《机电设备故障诊断与维修》（王仲）527-2 教案 第20课 数控机床数控系统的故障诊断与维修

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课题数控机床数控系统的故障诊断与维修课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）熟悉数控机床数控系统的组成（2）掌握数控系统硬件结构、软件结构常见故障诊断与维修方法（3）能够维修“DS0307APC报警”故障素质目标：通过对数控机床数控系统的常见故障诊断与维修知识的学习与实操练习，树立制造强国的远大职业理想，牢记投身国家建设的使命担当、培育坚持不懈、勤劳朴实的工匠精神教学重难点教学重点：数控机床数控系统的组成，数控系统硬件结构、软件结构常见故障诊断与维修方法教学难点：数控系统硬件结构、软件结构常见故障诊断与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：→任务实施（35min）→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数控系统的功能与作用。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解本次课的内容，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】介绍数控机床数控系统的基础知识，并提出相关问题数控系统是数控机床的核心部件，其可靠性较高，但由于环境、电子元器件的老化及其他原因，数控系统不可避免地会出现故障。由于数控系统具有比较完善的自诊断功能，当数控系统出现故障时，一般会在CRT显示器上显示报警号及报警内容，或点亮主板上相应的指示灯。维修人员可根据报警号及报警内容或指示灯，运用数控系统的原理、故障诊断方法和相关仪器来排除故障。数控机床的数控系统有哪些组成部分？各有什么作用？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】讲解数控系统的组成、数控系统硬件、软件结构的常见故障与维修方法等相关内容一、数控系统的组成数控系统是数字控制系统（numericalcontrolsystem）的简称，随着科技的进步，如今的数控系统普遍采用计算机进行控制，所以数控系统又称计算机数控（computerizednumericalcontrol）系统，即人们常说的CNC系统。CNC系统由硬件结构和软件结构两部分组成。1．硬件结构硬件结构包括微机基本系统、操作面板、控制接口等。1）微机基本系统微机基本系统是数控系统的核心，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（I/O接口）等。其中，中央处理器由运算器和控制器组成，运算器主要对数据进行逻辑运算，控制器主要向各部件发出执行任务的指令，并接受执行部件的反馈信息；存储器用来存放各种数据；输入/输出接口用来连接中央处理器和操作面板。2）操作面板由于不同数控系统的动作不同，所配备的操作面板是不同的。日本FANUC公司的数控系统以其高质量、低成本、高性能，以及适用于各种机床和生产机械等特点，拥有着较大的市场占有率。同时，FANUC公司生产的数控系统有多种系列，其中FANUC0i数控系统的应用最为普遍，且FANUC0i数控系统的各操作面板也都大致相同。因此，本任务以FANUC0iMate-MD（或MF）数控系统的操作面板为例进行介绍。✈【多媒体】PPT图片展示FANUC0iMate-MD数控系统的操作面板，详情见教材，并讲解操作面板按键的功能【教师】结合PPT，介绍主要按键的功能作用【学生】观看、聆听、思考、记录FANUC0iMate-MD（或MF）数控系统的操作面板包括CRT显示器、MDI键盘、功能键、控制面板4部分。①CRT显示器用来显示数据、程序、加工信息等。②MDI键盘除了能用来编制加工程序和输入参数外，还能用来控制CRT显示器的显示画面，如按“”键可让CRT显示器显示位置画面、按“”键可让CRT显示器显示系统画面等。③功能键中间5个空白键的意义与CRT显示器最后一行显示的内容一一对应。如图5-22所示，按第一个空白键则表示按“绝对”键；“”键和“”键用来控制CRT显示器最后一行的显示内容。④控制面板用来控制数控系统的工作模式，并能对数控系统进行手动干预。例如，按“”键，数控系统处于自动运行模式；按“”键，数控系统处于程序编辑模式；按“”键，可手动操作使数控机床回确定的参考点；按“”键，可手动操作使轴做进给运动。此外，控制面板上还有急停开关、程序保护开关、进给轴倍率波段开关和主轴倍率波段开关。✈【提问】根据教材及所讲知识，教师随机指出某个按键，让学生回答该按键的功能作用【教师】指出某按键，并随机挑选一名学生回答【学生】思考、举手回答3）控制接口控制接口包括主轴控制接口和进给轴控制接口。主轴控制接口可以输出模拟量，从而使主轴进行无级变速；而进给轴控制接口可以实现进给轴的位置控制。2．软件结构软件结构包括输入数据处理程序、插补计算程序、管理程序、诊断程序4种程序。1）输入数据处理程序输入数据处理程序包括数据输入、数据编译和数据处理三项功能，即输入数据处理程序能接收输入的零件加工程序，对用标准代码表示的加工指令和数据进行编译和处理，并将其按规定的格式存放。2）插补计算程序插补计算程序的功能是进行插补计算，并根据插补计算结果，分别向各坐标轴发出位置指令（此位置指令能通过数控系统或伺服系统内的位置环、速度环和电流环来调节），进而使机械装置做相应的运动，完成加工任务。【资料卡】插补计算是指根据零件加工程序中提供的数据（如曲线的种类、起点、终点、既定转速等）进行中间输出点的插值密化计算。密化计算不仅要严格遵循给定轨迹要求，还要符合机械系统平稳运动加、减速的要求。3）管理程序管理程序的功能是对输入数据处理、插补计算等程序进行调度管理，以及对操作面板指令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。4）诊断程序诊断程序的功能是在程序运行的过程中及时发现并诊断数控系统的故障，包括指出故障的类型；检查数控系统各主要部件（CPU、输入/输出接口、操作面板等）的功能是否正常，以找出故障原因；指出发生故障的部位等。二、数控系统硬件结构的常见故障与维修方法数控系统硬件结构的常见故障有CRT显示器不显示、手动和自动操作均无效、手动操作无效、手摇脉冲发生器操作无效、自动操作无效等。✈【教师】开展分组讨论：将全班学生分为5组，结合教材，分组讨论数控系统硬件结构的常见故障类型及维修方法✈【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】讨论、总结汇报【教师】聆听、点评总结1．CRT显示器不显示故障现象：通电后CRT显示器不显示。故障原因：①显示系统有问题。②数控系统有问题。维修方法：①查看CPU的状态指示灯显示，若只有第一个灯亮，则说明显示系统有问题。这时可检查电源对CRT显示器的供电情况，如果供电不良，则更换电池；检查视频信号电线连接是否良好，若视频信号电线接线不良，则进行正确接线；检查输入/输出接口上的CRT显示器控制回路是否良好，若CRT显示器控制回路不良，则更换输入/输出接口；检查CRT显示器是否良好，若CRT显示器不良，则更换CRT显示器。②若CPU的状态指示灯显示其他状态，则说明数控系统有问题。这时可能是印制电路板不良，可更换印制电路板。2．手动和自动操作均无效1）位置坐标显示不变故障现象：数控机床手动和自动操作均无法执行，且位置坐标（相对、绝对、机械坐标）显示不变。故障原因：①控制面板上的状态键及接线故障。②数控系统处于急停状态。③复位信号接通。④轴互锁信号接通。⑤进给倍率为0。维修方法：①更换控制面板上的状态键，并正确接线。②通过动态梯形图查看急停的原因并维修。③将外部复位信号置0。④查看动态梯形图中的各轴互锁信号是否为0，若不为0，则检查并修改对应程序。⑤调整进给轴倍率波段开关或检修系统。2）位置坐标显示变化故障现象：数控机床手动和自动操作均无法执行，而位置坐标（相对、绝对、机械坐标）显示变化。故障原因：输入了数控机床锁住信号。维修方法：检查并修改相应程序。3．手动操作无效故障现象：手动操作无效而自动操作正常。故障原因：①控制面板上的状态键及接线故障。②进给轴方向选择信号没有输入。③进给速度参数设定不正确。维修方法：①更换控制面板上的状态键，并正确接线。②通过查看动态梯形图各轴的正、负方向选择信号，判定哪个轴的进给方向选择信号未输入，并修改相应程序。③修改进给速度参数设定值。4．手摇脉冲发生器操作无效故障现象：手摇脉冲发生器操作无效而自动操作正常。故障原因：①数控系统未在手摇脉冲发生器工作状态。②手摇脉冲发生器的轴选择开关及接线故障。③手摇脉冲发生器及接线故障。维修方法：①按控制面板上的“”键，使数控系统进入手摇脉冲发生器工作状态。②更换手摇脉冲发生器的轴选择开关并正确接线。③更换手摇脉冲发生器并正确接线。5．自动操作无效1）循环指示灯不亮故障现象：自动操作无效，而循环指示灯不亮。故障原因：①控制面板上的“”键及接线故障。②循环启动按钮及接线故障。③进给暂停按钮及接线故障。维修方法：①更换控制面板上的“”键并正确接线。②更换循环启动按钮并正确接线。③更换进给暂停按钮并正确接线。2）循环指示灯亮故障现象：自动操作无效，而循环指示灯亮。故障原因：①进给倍率为0。②循环启动按钮及接线故障。③等待主轴转速到达指令。维修方法：①维修进给轴倍率波段开关，并正确接线。②更换循环启动按钮并正确接线。③更换位置编码器或修改参数设定。三、数控系统软件结构的常见故障与维修方法数控系统软件结构的常见故障主要有多种报警共存、突然停电或长期闲置的数控机床停机、调试后的数控机床“该报警而不报警”等故障。1．数控系统软件结构的故障原因✈【情景模拟】PPT情景展示数控系统软件结构故障，结合故障现象讲授其故障原因造成数控系统软件结构的故障原因有操作失误、供电电池电压不足、信号干扰、程序复杂、程序错误等。1）操作失误操作人员在对数控机床进行调试时，因操作失误删除或更改了某些程序的内容，从而造成软件结构故障。2）供电电池电压不足由于软件结构是存储在存储器中的，因此当存储器得不到持续电压时会使数控系统丢失软件结构，造成软件结构故障。存储器得不到持续电压的情况有：为存储器供电的电池电压降到额定值以下，在数控机床停电状态下拔下为存储器供电的电池，为存储器供电的电池电路短路或断路等。3）信号干扰电源波动、干扰脉冲等信号有时会窜入数控系统总线，造成对软件结构的干扰，引起软件结构的时序错误等。4）程序复杂程序复杂有时会导致计算机进入死循环或数控系统运算中断，从而破坏了预先写入存储器的标准控制数据。5）程序错误操作人员编制的程序中出现了语法错误、非法数据等错误，造成软件结构的故障。2．数控系统软件结构的维修方法✈【讨论总结】根据数控系统软件结构的故障现象，师生共同讨论、总结出其对应的维修方法在数控系统软件结构故障发生后，可以采用以下方法维修。①更改参数或程序。②清除程序后再重新输入。③设置硬件复位按钮或硬件复位信号，使继电器、定时器、计数器等硬件强制复位。④关掉数控机床总电源开关，然后再重新开机，以排除故障。✈【经典案例】故障现象：CRT显示器显示混乱，重新输入数据，数控机床恢复正常，但停机、断电数小时后再启动，CRT显示器依旧显示混乱。故障原因：电池电压降到下限以下。维修方法：更换电池并重新输入数据。【学生】聆听、思考、理解、记录PPT图片展示，更为直观，学生容易接受、理解与掌握通过提问，检查学生对按键作用的掌握情况，同时加深学生对按键功能的印象，为实操打下基础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、掌握数控系统硬件结构的常见故障与维修方法情景模拟能够让学生真切感受到数控系统软件结构故障的场景，提高学生学习积极性师生讨论，不仅可以增加师生之间的感情，还能帮助学生更好地理解、掌握维修方法第二节课任务导入（5min）【教师】现场展示VMC850数控机床一台，配备FANUC0iMate-MD（或

MF）数控系统，并对其进行简单介绍由于本任务存在触电风险，需具有充分电气知识的人员进行操作。因此，本任务以指导教师操作演示为主，学生在安全距离外观摩学习即可，严格禁止学生实际操作。【学生】聆听、记录使用任务驱动法教学，让学生对相关设备有所了解任务实施（35min）【教师】介绍、示范操作维修“DS0307APC报警“故障的具体步骤，安排学生扫描微课二维码观看视频“维修‘DS0307APC报警’故障”(详见教材）一、实施方案1．组织形式每6～8位学生为一组，以组为单位学习FANUC0iMate-MD（或MF）数控系统出现“DS0307APC报警”故障时的维修实践。2．作业准备①VMC850数控机床一台，配备FANUC0iMate-MD（或

MF）数控系统。②VMC850数控机床电气柜专用钥匙一把。③PanasonicBR-2/3AGCT4A电池一套。二、操作步骤【示范】教师边讲实操步骤，边示范重点操作步骤1FANUC0iMate-MD（或MF）数控系统CRT显示器出现“DS0307APC报警”画面（详情见教材）。判断故障原因为电池故障，这时应更换电池，否则会有信息丢失的危险。【资料卡】在关闭电源后，存放在存储器中的零件程序、偏置数据、系统参数等信息都是由电池来保存的。如果电池电压过低，而又未能及时被更换，会造成存放在存储器中信息的丢失。步骤2购买原厂电池。本任务实施中的电池型号为PanasonicBR-2/3AGCT4A。步骤3在机床出厂材料中，找到电气柜专用钥匙（详情见教材），并打开电气柜防护门（详情