数控维修电子教案(1)

1、CAD/CAM实用系列丛书高等职业教育电子信息类贯通制教材数控设备故障诊断与维修实用教程电子教学资料张光跃主编PublishingHouseofElectronicsIndustry北京BEIJING前言为了配合《数控设备故障诊断与维修实用教程》课程的教学，体现教材的编写特色，更好地为读者服务，编写了此教学资料。教学资料内容有三个部分：第一部分是教学指南，包括了课程性质与任务、课程内容和要求、教学建议、教学时间分配。第二部分是电子教案，采用PowerPoint课件形式。教师可以根据不同的教学要求按需选取和重新组合。第三部分是习题答案，给出了每道习题的详细解答过程。限于编著者水平，教学资料中有错误或不妥之处，请读者给予批评指正。编者2005年3月《数控设备故障诊断与维修实用教程》教学指南一、课程的性质与任务本教材是数控技术应用及设备维修专业的一门实践性极强的课程，它以培养现代化企业需要的高素质的中、高级数控设备维修人才为目的，重点突出了对数控设备维修人员基本技能的培养和训练。本书从内容和形式都注意突出职业教育特色，全书体系以职业行为为导向，改变传统的学科教材的编写体系，对原理性内容的。

2、叙述不作烦琐的理论介绍，将重点放在应用知识的介绍上，将知识结构和内容按数控设备维修岗位的要求，进行圆周式的排列，以培养学生能力为主线，实用性强，理论够用为度。书中举有丰富的范例，具有可读性。本书可作为高职数控技术应用、数控设备维修及相关专业的教材及数控设备维修短期培训班的培训教材。全书语言通俗易懂，图形清晰，技术资料规范符合国家标准。通过本课程的学习，着重培养学生职业能力和实践能力，使学生对常见数控设备的故障诊断与维修具有初步的分析、判断能力和一定的维修技能。二、教学提要、课程内容、教学要求第1章数控设备的安装与调试本章教学提要教学重点：数控设备的基本组成，数控设备的安装、调试及验收的内容和方法。了解数控设备的基本组成；熟悉数控设备的安装、调试及常用的验收方法教学难点：数控设备调试及验收的指标的检测。本章教学内容1.1数控设备的基本结构数控设备的基本结构通常由机床主体、数控装置和伺服系统三部分组成。但对较多的数控设备，在结构上已普遍将其数控装置与伺服系统（执行电机除外）进行了一体化设计，该部分称为机床数控系统。所以，数控设备的基本结构也可归纳为：主要由机床主体和数控系统两大部分组成。1。

3、.1.1数控设备的构成数控设备的构成如图1.1所示。图1.1数控设备的构成1．机床主体数控设备机床主体的组成部分与该类普通机床基本相同，但为了实现其特殊的整体功能要求，故在其设计上，进行了一系列专门的处理。例如，简化了主轴箱及其变速、变向等传动系统；简化了从主轴至工作台（或刀架滑板）间的机械传动结构，使机械传动链较短；广泛采用了提高机床刚性、减小振动及摩擦阻力等措施（如倾斜导轨，构件动平衡，采用滚珠丝杠、滚动导轨等）；增加了多刀架、多工作台、自动送料及自动排屑装置等。2．机床数控系统（1）输入/输出设备及接口数控设备操作人员与数控系统之间的信息交流过程是通过输入/输出设备或接口来完成的。除了操作面板上的键盘及显示器和启动键之外，还有信息输入、存储装置及计算机的通信和联网装置等。（2）数控装置数控装置主要由主控制器（又称为微处理器或CPU）、运算器、外围逻辑电路及接口（PIO）等组成，其实质就是一台工业计算机。数控装置的逻辑方框图如图1.2所示。数控装置的作用是，接收通过加工程序等输入的几何信息、工艺信息及机床辅助动作等信息，经处理和分配后，向驱动机构发出执行的命令。在执行过程中，同时又。

4、将反馈回来的有关信息进行处理，然后发出新的执行命令，以完成信息输入、轨迹插补及位置控制这三项基本任务。图1.2数控装置的逻辑方框图（3）伺服系统伺服系统是数控设备的驱动执行机构，它又分为主轴伺服系统和进给伺服系统两大类，如图1.3所示。伺服系统主要由以功率放大为重点的电子电路单元、以驱动电机为主的执行单元及配合伺服系统正常及稳定工作的机械传动单元等组成。伺服系统的控制过程如图1.4所示。图1.3伺服系统的类别图1.4伺服系统的控制过程伺服系统的作用是，将从数控装置输出线路接收到的微弱脉冲电信号经整形、放大等电路处理为较强的电信号后，将其接收到的有关数字量信息转换成模拟量信息，从而驱动执行电机带动机床主轴或进给机构按规定的速度和信息进行运动（角位移或直线位移）。（4）检测反馈装置检测反馈装置的作用是，将检测元件准确测出的直线位移或角位移迅速反馈给数控装置，以便与加工程序给定的指令值进行比较。如果比较出有误差，数控装置将向伺服系统发出新的修正命令，以控制机床有关机构向消除误差的方向进行补偿位移，并如此反复进行，达到消除其误差的目的。对数控设备，通常按有、无检测反馈装置将其伺服系统分为开环、。

5、闭环及半闭环系统。开环系统无检测反馈装置，其控制精度主要取决于系统的机械传动链和步进电机运行的精度，而闭环系统的控制精度则主要取决于检测反馈装置的精度。（5）可编程序控制器可编程序控制器（ProgrammableController，简称PC）与个人计算机（PersonalComputer，也简称PC）均是以CPU为基础的自动控制装置，但可编程序控制器是专用于工业环境，其主要作用是解决工业设备的逻辑关系与开关量控制。而个人计算机则以完成数学运算、插补运算等计算功能为主。可编程序控制器在数控设备中，通常不采用微机编程语言，而是通过它编制出所需要的顺序，配合数控系统以交换不同处理方式下的控制信息，完成对数控设备的主轴功能（S）、辅助功能（M）及刀具功能（T）的控制。当它与机床电器一起传递其控制的执行信号时，可替代大量的继电器、电磁阀及接触器等，从而提高了机床强电控制的可靠性和灵活性，还可减轻机床数控系统中微处理器（CPU）繁重的工作负担，节省其内存容量。1.1.2数控设备的结构特点数控设备属于高精度、高效率、高自动化程度和高柔性的工作母机，它具有以下的结构特点。1．高刚度数控设备常需要在高。

6、速、重载、强力切削条件下正常工作，故要求机床的各主要机械部件（如床身、工作台、刀架等）具有很高的刚度，工作中应无变形或振动，以保证切削加工过程能平稳地进行。2．高柔性数控设备的高柔性，是指数控设备灵活与可变的特性。它所具有的柔性是数控设备同其他组合机床、仿形机床及自动化专用机床的显著区别之一。当数控设备的加工对象改变时，只需要改变加工程序和重新调整刀具，就能自动完成工件的加工，而不必对机床（含靠模板等附件）进行特殊调整。这样，不仅能满足多品种零件的加工要求，还缩短了生产准备周期，对品种频繁改型及科研、新品试制具有突出的优越性。3．高灵敏度因数控设备是在自动状态下工作的，要求机床的运动精度较高，对需要进行相对运动的机构均应减小摩擦力，且在低速位移时无爬行现象。在机床结构上，通常采用滚动摩擦取代滑动摩擦（如采用滚动导轨、滚珠丝杠等）或减小运动副的摩擦系数（如采用静压导轨、静压轴承及贴塑导轨等），以适应数控设备的高灵敏度要求。4．热变形小机床相对运动的构件在高频率的位移及换向过程中，容易产生热量，导致其构件产生热变形，从而影响到构件的运动精度。因此，要求各构件的发热量要最少，即要求构件（材料。

7、）的热变形系数尽量小，降热条件尽量好，如高速运转的主轴通常采用恒温冷却装置等。5．高抗振性数控设备运动构件产生的振动（特别是切削时产生的谐振），不仅影响到机床的灵敏度，还将影响到加工工件的宏观几何精度以及工件表面的质量（表面粗糙度）。提高构件的制造精度，保持最佳的运动间隙，减少机械传动机构，缩短传动链等，是保证高抗振性的有效途径。6．高精度保持性数控设备能在高速、强力切削情况下，满负荷或超负荷地工作，是因为它具有高的精度保持性，使机床在长期运行中具有稳定的加工精度。除了正确选择有关构件的材料外，还要采取诸如特种淬火、冷热时效处理等工艺措施，以提高运动部件的耐磨性，减小使用中的变形，同时延长构件的寿命。7．高可靠性数控设备主要在自动条件下工作，必须保证其在较长时间连续运行时的稳定性和可靠性，同时在使用寿命周期内发生故障的几率应尽可能小。因此，数控设备中的CNC系统软件（系统程序）以及主要运动构件（如主轴、滑板等）应保证不出故障，对需要频繁操作的刀库、换刀装置等构件，也必须保证其在长期工作中要十分可靠。对机床数控系统的平均无故障时间（MTBF），也有相应的标准作出规定。1.1.3数控设备的。

8、工作原理1．数控设备的工作过程数控设备的工作过程如图1.5所示。图1.5数控设备的工作过程①将编制好的加工程序通过操作面板上的键盘或输入机将数字信息输送给数控装置。②数控装置将所接收的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式进行分配：一是向进给伺服系统发出进给等执行命令，二是向可编程序控制器发出S,M,T等指令信号。③可编程序控制器接到S,M,T等指令信号后，即控制机床主体立即执行这些指令，并将机床主体执行的情况实时反馈给数控装置。④伺服系统接到进给执行命令后，立即驱动机床主体的各坐标轴（进给机构）严格按照指令要求准确进行位移，自动完成工件的加工。⑤在各坐标轴位移过程中，检测反馈装置将位移的实测值迅速反馈给数控装置，以便与指令值进行比较，然后以极快的速度向伺服系统发出补偿执行指令，直到实测值与指令值吻合为止。⑥在各坐标轴位移过程中，如发生“超程”现象，其限位装置即可向可编程序控制器或直接向数控装置发出某些坐标轴超程的信号，数控系统则一方面通过显示器发出报警信号，另一方面则向进给伺服系统发出停止执行命令，以实施超程保护。2．数控设备的工作原理综上所述，数控设备的工作原理可归纳为：。

9、数控装置内的计算机对通过输入装置以数字和字符编码方式所记录的信息进行一系列处理后，再通过伺服系统及可编程序控制器向机床主轴及进给等执行机构发出指令，机床主体则按照这些指令，并在检测反馈装置的配合下，对工件加工所需的各种动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和进给速度等项要求实现自动控制，从而完成工件的加工。1.2数控设备的安装1.2.1数控设备的安装原则对各种数控设备，其安装原则是：选择良好的工作环境（避开阳光直射、电弧光与热源辐射、强电及强磁干扰，工作场地要清洁、防震、空气干燥、温差较小等），确定机床各部分的安装位置，校正机床水平位置，固牢机床并有利于机床的安全使用，最终符合数控设备安装技术的各项规定。1.2.2数控设备的安装方法1．中型（含小型）数控设备的安装方法对这类数控设备的安装，因其安装技术要求不十分严格，故一般采用与普通机床相似的方法进行安装。①按机床说明书所附机床基础图规定的地脚位置做好预留孔及电缆和管路槽，稳妥地吊装机床就位（铺以楔铁、垫板），将地脚螺栓穿过床脚孔放入地面基础预留孔中，初步校平机床后，在预留孔中浇注混凝土，待混凝土充分凝固后，精校机床至水平，连接好全部。

10、管、线，在清理和善后工作结束后，即可转入试车阶段。②对于自带防震可调垫铁（地脚）的数控设备，只需按机床的排列位置稳妥吊装到位，校正水平，连接好全部管、线后，即可转入试车阶段。2．大型数控设备的安装方法对于大型数控设备，因其装箱运输都必须是在设备经过解体后才能进行的，故机床的安装(含组装)难度较大，技术要求也高。这类机床的安装方法将通过下面相关的安装步骤进行说明。1.2.3数控设备的安装步骤及注意事项1．机床的初就位及组装①按照机床生产厂对本机床基础的具体要求（或动力机器基础设计规范），提前做好机床安装基础和相关准备工作。②组织有关技术人员仔细阅读和分析有关机床安装方面的资料，确定安装方案及实施步骤，然后将机床各箱部件置于地基上就位，检查无误后转入组装环节。③组装过程一般分为以下几个步骤。步骤a.清理部件表面。将所有连接面、导轨、定位和运动表面的防锈层（如涂料）清理干净，并涂上规定的润滑油。b.将数控柜、电气柜、立柱、刀库和刀具交换装置等部件按预定方案组装成整机。在组装过程中，机床各部件间的连接与定位必须使用原装的定位销、定位块和其他定位元件，以保证下一步精度调整工作的顺利进行。c.机床各。