畢業(yè)論文-加工中心故障診斷實(shí)驗(yàn)臺的故障設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計加工中心故障診斷實(shí)驗(yàn)臺的故障設(shè)計三三機(jī)械工程系學(xué)生姓名：學(xué)號：機(jī)械工程系機(jī)械電子工程系部：機(jī)械電子工程專業(yè)：指導(dǎo)教師：二零一五年六月誠信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。本人簽名：年月日

畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：加工中心故障診斷實(shí)驗(yàn)臺的故障設(shè)計系部：機(jī)械工程系專業(yè)：機(jī)械電子工程學(xué)號：學(xué)生：指導(dǎo)教師（含職稱）：1．課題意義及目標(biāo)通過本次畢業(yè)設(shè)計使學(xué)生了解和掌握到畢業(yè)設(shè)計應(yīng)遵循的步驟和程序，通過對加工中心的學(xué)習(xí)，了解加工中心的工作原理，結(jié)合某加工中心實(shí)驗(yàn)臺，人為設(shè)計故障，通過故障分析，完成故障的排除。主要任務(wù)(1)本設(shè)計要求學(xué)生在對加工中心的整體結(jié)構(gòu)熟悉的基礎(chǔ)上，能夠完成典型故障的分析。(2)通過對實(shí)驗(yàn)臺的了解，人為的設(shè)計故障，提出解決方案，(3)本設(shè)計要求在實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行驗(yàn)證。3．主要參考資料[1]蔣洪平.數(shù)控設(shè)備故障診斷與維修[M].北京：北京理工大學(xué)出版社.2006.8[2]嚴(yán)峻.數(shù)控機(jī)床常見故障快速處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2009.4[3]鄭小年.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社.2005.9[4]王潤孝.機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng).第2版[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社.1997.6進(jìn)度安排設(shè)計各階段名稱起止日期1查看相關(guān)文獻(xiàn)完成開題報告準(zhǔn)備答辯2014.12.10至2014.12.302結(jié)合相關(guān)知識，完善對加工中心的理論認(rèn)識2015.03.10至2014.04.103進(jìn)行實(shí)際操作，整合故障，進(jìn)行題庫的豐富2015.04.10至2014.05.124整理資料，開始撰寫畢業(yè)論文2015.05.12至2014.06.55完成畢業(yè)論文設(shè)計書，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯2015.06.5至2014.06.25審核人：年月日

加工中心故障診斷實(shí)驗(yàn)臺的故障設(shè)計摘要：隨著數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)有著重要地位和巨大效益。各類數(shù)控機(jī)床如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心等的使用率越來越高，而數(shù)控加工中心因其獨(dú)有特點(diǎn)，價值不容小視。但是數(shù)控加工中心價格昂貴,無法在教學(xué)中普遍使用其進(jìn)行故障設(shè)計，因此出現(xiàn)了數(shù)控加工中心故障診斷模擬實(shí)驗(yàn)臺,用于機(jī)械類及自動化類相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)。本設(shè)計在了解數(shù)控加工中心綜合維修實(shí)驗(yàn)臺的組成結(jié)構(gòu)和工作原理的前提下，結(jié)合加工中心智能考核系統(tǒng)的使用，人為的在加工中心機(jī)床上進(jìn)行了故障設(shè)計，并進(jìn)行了故障分析，完成了故障排除，同時將所設(shè)計的故障錄入智能考核系統(tǒng)，進(jìn)行了故障題庫的豐富，以備其他人使用。關(guān)鍵詞：數(shù)控加工中心、故障設(shè)計、故障分析 ProcessingcenterdesignoffaultdiagnosismalfunctionAbstract:Withthedevelopmentofdigitalmanufacturingtechnology,CNCtechnologyandCNCmachinetoolsintoday'smachinerymanufacturingindustryhasanimportantpositionandgreatbenefits.AllkindsofCNCmachinetools,suchasCNClathe,CNCmillingmachine,CNCmachinecenterutilizationrateishigherandhigher,andCNCmachiningcenterbecauseofitsuniquecharacteristics,thevaluecan’tbeoverlooked.ButtheCNCmachiningcentersareexpensive,youcan’tmakeitswidespreadintheteachingofdesign,resultinginaCNCmachiningcenterfaultdiagnosissimulationtest-bedformachineryandautomation-relatedprofessionalpracticeteaching.ThedesigninthecontextofthestructureandoperationprincipleofacomprehensiveunderstandingofCNCmachiningcenters,repairbench,combinedwiththeuseofintelligentmachiningcenterassessmentsystem,man-mademachinetoolsforthemachiningcenterdesignfailure,andfailureanalysiscompletedtroubleshooting,whilethedesignofintelligentfaultentryexaminationsystemfortherichfaultexamtoprepareforotherstouse.Keywords:CNCmachiningcenters,faultdesign,faultanalysis

目錄1緒論 緒論1.1現(xiàn)代數(shù)字化制造業(yè)的發(fā)展數(shù)字化制造技術(shù)是為了提高生產(chǎn)率的需求而發(fā)展起來的,作為一個完整的制造技術(shù)體系，現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)主要由數(shù)控機(jī)床、數(shù)控量儀和數(shù)控刀具三部分組成[1]。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，使機(jī)械制造業(yè)發(fā)展更快。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備，主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心等[1]。數(shù)控加工中心有其獨(dú)有特點(diǎn)，其價值不容小視。由于數(shù)控加工中心價格昂貴,無法在教學(xué)中普遍使用其進(jìn)行故障設(shè)計。因此出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床故障診斷模擬實(shí)驗(yàn)臺,用于機(jī)械類和自動化類相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)。目前我國數(shù)字化制造業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢：一是由2D向3D轉(zhuǎn)變；二是并行和協(xié)同，通過產(chǎn)品、工藝過程和生產(chǎn)資源的建模仿真及集成優(yōu)化技術(shù)，提高多學(xué)科的設(shè)計與制造的協(xié)同性和并行性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和工藝設(shè)計結(jié)果的早期驗(yàn)證；三是數(shù)字化裝配與維修；四是數(shù)字化車間與數(shù)字化工廠，這是數(shù)字化制造技術(shù)在車間和和工廠集成應(yīng)用和高效運(yùn)營的全新生產(chǎn)模式，為高效物流實(shí)施以及精益生產(chǎn)、可重構(gòu)制造、元化制造等先進(jìn)制造模式提供輔助工具；五是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，由機(jī)器、設(shè)備組、設(shè)施和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成，能夠在更深的層面將連接能力、大數(shù)據(jù)、數(shù)字分析、3D打印等結(jié)合[1]。1.2加工中心的現(xiàn)狀就目前國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來看，各類數(shù)控機(jī)床的使用越來越多，在數(shù)字化制造業(yè)中發(fā)揮了重要作用。主要有數(shù)控車床，數(shù)控銑床，數(shù)控加工中心等，而加工中心有其不可替代的加工特點(diǎn)，其價值不容小視。數(shù)控加工中心是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上逐漸演變而來，相對于數(shù)控銑床，數(shù)控加工中心邁出了很大的一步，不僅僅局限于對零部件的銑削功能，更在本身基礎(chǔ)上增加了刀庫和自動換刀機(jī)構(gòu)。刀庫里裝有不同用途的各式刀具，可以使零部件在一次裝夾的過程中就完成了所有的工序，提高了加工中心的加工效率，縮短了加工時間，使得企業(yè)能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成更多產(chǎn)品的加工，促進(jìn)了工業(yè)的急速發(fā)展，使無人化車間得到了更快發(fā)展。數(shù)控加工中心加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定、且具有自動換刀功能，可以提高加工精度[2]。加工中心的適應(yīng)性強(qiáng)、靈魂性好，而且可以加工復(fù)雜曲線類零件，能提高經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)控加工中心由于多種工序的集中以及自動換刀，減少了工件的測量、裝夾以及機(jī)床調(diào)整等所需的時間，也減少了工序間的工件周轉(zhuǎn)，搬運(yùn)還有存放時間，大大縮短生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)利潤[2]。數(shù)控加工中心常用來加工一些零件形狀復(fù)雜、精確度要求比較高、更換比較頻繁的中批小批量的產(chǎn)品[2]。數(shù)控加工中心也有不足之處：機(jī)床設(shè)備費(fèi)用昂貴，一次購買需要大量資金；對工作環(huán)境要求較高，對維修、操作人員的素質(zhì)要求較高，其選型是專業(yè)性很強(qiáng)的工作。針對其不足，購買時一定注意最好選擇規(guī)模大、實(shí)力強(qiáng)、服務(wù)有保障的單位購買。1.3加工中心故障診斷的重要性伴隨著加工中心在各個領(lǐng)域的使用率越來越高，設(shè)備在運(yùn)行時出現(xiàn)的故障率就會增大，因此對加工中心故障診斷維修調(diào)試的技術(shù)人才需求在不斷加，培養(yǎng)實(shí)踐動手能力很強(qiáng)的數(shù)控故障診斷維修和調(diào)試人才就特別重要。此外，由于生產(chǎn)用的數(shù)控機(jī)床價格昂貴，在教學(xué)實(shí)踐中大量使用顯然很不現(xiàn)實(shí)，也不經(jīng)濟(jì)、不安全。于是出現(xiàn)了數(shù)控加工中心故障診斷綜合模擬實(shí)驗(yàn)臺，用于在教學(xué)中培養(yǎng)和教育學(xué)生的故障診斷能力。實(shí)踐證明該數(shù)控加工中心故障診斷模擬實(shí)驗(yàn)臺有助于培養(yǎng)人才,可以提高學(xué)生的數(shù)控機(jī)床故障診斷維修技術(shù)水平，對學(xué)生今后的發(fā)展起到積極的作用。1.4研究課題的內(nèi)容和意義本設(shè)計要求：=1\*GB2⑴了解數(shù)控加工中心的組成結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上分析一些簡單的典型故障。=2\*GB2⑵對數(shù)控加工中心故障診斷實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解其構(gòu)造、工作原理，及使用方法。=3\*GB2⑶了解各故障點(diǎn)的故障形式，對其進(jìn)行分析，學(xué)習(xí)診斷方法，根據(jù)故障成因逆向完成故障排除。=4\*GB2⑷研究實(shí)驗(yàn)臺故障點(diǎn)，故障的設(shè)計原理，由于本實(shí)驗(yàn)臺故障點(diǎn)大多圍繞繼電器完成設(shè)計，所以在設(shè)計故障之前了解各繼電器是十分必要的。=5\*GB2⑸本課題設(shè)計思路是基于與實(shí)驗(yàn)臺配套的計算機(jī)軟件增添題庫。設(shè)計意義:通過本次畢業(yè)設(shè)計使學(xué)生了解和掌握到畢業(yè)設(shè)計應(yīng)遵循的步驟和程序，通過對加工中心組成結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，了解加工中心的工作原理，結(jié)合數(shù)控加工中心綜合維修考核實(shí)驗(yàn)臺，人為設(shè)計故障，通過故障分析，完成故障的排除,提高了學(xué)生的數(shù)控加工中心故障診斷維修技術(shù)水平。

2加工中心及故障診斷實(shí)驗(yàn)臺的研究2.1加工中心的組成和工作原理 加工中心的結(jié)構(gòu)由兩大部分組成：1.主機(jī)部分；2.控制部分。加工中心的主機(jī)主要體現(xiàn)為由機(jī)械結(jié)構(gòu)組成的部分，主要包括：床身、工作臺、主軸箱、底座、橫梁、立柱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、換刀機(jī)構(gòu)、刀庫、輔助系統(tǒng)(輔助系統(tǒng)有三部分：潤滑、氣液、冷卻)等[2]。加工中心的控制部分由兩方面組成：1.軟件部分；2.硬件部分。軟件部分：控制程序和系統(tǒng)程序。硬件部分：1.可編程序控制器(簡寫為PLC)；2.數(shù)字控制裝置(簡寫為CNC)；3.主軸驅(qū)動裝置；4.輸出輸入設(shè)備；5.顯示裝置[2]。加工中心由以下的幾大部分組成，如表2.1：表2.1加工中心的組成基礎(chǔ)部件工作臺、床身、立柱三個部件組成了基礎(chǔ)部件，它是加工中心的基本結(jié)構(gòu)。這三個部分在工作中要承受靜載荷，也得要承受在切削加工過程中做產(chǎn)生的動載荷。因此，數(shù)控加工中心這三個部分，必須要有足夠的剛度，材質(zhì)要鑄造而成。主軸部件主軸電動機(jī)、主軸箱、主軸軸承和主軸等幾大部件組成了加工中心的主軸部件。主軸的作用是加工中心在切削加工過程中的功率輸出，主軸的起動、變速、變向、停止等動作都是由加工中心數(shù)控系統(tǒng)來進(jìn)行控制的；它的定位準(zhǔn)確性和旋轉(zhuǎn)精度，很大程度上可以影響在加工中的加工精度[2]。數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)由可編程序控制器、CNC裝置、面板操作系統(tǒng)以及伺服驅(qū)動系統(tǒng)等四部分組成，這是執(zhí)行加工過程和順序控制動作的中心。CNC是對位置進(jìn)行控制的系統(tǒng)，控制過程包括了進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，對數(shù)據(jù)處理，從而來獲得理想狀態(tài)下的運(yùn)動軌跡，將信息輸出給了執(zhí)行部件，由其加工出要求的工件[2]。自動換刀系統(tǒng)自動換刀系統(tǒng)由機(jī)械手、刀庫等部件組成。刀具更換命令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，機(jī)械手起到了交換刀具的作用，從刀庫中選擇合適的刀插入主軸孔，其次將主軸上的刀具取下，重新放回刀庫，最后整個換刀過程結(jié)束[2]。輔助裝置輔助裝置由冷卻，潤滑，防護(hù)，排屑，氣動，液壓和檢測系統(tǒng)幾個部分組成[2]。上述的部分不直接參與切削運(yùn)動，但他們卻是在加工過程中不可或缺的，以確保加工效率、可靠性和加工精度能夠達(dá)到要求。加工中心的丁作原理是根據(jù)零件圖紙制定工藝方案，采用手工或計算機(jī)自動編制零件加工程序，把零件所需的機(jī)床各種動作及全部工藝參數(shù)變成機(jī)床的數(shù)控裝置能接受的信息代碼,并把這些代碼存儲在信息載體上，將信息載體送到輸入裝置[2]。讀出信息并送入數(shù)控裝置，或利用計算機(jī)和加工中心直接進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)零件程序的輸入和輸出．進(jìn)人數(shù)控裝置的信息經(jīng)過一系列處理和運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號[2]。有的信號送到機(jī)床的伺服系統(tǒng)，通過伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大，再經(jīng)過傳動機(jī)構(gòu)。驅(qū)動機(jī)床有關(guān)零部件使刀具和工件嚴(yán)格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應(yīng)運(yùn)動．還有的信號送到可編程序控制器中用于順序控制機(jī)床的其他輔助動作，實(shí)現(xiàn)刀具自動更換[2]。2.2加工中心故障診斷實(shí)驗(yàn)臺數(shù)控加工中心綜合維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備采用模塊化機(jī)構(gòu)，可以完成數(shù)控機(jī)床的電氣裝調(diào)、數(shù)控機(jī)床機(jī)械裝調(diào)、數(shù)控機(jī)床整機(jī)調(diào)試、數(shù)控機(jī)床的維護(hù)維修四類崗位的人才培養(yǎng)要求[3]。本實(shí)驗(yàn)臺由數(shù)控控制臺、數(shù)控系統(tǒng)、PMC單元、伺服進(jìn)給單元、機(jī)床控制電路、伺服變壓器、PMC練習(xí)模塊等組成[3]。根據(jù)崗位技能要求，學(xué)生可以進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的安裝調(diào)試、參數(shù)設(shè)備、伺服性能優(yōu)化、數(shù)據(jù)備份、PMC編程、故障診斷與維修、數(shù)控編程操作等多種技能的實(shí)訓(xùn)[3]。實(shí)訓(xùn)設(shè)備采用模塊化的結(jié)構(gòu)，組合在數(shù)控機(jī)床上以滿足機(jī)電聯(lián)調(diào)的技能訓(xùn)練要求。配置的智能化故障維修系統(tǒng)通過產(chǎn)生故障、故障分析、故障診斷、線路檢查、故障點(diǎn)確定等過程來訓(xùn)練學(xué)生數(shù)控機(jī)床維修能力，配合計算機(jī)軟件通過網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行數(shù)控技術(shù)的認(rèn)知，人為的進(jìn)行故障設(shè)定、試題錄入、檢驗(yàn)故障等工作量，是一套綜合的數(shù)控技術(shù)設(shè)備[3]。2.2.1數(shù)控機(jī)床電氣控制單元

圖2.1數(shù)控機(jī)床電氣控制單元(1)控制主回路由總輸入空氣開關(guān)、冷卻泵、刀庫電機(jī)、控制變壓器、相序保護(hù)器、驅(qū)動變壓器構(gòu)成。如圖2.1所示。=1\*GB3①系統(tǒng)及接口開關(guān)電源：由控制變壓器通過繼電器KM1給數(shù)控系統(tǒng)提供DC24V電源，同時直接給低壓控制回路提供AC24V電源[4]。=2\*GB3②伺服模塊：通過繼電器KM2連接伺服模塊。=3\*GB3③驅(qū)動變壓器：通過驅(qū)動變壓器直接給伺服驅(qū)動器供電。=4\*GB3④冷卻泵：通過繼電器KM5控制冷卻泵的啟停。=5\*GB3⑤刀庫電機(jī)：通過繼電器KM3和KM4分別控制刀庫電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。(2)低壓控制回路由照明燈、系統(tǒng)、伺服、刀庫正轉(zhuǎn)、刀庫反轉(zhuǎn)、冷卻構(gòu)成。并在除照明回路和數(shù)控系統(tǒng)回路除外的其他回路的干路中接有急停開關(guān)SB1。刀庫正、反轉(zhuǎn)間由繼電器互鎖機(jī)制。=1\*GB3①數(shù)控系統(tǒng)：由啟動鑰匙開關(guān)SA1控制，通過繼電器KM1實(shí)現(xiàn)。=2\*GB3②伺服：由伺服啟動開關(guān)SB3通過繼電器KM2啟動，由伺服停止開關(guān)SB2停止。=3\*GB3③刀庫正轉(zhuǎn)：由控制開關(guān)KA7通過繼電器KM3實(shí)現(xiàn)，并在回路中串入了KM4的動斷觸點(diǎn)。=4\*GB3④刀庫反轉(zhuǎn)：由控制開關(guān)KA6通過繼電器KM4實(shí)現(xiàn)，并在回路中串入了KM3的動斷觸點(diǎn)。=5\*GB3⑤冷卻：由控制開關(guān)KA5通過繼電器KM5實(shí)現(xiàn)。2.2.2伺服驅(qū)動單元驅(qū)動模塊采用發(fā)那科βiSV20伺服放大器。它的外圍連接電路大致分為光纜連接（FSSB總線）、控制電源連接、主電源連接、急停信號連接、MCC連接、伺服電機(jī)主電源連接、伺服電機(jī)編碼器連接和制動電阻連接等[4]。(1)光纜連接（FSSB總線）發(fā)那科FSSB總線采用光纖通信，硬件連接方面遵循從A到B的規(guī)律[4]，即COP10A為總線輸出，COP10B為總線輸入。(2)控制電源連接控制電源采用DC24V電源，主要用于伺服控制電路的電源供電，在上電順序上推薦優(yōu)先給伺服放大器供電[4]。接線口為CXA19B和CXA19A。(3)主電源連接主電源是用于伺服電動機(jī)動力電源的變化。接線口為L2/L1、AGND/L3。(4)伺服電機(jī)動力電源連接伺服放大器給電機(jī)的動力電源采用接插件連接，在連接時一定要注意相許的正確性。接線口為V/U、AGND/W。(5)伺服電機(jī)編碼器反饋連接伺服電機(jī)編碼器的反饋接口接JF等接口。(6)制動電阻連接加工中心伺服驅(qū)動單元采取一體化設(shè)計，接線都位于其內(nèi)部，如圖2.2所示：圖2.2伺服驅(qū)動單元2.2.3輸入輸出控制單元輸入輸出控制單元主要由輸出控制、系統(tǒng)輸出、系統(tǒng)輸入、開關(guān)量輸入信號和機(jī)床輸入信號構(gòu)成。如圖2.3所示：(1)系統(tǒng)輸出控制小型繼電器，然后通過小型繼電器的觸點(diǎn)控制具體的設(shè)備。(2)數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)量輸出信號有主軸正轉(zhuǎn)控制、主軸反轉(zhuǎn)控制、冷卻控制、報警控制[4]。(3)數(shù)控系統(tǒng)輸出信號還有換刀用的刀具信號。(4)數(shù)控系統(tǒng)的輸入信號有確定X、Y、Z軸原位的粗定位信號和精定位信號；控制機(jī)床加工范圍的+X限位、—X限位、+Y限位、—Y限位、+Z限位、—Z限位。(5)機(jī)床輸入信號有機(jī)床行程限位和定位用的霍爾開關(guān)信號。圖2.3輸入、輸出控制單元圖2.2.4系統(tǒng)測試單元系統(tǒng)測試單元由X軸系統(tǒng)控制信號、Y軸系統(tǒng)控制信號、Z軸系統(tǒng)控制信號、主軸編碼器信號、主軸模擬電壓信號、系統(tǒng)輸出信號和系統(tǒng)輸入信號構(gòu)成。如圖2.4所示：系統(tǒng)測試單元用于系統(tǒng)信號調(diào)試、故障查找、故障修復(fù)等。圖2.4系統(tǒng)測試單元圖2.2.5簡易機(jī)床主體簡易機(jī)床主體由照明燈、冷卻泵、X軸伺服驅(qū)動臺、Y軸伺服驅(qū)動臺、Z軸伺服驅(qū)動臺、十工位刀庫和X、Y、Z軸限位開關(guān)等組成。其結(jié)構(gòu)如圖2.5所示：圖2.5機(jī)床主體

3.加工中心故障診斷實(shí)驗(yàn)臺的使用3.1加工中心的故障檢測=1\*GB2⑴常用的故障診斷方法=1\*GB3①直觀法一般用目測、手摸、通電等實(shí)用方法。=2\*GB3②儀器測量比較法故障發(fā)生后，根據(jù)系統(tǒng)電路圖及機(jī)床電路圖，用萬用表、示波器等對故障部分的電壓、電源、脈沖信號等進(jìn)行實(shí)測，將正常值與故障時的值相比較，分析出故障的原因及故障的所在位置[5]。=3\*GB3③診斷備板置換法數(shù)控加工中心大都采用模塊化設(shè)計，不同模塊具備不同功能，可以根據(jù)模塊的功能與故障現(xiàn)象，初步判斷出可能的故障模塊，用診斷備件將其替換，這樣可迅速判斷出有故障的模塊[5]。=4\*GB3④利用系統(tǒng)的自診斷功能判斷現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)尤其是全功能數(shù)控系統(tǒng)有很強(qiáng)的自診斷能力，通過實(shí)施時監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作，及時判斷故障，給出報警信息，并做出相應(yīng)的動作，避免事故發(fā)生[5]。=5\*GB3⑤交換法在數(shù)控機(jī)床中，常有功能相同的模塊或單元，將相同模塊或單元互相交換，觀察故障轉(zhuǎn)移的情況，就能快速確定故障的部位[5]。=2\*GB2⑵常用的故障診斷工具及資料=1\*GB3①必要的診斷工具:百分表、萬用表、示波器、紅外測溫儀和套裝扳手等；=2\*GB3②維修手冊、電氣線路圖、維修說明書(包括CNC操作說明書)、PLC說明書等。3.2故障點(diǎn)編碼方式及本課題所用繼電器代碼=1\*GB2⑴故障點(diǎn)編碼方式故障編碼根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺的故障設(shè)置軟件進(jìn)行。故障單點(diǎn)測試模塊0~47總共48個單點(diǎn)故障點(diǎn)，按二進(jìn)制編碼，1為有效，0為無效。每四位二進(jìn)制一組，分別對應(yīng)四個故障點(diǎn)。這四個二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成一位十六進(jìn)制數(shù)，這樣每一個故障設(shè)置點(diǎn)就由一個12位的數(shù)組成[6]。在編碼時如表3.1,3.2所示：表3.1單點(diǎn)故障舉例表序號二進(jìn)制繼電器16進(jìn)制K4110004-78800000000000200003-003000015-120400008-1105000023-2006000019-1607000031-2808000027-2409000039-36010000035-32011000047-44012000043-400表3.2多點(diǎn)故障舉例表序號二進(jìn)制繼電器16進(jìn)制K4、K32110004-78800000000100200003-003000015-120400008-1105000023-2006000019-1607000031-2808000027-2409000039-36010000135-32111000047-44012000043-400=2\*GB2⑵故障控制點(diǎn)繼電器編碼

如表3.3所示：繼電器編號編碼號信號端子K0010000000000主軸正轉(zhuǎn)控制信號FWDK1020000000000主軸反轉(zhuǎn)控制信號REVK8000800000000X軸正方向限位信號K9000400000000X軸反方向限位信號K10000200000000Z軸正方向限位信號K11000100000000Z軸反方向限位信號K19001000000000Y軸正方向限位信號K13002000000000Y軸反方向限位信號K14004000000000X軸參考點(diǎn)定位信號K15008000000000Z軸參考點(diǎn)定位信號K20000010000000Y軸參考點(diǎn)定位信號K38000000004000控制主軸的模擬電壓地AGNDK39000000008000控制主軸的模擬電壓0-10VK40000000000001控制電源AC24VK41000000000002控制電源DC24VK42000000000004照明回路K43000000000008系統(tǒng)控制回路K44000000000010伺服控制回路K47000000000080冷卻控制回路表3.3.故障控制點(diǎn)繼電器編碼得到的最終編碼信息包含了這個48個故障點(diǎn)的運(yùn)行情況，從這里我們可以推斷出：這48個故障點(diǎn)可設(shè)置48個單點(diǎn)故障，每個故障點(diǎn)再進(jìn)行組合理論上講將會得到無數(shù)個新的故障，雖然事實(shí)上并不是所有的點(diǎn)都可以組合，但起碼我們可以通過驗(yàn)證得到許多典型常見的故障。3.3加工中心智能考核系統(tǒng)的使用=1\*GB2⑴本系統(tǒng)只設(shè)定一個有效用戶對整個教師機(jī)進(jìn)行管理。用戶名為“admin”,初始密碼為空，用戶可自行修改。登錄后可進(jìn)行，教師管理，班級管理，學(xué)生管理。而被admin添加的教師，只能進(jìn)行，試題等管理，無權(quán)限進(jìn)行，教師，班級，學(xué)生管理。如圖3.1所示：圖3.1登陸界面=2\*GB2⑵密碼修改（如果不修改跳過此段）如圖3.2所示：圖3.2密碼修改比如將原來的空密碼，修改為”123456”，如圖3.3所示：圖3.3填寫密碼點(diǎn)擊“修改密碼”，系統(tǒng)提示修改成功，或者用戶名或密碼錯誤。如圖3.4所示：或者圖3.4確認(rèn)修改密碼當(dāng)不成功時，可能老密碼錯誤，或者用戶名錯誤，要注意區(qū)分大小寫。修改后，按新修改的密碼登錄，務(wù)必記住密碼。=3\*GB2⑶管理員登錄如圖3.5所示：圖3.5管理員登陸登錄后進(jìn)入教師機(jī)系統(tǒng)如圖3.6所示畫面圖3.6教師機(jī)系統(tǒng)界面=4\*GB2⑷試題管理=1\*GB3①錄入試題：用戶根據(jù)試題錄入對話框，選擇系統(tǒng)類型，試題類型，難易程度，繼電器代碼及其他相關(guān)內(nèi)容本考核軟件已經(jīng)含有了，數(shù)百條試題。用戶也可自行添加。但務(wù)必熟悉實(shí)驗(yàn)臺原理以后。錄入對話框如圖3.7所示：圖3.7試題錄入界面=2\*GB3②查詢試題：用戶查詢已經(jīng)錄入的試題=3\*GB3③預(yù)覽：用戶可預(yù)覽列表框中已有的試題。首先選中試題，接著點(diǎn)“預(yù)覽”鍵，如圖3.8所示：圖3.8預(yù)覽界面=4\*GB3④同樣方法，可以對試題進(jìn)行“修改”和“刪除”。=5\*GB3⑤在機(jī)床正常運(yùn)行時單擊測試，機(jī)床便會出現(xiàn)題庫所示故障。=6\*GB3⑥單擊退出，則故障消除。=5\*GB2⑸單點(diǎn)測試：此功能，是對實(shí)驗(yàn)臺故障點(diǎn)的繼電器進(jìn)行單獨(dú)測試。如圖3.9所示：圖3.9單點(diǎn)測試

4加工中心的設(shè)計故障4.1加工中心常見故障分類=1\*GB2⑴機(jī)械故障常見的機(jī)械故障有因機(jī)械安裝、調(diào)試及操作使用不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻臋C(jī)械傳動故障或者某些零件磨損、間隙配合過大導(dǎo)致機(jī)床精度下降等故障[7]。故障表現(xiàn)為傳動噪聲大，加工精度差，運(yùn)行阻力大[7]。=2\*GB2⑵電氣故障=1\*GB3①主電路故障：由于安裝時出現(xiàn)的線路錯接、虛接、短接、缺接等線路連接問題和電氣元件由于其他故障引起的燒壞等故障。=2\*GB3②控制回路故障：各個控制模塊的線路連接問題，例如接口松動、損壞等?？刂苹芈返脑骷p壞造成機(jī)床無法運(yùn)行。=3\*GB3③電路主模塊故障：包括主軸變頻器、伺服驅(qū)動器、主軸電機(jī)、伺服電機(jī)、編碼器和刀架等故障。=3\*GB2⑶數(shù)控系統(tǒng)故障主要包括系統(tǒng)參數(shù)丟失、系統(tǒng)參數(shù)錯亂、系統(tǒng)控制程序出錯、系統(tǒng)I/O分配不合理等原因造成的系統(tǒng)無法啟動或機(jī)床某些功能無法實(shí)現(xiàn)等故障。4.2故障條目=1\*GB2⑴主軸不能正轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動不正常=2\*GB2⑵主軸可以正轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動不正常=3\*GB2⑶主軸可以轉(zhuǎn)動但不能調(diào)速=4\*GB2⑷數(shù)控系統(tǒng)關(guān)閉，顯示面板黑屏無法顯示。=5\*GB2⑸開機(jī)時伺服可以啟動，數(shù)控系統(tǒng)無法啟動=6\*GB2⑹EMG報警=7\*GB2⑺參數(shù)寫入開關(guān)處于打開報警=8\*GB2⑻X、Y、Z向超程（硬限位）報警=9\*GB2⑼X軸驅(qū)動報警=10\*GB2⑽Y軸驅(qū)動報警=11\*GB2⑾Z軸驅(qū)動報警=12\*GB2⑿開機(jī)時伺服無法啟動（伺服停止燈亮）=13\*GB2⒀開機(jī)時伺服無法啟動（伺服停止等不亮）=14\*GB2⒁冷卻泵無法啟動=15\*GB2⒂X、Y、Z軸無法完成回零=16\*GB2⒃數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動都無法啟動=17\*GB2⒄伺服驅(qū)動可以啟動，但數(shù)控系統(tǒng)無法啟動=18\*GB2⒅手輪無法使用=19\*GB2⒆照明燈無法打開=20\*GB2⒇數(shù)控系統(tǒng)不能通電4.3故障現(xiàn)象和故障點(diǎn)設(shè)計=1\*GB2⑴系統(tǒng)顯示類，如表4.1所示表4.1系統(tǒng)顯示類故障故障現(xiàn)象故障點(diǎn)編碼繼電器號數(shù)控系統(tǒng)關(guān)閉，顯示面板黑屏無法顯示①系統(tǒng)控制繼電器KM1失效②控制電源AC24V無效③控制電源1L+無效000000000008000000000001000000000002K43K40K41開機(jī)時伺服可以啟動，數(shù)控系統(tǒng)無法啟動①控制電源1L+無效000000000002K41=2\*GB2⑵數(shù)控系統(tǒng)類報警故障，如表4.2所示表4.2.數(shù)控系統(tǒng)類報警故障故障現(xiàn)象故障點(diǎn)編碼繼電器號EMG報警①急停按鈕按下按下急停按鈕寫入?yún)?shù)開關(guān)處于打開報警①參數(shù)設(shè)定處于允許狀態(tài)設(shè)定里寫參數(shù)=1X（Z）向超程（硬限位）①X軸處于負(fù)向或正向超程狀態(tài)②Z軸處于負(fù)向或正向超程狀態(tài)工作臺達(dá)到X(Z）軸限位開關(guān)=3\*GB2⑶驅(qū)動類故障，如表4.3所示

表4.3驅(qū)動類故障故障現(xiàn)象故障點(diǎn)編碼繼電器號有DRIVESWITCHISOFF報警，機(jī)床各軸無法運(yùn)動①伺服控制繼電器KM2失效000000000010K44有DRIVESWITCHISOFF報警，變頻器無法啟動①伺服控制繼電器KM2失效000000000010K44開機(jī)時伺服無法啟動（伺服停止燈亮）①系統(tǒng)控制繼電器KM1失效000000000008K43開機(jī)時伺服無法啟動（伺服停止等不亮）①控制電源AC24V無效000000000001K40=4\*GB2⑷其他類故障，如表4.4所示表4.4其他類故障故障現(xiàn)象故障點(diǎn)編碼繼電器號冷卻泵無法啟動①系統(tǒng)冷卻輸出控制信號無效②冷卻控制繼電器KM5失效100000000000000000000080K4K47X軸無法歸零①X軸參考點(diǎn)定位信號無效004000000000K14Z軸無法歸零①Z軸參考點(diǎn)定位信號無效008000000000K15數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動都無法啟動①控制電源AC24V無效000000000001K40伺服驅(qū)動可以啟動，但數(shù)控系統(tǒng)無法啟動①控制電源1L+無效000000000002K41手輪無法使用①系統(tǒng)參數(shù)8131HPG置0，使得手輪不使用照明燈無法打開①照明電路接觸開關(guān)斷開000000000004K42X（Z）軸正（負(fù)）向超程撞機(jī)①各軸限位信號無效a)X軸正限位信號無效b)X軸負(fù)限位信號無效c)Z軸正限位信號無效d)Z軸負(fù)限位信號無效000800000000000400000000000200000000000100000000K8K9K10K11在MDI和MEMORY模式下不能進(jìn)行換刀①主回路1L+端口和機(jī)床輸入信號1L+間連線斷路機(jī)床不能回零、失去所有軸的限位保護(hù)①主回路1L+端口和機(jī)床輸入信號1L+間連線斷路除了手輪，其他操作機(jī)床都沒有動作①主回路1M端口和機(jī)床輸入信號1M間連線斷路注意：以上表格中的故障點(diǎn)設(shè)置都為單點(diǎn)故障。以上表格中相同故障現(xiàn)象的故障點(diǎn)設(shè)置，可以疊加為多點(diǎn)故障。多點(diǎn)故障設(shè)置方式按照多點(diǎn)編碼方式進(jìn)行編碼。4.4在實(shí)驗(yàn)臺上故障診斷與修復(fù)驗(yàn)證范例4.4.1實(shí)驗(yàn)臺前面板線路連接=1\*GB2⑴主回路和控制回路主回路通過控制變壓器把380V的交流電變換為24V交流電，通過端口3和4（AC24V）給控制回路供電[8]。=2\*GB2⑵主回路和輸入輸出控制單元主回路通過控制變壓器把380V的交流電變換為24V交流電，并轉(zhuǎn)變?yōu)镈C24V，通過端口1L+和1M（DC24V）給輸入輸出控制單元中的機(jī)床輸入信號側(cè)供電。=3\*GB2⑶控制回路和輸入輸出控制單元控制回路中KA7、KA6、KA5分別和輸入輸出控制單元中輸出控制側(cè)的KA7、KA6、KA5連接=4\*GB2⑷輸入輸出控制單元輸入輸出單元的線路連接參照下表4.5進(jìn)行：表4.5加工中心實(shí)驗(yàn)臺I、O口定義加工中心實(shí)驗(yàn)臺I口定義序號輸入口定義序號輸入口定義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備用06X0.5Z—限位18X2.1備用07X0.6未接19X2.2備用08X0.7未接20X2.3備用09X1.0T121X2.4急停用10X1.1T222X2.5備用11X1.2T323X2.6備用12X1.3T424X2.7備用加工中心實(shí)驗(yàn)臺O口定義序號輸出口定義序號輸出口定義01Y0.0主軸正轉(zhuǎn)08Y1.0備用02Y0.1主軸反轉(zhuǎn)09Y1.1備用03Y0.2冷卻10Y1.2備用04Y0.3未接11Y1.3備用05Y0.4刀庫反轉(zhuǎn)12Y1.4備用06Y0.5刀庫正轉(zhuǎn)13Y1.5備用07Y0.6未接14Y1.6備用系統(tǒng)輸出端子Y0.5和L4連接、Y0.4和L3連接、Y0.6和L5連接。4.4.2范例一：Z軸回參考點(diǎn)不能正確完成

表4.6Z軸回參考點(diǎn)不能正確完成故障現(xiàn)象故障點(diǎn)編碼繼電器號Z軸回參考點(diǎn)（或原點(diǎn)）不能正常完成，卻被限位，或回參考點(diǎn)時進(jìn)給不正常Z軸回參考點(diǎn)定位信號不正常008000000000K15這個故障設(shè)計主要考察學(xué)生對數(shù)控加工中心正常工作前提的掌握，是現(xiàn)實(shí)加工過程中加工中心故障多發(fā)的一類典型故障。因此具備Z軸回參考點(diǎn)不能正確完成的故障診斷維修和調(diào)試能力是數(shù)控技術(shù)人才必不可少的技能之一。=1\*GB2⑴故障現(xiàn)象描述：在手輪模式下，機(jī)床Z軸回參考點(diǎn)不能正確完成，顯示面板顯示（Z）正向超程。如圖4.1所示：圖4.1超程報警=2\*GB2⑵故障點(diǎn)設(shè)計：使Z軸回參考點(diǎn)定位信號不正常，造成Z軸回參考點(diǎn)（或原點(diǎn)）不能正常完成，卻被限位，或回參考點(diǎn)時進(jìn)給不正常的故障現(xiàn)象。對比如圖4.2,4.3所示：圖4.2正常回零圖4.3回零超程參照表3.1知K15的故障編碼為008000000000。=3\*GB2⑶在考核軟件的教師機(jī)進(jìn)行故障設(shè)置（以K15故障為例）進(jìn)入教師機(jī)文件夾運(yùn)行Exam.exe文件，打開后直接點(diǎn)擊登錄，進(jìn)入界面后點(diǎn)擊試題管理，進(jìn)入試題管理界面后點(diǎn)擊錄入試題，進(jìn)入錄入試題界面后系統(tǒng)類型選擇FANUM，試題類型選擇單選題，難度系數(shù)選擇2，繼電器代碼填入008000000000，說明填入繼電器號K15，在主體中填寫故障現(xiàn)象描述：Z軸回參考點(diǎn)（或原點(diǎn)）不能正常完成，卻被限位，或回參考點(diǎn)時進(jìn)給不正常。在選項(xiàng)欄的A、B、C、D選項(xiàng)后填入可能造成故障的原因A.Z軸回參考點(diǎn)定位信號不正常B.Z軸驅(qū)動器壞C.Z軸能正?；貐⒖键c(diǎn)D.控制電源1L+不正常注意：選項(xiàng)內(nèi)容輸入時點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵方可輸入。在標(biāo)準(zhǔn)答案欄中輸入正確選項(xiàng)A。各項(xiàng)內(nèi)容填寫完畢后點(diǎn)擊保存按鈕，進(jìn)行保存試題，此時彈出錄入成功對話框輸入成功，點(diǎn)擊確定。之后點(diǎn)擊退出錄入窗口。即可在試題管理窗口中看到錄入試題的信息如圖4.4所示：圖4.4試題錄入信息點(diǎn)擊選中試題后，點(diǎn)擊預(yù)覽按鈕，即可進(jìn)入試題預(yù)覽窗口（或者點(diǎn)擊試題修改，進(jìn)行修改試題，或者點(diǎn)擊刪除試題進(jìn)行刪除試題）。看到錄入試題的詳細(xì)信息。如圖4.5所示：圖4.5K15故障預(yù)覽此時點(diǎn)擊測試按鈕，即可驗(yàn)證試題錄入是否正確。若正確則機(jī)床就會做出主體描述的故障現(xiàn)象。故障設(shè)置完成。=4\*GB2⑷故障現(xiàn)象分析和診斷修復(fù)在故障現(xiàn)象所述條件下，Z軸回參考點(diǎn)（或原點(diǎn)）不能正常完成，卻被限位，或回參考點(diǎn)時進(jìn)給不正常，根據(jù)數(shù)控機(jī)床電氣控制主回路、控制回路以及輸入輸出控制單元的連接可知，可能是輸入信號有問題，Z軸回參考點(diǎn)定位信號不正常。用萬用表直流200檔位，測量輸入輸出控制單元的Z定位接線處電壓，測得電壓為22.7V，現(xiàn)象如圖4.6所示，測量系統(tǒng)測試單元的系統(tǒng)輸入信號0組的X0.5接口，測得電壓為0.05V，現(xiàn)象4.7如圖所示，圖4.6輸出電壓圖4.7測試電壓用導(dǎo)線將輸入輸出控制單元的Z定位接口與系統(tǒng)測X0.5處連接，如圖4.8所示：圖4.8消除故障接線圖此時Z軸正?；亓悖收舷?。4.3.3范例二：冷卻泵無法啟動表4.7冷卻泵無法啟動故障現(xiàn)象故障點(diǎn)編碼繼電器號冷卻泵無法啟動①系統(tǒng)冷卻輸出控制信號無效②冷卻控制繼電器KM5失效100000000000000000000080K4K47這個故障設(shè)計是一個冷卻回路控制的綜合性故障分析題。主要考察學(xué)生對冷卻泵電氣控制回路的理解，并在故障中引入了數(shù)控機(jī)床輸入輸出控制單元的實(shí)現(xiàn)原理，需要學(xué)生結(jié)合控制回路，輸入輸出控制單元和系統(tǒng)測試單元綜合考慮完成故障診斷分析。這種綜合性故障也是實(shí)際生產(chǎn)過程中數(shù)控加工中心故障多發(fā)的一類典型故障，因此具備綜合性故障診斷維修和調(diào)試能力同樣是高級數(shù)控技術(shù)人才必備的技能之一。=1\*GB2⑴故障現(xiàn)象打開加工中心的電源開關(guān)，按下機(jī)床操作面板的冷卻按鈕，卻發(fā)現(xiàn)冷卻泵無法正常工作。=2\*GB2⑵故障點(diǎn)設(shè)計使冷卻控制繼電器KM5失效，同時使系統(tǒng)冷卻輸出控制信號無效，造成機(jī)床有冷卻信號輸出，但冷卻泵無法工作的故障。設(shè)置了一個倆點(diǎn)的故障，提高了故障診斷分析的復(fù)雜性和增大了排查故障的范圍，對故障診斷的能力要求更高。參照表3.2知K0、K47的故障編碼為010000000080。=3\*GB2⑶在考核軟件的教師機(jī)進(jìn)行故障設(shè)置故障點(diǎn)設(shè)置方式參照范例一進(jìn)行，與其不同的是在錄入試題窗口中，試題類型選擇多選題，難度系數(shù)選擇2，繼電器代碼空中填入010000000080。說明空中填入K47、K4，主體欄填入冷卻電機(jī)不能轉(zhuǎn)動，在選項(xiàng)欄中填入選項(xiàng)A.冷卻控制繼電器KM5不能正常吸合B.控制電源AC24V不正常C.控制電源1L+不正常D.沒有冷卻控制信號在標(biāo)準(zhǔn)答案欄中填入A、D。點(diǎn)擊保存后預(yù)覽該題，可以看到錄入試題的詳細(xì),如圖4.9所示：圖4.9K0、K47故障預(yù)覽點(diǎn)擊測試進(jìn)行故障設(shè)置驗(yàn)證，檢測故障是否成功錄入，故障設(shè)置是否成功。達(dá)到設(shè)計的故障現(xiàn)象。=4\*GB2⑷故障現(xiàn)象分析和診斷修復(fù)在故障現(xiàn)象所述條件下，發(fā)現(xiàn)冷卻開關(guān)燈亮了，而冷卻電機(jī)卻不能轉(zhuǎn)動，如圖4.10所示。說明冷卻信號輸入沒有問題。仔細(xì)觀察輸入輸出控制單元的小型繼電器指示燈，發(fā)現(xiàn)冷卻控制信號輸出