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机械毕业设计全套

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JCJD01-033@三菱数控铣床回参考点的故障诊断与分析,机械毕业设计全套

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毕业实践 1 毕业实践 从 2005 年 9 月 10 日离校开始，我一直从事塑料模具设计这个岗位。到现在为止我已经独立开了 好多 套模具了。 下面我就针对我开的一套简单的模具介绍一下我的设计心得。 一 . 设计准备 1. 必需的图纸、 硬塑 仕 样书的内容等的确认： 在正式的 硬塑 设计之前，下列图纸或文件通常要具备 ： 部品图； 硬塑 设计制作仕样书； 设计制作契约书； 其他 并且要对上述资料完全理解，不明确处要得到客户的确认。 2. 把握图面的概要 部品图决定了 硬塑 设计的最终目的，必须透彻地理解。日本客户提供的部品图是按照 JIS制图规定采用三 角法绘制的，通常由以下部分构成：正面图、平面图、侧面图、断面图、详细图、参考图、注记、公差一览、仕上记号一览、标题栏、其他 。 在视图过程中要注意以下方面： 公差要求较严格处； 对 硬塑 构造有影响的部位 现有图面无法理解的部分； 注记中特别突出的事项 特殊的材料和热处理要求； 部品壁厚较薄处（ t1.0mm） 部品壁厚较厚处； 外观上有无特别仕样要求 三维曲面部分； 设计者、日期、纳期、价格等 3. 部品立体形状的理解 部品图是二维绘制的，要通过视图转换成设计者头脑中的三维形状，而手绘立体图对此很有帮助。 准备好纸和铅笔 。 首先绘制出制品的大致外形轮廓，然后再根据自己对部品图的理解，绘制出部品各部位的断面图。 上述这些对将来分型面的确定、入子的分割非常重要。如果条件允许，使用粘土等辅助物来帮助理解会更好。 4.标题栏的检讨 部品图的标题栏一般注明了图面中的公差、部品的材料等一些内容，必须要认nts毕业实践 2 真研读。 部品名； 图名； 图番； 材质（包括收缩率）； 仕样，指材质的详细仕样，如生产厂家、商品名、树脂代号； 尺度； 设计者； 变更栏； 5.注记部分的检讨 （ 1） 浇口种类、位置、数量 如无特殊要求，则 硬塑 设计者在自行决定后需征得客户的同意。 （ 2） 入子分割线的要求 由于入子分隔线会在制品表面形成接痕，影响外观，尤其对折叠部位有害，所以设计者应遵守部品图的规定。 （ 3） 成型品表面划伤等缺陷的规定 硬塑 设计者应避免可能发生上述缺陷的 硬塑 结构设计。 （ 4） 未注公差的要求。 （ 5） 成型品形状及尺寸上的变更需征得客户的同意，作为 硬塑 设计者来说，不可自行决断。 （ 6） 主视图的检讨 主视图是图面中尺寸较集中的地方，确认两侧公差及片侧公差，并标记其中较严格者。 （ 7） 其他各视图的检讨。方法同 上 （ 8） 必要型缔力的检讨 熔融树脂在注射时，会在 硬塑 分型面上产生一个相当大的注射压力。如注射机最大型缔力小于注射压力，则模板之间就会产生缝隙，发生溢边现象。必要型缔力的计算如下： F=PA F：必要型缔力（ Kg） P：注射压力（ Kg/cm2），取 300 500，视成型条件而定 A：制品在注射方向上的投影面积 cm2 （ 9） 要做到使成形品顶出后自然落下的模具布局 （ 10） 必要射出体积的检讨 在选择注射机时，要进行射出体积的检讨。 包括 流道 、制品在内的体积总和要小于注射机最大注射量的 1/2 2/3 （ 11） 其他事项 如客户提供的资料不全，需跟客户联系，取得全部资料。 nts毕业实践 3 使用彩笔标记出自己认为较重要的，以利于下一步的设计。 二、 成型品基本图的设计 下图是 硬塑 设计工作的大致流程： 初期检讨 成型品基本图设计 硬塑 构造设计 部品图设计 检图 出图 塑料注射 硬塑 的设计从成型品基本图的设计入手，其正确与否决定了成型制品的好坏。 下面就成型品基本图的设计手法进行讲解： 1. 了解成型材料的特性 最关键的是流动性能的好坏和收缩率的大小 2. 可充填性的检讨 应全面考虑以下几个方面 : 型腔可否完全填充 ； 溶接痕的位置； 气泡的发生； 成型品的变形； 点浇口的切断痕； 其他 在设计工作中，根据工作条件，采用下述方法来分析验证： 类似 硬塑 的比较； 流动比（ L/T）的计算； CAD、 CAE 3. 浇口位置的确定 4. 浇口形状的确定 5. 分型面的确定 应参照下述原则 : 尽量采用平面 ; 易于加工 ; 无离型不良发生 ; 外观上分割线无影响处 。 6. 硬塑 制作寸法的决定 由于塑料冷却以后的收缩性，故 硬塑 制作寸法要考虑 “ 成型收缩率 ” ，方法如下：（以收缩率 0.5%为例） 两侧公差 : L=250.05 L0=1.0225=25.5 片侧公差 : L=3-0.2 L0=(3+2.8)/21.02=2.96 经过上述方法计算出的寸法，要经过以下两方面的补正： 硬塑 制作上可修改性的补正 。 奇数寸法的偶数化。 7. 拔模斜度的决定（固定侧） nts毕业实践 4 为防止离型不良，有必要在固定侧型芯处设置拔模斜度，但要在成型品公差范围内，一般以 30 3 为宜。 8. 拔模斜度的决定（可动侧） 如有必要，可动侧也可加拔模斜度，但一般可不加。如有顶出不良，可通过加装顶杆的方法来解决。 9. 顶杆的配 置 按照以下原则： 顶出面积尽可能大，因细小的顶杆孔难以加工。 尽量采用圆顶杆，因方顶出孔难以加工（但利用镶件分割线做出的较简单）。 顶杆要配置在型芯附近。 顶杆孔周围最小 1mm 壁厚保证。 10. 生产数的记入 三 .硬塑 构造设计 成型品基本图完成以后，即可开展最重要的工作 -硬塑 构造图面的设计。这部分工作占 硬塑 设计全部研讨工作的 80%。下面就是具体的设计流程： 1、 成型机 硬塑 取付仕样的确认： 滑杆间距的确认 硬塑 大小不可超过滑杆间距，通常要留 20mm 以上的安全距离。 最小 型厚的确认 硬塑 的型厚要大于注射机的最小型厚 最大开模行程的确认 最大锁模力的确认 理论射出容量的确认 定位圈直径的确认（以选择定位圈型号） 注射机喷嘴先端形状的确认（以选择浇口套型号） 最大型厚的计算 T=最小型厚 +最大开模距离 -S1-S2-S 2、 型腔配置方法的检讨 对于多型腔模具而言，要妥善安排型腔位置，使之投影中心完全位于模架中心上，并使流道最短地达到均衡进料。 nts毕业实践 5 3、 型腔壁厚度的确定 4、 模架的选择 对于塑料注射模具而言，模架均已标准化。我公司均采用 LKM(龙 记 )的模架。在选择模架时，除了大小规格外，应确认以下方面： 导柱导套的位置，有的导柱在固定侧，而有的在可动侧。根据需要来选择。 对于各模板的厚度，应结合成型品基本图来确认。一般来说，要使镶件非成形部分的长度在 30mm左右为宜。 目前我们有 LKM(龙记 )的标准模架 CAD库，可使用它来快速生成模架图。 5. 分型动作的决定 在模板厚度确定后，进行分型动作的检讨。 a) 固定侧型板与流道板之间的开模距离 S1 S1=点浇口套长度 +浇口套长度 +10 20 b) 流道板与固定侧座板之间的开模距离 S2 S2=拉料勾勾头长度 +3mm安全距离 c) 止动螺栓长度决定 L=固定侧型板厚 +S1 d) 止动螺栓头部长度决定 e) 支撑导柱长度决定 L=固定侧型板厚 +S1+流道板厚 +S2+固定侧座板厚 f) 拉料勾长度决定 g) 流道顶出装置决定 h) 浇口套周边机构决定 6. 浇口套采用 MISUMI的标准 7. 开模次序的确定 ,并采用相应机构来确保这种开模次序的实现 . 8. 流道从流道板顺利脱出的方法 : 采用 RUNNER EJECTING SET(MISUMI 标准 ) 9. 支撑柱配置的检讨 在注射时 ,注射机会在可动侧型板的底部产生 一个瞬间的注射压力 ,引起型板变形 .为防止此种现象发生 ,可在模架中设置支撑柱 ,以不妨碍顶杆和力征安排在每个型腔附近为原则 。 nts毕业实践 6 10. 冷却水孔的决定 为了恒定模具温度，必须开设冷却水孔，通 冷却用水。 冷却水孔的大小与冷却效率关系不大，中等大小的模具一般采用 8.5 的水孔即可，接口处采用 PT1/8的管螺纹。 冷却水孔的位置与数量与冷却效果有密切关系，在确定时，应尽可能地靠近型腔和尽可能地多，但不要发生干涉。 11. 顶出部分的配置 结合成形品基本图，合理配置顶杆位置，注意不要与冷却水孔及支撑柱等部件发生干涉。 12. 浇口套的配置 本公司均采用 PUNCH公司的标准部品。 浇口套头部 SR 寸法要比注射机喷嘴的 SR寸法大 1mm左右。 浇口套开口处 寸法要比注射机喷嘴的 寸法大 0.5mm左右。 对于锥度来说，采用片侧 1 比较好。 13. 定位圈的配置 结合成形机仕样，采用 MISUMI标准 14. 排气道的配置 为了使型腔内空气顺利排出，有时需设排气道。不过一般设计中不予考虑，生产中如发现有排气不良，再予以解决。 15. 顶出导柱与顶出导套的设计 为了提高顶出部件运动的精度，从而延长顶杆、型芯寿命，防止顶杆拉 伤，可设计顶出导柱与顶出导套。 16. 部品 符 号的确定 本公司制定有 硬塑 用部品番号的命名规则，按此规则进行确定。 17. 其他 至此， 硬塑 的构造设计基本完成。 四、 部品图设计 在进行构造设计完成以后，根据成形品基本图和 硬塑 构造图进行 硬塑 部品图设计，包括下述内容： nts毕业实践 7 （ 1） 设计需加工的部品图面。 （ 2） 外构件追加工部品图面。 （ 3） 购入部品仕样书。 1、 型腔部分的设计： （ 1） 从 硬塑 构造图中把型腔部分的外形提取出来。 X-Y方向与模板嵌合，注意公差与配合。 Z方向采用螺钉或挂钩或键固定均可 （ 2） 成形部分形 状与寸法 根据成形品基本图来决定，并考虑以下方面： 成形品寸法公差。 与别的部品之间的关系（配合）等。 便于 硬塑 的修正。 机械加工方法所能达到的加工能力。 加工费用。 其他。 （ 3） 型芯均采用挂钩的形式与型腔件配合， X-Y方向用公差来严格控制。 （ 4） 浇口设计 （ 5） 固定方法 （ 6） 材质、硬度的决定 考虑以下方面： 成形品的形状、寸法精度维持机能。 成形品表面品质决定机能。 耐冲击，刚性、强度要足够。 耐腐蚀性。 耐磨性。 机加工性。 镜 面特性。 热传导性。 nts毕业实践 8 热处理性。 材料价格。 2、 固定侧型芯的设计 形状与寸法根据成形品基本图确定。 材质的选择参考上面的内容。 可动侧型芯、型腔设计大致与固定侧相同，但多出顶出部分的设计内容。 至此， 硬塑 部品图中与成形有关的部分已完成，下面进行 硬塑 构造部分的部品设计。 五、 检图 部品图设计完了以后要进行检图，这与设计工作同等重要。在投入生产前发现错误，要比在生产中或完成后才发现要节省大量的金钱与精力。 检图工作，可由设计者自身承担，也可由第三者担任。在检图中应把握如下原则： 1) 详细设计、重 要设计检查时，最好在精力充沛时进行。 2) 连续工作 1 2小时，应休息 10 15分钟，保持头脑清醒。 3) 不要惧怕失败，在失败中取得成长的经验。 4) 不要从详细设计着手，应从总体方案开始，这样容易发现大的原则性的错误。 5) 可调查类似 硬塑 在使用过程中发生的问题，并与自己的设计工作相对照。 检图工作主要内容如下： 1、 重要的原则性的项目 1） 根据型芯、型腔明细表，有无遗漏设计的部分。 2） 硬塑 取数是否合适。 3） 分型面的设置是否正确？是否满足 硬塑 仕样书的要求？ 4） 型腔可否完全填充？ 5） 制作费用是否 在预算范围内？ 6） 成形品生产成本是否在预算范围内？ 7） 硬塑 纳期可否完成？ 8） 为保证纳期，是否采取了合理的措施？ nts毕业实践 9 9） 成形品型腔可否顺利脱出 ？ 10） 成形品型芯可否顺利脱出 ？ 11） 浇口、流道的配置有无不当？ 12） 冷却水道有无干涉处？ 13） 支撑柱、顶杆、定出导向柱有无干涉？ 14） 成形收缩率计算是否正确？ 15） 镶件分割方式是否正确？ 16） 两侧相互配合的部件设计是否正确？ 17） 成形机取付仕样是否满足要求？ 18） 其他特殊要求是否满足？ 2、 硬塑 构造方面的检讨 1） 目前的设计正确与否，有无可以改 进之处？ 2） 树脂流动的预想是否正确？ 3） 型芯、型腔离型对策正确与否？ 4） 滑块与滑动型芯的设计是否正确？ 5） 配合处公差是否正确？ 6） 排气道是否合适？ 7） 配合间隙是否合适？ 8） 装配时是否困难？ 9） 拆卸是否方便？ 10） 对白化现象有无预防？ 11） 两侧各部件之间有无干涉？ 3、 进行详细检讨的部分： 1） 有无尺寸相互不一致处？ 2） 断面形状正确与否？ 3） 部品个数是否正确？ 4） 部品材质是否正确？ nts毕业实践 10 5） 型板刚性是否满足要求？ 6） 型腔刚性、强度是否满足要求？ 7） 浇口形状是否合适？ 8） 加工方法是否 经过妥善考虑？ 9） 电极设计是否正确？ 10） 标准部品发注书是否有误？ 11） 客户仕样变更部分是否已全部变更？ 12） 废旧图面是否已被替换？ 13） 寸法公差、表面粗糙度有无过于严格处？ 14） 机械加工性是否适当？ 通过我这几个月的毕业实践我对以上的过程已经熟悉。 nts 常州轻工职业技术学院机械工程系毕业设计 常常 州州 轻轻 工工 职职 业业 技技 术术 学学 院院 题 目 塑料模具设计 姓 名 刘卫东 学 号 0305641123 班 级 03数维 631 指导教师 职 称 日 期 06年 5月 30日 CCZZIILLII 毕业 实践 报告 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 1 页 第一章 绪 论 一、 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（ IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界 上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下四个方面 。 1、性能发展方向 1)高速 度 高精 度 高效率 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速 CPU 芯片、 RISC芯 片、多 CPU 控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速 度 高精 度 高效率 已大大提高。 2)柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 3)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺 复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴， 三菱 系统控制轴数可达 24轴。 4)实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实 时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的 。 装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 2 页 2、功能发展方向 1)用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界 面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前 Internet、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 2)科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环 境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于 CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 3)插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、 2D+2 螺旋插补、 NANO 插补、 NURBS 插补 (非均匀有理 B样条插补 )、样条插补 (A、 B、 C样条 )、多项式插补等。多种补偿功 能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 4)内装高性能 PLC 数控系统内装高性能 PLC 控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准 PLC用户程序实例，用户可在标准 PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。 5)多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。 在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。 3、数控结构体系的发展 1)集成化 采用高度集成化 CPU、 RISC 芯片和大规模可编程集成电路 FPGA、 EPLD、CPLD 以及专用集成电路 ASIC 芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和 CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技 术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。 2)模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 3 页 求，将基本模块，如 CPU、存储器、位置伺服、 PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。 3)网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设 定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。 4)通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工 过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、 CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。 4、智能化新一代 PCNC 数控系统 当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代 PCNC数控系统已成为可能。 智能化新一代 PCNC数控系统将计算机智能技术、网络技术、 CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理 及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。 二 、数控设备故障诊断的发展 1、数控机床故障诊断与维修的一般方法 数控机床故障诊断一般包括三个步骤：第一个步骤是故障检测。这是对数控机床进行测试，检查是否存在故障。第二个步骤是故障判定及隔离。这个步骤是要判断故障的性质，以缩小产生故障的范围，分离出故障的部件或模块。第三个步骤是故障定位。将故障定位到产生故障的模块或元器件，及时排除故障或更换元件。数控机床故障诊断一般采用追踪法、自诊断、参数检查、替换法、测量法。 1) 追踪法 装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 4 页 追踪 法是指在故障诊断和维修之前，维修人员先要对故障发生的时间、机床的运行状态和 故障类型进行详细了解，然后寻找产生故障的各种迹象。 2) 自诊断功能 自诊断功能是数控系统的自诊断报警系统功能，它可以帮助维修人员查找故障，是数控机床故障诊断与维修的十分重要的手段。自诊断功能按诊断时间的先后可以分为启动诊断、在线诊断和离线诊断。 3) 参数检查 数控机床的参数设置是否合理直接关系到机床能否正常工作。这些参数有位置环增益、速度环增益、反向间隙补偿值、参考点坐标、快速点定位速度、加速度、系统分辨率等数值，通常这些参数不 允许修改。如果参数设置不正确或因干扰使得参数丢失，机床就不能正常运行。因此参数检查是一项重要的诊断。 4) 替换法 利用备用模块或电路板替换有故障疑点的模块或电路板，观察故障转移的情况，这是常用而简便的故障检测方法。 5) 测量法 利用万用表、钳形电流表、相序表、示波器、频谱分析仪、振动检测仪等仪器，对故障疑点进行电流、电压和波形测量，将测量值与正常值进行比较，分析故障所在的位置。 三、数控机床故障诊断与维修的技术 1)通信诊断 通信诊断是 CNC 生产单位维修部门采用的一种诊断方法，其借助网络通信手段将用户的 CNC装置的专用接口与维修部门的故障诊断计算机连接，如图 1.1所示。维修技术人员通过故障诊断计算机向用户发送诊断程序，并指导用户配合诊断程序进行有关的测试工作，同时接收测试数据。在故障诊断计算机上建立被诊断数控机床的模型， 对测试数据进行分析以确定故障发生的原因，再将故障诊断的结论和处理方法通知用户。 2)自修复系统 自修复系统是在 CNC装置中配备备 用功能模块和自修复功能程序，在正常 情况下备用模块不参与工作。当某一模 装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 5 页 块发生故障时，显示器显示出它的故障 信息， CNC装置 断开故障模块，接通备 用模块。三菱公司的 MCV-1060数控 机 床 具有自修复系统功能。 图 1.1 通信诊断 3)专家诊断系统 专家诊断系统又称智能 诊断系统。它将专业技术人 员、专家的知识和维修技术 人员的经验整理出来，运用 推理的方法编制成计算机故 障诊断程序库。专家诊断系 统主要包括知识库和推理机 图 1.2 专家诊断系统 两部分，如图 1.2 所示。知识库中以各种规则形式存放着分析和判断故障的实际经验和知识， 推理机对知识库中的规则进行解释，运行推理程序，寻求故障原因和排除故障的方法。操作人员通过 CRT/MDI用人机对话的方式使用专家诊断系统。操作人员输入数据或选择故障状态，从专家诊断系统处获得故障诊断的结论。三菱系统中引入了专家诊断功能。 4)神经网络诊断 神经网络理论是在现代神经科学研究成果的基础上发展起来的，神经网络由许多并行的功能单元组成，这些单元类似生物神经系统的单元。神经网络反映了人脑功能的若干特性，是一种抽象的数学模型。出自不同的研究目的和角度，它可以作为大脑结构模型、认识模型、计算机信息处理方式或 算法结构。神经网络的特点是信息的分布式存储和并行协同处理，它有很强的容错性和适应性，善于联想、综合和推广。将神经网络用于数控机床故障诊断，使它作为某些难以用传统方法处理的故障诊断的手段和方法，这是数控机床故障诊断与维修技术的发展方向。 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 6 页 第二章 回参考点的概述 一、为什么要回参考点 数控机床在接通电源后要做回参考点的工作，这是因为机床断电后，就失去了对坐标位置的记忆。所以在接通电源后，必须让各坐标轴回到机床一固定点上，这一固定点就是机床坐标系的 参考点 或 参考点 ，也称机床参考点。使机床回到这一固定点的操作称 回参考点或回零操作。 图 2.1为一卧式数控铣床参考点相对工作台中心位置的示意图 图 2.1 卧式铣床 图 2.2为一立式数控铣床参考点相对工作台中心位置的示意图 图 2.2 立式铣床 回参考点是数控机床的重要功能之一，能否正确的返回参考点，将会影响到零件装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 7 页 的加工质量。同时，由于数控机床是多刀作业，每一把刀具的刀位点安装位置不可能调整到同一坐标点上，因此就需要用刀具补偿来校正，如加工中心刀具的长度补偿和数控车床车刀刀尖的位置补偿，这种刀具偏置的补偿量也是通过刀位 点的实际位置与由参考点确立的基本坐标系比较后补偿得到的。 二、 回参考点的作用 在数控机床上，各坐标轴的正方向是定义好的，因此只要机床 参考点 一旦确定，机床坐标系也就确定了。机床 参考点 往往是由机床厂家在设计机床时就确定了，但这仅仅是机械意义上的，计算机数控系统还是不能识别，即数控系统并不知道以哪一点作为基准对机床工作台的位置进行跟踪、显示等。为了让系统识别机床 参考点 ，以建立机床坐标系，就需要执行回参考点 (参考点 )的操作。 三、 回零工作原理 目前，数控机床的回零方式根据采用的检测装置和检测方法可分为二种：一 种是使用脉冲编码器或光栅尺的栅格法，另一种是使用磁感应开关的磁开关法。磁开关法由于存在定位漂移现象，较少使用。许多数控机床都采用栅格法回零。栅格法回零根据检测元件的计量方式的不同又可分为绝对栅格法回零和增量栅格法回零。采用绝对栅格法回零的数控机床，在有后备存储器电池支持下，只需在机床第 1次开机调试时进行回零操作调整，以后每次开机均记录有 参考点 位置信息因而不必再进行回零操作，而增量栅格法回零则每次开机均必须进行回零操作。采用增量栅格法回零的数控机床一般有以下四种操作方式： 1. 方式一（见图 2.3） 手动方式下坐 标轴以较快速度。 快速向 参考点 靠近，接近 参考点 后启动 回零操作，数控系统控制坐标轴以 低速继续向 参考点 方向移动。当轴 部压块压下 参考点 开关后，系统开始 查询脉冲编码器或光栅尺发出的零 标志脉冲，当零标志脉冲出现时， 便发出相对应的栅格脉冲控制信号 以控制回零停止，同时位移计数器 清零，回零操作结束。这时所处位 置便是数控机床的坐标系 参考点 。 图 2.3 回参考点（方式一） 2方式二（见图 2.4） 装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 8 页 回参考点时，坐标轴先以较快 速度 v1向参考点快速移动，碰到参 考点开关后，在减速信号的控制下， 减速到速度 v2并继续前移，脱开挡 块后，在找零标志。当轴到达测量 系统零标志发出栅格信号时，轴即 制动到速度为零，然后再以 v2速度 前移参考点偏移量而停止于参 考点。 图 2.4 回参考点（方式二） 3.方式三（见图 2.5） 坐标轴先以较快速 度 v1快速向 参考点 靠近，当轴部压块压下 参考点 开关后，由数控系统控制坐标轴制动停止，然后以速度 v2反向移动，系统开始查询零标志脉冲，当零标志脉冲出现时，发出相对应的栅格脉冲控制信号控制回零停止，回零结束。 图 2.5 回参考点（方式三） 图 2.6 回参考点（方式四） 4方式四（见图 2.6） 坐标轴先以较快速度 v1快速向 参考点 靠近，压下 参考点 开关后，坐标轴移动停止，然后反向以微速移动至 脱离 参考 点 开关后， 然后 沿原方向以速度 v2， 向 参考点 移动。当参考点 开关再次被压下时，系统开始查询零标志脉冲，当零标志脉冲出现时，发出相对应的栅格脉冲控制信号控制回零停止，回零结束。 我们公司 MCV-1060型号的数控铣床回参考点的运动方式是第二种。 四、参考点的设定 当编码器与丝杠保持 1:1直联式关系时，参考点的设置如下步骤： 装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 9 页 1、 X轴参考点的设定 图 2.7为 X轴参考点设定示意图 1) 把百分表吸附在机床合适部 分，移动工作台至 X轴参考点，使 表头触及 X向滑板，表头对零并注 意压缩圈数。 2) 把 CRT上 X轴位置数值清零 , 用手摇脉冲发生器使工作台向 -X 方向移动一个略大于 X轴丝杠螺距 图 2.7 X轴参考点设定 2倍的数 (例如螺距 t=6mm,则移动距 离为（ 6*2+1） mm=13mm)，此值在 CRT上显示。 3) 调整 X轴减速撞块，通过 CRT画面，观察参考点开关的 I/O状态，使撞块停留在开关由断（ OFF）转通（ ON）的点上，如图 2.8所示。此时，开关信号由断转通的点在距 X轴参考点大约一个丝杠螺距处。 4)固定好挡块。 5)按下急停按钮后在释放， 目的是断一次电消除位置环内可 能出现的误差。工作台向 -X方向 移动约 100mm后进行回参考点操 作，此时，工作台应保留在电气 参考点 上。 6) 把 CRT上 X轴的位置清零。 7) 手动使工作台向 -X方向 移动约 1/3 1该丝杠螺距数。 8) 重复序号 3)的工作。此 时减速开关由断转为通的那个点 被确定在距电气 参考点 约 1/6 1/2 丝杠螺距的地方，如图 2.8中的 L2处。 图 2.8 栅格法回参考点 9) 重新固定撞块。 10) 重复进行序号 5)的工作。 11) 向 X方向慢慢移动工作台，直至百分表指针指向零，注意表的压缩圈数与前述相同。读出 CRT上的移动值， 如 图 2.8的 L3值。 装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 10 页 12) 把 L3作为 X轴的栅格偏置量，即参考点补偿量，通过 MDI键输入到参数 GRDS X的对应地址内。 13) 按 下急停按钮并释放后 , 重做一次回参考点的操作，检查百分表的读书，若为零则工作结束，不为零则应该更改栅格偏置量并重做序号（ 12）和（ 13）项内容的工作。 2、 Y轴参考点的设定 图 2.9为 X轴参考点设定示意图 Y轴参考点的调整方法，顺序同 X轴设定方法，不同 之处是： 1) Y向移动工作台时 CRT上的显示值与实际移动值一致，因此 Y向在做相当与 X轴参考点设定序号（ 2）内容时，工作台的 Y向移动一个略大 于 Y轴丝杠螺距的数 ) 例如 t 10mm, 图 2.9 Y轴参考点设定 则移动距离为 11mm)。 2) Y向在做相当于 X轴参考点设定序号（ 7）内容时，应使刀架向 -Y向移动约 1/61/2该轴丝杠螺距数值。 3) Y轴参考点栅格偏置量应输入到参数 GRDS Y的对应地址内。 要注意的是，在调整过程中，要避免参考点开关通（ ON）的时候，栅格信号就出现的情况，因为此时栅格信号处在临界点上，这样由于参考点开关“通”、“断”信号出现的重复精度及机械部分的各种变形，都会使参考点出现不稳定的故障。 3、 Z轴参考点设定 （略） 以上是三菱系统数控铣床参考点的设定方法，其调整过程同样适用于其他系统和机床。 五、回参考点故障表现形式 数控机床一旦发生回零故障，将严重影响到零件加工质量。就其故障表现来看主要有两种形式 。 1、回零动作过程异常，根本找不到 参考点 这一类故障大多与回 参考点 减速开关产生的 信号或零标志脉冲信号失效等因素有关。 1) 参考点 开关损坏，不能发出使控制系统减速的信号或系统将 参考点 开关发出的装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 11 页 信号丢失，导致未产生查询动作，使回零轴以较高的速度通过 参考点 ，直到碰到限位开关才紧急停下。 2) 检测元件损坏，不能发出零标志脉冲信号或系统将零标志脉冲信号丢失，导致 参考点 查询失败，直到碰到限位开关才紧急停下。 3) 接口电路损坏，不能接收 参考点 开关信号或 参考点 脉冲信号，导致回零操作失败，直到碰到限位开关紧急停下。 例如：一台三菱系统 MCV-1060立式铣床，发现对其进行回零操作时， X轴可以进行回零动作，但是直至碰到轴限位开关才停下来，系统显示回零错误报警指示。经检查分析该机床 Y轴能进行回零操作，说明控制系统和伺服系统基本无问题。经重点检查与回零操作直接有关的元器件，发现各元器件安装位置正常，无松动现象，通过对 I/O接口状态指示观察，发现 参考点 脉冲输入口根本无 参考点 脉冲信号送入，经仔细检查判定测量元件脉冲编码器已损坏，无法发出 参考点 脉冲信号，更换脉冲编码器后，故障排除。 2 、回零动作过程正常，但所 说的 回 参考点 不准确这一类故障大多与 参考点 开关挡块位置设置不当等因素有关。 1) 参考点 开关位置不当， 如松动、调整不当使得真正 参考点 脉冲恰好出现在回零减速过程中，而使得查询速度跟不上运动速度，导致真正 参考点 脉冲信号丢失，只有等到下一个 参考点 脉冲出现才减速停下。这时表现为所停位置超过 参考点 位置，即超程。 2) 机械结构运动间隙影响，导致所停位置偏离 参考点 位置微小距离，产生漂移现象。 3) 参数设置不当，如位移计数器、回零操作速度、栅格屏蔽量及 参考点 偏移量等参数设置不当，导致所停 参考点 的偏移。 例如：一台三菱系统控制的 MCV-1060数控铣床，发生 Y轴方向加工尺寸不稳定，尺寸超差而且呈现无规律性，但系统又无任何 报警指示，导致加工工件报废。经检查，该机床采用方式二回零且回零动作正常，检查机械传动系统的传动间隙和控制系统的控制脉冲及伺服系统的稳定性发现均正常，再对其回零机械控制结构进行检查，发现 参考点开关轴部压块紧固螺钉出现松动，使压块位置产生无规律的移动，从而导致所回 参考点的无规律漂移使 Y轴位移尺寸超差，工件报废。经过重新调整紧固压块位置后，故障消失。 装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 12 页 第三章 回参考点的故障案例与分析 一、回参考点故障的现象、原因及其排除方法 1机床回 参考点 后 参考点 漂移 检查是否采用绝对脉冲编码器，如果采 用，诊断及调整步骤 见使用绝对脉冲编码器的机床回 参考点 时的 参考点 漂移。 若是采用增量脉冲编码器的机床，应确定系统是全闭环还 是半闭环，若为全闭环系统，诊断调整步骤见全闭环系统中的 参考点 偏移。 若为半闭环系统，用百分表或激光测量仪检查机械相对位置是否漂移。若不漂移，只是位置显示有偏差，检查是否为工件坐标系偏置无效。在机床回 参考点 后，机床 CRT位置显示为一非零值，该值取决于某些诸如工件坐标系偏置一类的参数设置。若机械相对位置偏移，确定偏移量。若偏移量为一栅格，诊断方法见 参考点 漂移一栅点的处理步骤。若漂移量为数个脉冲，见 参考点 漂移数个脉冲 的诊断步骤。否则检查脉冲数量和参考计数器的值是否匹配。如不匹配，修正参考计数器的值使之匹配；如果匹配，则脉冲编码器坏，需要更换。 使用绝对脉冲编码器的机床回 参考点 时的 参考点 漂移 首先检查并重新设置与机床回 参考点 有关的检测绝对位置的有关参数，重新再试一次回 参考点 操作，若 参考点 仍漂移，检查机械相对是否有变化。如无漂移，只是位置显示有偏差，则检查工件坐标偏置是否有效；若机械位置偏移，则绝对脉冲编码器故障。 3全闭环系统中的 参考点 漂移 先检查半闭环系统回 参考点 的漂移情况，如果正常，应检查电机一转标志信 号是否由半闭环系统提供，检查有关参数设置及信号电缆联接。如参数设置正常，则光栅尺等线性测量元件不良或其接口电路故障。如参数设置不正确，则修正设置重试。 4 参考点 漂移一个栅点 先减小由参数设置的接近 参考点 速度，重试回 参考点 操作，若 参考点 不漂移，则为装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 13 页 减速撞块太短或安装不良。可通过改变减速撞块或减速开关的位置来解决，也可通过设置栅点 偏移改变电气 参考点 解决。当一个减速信号由硬件输出后，到数字伺服软件识别这个信号需要一定时间，因此当减速撞块离 参考点 太近时软件有时捕捉不到 参考点 信号，导致参考点 漂移。 如果 减小接近 参考点 速度参数设置后，重试 参考点 复归，若 参考点 仍漂移，可减小快速进给速度或快速进给时间常数的参数设置，重回 参考点 。若时间常数设置太大或减速撞块太短，在减速撞块范围内，进给速度不能到达接近 参考点 速度，当接近开关被释放时，即使栅点信号出现，软件在未检测进给速度到达接近速度时，回 参考点 操作不会停止，因而 参考点 发生漂移。 若减小快进时间常数或快速进给速度的设置，重新回 参考点 ， 参考点 仍有偏移，应检查参考计数器设置的值是否有效，修正参数设置。 5 参考点 漂移数个脉冲 若只是在开机后第一次回 参考点 时 参考 点 漂移，则为零标志信号受干扰失效。为防止噪声干扰，应确保电缆屏蔽线接地良好，安装必要的火花抑制器，不要使检测反馈元件的通信电缆线与强电线缆靠得大近。若并非仅在开机首次回 参考点 时 参考点 变化，应修正参考计数器的设定值。 如果通过上述步骤检查仍不能排除故障，应检查编码器电源电压是否太低，编码器是否损坏，伺服电机与工作台的联轴器是否松动，系统主电路板是否正常，有关伺服轴电路板是否正常及伺服放大器板是否正常等。 二、回参考点的故障案例与分析 案例 1 我们厂有一台上海旭品机械有限公司制造的 MCV-1060 立式数控铣床 ，数控系统为三菱 系统 在回参考点过程中， Y轴出现报警信息为“ 507 OVER TRAVEL +X”，有减速过程，反复操作不能回参考点，并出现同样的报警信息，该铣床采用的挡块方式回参考点。 分析与处理： 可以看出，该故障的根本原因不是硬限位本身。那么是否在减速后归基准点标记脉冲不出现，如果是这样，有两种可能：一是光栅在归基准点过程中没有发现归基准点装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 14 页 脉冲信号，或归基准点标记失效，或由基准点标记选择的归基准点脉冲在传输或处理过程中丢失，或测量系统硬件故障对归基准点脉冲信号无鉴别或处理能力。二是减速开关 与归基准点标 记位置错位，减速开关复位后，没有出现基准点标记。对相关参数逐一检查无改变和丢失的情况。用手直接压下各开关，在 PMC地址 X1009.0 中确减速信号由“ 0”变为“ 1”，说明功能完好，根据故障现象，超程信号也完好，重点应检查基准点信号，排除因信号丢失或元器件损坏的可能。其减速开关、参考点开关的距离已经由厂家标准设定，参考计数器容量和标准一致，一般在维护过程中不做变动或修改。先不忙采用跟踪法去确定上面分析的第一点可能原因，先遵循由易到难的原则去考虑问题。看是否由于基准点标记的识别能力已经下降或丧失所致决定将参数 1425（碰减速挡块后 移动 速度）的 X 值由原来的 200 修改成 100，为保证各轴运动平衡，将其它轴的 移动 速度同时设定为 100 ，试回参考点，机床恢复正常，这种设想得到了验证。因此，造成该故障的原因是由于基准点标记识别能力已经降低，导致机床回参考点失败直到压合硬限位。 案例 2 一般情况下，因断电导致机床参考点丢失，只要重新输入机床备份的 NC参数即可。但如遇原始资料备份不齐，一旦发生参考点丢失，想恢复机床正常运行是非常困难的。但是现有一台三菱系统的 MCV-1060型数控铣床，参考点丢失后，在资料不齐的情况下，参考点 已经找正。下面介绍一下如何尽快找正参考点的过程。 1、 回参考点的硬件条件 一般情况下，为了让机床各轴能够精确到达参考点，在每个轴上都设有四个限位开关和一个减速开关，这四个限位开关分为 2个软限位开关和 2个硬限位开关，如图 3.1所示。 以 X轴为例，在回参考点过 程中 ,X轴先以高速向回零方向运 动。当碰上减速开关后，又以一 定的低速继续运动，直到接收到 从编码器返回的第一个回零栅格 信号后停下来，停下位置就是该 轴的参考点，并存贮在计算机主 板上的 RAM中。两个软限位是软件 图 3.1 控制 X轴在规定范围内运动的界限 而两边的硬限位是为了防止轴运动失控发生碰撞而设定的，当轴运动行程因失控超过软限位范围后，机床就会报警，但不停机，碰到硬限位后便会立即使机床强电关闭，从而装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 15 页 避免发生碰撞。 2. 回参考点的过程 首先 将 操作方式 置 为 JOG方式，选定要回参考点的轴并给出回零信号 ZRN，这时此轴就会按照设定的速度向零位方向运动，当轴在运动中碰到减速挡块后，即当减速信号由“ 1”变为“ 0” 时，轴就以设定的低速 继续运动。 (机床所带的编码器工 作原理是每转一圈就发出一个脉冲， 并送到机床 NC中去检测比较， 高速 运动时脉冲栅格信号很密，当减速 信号由“ 1” 变为“ 0” 后，电机 带动的编码器转速降低，发出的脉 冲栅格间隙变宽。 )当减速开关重 新释放，即减速信号再次由“ 0” 变为“ 1“ 后， NC所检测到的第一 个栅格信号就是该轴的参考点，轴 就停止下来，回零过程完成。如图 3.2 图 3.2 返回参考点以多大的速度运动，是由机床参数确定的，既不能太大，也不能太小，速度太大时栅格过密，易引起回零误差，而当速度太小时，栅格过宽，又不易找到正确的参考点，当发现回参考点后数值变化不定 ，且变化量小，可能是速度设定不合适或减速开关松动所致，只要重新设定速度值或还原减速开关初始位置即可。 3.参考 参考点 找正过程 1)选择手动 JOG方式，并在此方式下选定一轴手动移到估计参考点位置附近，当轴有要求参考点返回的报警时，在参考点方向停止该轴运转。 2)给轴回零信号，即把拨码开关打到“回 参考点 ”档。 3)按下一个带方向 (+或 -)的轴名键，轴缓慢移动一会后自动停下，这个停下位置就是参考点，只要把此时轴的值设定到参数中去即可。 现在，数控机床的控制系统很多，但其回参考点的工作原理基本一样，只是有些标识或步 骤不一样，数控维修人员只要懂得其基本原理，就会很快找到丢失的参考点。 案 例 3 由上海旭品 机械有限公司制造 MCV-1060加工中心开机手动回参考点，轴向回参考点的相反方向移动。该机配用三菱数控系统，各自采用半闭环控制方式，使用增量脉冲装 订 线 nts 毕业设计用纸 共 19 页 第 16 页 编码器作为检测反馈元件。 分析 ：机床开机 后 X轴手动回参考点的动作过程为：回参考点轴先以快速进给速度向参考点方向移动，当 参考点 减速开关被减速挡铁压下时， PLC输入点 I32 2信号由 1变为O， CNC接收到该跳变信号后输出指令，使 X轴 制动后并以接近参考点速度向相反方向移动，当减速挡铁释放减速开关时， I32 2信号由 0跳变为 1， X轴制动到 0后改变方向，以接近参考点速度向参考点方向移动，当减速