数控设备装调与维修综合实训

1、数控设备装调与维修综合实训姓 名： 班 级： 学 号： 提交日期： 概 要本文主要介绍了机床电气控制线路的分析，机床电气控制系统的设计、plc的应用和典型的数控机床电气控制以及对电气原理图绘制于分析、pmc程序的完善和接线调试、故障排除。本报告力求使读者通过学习，掌握数控机床电气控制系统的分析及初步设计的技能。目 录前言.第一章 数控车床的简介.11 数控车床的发展历史.12 数控车床的特点.1. 3 数控机床的类型 .1. 4 数控车床的分类应用.第二章 数控车床典型零件.21 数控机床典型零件的功能.22 典型零件的主要参数计算.23 典型零件的常用型号及选择. .第三章 数控电气原理图绘

2、制与分析.3. 1 数控车床的电源电路图. .3. 2 数控车床的主轴、卡盘控制图.3. 3 pmc程序完善.3. 4 输入输出设备及i/o分配表.第四章 数控机床电气接线调试、故障排除.41 控制系统安装、调试步骤.42 电气故障检查及排除方法.第五章 数控机床的十字工作台装拆.5.1 十字工作台的简介.5.2 十字工作台的主要拆卸步骤.5.3 滚珠丝杠的拆卸步骤.5.4 十字工作台的主要装配步骤.5.5 十字工作台装配步骤中的主要检测项目.结论. .致谢.参考文献.前 言本实训项目通过对fanuc数控车床的装调与维护使用，进一步将本学期的、数控维护与检修等专业课程及在课程中已初步掌握的数控

3、设备应用能力融合在一起，通过典型数控零件的功能、常用型号及主要参数、电气原理图绘制与分析，pmc程序完善，接线调试、故障排除等知识。 本报告正是以实训项目为载体,对实训项目中所用到的软硬件主要技术进行实训，培养学生完成一个数控设备装调维修项目的综合职业能力。 第一章 数控车床的简介数控车床由以下几部分组成 主机：数控车床的机械部分，包括主轴箱、床鞍与刀架、尾座、进给机构和床身等。控制部分（cnc装置）：数控车床的控制核心，包括专用计算机显示器键盘输入输出装置等。驱动装置：驱动装置是数控车床执行机构的驱动部件，包括主轴电动机进给伺服电动机等。辅助装置：是数控车床的一些配套部件包括对刀仪液压润滑气

4、动装置冷却系统和排屑装置等。1. 1 数控车床的发展历史 数控机床的历史 数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。 数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。 未来数控机床的类

5、型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中 1. 2 数控车床的特点数控加工就是数控机床在加工程序的驱动下将毛坯加工成合格零件的加工过程。数控机床控制系统具有普通机床所没有的计算机数据处理功能、智能识别功能以及自动控制能力。数控加工与常规加工相比有着明显的区别，其特点如下：1自动化程度高，易实现计算机控制 除了装夹工件还需要手工外，全部加工过程都在数控程序的控制下，由数控机床自动完成，不需要人工干预。因

6、此加工质量主要由数控程序的编制质量来控制。 2数控加工的连续性高 工件在数控机床上只需装夹一次，就可以完成多个部位的加工，甚至完成工件的全部加工内容。配有刀具库的加工中心能装有几把甚至几十把备用刀具，具有自动换刀功能，可以实现数控程序控制的全自动换刀，不需要中断加工过程，生产效率高。 3数控加工的一致性好 数控加工基本消除了操作者的主观误差，精度高、产品质量稳定、互换性好。 4适合于复杂零件的加工 数控加工不受工件形状复杂程度的影响，应用范围广。它很容易实现涡轮叶片、成型模具等带有复杂曲面、高精度零件的加工，并解决一些如装配要求较高，常规加工中难以解决的难题。 5便于建立网络化系统 例如建立直

7、接数控系统（dnc），把编程、加工、生产管理连成一体，建立自动化车间，走向集成化制造。甚至于cad系统集成，形成企业的数字化制造体系。数控程序由cam软件编制，采用数字化和可视化技术，在计算机上用人机交互方式，能够迅速完成复杂零件的编程，从而缩短产品的研制周期。1. 3 数控机床的类型数控机床类型有华中数控，fanuc，北京凯恩蒂等数控，现在经常用的是fanuc数控，其特点（1）结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已采用模块化结构。（2）采用专用lsi，以提高集成度、可靠性，减小体积和降低成本。（3）产品应用范围广。每一cnc装置上可配多种上控制软件，适用于多种机床。（4）不断采用新工艺、新

8、技术。如表面安装技术smt、多层印制电路板、光导纤维电缆等。（5）cnc装置体积减小，采用面板装配式、内装式pmc（可编程机床控制器）。（6）在插补、加减速成、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能： 插补功能：除直线、圆弧、螺旋线插补外，还有假想轴插补、极其坐标插补、圆锥面插补、指数函数插补、样条插补等。切削进给的自动加减速功能：除插补后直线加减速，还插补前加减速。 补偿功能：除螺距误差补偿、丝杠反向间隙补偿之外，还有坡度补偿线性度补偿以及各新的刀具补偿功能。故障诊断功能：采用人工智能，系统具有推理软件，以知识库为根据查找故障原因。（7）cnc装置面向用户开放的功能。

9、以用户特订宏程序、mmc等功能来实现。（8）支持多种语言显示。如日、英、德、汉、意、法、荷、西班牙、瑞典、挪威、丹麦语等。（9）备有多种外设。如fanuc ppr， fanuc fa card，fanuc flopy cassete，fanuc program file mate等。（10）已推出map（制造自动化协议）接口，使cnc通过该接口实现与上一级计算机通信。（11）现已形成多种版本。 fanuc 系统早期有3系列系统及6系列系统，现有0系列、10/11/12系列、15、16、18、21系列等，而应用最广的是fanuc 0系列系统。1. 4 数控车床的应用数控机床主要应用在四大领域 航

10、空工业航空工业典型零件的结构特点是大量采用整体薄壁结构，形状复杂。为了增加航空器的机动性，增加有效载荷和航程，降低成本，进行轻量化设计和广泛采用新型轻质材料，对材料性能要求越来越高。 船舶工业 大型船舶的关键加工件集中在大功率柴油机的机座、机架、气缸体、缸盖、活塞杆、十字头、连杆、曲轴，以及减速箱传动轴、舵轴和推进器（螺旋桨）等，关键加工件材质为特种合金钢，一般为小批加工，要求加工成品率100%。关键加工件具有重量大，形状复杂、精度高，加工难度大等特点。 汽车工业 汽车发动机和车身冲压件生产线具有连续、高效、高可靠性的特点，汽车行业迫切希望机床制造厂能专门研究汽车零部件的工艺特点、与汽车行业相

11、互交流共同研发具有模块化、系列化、可实现交钥匙工程的成套柔性生产线。 电力工业发电设备关键加工件重量大，形状特殊、精度高、加工难度大、价格昂贵，单件价格远超过一台重型数控机床的价格。第二章 数控车床典型零件21 数控机床典型零件的功能1、变压器：变压器是一种将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压的静止电器2、中间继电器：中间继电器实质上是电压继电器的一种。但它具有触点数多触点电流容量较大，动作灵敏等特点。其主要用途是当其他电器的触点数量或触点容量不够时。借助中间继电器来增加它们的触点数量或触点容量，起到中间信号转换的作用。3、继电器：热继电器是一种利用电流电热效应原理进行工作的

12、保护电路。热继电器由于热惯性。当电路短路时能立即动作切断电路，因此不能用短路保护。4、熔断器；熔断器是一种利用金属导体作为熔体串联于电路中，当电路发生短路或严重过载时，熔体自身发热而熔断，从而分断电路的电器。熔断器主要用于短路保护，是最简单有效的保护电路。5、接触器；是一种用来频繁地接通或分断带有负载的主电路的自动控制电路。工作原理是当线圈通电后，铁芯产生电磁吸力将衔铁吸合。衔铁带动触点系统动作，使常闭触点断开，常开触点闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧力的作用下释放，触电系统随之复位。6、限位开关；限位开关又称位置开关，其作用是将机械位移转换成电信号，使电动机运行状态发生改变

13、，即按一定行程自动停车，反转，变速或循环。用来控制机械运动或实现安全保护。22 典型零件的主要参数计算（1）接触器的选择：h1-k1：i=pn/kun=3000/1.4*380=5.6a，控制回路电源为220v，所以选用cj10-10型接触器，主触点电流为10a，线圈电压为220v。e1-k1：i=pn/kun=125/1.4*380=0.23a, 控制回路电源为220v，所以选用cj10-5型接触器，主触点电流为5a，线圈电压为220v。e1-k2、-k3：i=pn/kun=1100/1.4*380=2.1a，控制回路电源为220v，所以选用cj10-5型接触器，主触点电流为5a，线圈电压为

14、220v。（2）中间继电器的选择：采用中间继电器控制电动机h2-m1和h2-m2，其额定电流都较小，所以都可以选用普通型j27-44交流中间继电器代替接触器控制，每个中间继电器常开常闭触点各有四对，额定电流为5a，线圈电压为220v。（3）按钮的选择：根据需要的触点数目、动作要求、使用场合和颜色等进行按钮的选择，本设计中，三个起动按钮，选择la18型按钮，其颜色为黑色，2个停止按钮，选择la18型按钮，其颜色为红色，5个点动按钮型号相同，颜色为绿色。（4）工作状态指示灯的选择：指示灯hl1和hl2都选iso-0型，24v，0.25a，分别为绿色和黄色。（5）空气开关的选择：d1-qf1 i=5

15、.6+0.23+2.1=8.93a，因而电源开关的额定电流就选10a左右，具体为：三级转换开关，hz10-10/3型，额定电流10a。e1-qm1：e1-qm2的电流分别为0.23a、2.1a，所以电源开关的选择为三级转换开关，hz10-10/3型，额定电流10a。（6）限位开关的选择：限位开关sq1、sq2、sq3、sq4都选lx32系列，24v额定发热电流6a，额定操作频率1200（次/h）。（7）熔断器的选择：d1-fu1 hu=（1.52.5）in=2.5*5.6=14a，故选用rt18-32型熔断器，熔断体额定电流16a。d1-fu4、-fu5：其控制电动机h2-m1和h2-m2额定

16、电流都较小，所以都可以选用rt18-32型熔断器，熔断体额定电流6a。（8）照明灯及灯开关的选择：照明灯el和灯开关sa成套购置，el可选用jc2型，交流36v，40w。（9）控制变压器：容量p供电的最大工作负载功率计算选bk-100型，100va，380v/220，24，6.3v。（10）变频器的选择：75k-ch系列，ac380v。23 典型零件的常用型号及选择序号名称型号、规格数量备注1三相异步电动机3相ac380v，50hz，3kw，2880r/min1h1-m12冷却泵电动机3相ac380v，50hz，125w，2790r/min1h2-m13液压电动机3相ac380v，50hz，1

17、.1kw，1400r/min1h2-m24空气开关hz10-10/3型，额定电流10a3d1-qf1h2-qm2h2-qm15交流接触器cj10-10型，主触点电流10a，线圈电压220v1h1-k16交流接触器cj10-5型，主触点电流5a，线圈电压220v2h2-k1h2-k2h2-k37交流中间继电器j27-44型，额定电流 5a，线圈电压220v8熔断器rt18-32型，熔断体额定电流16a1d1-fu19熔断器rt18-32型，熔断体额定电流6a2d1-fu4d1-fu510控制按钮la18型，5a，黑色311控制按钮la18型，5a，红色212控制按钮la18型，5a，绿色513指

18、示灯isd-0型，24v，0.25a，绿色2，黄色1314限位开关lx32，额定发热电流6a，额定操作频率1200（次/h）415照明灯及开关jc2，36v，40w116控制变压器bk-100型，100va，380v/220,24,6.3v117变频器75k-ch系列，ac380v，dc24v118plcs70-200系列，24v1第三章 数控电气原理图绘制与分析3. 1 数控车床的电源电路图3. 2 数控车床的主轴、卡盘控制系统图plc控制图3. 3 pmc程序完善3. 4 输入输出设备及i/o分配表（1）输入元件代号功能地址m2-sb1电动机接通x8.2m2-sb2电动机断开x8.1m2-

19、sb3主轴正转x8.5m2-sb4主轴反转x8.6m2-sb5卡盘加紧x8.7m2-sb6卡盘松开x9.0m2-sa1冷却电机接通x9.2m1-k2急停x8.3m2-sb7压力开关x9.5（2）输出m3-k1接通主轴电动机y0.0m3-k2接通冷却电动机y0.1m3-k3主轴正转y0.2m3-k4主轴反转y0.3m3-k5卡盘加紧y0.4m3-k6卡盘松开y0.5m3-r1机床正常灯y0.6m3-r2卡盘加紧灯y0.7m3-r3故障灯y2.0第四章 数控机床电气接线调试、故障排除41 控制系统安装、调试步骤输入程序，检验程序，运行程序。（1）按下sb1（x8.2）主轴电机启动按钮，主轴电机启动

20、，主轴电机灯亮，液压电机启动，液压电机灯亮。（2）按下sb5（x8.7）卡盘加紧按钮，卡盘加紧，加紧灯亮。（3）按下sb3（x8.5）主轴电机正转按钮，电机正转，正常工作灯亮，再按sb6卡盘松开按钮，卡盘不能松开，符合要求。（4）按下sb2（x8.1）主轴电机断开按钮，电机停转，电机灯不亮。（5）按下sb1（x8.2）主轴电机启动按钮，主轴电机启动，主轴电机灯亮。（6）按下sb3（x8.5）主轴电机正转按钮，电机不会正转，符合要求。（7）按下m2-sa1（x9.2）冷却启动按钮，冷却电动机启动，冷却灯亮。（8）按下m1-k2（x8.3）急停按钮，主轴出现问题，压力开关没有加紧，故障灯亮。42

21、电气故障检查及排除方法（1）同一电路元件的动合触点和动断触点，靠的很近，如果分别接在电源的不同相上，当触点断开产生电弧时，可能在两触点间形成飞弧造成短路。（2）在交流控制线路中不允许把两个电器元件的线圈串联在一起使用，即使是两个同型号电压线圈也不能采用串联后接在两信线圈额定电压的交流电源上。（3）在直流控制电路中，对于电感较大的电磁线圈，不宜于相同电压等级的继电器直接并联工作。（4）防止出现“竞争”与“冒险”复杂控制电路中，在某一控制信号作用下，电路从一个稳定状态转换到另一个稳定状态，常常会引起几个电路的状态变化。（5）在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器之间要有电气联锁和机械联锁。（6）在设

22、计电路控制线路时，应充分考虑继电器触点的接通和分断能力，若要增加接通能力，可用多触点，若要增加分断能力，可用多触点串联。第五章 数控机床的十字工作台装拆5.1 十字工作台的简介十字工作台是数控设备实验台的重要机械部件（下图）。十字工作台装配效果图大多数现有的数控设备实验台都配备了十字工作台，它将数控设备上的z向和x向两维的机械传动部件适当简化浓缩而成。该部件在学生的认知、机械零部件拆卸和装配、数控设备机械故障诊断与维修、机械零部件检测和调试、机械结构测绘设计和创新开发等实习、实训活动方面可以发挥较重要的作用；它对教师熟悉掌握数控设备机械结构、数控设备相关实习/实训项目开发、教科研项目开发等方面

23、也可以发挥一定的作用。十字工作台分为上下两层，下层为z向机械传动部件，上层为x向机械传动部件，主要由底座平台、底座平台纵梁、可调底脚、上下工作台、电机、联轴器、电机支座、滚珠丝杠、丝杠螺母、螺母支座、轴承、轴承压盖、轴承支座、直线导轨（包括滑块）、支撑块等组成，其中滚珠丝杠、丝杠螺母、螺母支座、轴承、（双轴承端）轴承压盖已组装成组件。另外，该部件配备了限位开关及支架、挡板等安全装置。十字工作台装配后应达到的主要精度如下：（1）底座平板的水平度不大于8丝；（2）非基准导轨对基准导轨的平行度不大于5丝；（3）滚珠丝杠对基准导轨的平行度不大于5丝；（4）滚珠丝杠对导轨的对称度不大于5丝；（5）滚珠丝

24、杠两端的高度差不大于3丝（用填隙片填入后）；（6）上、下层两基准导轨的垂直度不大于6丝。5.2 十字工作台的主要拆卸步骤序号主要拆卸步骤主要工具紧固件方法要点1拆电动机（2）内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈 平垫圈先松开联轴器的螺钉，用手托住电机，再拆下面的螺钉2拆限位开关支架（2）内六角扳手十字螺丝刀3拆工作台内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈4拆滚珠丝杠内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈上电机，轴承支座随丝杠一起拆掉5拆导辊（包括滑块）内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈6拆等高块用手拿开7拆下工作台内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈8拆等高块用手拿开9拆导辊内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈10拆滚珠丝杠内六角

25、扳手内六角螺钉 弹簧垫圈上电机，轴承支座随丝杠一起拆11拆底座板内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈5.3 滚珠丝杠的拆卸步骤序号主要拆卸步骤主要工具紧固件方法要点1丝杠随同上面的电机座和轴承支座一起拆下内六角扳手电机支座上的4个螺钉及弹簧垫圈轴承座上2个螺钉及弹簧垫圈，平垫圈，另2个反带弹簧垫圈用内六角扳手，拆下面2个支撑座的螺钉，将整根丝杠小心提起来，放于旁边干净的地方2拆电动机的支座橡胶榔头轻轻敲打3拆轴承支座的端盖内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈将其留在丝杠上4拆轴承支座橡胶榔头轻轻敲打5拆丝杠螺母及支座内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈轻轻用均匀的力敲打5.4 十字工作台的主要装配步骤序号主要装

26、配步骤主要工具紧固件方法要点1底座平板内六角扳手内六角螺钉 扁平螺母2长直线导辊内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈先装基准导辊 再装非基准导辊3长滚珠丝杠内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈包括电机 轴承支座整体安装4等高块一，二用手轻放注意安装面5下工作台内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈注意电机 轴承支座 对应的螺孔6短直线导辊内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈先装基准导辊，再装非基准导辊7短滚珠丝杠内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈包括电机 轴承支座 整体安装8等高块一，二用手轻放注意安装面9上下工作台内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫圈10限位开关支架（2个）十字螺丝刀十字螺母11电机（2）内六角扳手内六角螺钉 弹簧垫