《数控机床故障诊断及维护》课程教学大纲.doc

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《数控机床故障诊断及维护》课程教学大纲

课程名称
数控机床故障诊断及维护
课程代码
31025204
适用专业
机电一体化
开设学期
6
总学时
48
学分
3
周学时数
6
先修课程
机械基础，数控机床编程
课程类型
考查
课程性质
选修
开课部门
机械工程学院
编写依据
2017版人才培养方案
编写人
王卉军
编写时间
2017年7月
推荐教材
罗晓明，《数控机床故障诊断及维护》，南京大学出版社，2011.03
教学参考资料
1. 王洪波，《数控机床电气维修技术》，电子工业出版社，2007
2. 刘希金，《机床数控系统故障检测及维修》，兵器工业出版社，1995

一、课程教学目的
数控机床故障诊断及维护课程是机电一体化专业（数控方向）的一门专业课。本课程以数控机床为研究对象，以数控系统的电气控制为重点，通过对本课的学习，使学生理解和掌握数控机床故障诊断的基本理论和基本方法。
本课程属于专业课，在学生整个培养过程的讲授与实验综合进行，机电一体化（数控方向）专业的学生必修。设置本课程的目的是为了拓宽学生的专业知识面，使学生学到与生产实际联系紧密的数控机床故障诊断方面的专业知识，提高学生的综合素质，使学生具备解决数控机床在使用过程中出现问题的初步能力，为学生毕业后从事专业技术工作打基础。

二、课程教学要求
学完本课程应达到以下基本要求：
1.了解数控机床的发展趋势数控系统开放性的具体数含义对从业人员的具体要求
2.进给伺服电机和主轴电机的选型的方法
3.掌握一种数控系统的参数调试
4.熟悉数控机床刀库冷却、润滑系统的控制方法
5.掌握数控机床的日常维护管理
6.掌握数控机床故障诊断的分类、故障的排除方法。
7.常见机械部分故障排除及维护（刀架、滚珠丝杠）

三、课程教学重点和难点
1.教学重点：电气故障的诊断与排除
2.教学难点：电气线路的设计，故障诊断。

四、课程教学时数分配
章 目
教学内容
教学时数
教学方式或手段
学时分配
理论
实验（实践）
一
数控机床故障诊断与维修概述
6
讲授
2
4
二
数控机床机械结构故障诊断及维修
8
讲授
4
4
三
数控系统结构
8
讲授
4
4
四
华中世纪星HNC-21数控系统
12
讲授
4
8
五
FANUC 0i---MC数控系统
2
讲授
2

六
普通数控机床电器原理设计
8
讲授
4
4
七
北京机电院加工中心电气原理图
2
讲授
2

八
数控机床验收
2
讲授
2

合计

—
24
24
（“教学方式或手段”栏主要填写讲授、多媒体教学、课内实验、课内实践、讨论等内容）

五、理论教学内容与学时分配
第一章 数控机床故障诊断与维修概述（2学时）
【教学目的】
通过本章的学习，了解数控机床的可靠性指标与评定及提高数控机床可靠性的途径，了解数控机床的故障类型和数控机床维修的基本要求；掌握数控机床维修的原则和故障诊断的方法；提高数控机床的维修技术水平。
【教学要求】
了解数控机床的发展历程，掌握机床的基本构成及各部分工作原理，熟悉数控机床的特点。
【重点难点】
数控系统的故障诊断方法，数控机床安装、调试。
【教学内容】
第一节 数控机床故障诊断的基本知识
1.数控机床的可靠性及可靠性指标 2.数控机床常见故障的分类 3.数控机床维修的基本要求 4.数控机床故障维修原则 5.数控系统故障诊断方法 6.提高维修数控机床技术水平方法
第二节 数控机床维护与安全操作
1.数控机床维护与保养内容 2.数控机床维护与保养的点检管理 3.数控装置的日常维护与保养 4.数控机床的安全操作规程

第二章 数控机床机械结构故障诊断及维修（4学时）
【教学目的】
通过本模块的学习后，掌握数控机床机械部分的结构与维修。数控机床是高精度和高生产率的自动化加工机床，机械部分部件包括主运动部件、进给运动执行部件，传动部件、床身、立柱等支撑件，通过学习后要对这些部件和功能有所了解和认识。
【教学要求】
了解数控机床主运动部件、进给运动执行部件，传动部件，熟悉部件结构特点。
【重点难点】
进给机械传动结构维修。
【教学内容】
第一节 主传动机械结构维修
1.数控车床主传动的主要结构 2.数控铣床主传动系统 3加工中心主传动机械结构的维护特点 4.机床主传动经常性维护 5.主传动故障诊断
第二节 进给机械传动结构维修
1.滚珠丝杠螺母副调整与维修 2.导轨副调整与维护
第三节 换刀装置维护与故障诊断
1.概况 2.刀库与机械手的维护要点 3. 刀库与机械手的故障诊断 4.换刀装置故障诊断实例
第四节 其他辅助装置故障
1.液压系统 2.气动系统 3.润滑、冷却系统 4.排屑装置

第三章 数控系统结构（4学时）
【教学目的】
通过学习，掌握CNC的组成部分，以及各个组成部分在系统中所处位置及作用。便于在维修时故障的诊断和定位。
【教学要求】
了解数控系统特点及硬件软件构成。
【重点难点】
数控系统的组成及硬件软件构成。
【教学内容】
第一节 机床数控系统的组成
1.数控机床系统的特点 2.数控系统的组成 3.输入输出装置 4.数控装置 5.伺服单元和驱动装置 6.可编程控制器 7.主轴驱动系统 8.测量装置
第二节 机床数控系统的硬件
1.单位处理器结构 2.多微处理器结构
第三节 机床数控系统的软件
1.数控系统的软件结构 2.多任务并行处理 3.CNC系统的中断控制方式 4.数控系统的软件结构

第四章 华中世纪星HNC-21数控系统（4学时）
【教学目的】
通过学习，能够根据说明书将华中世纪星HNC-21数控系统的硬件、机床面板、I/O模块及CNC的各主要控制模块，如电源模块、CPU模块、存储器模块、接口模块、位置控制接口模块、显示器控制模块等）安装在一体化的基本框架上，系统的伺服驱动、主轴驱动等安装在电器柜内。了解其功能及意义。
【教学要求】
了解华中世纪星HNC-21数控系统的硬件、机床面板、I/O模块及CNC的各主要控制模块及其功能意义。
【重点难点】
数控装置参数设置，PLC的调试应用。
【教学内容】
第一节 华中世纪星HNC-21数控装置及其接口认知
1. 华中世纪星HNC-21数控系统配置 2. 华中世纪星HNC-21数控装置的接口 3.输入输出装置 4.系统硬件连接的注意事项 5.连线完成后的检查
第二节 华中世纪星HNC-21进给驱动系统
1.数控机床对进给驱动系统的要求 2.进给驱动系统的分类 3.进给驱动装置的连接口 4.进给驱动装置的控制类型 5.故障排除举例
第三节 华中世纪星HNC-21进给主轴控制系统
1.数控机床主轴系统的要求 2.数控机床的主轴传动方式 3.与主轴控制相关的接口定义 4.主轴启停控制 5.主轴速度控制 6.主轴定向控制 7.主轴换挡控制 8.主轴编码器连接 9.主轴连接实例
第四节 华中世纪星HNC-21数控装置参数设置
1.华中数控系统参数说明 2.参数查看与设置操作 3.参数备份、装入参数与批量调试 4.输入、修改权限口令和其他操作
第五节 华中世纪星HNC-21数控系统中PLC的调试与应用
1.PLC源文件的编写与编译 2.PLC的调试 3.机床开关量地址的定义操作

第五章 FANUC 0i---MC数控系统（2学时）
【教学目的】
本模块对于FANUC 0i---MC数控系统与维修相关的功能进行了叙述，以任务驱动的方式，从硬件连接到软件参数设置操作进行深入浅出。通过学习，能够根据电气设计图纸将各部件安装到位，并安装调试。
【教学要求】
了解数控系统特点及硬件软件构成。
【重点难点】
FANUC数控系统PMC的应用，系统参数设置
【教学内容】
第一节 FANUC 0i---MC数控系统
1. FANUC系统产品发展过程和产品特点 2. FANUC 0i数控系统的连接 3.机床I/O单元连接 4.连接时注意事项
第二节 系统熔丝和电池的更换与组成模块LED状态显示信息的利用
1.熔丝更换的注意事项 2.更换电池 3.LED的状态显示
第三节 系统参数设置
1.系统参数的分类 2. FANUC 系统常用参数简介 3.参数设定的操作与参数设定
第四节FANUC数控系统PMC的应用
1.PMC的作用 2.PMC地址的使用和梯形图符号 3.PMC的处理过程 4. FANUC PMC的操作
第五节报警界面的应用和数据备份、恢复
1.PMC的性能及规格 2.PMC画面的操作 3.监控显示画面、伺服调整画面、主轴伺服画面、诊断功能画面的操作 4.报警信息的查看 5.数据备份和恢复的重要性 6.数据备份和恢复的操作
第六章 普通数控机床电器原理设计（4学时）
【教学目的】
了解一般普通机床电器原理设计方法，学会举一反三。
【教学要求】
了解数控机床的电气元件的选择及元器件的功能作用。
【重点难点】
电气原理图的基本绘制及规则。
【教学内容】
第一节 数控系统的选择
第二节 伺服及电机的选择
第三节 主轴及辅件的选择
第四节 电器原理图的绘制

第七章 北京机电院加工中心电气原理图（2学时）
【教学目的】
学习北京机电院的先进经验，熟悉一般电气原理图的设计方法。
【教学要求】
电器原理图的意义
【重点难点】
自行设计电气原理图。
【教学内容】
第一节 加工中心强电控制电路
第二节 弱点控制电路
第三节 互锁电路及机床开关量子输入输出

第八章 数控机床验收（2学时）
【教学目的】
通过本模块的学习，了解数控机床安装环境的要求，安装于调试过程、步骤。掌握数控机床在在安、调试过程中的注意事项。掌握数控机床验收需要检验的项目与验收方法。
【教学要求】
掌握数控机床验收需要检验的项目与验收方法。
【重点难点】
机床性能及NC功能试验、机床几何精度检查
【教学内容】
第一节 验收的基本概念
第二节 机床外观的检查
第三节 机床性能及NC功能试验
第四节 机床几何精度检查

六、实验（实践）教学内容及要求
【实验（实践）教学目的】
《数控机床故障诊断及维护》机电一体化（数控方向）专业的学生必修。设置本课程的目的是为了拓宽学生的专业知识面，使学生学到与生产实际联系紧密的数控机床故障诊断方面的专业知识，提高学生的综合素质，使学生具备解决数控机床在使用过程中出现问题的初步能力，同时使学生具有解决实际生产过程中机电设备的维修、运行管理、改造等实际问题的初步能力。
【实验（实践）教学要求】
1.了解试验台的组成部件极其各部件的功能。熟悉各个部件的接口及每个接口的功能。
2. 熟悉数控系统综合实验台各个组成部件的接口。
3. 能读懂电气原理图，通过电气原理图能独立的进行数控系统各部件之间的连接。
4. 熟悉并掌握数控系统参数的好意及设置方。
5. 熟悉交流伺服系统的构成及原理、以及伺服电机、驱动器、数控系统的互联
6. 熟悉感应电动机、变频器的控制原理以及控制系统的连接方。
7. 能够修改常用PLC输入输出点及PLC所提供的各项功。。
【实验（实践）项目与学时分配】
序号
实验项目名称
实验类型
学时
内容提要
1
数控综合试验台的部件认识
验证
4（必做）
数控综合实验台各部件的认识
2
电源类故障设置及处理实验、出入输出故障设置
验证
4（必做）
在系统运行正常，实验台各部件运行正常的情况下，进行一些常见的故障现象设置实验，记下设置故障后的故障现象，并得出相应的结论分析
3
X、Z轴的正负软极限设置实验
验证
4（必做）
分别设置轴的正负软极限位置
4
快移/加工加减速时间常数及捷度时间常数调节实验
验证
4（必做）
在系统轴参数里面含有快移加减速时间常数、加工加减速时间常数及捷度时间常数，这几个参数直接影响到机床运行时的状态。通过修改这几个参数的大小，观察各个轴的运动时的变化及每个轴移动的状态
5
交流伺服系统调整及其应用
验证
（选做）
数控系统控制伺服驱动器时，需要对系统参数进行必要的设置，才能够正常的控制伺服驱动器，按相关要求对伺服电机有关参数设置坐标轴参数
6
变频调速系统构成、调整及使用实验
验证
（选做）
变频器参数设置；变频初始化设置；变频器与三相异步电机的常见故障分析

7
标准PLC的修改与调试实验
验证
4（必做）
刀架信号输入点定义，及与刀架相关PMC参数设定
8
常见故障诊断，故障设置及实验排除考核
设计
4（必做）
随机设置故障点，排除故障。
注：实验类型指：验证、综合、设计。

七、课程考核方式与成绩评定
1.考核方式：考查，开卷。考核内容大部分为大纲中的教学重点和教学难点，同时为了提高学生创新思维，设定少量开放性试题。
2.成绩评定：百分制，总评成绩为期末大作业成绩（50%）+课内实验成绩（30%），选做实验做了酌情加分+平时成绩（20%）。平时成绩包括考勤、作业和课堂表现，其中考勤占30%，作业占30%，课堂表现40%。

系（教研室）主任：严育才
日 期：2017-7-15