《机电设备故障诊断与维修》（王仲）527-2 教案 第18课 数控机床的故障诊断与维修概述

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课题数控机床的故障诊断与维修概述课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）熟悉数控机床的结构组成（2）掌握数控机床的常见故障类型及诊断知识（3）能够进行数控机床进行简单故障诊断素质目标：通过对数控机床故障诊断知识的学习与实操练习，培育学生崇尚技艺、不怕吃苦的职业品质，培养勇于挑战、潜心钻研的工匠精神教学重难点教学重点：数控机床的故障现象及维修方法教学难点：数控机床的故障现象及维修方法教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：→→→传授新知（38min）第2节课：→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务请大家了解数控机床的相关知识，如数控机床的组成、作用等。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解本节课的内容，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况问题导入（5min）【教师】介绍数控机床的基础知识，然后提出相关问题数控机床是集机、电、液、气、光于一体的现代技术装备，它在加工现场能发挥强大的技术优势，是企业生产经营的关键设备。数控机床的产生与发展是机械制造业领域的一次革命。数控机床是机电一体化时代的代表产品之一，随着数控机床技术的进步，它正向复合加工方向发展，且呈现多功能的态势。但不同功能的数控机床，其基本组成是相同的，而其常见故障与维修方法也大体相同。你见过哪些数控机床？举例说明。【学生】聆听、思考、回答通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（38min）【教师】讲解数控机床的组成、常见故障类型和故障诊断知识等相关内容一、数控机床的组成数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，它的基本结构包括机械装置、数控系统、伺服系统和辅助控制装置4部分。✈【多媒体】PPT图片展示数控机床的基本机构，详情见教材，并讲解其各部分功能①机械装置能在数控机床上自动地完成各种切削加工。②数控系统能根据输入数据和反馈数据插补出理想的运动轨迹，然后指导机械装置按此运动轨迹运动，从而加工出所需要的零件。③伺服系统能对数控机床的进给伺服和主轴伺服进行控制，并能把来自数控系统的指令转换成机械装置的直线位移或角位移运动。④辅助控制装置能充分保证数控机床发挥其功能，常用的辅助控制装置包括：气动与液压装置、排屑装置、冷却与润滑装置、回转工作台、防护装置、照明装置等多种装置。二、数控机床的常见故障类型数控机床的常见故障有多种类型，可以从不同的角度进行分类。1．按故障发生部位分类按故障发生部位的不同，数控机床的故障可分为主机故障和电气故障。✈【情景模拟】PPT视频展示数控机床主机故障和电气故障的现象，并讲解产生故障的主要原因【教师】结合PPT视频讲解数控机床主机故障和电气的具体故障现象及其产生原因【学生】观看、聆听、思考、记录1）主机故障数控机床的主机主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障主要是由机械装置安装、调试及操作使用不当等引起的机械传动故障和由导轨摩擦过大引起的故障。这些故障会使机床传动噪声增大、加工精度降低、运行阻力增大等。2）电气故障电气故障通常分为弱电部分故障和强电部分故障两类。（1）弱电部分故障弱电部分故障是指数控系统、可编程控制器（PLC）、伺服系统等部分发生的故障。弱电部分故障又分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、电子元件、接插件和外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出错、数据丢失等故障，如加工程序出错、参数的改变或丢失、计算机运算出错等。（2）强电部分故障强电部分故障是指继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元件及其所组成的电路发生的故障。2．按故障性质分类按故障性质的不同，数控机床的故障可分为确定性故障和随机性故障。✈【提问】随机提问两名学生回答确定性和随机性故障现象【教师】随机选出两名学生【学生】思考、回答【教师】根据学生回答进行点评、总结1）确定性故障确定性故障是指只要满足一定的条件，数控机床就必然会发生的故障。例如，润滑、冷却及液压系统因管路泄漏引起的机床停机；切削用量设计不合理产生的过载报警等故障。2）随机性故障随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障。这类故障的发生往往与安装质量、参数的设定、元件的质量、工作环境的影响等诸多因素有关。3．按故障的指示形式分类按故障的指示形式不同，数控机床的故障可分为有报警显示的故障和无报警显示的故障。✈【多媒体】PPT图片展示有报警显示的故障和无报警显示的故障现象，并分析其故障原因1）有报警显示的故障有报警显示的故障可分为指示灯报警显示故障与显示器报警显示故障两种。（1）指示灯报警显示故障指示灯报警显示故障是指由各装置上的指示灯报警显示的故障，指示灯一般由发光二极管或小型指示灯组成。一旦数控机床的某些部位发生故障，相应的指示灯便会发光，维修人员可据此对故障进行诊断。（2）显示器报警显示故障显示器报警显示故障是指可以通过数控系统的CRT显示器显示出报警号或报警信息的故障，这类故障一般是由数控系统自诊断功能检测到的。常见的显示器报警显示故障有过热、超程、程序错误等。2）无报警显示的故障无报警显示的故障是指当故障发生时指示灯与显示器均无报警显示的故障。通常这类故障有两种常见模式：一是计算机处于中断状态，机电设备呈现“死机”现象，这种故障的常见原因是程序或参数出现了问题；二是机床出现爬行、异响等故障，发生这种故障时，要根据故障发生前后数控机床的状态变化对故障原因进行判断。三、数控机床的故障诊断知识数控机床的故障诊断是在掌握数控机床各部分工作原理的前提下，根据数控机床的故障现象，查明故障发生的位置和原因，并提出有效维修对策的技术。在进行故障诊断时，要按步骤有规律地进行操作，采用有效的检测方法，以便及时消除故障隐患，防止事故的发生。✈【多媒体】PPT讲解数控机床故障诊断的一般步骤，并对每一步进行详细解析1．数控机床故障诊断的一般步骤数控机床的故障诊断一般要经过检查和分析排除两步。1）检查当数控机床发生故障时，应对数控机床的运行状态、加工程序、操作情况、外部因素、接口情况、故障的发生频率和重复性等方面进行检查，以确定故障发生的各种具体情况。2）分析排除在检查之后，根据故障现象仔细分析，弄清与故障有关的各种因素，确定故障原因查找的方法。在分析排除时应掌握以下原则。（1）先外部后内部数控机床是机械、液压、电气一体化的机床，故其故障必然会从机械、液压、电气这三方面反映出来。故障发生后，维修人员应由外向内逐一进行检查，尽量避免不必要的拆卸，防止扩大故障、丧失床精度、降低性能等。（2）先机械后电气数控机床有很多动作失灵的故障，若是机械故障则较易查出，若是数控系统故障，诊断的难度则要大些。当数控机床发生故障时，要先检查机械部分是否正常，包括行程开关是否灵活，气动、液压部分是否正常等；若机械部分正常，再检查数控系统的故障，如程序是否正确、参数设置是否正确等。（3）先简单后复杂数控机床会出现多种故障并发、交叉的情况，这时应先解决难度小的问题，后解决难度较大的问题。常常在解决难度小的问题的过程中，难度大的问题也可能变得容易，或者在排除简单故障时受到启发，对复杂故障的认识更为清晰，从而也有了解决办法。（4）先一般后特殊在排除数控机床的某一故障时，要先考虑最常见的一般原因，然后再分析很少发生的特殊原因。【经典案例】故障现象：数控机床Z轴回零不准。常见原因：降速挡块位置走动排除原则：先考虑检查该挡块位置，在排除这一常见的可能性之后，再检查脉冲编码器、位置控制等环节。数控机床的故障具有综合性和复杂性的特点，所以引起数控机床故障的因素是多方面的，要根据故障的现象和原因，采用合适的诊断方法，做出正确的判断。✈【提问】随机提问一名学生，说出数控机床故障诊断的一般步骤【教师】根据上课听讲情况，随机挑选一名学生【学生】思考、回答2．数控机床故障诊断的常用方法数控机床故障诊断的常用方法有直观法、自诊断功能法、参数检查法、功能程序测试法、替换法、原理分析法等。✈【教师】开展分组讨论：将全班学生分为两组，根据本节课所学的故障现象，结合教材，讨论、总结数控机床故障诊断的一般方法✈【学生】结合教材及课程资源，分组讨论✈【教师】巡回指导，查看各小组讨论情况【学生】分组讨论、总结回答【教师】根据学生回答情况进行点评、总结1）直观法直观法是一种最基本、最简单的数控机床故障诊断方法。维修人员通过对故障发生时产生的各种光、声、味等异常现象的观察，以及认真检查系统的各个部分，可将故障范围缩小到一个模块，甚至一个部件。2）自诊断功能法数控系统的自诊断功能已成为衡量数控系统性能的重要指标。开机后，数控系统将自动诊断整个硬件系统，为系统的正常工作做好准备。此外，在运行或输入加工程序过程中，一旦发生错误，数控系统会自动进入诊断状态，定位并发出故障报警信息。3）参数检查法数控系统发生故障时，应及时核对数控系统参数，数控系统参数的变化会直接影响数控机床的性能，甚至使数控机床不能工作。4）功能程序测试法功能程序测试法是将数控系统的常用功能和特殊功能，用手工编程或自动编程方法编制成一个功能测试程序，输入数控系统中，启动数控系统运行这个功能测试程序即可进行故障诊断。功能测试程序可以检查出数控机床对指令的执行是否准确和可靠，进而判断出故障发生的原因。功能程序测试法对长期闲置或第一次开机的数控机床是一种较好的检查方法。5）替换法替换法是一种简单易行的数控机床故障诊断方法，也是现场判断时最常用的方法之一。替换法是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用部件替换有疑点的部件，从而把故障范围缩小到部件。6）原理分析法原理分析法是根据数控系统的组成原理，从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数（如电压值或波形等），然后用故障诊断工具对这些参数进行测量、分析和比较，从而确定故障的发生位置。这种方法对维修人员的要求较高，要求维修人员对整个系统或每个部件的工作原理都要有清楚、较深的了解。【学生】聆听、思考、理解、记录PPT图片展示，更为直观，便于学生接受、理解与掌握情景模拟，能够让学生感受真实的故障现场，从而激发学生的学习兴趣随机提问，能够提高学生学习的注意力，同时提高学生听讲效率PPT图片展示故障现象更加真实、直观，学生容易理解、掌握检查学生的学习效果，同时提高学生的注意力分组讨论能够提高学生的参与度，增强团队意识，同时能够让学生更好地理解掌握数控机床常见故障与维修方法第二节课任务实施（40min）【教师】介绍任务实施方案与操作步骤，并组织学生完成相关操作一、实施方案每4～5位学生组成一组，以组为单位上网查找数控机床的常见故障，并对故障进行分析，将分析结果制作成PPT并展示。二、操作步骤步骤1查找数控机床的常见故障并将其分类，各类故障选择一种进行分析。步骤2分析选定故障的类型、诊断步骤和诊断方法。步骤3整理以上分析结果，并将分析结果制作成PPT，要求PPT条理清晰、内容详尽。步骤4各组进行PPT讲解，要求讲解流畅、逻辑清晰。步骤5其余学生进行提问，由PPT讲解小组成员进行解答。【学生】分组、查找资料、整理分析、制作PPT【教师】巡堂辅导，及时解决学生遇到的问题【学生】各组派代表进行PPT汇报，其他学生进行提问【教师】评价各组的发言✈【任务评价】开展任务评价活动，并将评价结果填入任务评价表，详表见教材✈【教师】点评各组任务情况，并打分✈【学生】组间互评、组内自评，并打分通过分析数控机床常见故障，帮助学生巩固所学知识，引导其将所学知识与实践相结合，培养学生解决问题的能力课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了数控机床的常见故障现