数控机床故障诊断与维修课程教案

安徽机电职业技术学院

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1.数控机床维护诊断的主要内容。2.以系统的观点对机床进行维护诊断。教学

1.通过介绍现在机床使用的范围越来越广，机床出现故障的可能性也越3.以表格和图片、动画、短篇录像等教学方式来讲述机床维修的目的、

万(由产品的质量、数量和新产品的开发周期越来越短决定）.试工、数控维修工.二.

1．熟悉数控机床维修的原则方法;2．掌握数控机床安装调试验收的的知识、验收机床精度的方法3．熟悉数控机床的机械结构、调整方法;4．掌握典型数控系统、伺服系统等的软硬件知识,具有对典型数控机床故障进1．目的：技术需要、市场需要、企业的效益需要。2．数控机床的可靠性衡量指标：平均有效度

其中：MTBF—平均无故障时间；MTTR—排除故障的修理时间。3．数控机床维修的意义：(1).做好预防性维修,包含日常维护,尽量延长

(2).提高故障维修效率,尽快恢复使用,尽量缩短

1．机床本体的维护内容:(1).主轴箱的润滑和冷却；(2).导轨副和丝杠螺母副的间隙调整、润滑；(3).支承的预紧；(4).液压和气动装置的压力和流量调整。2．电气系统的维护内容:(1).数控系统；(2).伺服系统；(3).强电柜及操作面板。3．数控机床与电缆之间的接口：(1).驱动电路；(2).位置反馈电路；(3).电源及保护电路；(4).开／关信号连接电路。要环节；故障复杂,难于排除。考察研究对象,无论是机械或电气方面的问题,都要二者兼顾。1.通讯诊断(远程、海外诊断）2.自修复系统3.人工智能专家故障诊断系统4.人工神经元网络(ANN)诊断1.知识面广2.良好的系统的培训3.良好的英语阅读能力4.敢于实践，通过实践不断总结经验5.敬业精神6.持续的学习精神

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1.数控机床故障处理的步骤；2.利用合适的故障处理方法去解决简单的系统故障问题。3.掌握机床抗干扰的方法。教学

1.了解机床故障发生的规律和基本分类，对出现的机床故障进行分门别2.维护好机床，可以延长机床的使用寿命，做好对机床的日常维护尤为

一.

1.按数控机床发生故障的部件分类：2.按数控机床发生的故障的性质分类：3.按报警发生后有无报警显示分类：（2）软件报警显示故障，➢

➢

➢

➢

➢

➢ ➢ ➢ ➢ 1.故障诊断2.故障诊断要求：➢

➢

➢

3.故障诊断原则：(1).先外部后内部。(2).先机械后电气，(3).先静后动，(4).先公用后专用。(5).先简单后复杂。1.直观法（望闻问切）

3.数据和状态检查：接口检查、参数检查4.报警指示灯显示故障5.备板置换法（替代法）6.交换法7.敲击法8.测量比较法总之,各种故障诊断方法各有特点，要根据故障现象的特点灵活的组合应用。 一.电磁波干扰

二.供电线路干扰➢ ➢

三.信号传输干扰➢ 串模干扰—干扰电压叠加在有用信号上.➢ 四.抗干扰措施1.减少供电线路的干扰2.减少机床控制中的干扰3.屏蔽技术（电磁、静电屏蔽）4.保证“接地”良好接地的要求:接地要可靠（接地电阻应小于

欧姆）、

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1.仪器仪表➢

➢

➢

➢

➢

➢

检脉冲发生笔与逻辑测试笔—检测输出电平,以判别其功能正常与否.

➢

➢

➢

➢

➢

➢

➢

➢

➢

1、电子万用表的使用2、示波器的使用1．记录实验中测得的数据，并描绘出波形。2．总结万用表和示波器的使用方法和注意事项。

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3．知道“5S”管理的内容、方法。1．机床点检的内容、意义、方法2．教学

一.

1.专职点检—重点设备、部位—设备部门2.日常点检—一般设备的检查及维护—车间3.生产点检—开机前检查、润滑、日常清洁、紧固等工作—操作者1.机床电气柜的散热通风；2.尽量少开少开电气控制柜门；3.纸带阅读机的定期维护；4.支持电池的定期更换；5.备用电路板的定期通电；6.数控系统长期不用时的保养—经常通电。

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“5S”管理“5S”管理教学

5s”

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实训装置：CK6132

车床、NNC-R1AD

方案实施：1、以组为单位，每组学生以

2－3

2、每台机床旁边每次控制在

3－4

3、每次点检不超过

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1．理解影响机床加工精度的参数。2．掌握机床精度检测的内容。教学

PPT、实物

1.机床的本身精度对机床加工是非常重要的，本节课应理论联系实际，

2.精度检测的内容非常多，一个一个详细地讲解既十分繁琐，教学效果

一.

1．几何精度检验的概念：2．检测条件(1)必须在地基及地脚螺栓固定在混凝土上完全固化后才能进行

(2)应在精调后一气呵成的完成检测;(3)应尽可能的消除检测器具和检测方法的误差;(4)应在机床稍有预热的状态下进行.3．检测工具(一)卧式加工中心几何精度检验

X、Y、Z

X、Z

(二)卧式数控车床几何精度检验（简单介绍，并与卧式加工中心做简单比较）

实训装置：CK6132

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1．理解影响机床加工精度的参数。2．掌握机床精度检测的内容。教学

PPT、实物

1.机床的本身精度对机床加工是非常重要的，本节课应理论联系实际，

2.精度检测的内容非常多，一个一个详细地讲解既十分繁琐，教学效果

1．直线运动定位精度2．直线运动重复定位精度3．直线运动的原点复归精度4．直线运动失动量5．回转工作台的定位精度6．回转工作台的重复分度精度7．数控回转工作台的失动量8．回转工作台的原点复归精度(一)加工中心切削精度1．镗孔精度2．镗孔的同轴度3．镗孔的孔距精度和孔径分散度4．直线铣削精度5．斜线铣削精度6．圆弧铣削精度7．过载重切削(二)数控卧式车床的车削精度1．外圆车削2．端面车削3．螺纹切削4．综合试件切削

实训装置：CK6132

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1.数控机床安装调试的内容2.机床性能检验的内容、方法教学

PPT、实物

一.

(一)主轴性能1．手动操作

2．手动数据输入方式(MDI)3．主轴准停(二)进给性能1．手动操作

2．用手动数据输入方式(MDI)3．软硬限位

4．回原点(三)自动换刀(ATC)性能1．手动和自动操作

(四)机床噪声(五)润滑装置(六)气、液装置(七)附属装置

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PPT、实物

1．运动指令功能2．准备指令功能3．操作功能4．CRT

8～16h

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1.机械故障诊断方法的使用。2.主轴部件的重点部位的维护、维修。1.读图2.主轴常见故障的解决教学

（1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和

2-30（a）（2）前支承采用高精度双列向心推力球轴承，如图

2-30（b）所示。

（c）所示。1、主轴润滑（1）油气润滑方（2）喷注润滑方式2、防泄漏（如图所示）3、刀夹装置7：24

1、熟悉主传动链的结构、性能参数；2、注意主轴油箱温度和油量；3、住传动链出现故障，应立即停机排除故障；4、防止皮带打滑造成的丢失现象；5、定期观察液压系统的压力表；6、注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洁；7、每年清洗过滤器和更换液压泵滤油器；8、每天检查主轴润滑恒温油箱，使油充足；9、防止各种杂质进入油箱，保持油液清洁；10、要及时调整主轴中液压缸活塞的位移量；11、经常检查压缩空气气压，并调整到标准要求值。1、主轴发热2、主轴噪声3、润滑油泄漏4、刀具不能夹紧5、刀具夹紧后不能松开6、主轴在强力切削时停转7、主轴没有润滑油循环或润滑不足

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PPT、仿真教学软件

1．整理草图，绘制较为完整的装配图。2．讨论绘制中出现的问题。

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1.机床进给部件的布置形式2.进给部件各环节的联接形式3.进给传动链中，消除间隙的方法、调试方法1.读图2.进给传动链中，消除间隙的方法、调试方法教学

1、轴向间隙的调整2、支承轴承的定期检查3、滚珠丝杠副的润滑4、滚珠丝杠的防护1、滚珠丝杠副噪声2、滚珠丝杠运动不灵活3、滚珠丝杠副润滑状况不良

1、间隙调整（1）压板调整间隙（2）镶条调整间隙（3）压板镶条调整间隙2、滚动导轨的预紧（1）采用过盈配合（2）调整法3、导轨的润滑（1）润滑方法（2）对润滑油的要求1、导轨研伤2、导轨上移动部件运动不良或不能移动3、加工面在接刀处不平

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PPT、仿真教学软件

1．整理草图，绘制较为完整的装配图。2．讨论绘制中出现的问题。

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1．掌握机床刀库和换刀机械手的维修。2．液压系统的重点部件的维护。教学

PPT、数控实训台

1、防止换刀时掉刀或刀具或工件、夹具等发生；2、顺序选刀应使刀具放置在刀库上的顺序要正确；3、用手动方式装刀时要确保装到位、装牢靠；4、检查是否回零且换刀点位置是否到位；5、要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁；6、开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各1、刀库中的刀套不能卡紧刀具2、刀具从机械手中脱落3、刀库不能旋转4、刀具交换时掉刀5、机械手换刀速度过快或过慢1、驱动对象2、液压系统的维护要点➢

➢

➢

➢

➢

➢

3、液压系统的点检➢

➢

➢

➢

➢

➢

1、驱动对象（如图所示）2、气动维护要点（1）保证供给洁净的压缩空气；（2）保证空气中含有适量的润滑油；（3）保证气动系统的密封性；（4）保证气动元件中运动零件的灵敏性；（5）保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度。3、气动系统的点检和定检➢

➢

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1.解决机床常见的电气故障2.机床的电气连接教学

PPT、实物

1.本次课内容较多，要结合维修实例来讲解这些原则及方法，同时讲解2.读懂电气原理图对于本专业的同学是个不小的难题，多举一些实例，

1.电源的组成：三相输入线路、熔断器、电源开关、电源变压器、控制变压器、2.通过电源配置提供给数控机床所需要的各种电源，以满足不同负载的要求。一般有：380V、220V、200V、24V

3.维护保养内容数控机床从供电线路上取得电源后,在电气控制柜中进行再分配,根据不同的负载性质和要求,提供不同容量的交、直流电压.由于各个负载共用一个+24V

电源,因此一个负载对地短路而引起的另一负载的短路是电源最容易发生的故障.当机床运行中停电或无法起动,从电源方面看,故障原因多为电源指标没有达到而进行的自我保护.当一个电源同时供几个负载使用时,若其中一个负载发生短路,就可能引起其他负载的失电故障.

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1.主轴驱动系统的内容既艰深又复杂，不能将着重点放在知识点上，要

2.采取案例分析法，给学生解决实际问题，考虑故障的原因，并用排除

1.一般主轴要求：速度大范围连续可调、恒功率范围宽伺服主轴要求：有进给控制和位置控制,由编码器提供反馈信号2.主轴变速形式：(2).电动机通过同步齿带或皮带驱动主轴（恒功率、机械传动简单）

三个系列（1.5-37、1.5-22、3.7-37

kW）(1).采用微处理控制技术(2).主回路采用晶体管

(3).具有主轴定向控制、数字和模拟输入

系列驱动装置（晶闸管）.交流主轴电动机：1PH5

两个系列（3-100kW

系列的主轴驱动模块.1．故障形式(1).在

(2).在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示故障(3).无任何故障报警信息

(1).外界干扰：(2).过载(3).主轴定位抖动:(4).主轴转速与进给不匹配(5).转速偏离指令值(6).主轴异常噪声及振动(7).主轴电动机不转1.控制电路近给定值时，转矩自动减小，避免超调.2.主电路

分析:

题出在速度检测元件上.（一）6SC650

1.驱动装置的组成（原理图）2.故障诊断➢

➢

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1．准确记录实验情况。2．总结实验中遇到的问题，并总结注意事项。

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1。.进给伺服系统关系到机床的加工精度，注意理论联系实际，以其作

ppt、flash、小录像2.采取案例分析法，给学生解决实际问题，考虑故障的原因，并用排除

1.直流进给驱动系统

6RA20（晶体管

6RA26（晶闸管控制）两个系列。2.交流进给驱动系统

3.步进驱动系统

五相步进电动机.器的伺服电动机为例.(一)．进给伺服的故障形式1.超程

2.过载

3.窜动

4.爬行

5.振动

6.伺服电机不转

7.位置误差

8.漂移

9.回基准点故障(二)、故障定位：1．模块交换法

故障的转移情况.2．外界参考电压法

干电池和变阻器组成直流回路.1．直流伺服电机的维护方法2．交流伺服电机常见的故障有：

2.报警指示灯指示的报警（7

➢

BRK—无熔丝断路器切断报警➢

HVAL—过电压报警➢

HCAL—过电流报警（伴有

➢

OVC—过载报警（401

➢

LVAL—欠压报警➢

TGLS—速度反馈信号断线报警➢

DCAL—放电报警3.无报警显示的故障

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1．准确记录实验情况。2．总结实验中遇到的问题，并总结注意事项。

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1.典型位置检测装置的维护要点。

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1.结合前面知识，讲解位置检测装置的原理及安装调试及维护方法，同2.检测装置的精度决定数控机床的精度，检测装置最重要的是要维护，

从某种意义上来说,数控机床的加工精度主要取决检测装置的精度。

1.光栅(1).光栅尺由定尺（标尺光栅）和扫描头（指示光栅）组成。

(2).维护工作防污:避免受到冷却液的污染，从而造成信号丢失，影响位置控制精度。防振:光栅尺拆装用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏。2．光电脉冲编码器3.感应同步器(1).电磁感应式的高精度位移检测元件(2).维护要点:➢ ➢

➢

4.旋转变压器(1).输出电压与转子的角位移有固定的函数关系,用做角度测量元件.(2).维护注意点定子和转子阻值不同不要接错、碳刷磨损要及时更换.5.磁栅尺组成：磁性标尺、磁头和检测电路.维护注意点:

1.输出信号(有两种形式）电压或电流正弦信号/TTL

(1).通道放大器；(2).整形电路；(3).报警电路；(4).细分电路3.故障诊断

分析：114

统）。

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1.几个典型参数。2.调整参数来处理部分故障。教学

1.调整的形式:

2.调整的主要参数1)速度环增益调整—改善进给传动特性,避免振荡.2)零飘调整—克服电器参数的漂移或不对称

,造成无给定信号时有转速输出的现象.3)测速反馈深度调整—改善速度环控制的机械特性.4)滞后时间常数调整—反映驱动装置对速度给定信号的响应时间位置环参数常以机床数据的形式,在数控系统中通过软件运行来实现.1．

KV2.复合增益系数3.加速度4.精停和粗停允差5.夹紧允差6.零速监控延时7.漂移补偿8.轮廓监控允差带9.反向间隙补偿10.丝杠螺距误差补偿.三.调试和诊断显示1.有关坐标轴的数据2.有关主轴的数据1)指令速度2)实际速度3)实际位置4)指令速度电压值1:一卧示数控铣镗床,出现主轴箱沿轴快速进给时运动平稳,而低速运动时运动不平稳的故障现象.分析:故障定位于

轴速度控制环,检查速度给定,故障原因是驱动装置内的元件老化,使参数发生变化,速度反馈变深所致.

2:一数控铣床在

平面内加工整圆,其轮廓的圆度超差,并有明显的尖角,

所示.分析:消除圆度尖角误差,必须从两方面着手:1)减小传动间隙.2)减少驱动装置的加减速时间,以获得较合适的过渡过程.

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2.常用输入/输出元件的故障现象及排除方法。3.简单的四工位刀架的换刀具体过程。教学

PPT、实物

举例：PLC

的作用:数控机床加工的顺序控制.

的形式:内装型

PLC、独立型

PLC。二.

1.机床至

PLC—机床侧的开关量信号通过

至机床—PLC

PLC—由

CNC—由开关量信号或寄存器完成

1.机床操作面板控制2.机床外部开关输入信号控制3.输出信号控制4.伺服控制（主轴和伺服驱动装置的使能控制）5.报警处理控制6.软盘驱动装置控制7.转换控制

输入/输出元件一．PLC

输入/输出端子板

三.

1.接触器—控制各种电动机(1).常见故障：线圈过热、噪声大、触点吸不上、触点不释放。(2).维护要求：定期检查接触器零件，要求可动部位灵活，固定件无松动；保持触点清洁;不允许在去掉灭弧罩的情况下使用;不能使用应立即更换.2.继电器—工作原理相同，触头多，在电路中起信号传递和转换作用，可实现多路控制.3.电磁阀—用于液压和气动系统中的电磁控制，加接续流二极管，减少对系统

5.各种指示灯

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2.在数控机床中，输入输出点也是比较常见的故障现象，重点读懂

一.

➢

➢

➢

F130.1、伺服准备好

F122.7、进给驱动

5.2、润滑准备好

IB、FB

1,润滑没有准备好导致进给停止.润滑准备好的条件有:1).润滑起动—采取起动润滑；2).润滑油箱和油位监控—加注润滑油；3).润滑油的油压监控—调节调节阀。二.

1.根据报警号诊断故障2.根据动作顺序诊断故障3.根据控制对象的工作原理诊断故障4.根据

5.根据

6.动态跟踪梯形图诊断故障

检测分度盘旋转到位—PLC

检测分度盘旋转到位—PLC

动作完成.查询:在

0，KA32

均不动作,手动

而偶数位刀不能定位.分析:刀架位置编码器有五根信号线输入至

PLC，在刀架的转换过程中，五根线

4：某数控机床出现防护门关不上，自动加工不能进行的故障，而且无故障分析:该防护门是由气缸来完成开关的，关闭防护门是由

在数控机床中，输入/输出信号的传递，一般都要通过

检查:检查

的状态为“1”，但电磁阀

5：FANUC

“1”，尾座套筒转换开关输入

为“1”，润滑油供给正常使液位开关输

输入/输出状态均正常。分析尾座套筒的液压系统。

为“1”，现经检查

为“0”，说明压力继电器有问题，其触

信号为“0”，系统认为尾座套筒未顶紧而产生报警。

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PPT、实物

1.在数控机床中，往往涉及到实际的机床案例，学生会无从着手，教学2.采用案例教学法，从故障现象出发，按照故障处理的步骤，采用排他

15S，检查压力开关25min,检查压力开关已打开，润滑电动机再运

15S，这样周而复始，使机床处于正常的润滑状态。

0。5S

1、润滑系统正常时的控制程序

1，使输出信号

圈，KA4

KM4，使润滑电动机

起动运行，23P

Y86、6

15S，到达

R613、0

触点断开，Y86、

0，润滑电动机停止运行，同时也使

R600、2

1）当润滑油路出现泄漏或压力开关

失灵，M4

15S，但压力开关

末闭合，24B

X4、5

触点末打开，R600、3

R616、7

1、使

616、7

616、7

Y48、0

1，同样使

1，结果与第一种情况相同，使润滑电动机不再起动，并报警。3）如果润滑不足，液位开关

闭合，24J

X4、6

R616、

1，断开

4）润滑电动机

24P、25A、25B

过载、R652.5

润滑油不足、R652.6

刀架主轴箱内的各部滚动轴承(尤其是主轴的前后轴承)的精度上，但出乎意料

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PPT、实物

显示功能（display）

操作功能（operation

1.系统介绍

图片：IN802

插槽位置，主机框架上装有电源模块，CSB（中央服务单元）板，位置测量板，

6LR61，550，9v。2.各模块的功能⑵CSB(中央服务板)⑶NC-CPU⑷PLC-CPU⑸MMC

⑺DMP(分布式机床外设)

⑴IR

块，同时产生供各个模块内部使用的+24v

和+5v

U，V，W(电抗器未画出)

电压。由于总开关的辅助触点闭合，111

24V，通过电路的短接连接到端子

63，允许

72—73.1

端子，如果驱动器正常，672

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PPT、实物

⒈SIN840C

人机通讯（MMC）.控制结构图如下：

MMC（人机通讯）包括有：

接口信号表。NCK

的参数是由口令（PASSWORD

1111，按

⑵NC

⑶PLC

数据，PLC

⑹IKA

数据,NC

数据等）,组织在一起，便于使用。

和系统程序，系统完成起动，MMC

也可以通过数据输入/输出设备存到磁盘上。设定数据是在

程序存储。PLC

提供了一种硬盘备份功能-磁带机（STEAMER）,该功能

600MB，