无法使用照明灯无法打开数控系统不能通电4.3故障现象和故障点设计系统显示类，如表4.1所示表4.1系统显示类故障故障现象故障点编码继电器号数控系统关闭，显示面板黑屏无法显示系统控制继电器KM1失效控制电源AC24V无效控制电源1L+无效000000000008000000000001000000000002K43K40K41开机时伺服可以启动，数控系统无法启动控制电源1L+无效000000000002K41数控系统类报警故障，如表4.2所示表4.2.数控系统类报警故障故障现象故障点编码继电器号EMG报警急停按钮按下按下急停按钮写入参数开关处于打开报警参数设定处于允许状态设定里写参数=1X（Z）向超程（硬限位）X轴处于负向或正向超程状态Z轴处于负向或正向超程状态工作台达到X(Z）轴限位开关驱动类故障，如表4.3所示表4.3驱动类故障故障现象故障点编码继电器号有DRIVE SWITCH IS OFF报警，机床各轴无法运动伺服控制继电器KM2失效000000000010K44有DRIVE SWITCH IS OFF报警，变频器无法启动伺服控制继电器KM2失效000000000010K44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000000000008K43开机时伺服无法启动（伺服停止等不亮）控制电源AC24V无效000000000001K40其他类故障，如表4.4所示表4.4其他类故障故障现象故障点编码继电器号冷却泵无法启动系统冷却输出控制信号无效冷却控制继电器KM5失效100000000000000000000080K4K47X轴无法归零X轴参考点定位信号无效004000000000K14Z轴无法归零Z轴参考点定位信号无效008000000000K15数控系统和伺服驱动都无法启动控制电源AC24V无效000000000001K40伺服驱动可以启动，但数控系统无法启动控制电源1L+无效000000000002K41手轮无法使用系统参数8131 HPG置0，使得手轮不使用照明灯无法打开照明电路接触开关断开000000000004K42X（Z）轴正（负）向超程撞机各轴限位信号无效a) X轴正限位信号无效b) X轴负限位信号无效c) Z轴正限位信号无效d) Z轴负限位信号无效000800000000000400000000000200000000000100000000K8K9K10K11在MDI和MEMORY模式下不能进行换刀主回路1L+端口和机床输入信号1L+间连线断路机床不能回零、失去所有轴的限位保护主回路1L+端口和机床输入信号1L+间连线断路除了手轮，其他操作机床都没有动作主回路1M端口和机床输入信号1M间连线断路注意：l 以上表格中的故障点设置都为单点故障。l 以上表格中相同故障现象的故障点设置，可以叠加为多点故障。多点故障设置方式按照多点编码方式进行编码。4.4在实验台上故障诊断与修复验证范例4.4.1实验台前面板线路连接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8。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。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连接输入输出控制单元输入输出单元的线路连接参照下表4.5进行：表4.5加工中心实验台I、O口定义加工中心实验台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备用加工中心实验台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刀库反转12Y1.4备用06Y0.5刀库正转13Y1.5备用07Y0.6未接14Y1.6备用系统输出端子Y0.5和L4连接、Y0.4和L3连接、Y0.6和L5连接。4.4.2范例一：Z轴回参考点不能正确完成表4.6 Z轴回参考点不能正确完成故障现象故障点编码继电器号Z轴回参考点（或原点）不能正常完成，却被限位，或回参考点时进给不正常Z轴回参考点定位信号不正常008000000000K15这个故障设计主要考察学生对数控加工中心正常工作前提的掌握，是现实加工过程中加工中心故障多发的一类典型故障。因此具备Z轴回参考点不能正确完成的故障诊断维修和调试能力是数控技术人才必不可少的技能之一。故障现象描述：在手轮模式下，机床Z轴回参考点不能正确完成，显示面板显示（Z）正向超程。如图4.1所示：图 4.1 超程报警故障点设计：使Z轴回参考点定位信号不正常，造成Z轴回参考点（或原点）不能正常完成，却被限位，或回参考点时进给不正常的故障现象。对比如图4.2,4.3所示： 图 4.2正常回零 图4.3回零超程参照表3.1知K15的故障编码为008000000000。在考核软件的教师机进行故障设置（以K15故障为例）进入教师机文件夹运行Exam.exe文件，打开后直接点击登录，进入界面后点击试题管理，进入试题管理界面后点击录入试题，进入录入试题界面后系统类型选择FANUM，试题类型选择单选题，难度系数选择2，继电器代码填入008000000000，说明填入继电器号K15，在主体中填写故障现象描述：Z轴回参考点（或原点）不能正常完成，却被限位，或回参考点时进给不正常。在选项栏的A、B、C、D选项后填入可能造成故障的原因A.Z轴回参考点定位信号不正常B. Z轴驱动器坏C. Z轴能正常回参考点D. 控制电源1L+不正常注意：选项内容输入时点击鼠标右键方可输入。在标准答案栏中输入正确选项A。各项内容填写完毕后点击保存按钮，进行保存试题 ，此时弹出录入成功对话框输入成功，点击确定。之后点击退出录入窗口。即可在试题管理窗口中看到录入试题的信息如图4.4所示：图4.4试题录入信息点击选中试题后，点击预览按钮，即可进入试题预览窗口（或者点击试题修改，进行修改试题，或者点击删除试题进行删除试题）。看到录入试题的详细信息。如图4.5所示：图4.5 K15故障预览此时点击测试按钮，即可验证试题录入是否正确。若正确则机床就会做出主体描述的故障现象。故障设置完成。故障现象分析和诊断修复在故障现象所述条件下， Z轴回参考点（或原点）不能正常完成，却被限位，或回参考点时进给不正常，根据数控机床电气控制主回路、控制回路以及输入输出控制单元的连接可知，可能是输入信号有问题， Z轴回参考点定位信号不正常。用万用表直流200档位，测量输入输出控制单元的Z定位接线处电压，测得电压为22.7V，现象如图4.6所示，测量系统测试单元的系统输入信号0组的X0.5接口，测得电压为0.05V，现象4.7如图所示， 图4.6输出电压 图4.7测试电压用导线将输入输出控制单元的Z定位接口与系统测X0.5处连接，如图4.8所示：图4.8消除故障接线图此时Z轴正常回零，故障消除。4.3.3范例二：冷却泵无法启动表4.7冷却泵无法启动故障现象故障点编码继电器号冷却泵无法启动系统冷却输出控制信号无效冷却控制继电器KM5失效100000000000000000000080K4K47这个故障设计是一个冷却回路控制的综合性故障分析题。主要考察学生对冷却泵电气控制回路的理解，并在故障中引入了数控机床输入输出控制单元的实现原理，需要学生结合控制回路，输入输出控制单元和系统测试单元综合考虑完成故障诊断分析。这种综合性故障也是实际生产过程中数控加工中心故障多发的一类典型故障，因此具备综合性故障诊断维修和调试能力同样是高级数控技术人才必备的技能之一。故障现象打开加工中心的电源开关，按下机床操作面板的冷却按钮，却发现冷却泵无法正常工作。故障点设计使冷却控制继电器KM5失效，同时使系统冷却输出控制信号无效，造成机床有冷却信号输出，但冷却泵无法工作的故障。设置了一个俩点的故障，提高了故障诊断分析的复杂性和增大了排查故障的范围，对故障诊断的能力要求更高。参照表3.2知K0、K47的故障编码为010000000080。在考核软件的教师机进行故障设置故障点设置方式参照范例一进行，与其不同的是在录入试题窗口中，试题类型选择多选题，难度系数选择2，继电器代码空中填入010000000080。说明空中填入K47、K4，主体栏填入冷却电机不能转动，在选项栏中填入选项A.冷却控制继电器KM5不能正常吸合B.控制电源AC 24V不正常C.控制电源1L+不正常D.没有冷却控制信号在标准答案栏中填入A、D。点击保存后预览该题，可以看到录入试题的详细,如图4.9所示：图4.9 K0、K47故障预览点击测试进行故障设置验证，检测故障是否成功录入，故障设置是否成功。达到设计的故障现象。故障现象分析和诊断修复在故障现象所述条件下，发现冷却开关灯亮了，而冷却电机却不能转动，如图4.10所示。说明冷却信号输入没有问题。仔细观察输入输出控制单元的小型继电器指示灯，发现冷却控制信号输出灯KA5不亮，如图4.11所示。 图4.10 冷却开关灯亮 图4.11冷却控制信号输出灯KA5不亮说明冷却泵输出控制信号有问题，用万用表直流200档位，测量输入输出控制单元的L3，测得电压为0V，如图4.12。测量系统测试单元Y0.4处，测得电压为25V，现象如图4.13所示： 图4.12输出电压 图4.13测试电压用导线将输入输出控制单元的L3与测量系统测试单元Y0.4处连接，如图4.14所示： 图4.14消除故障接线图此时冷却泵输出信号的问题已经修复，但冷却泵仍无法正常工作。由于冷却泵回路的输入和输出控制信号都正常，所以只可能在输出控制口和冷却电机之间某个环节出问题，结合主回路和控制回路电气控