数控系统维护与调试自学.docx

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数控系统维护与调试自学

一、课程的性质及设置目的

（一）课程的性质、地位和任务

数控系统维护与调试是自考“数控技术”专业（独立本科段）的一门专业基础课程。

本课程以数控机床为载体，从数控机床各个组成部分的工作原理和结构特点出发，详细分析数控机床故障诊断与维修的基本方法，通过典型案例的故障分析，引导学生理解故障诊断理论和维修的基本方法。

（二）基本要求和重点

1．了解、理解数控机床、数控系统调试维护的基本方法和操作规范；

2．理解、掌握典型数控系统参数设置；

3．理解伺服系统、主轴和进给的调整；

4．理解、掌握机床电气与可编程控制器的工作原理以及调整；

5．理解、掌握机床工程图纸，熟悉国家标准及有关的基本规定；

6．理解、掌握数控系统说明书、用户手册等的阅读。

本课程的重点是典型数控系统的原理、参数设置、PLC编程及接口，伺服及主轴的调整，数控机床常见故障的查找与维护方法等内容。

通过本课程的学习，使考生确立数控机床故障诊断与维护的基本思路与基本原则。

在了解常用数控机床的结构、数控系统、数控伺服系统、数控机床检测系统、机床电气与可编程控制器的工作原理基础上，通过对常见故障特点和发生原因的分析，掌握数控机床故障诊断所必需的理论知识，初步学会用数控机床中常用的检测技术与方法去分析故障现象和进行故障定位,提高数控机床的设备管理维护、诊断和排除故障的能力。

（三）有关课程的联系

考生在学习本课程时应具备机《机床数控原理及技术》、《数控机床》、《工厂电气控制与PLC技术》等基础知识。

二、课程内容与考核要求

第一章数控机床故障诊断与维护的基本概念

（一）学习目的与要求

本章的要求是：

理解数控机床的组成与特点、数控机床故障诊断与维护的意义、数

控机床故障诊断的内容、故障分类和特点。

理解、掌握机床故障诊断的常用方法；数控机床的安装、调试、验收。

通过本章学习，要求考生了解数控机床故障诊断的基本概念。

（二）课程主要内容

第一节数控机床故障诊断与维护的意义

数控机床维护的意义、数控机床故障诊断与维护的基本要求

第二节数控机床基本结构、故障的类型与特点

数控装置的自诊断功能、数控机床基本结构、故障的类型与特点

第三节数控机床故障诊断与维护的基本方法

数控机床的基本使用条件、数控机床调试的基本方法、基本手段、数控机床故障的一般分析方法

第四节数控机床的安装调试、验收和维护

数控机床的安装调试、验收；数控机床的日常保养和维护

（三）考核的知识点

1．数控机床故障诊断的意义；

2．数控机床基本结构、数控机床故障的类型和特点；

3．数控机床的安装、调试、验收方法、数控机床的日常保养和维护。

（四）考核要求

1．数控机床故障诊断与维护的意义，要求达到“识记”和“领会”层次；

2．数控机床基本结构、故障的类型与特点，要求达到“简单应用”层次；

3．数控机床故障诊断与维护的基本方法，要求达到“简单应用”层次；

4．数控机床的安装调试、验收和维护，要求达到“简单应用”层次。

第二章数控系统的维护和故障诊断

（一）学习目的与要求

本章的要求是：

理解典型数控系统的结构、工作原理和作用，了解、掌握数控系统的自诊断功能。

通过本章学习，要求考生全面理解数控系统的基本组成、功能和特点，从而用好数控系统、维护管理好数控系统；了解典型数控系统的自诊断功能，为数控机床故障诊断提供技术支持。

（二）课程主要内容

第一节数控系统的结构、工作原理

系统的基本组成、存储器结构、数据的内部备份、数据的外部备份

第二节常用数控系统简介

FANUC系统、SIEMENS系统、参数、报警、故障分析、处理和恢复

第三节数控系统的基本参数的调试

驱动器的参数配置、PLC应用程序的调试、机械传动系数配比参数、速度参数的设定参考点相关参数误差补偿

第五节数控系统的日常维护

调试前的准备、数控系统的初次通电、数控系统的保护级别、日常维护

（三）考核的知识点

1．数控系统的结构、工作原理；

2．FANUC或SIEMENS系统的参数、报警、故障分析、处理和恢复；

3．数控系统的维护及保养方法。

（四）考核要求

1．数控系统的结构、工作原理，要求达到“识记”和“领会”层次；

2．常用数控系统简介，要求达到“简单应用”层次；

3．数控系统的基本参数的调试，要求达到“简单应用”层次。

第三章伺服系统的故障分析与维护

（一）学习目的与要求

本章的要求是：

了解伺服系统的结构、工作原理和作用；理解步进驱动系统、直流驱动系统和交流驱动系统；理解开环控制系统和闭环控制系统；理解数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统；理解、掌握数控机床常用位置检测元件的功能和工作原理。

通过本章学习，要求考生了解数控机床的伺服系统结构、工作原理及伺服系统的自诊断功能。

（二）课程主要内容

第一节伺服系统概述

步进驱动系统和步进电动机的矩频特性、直流伺服系统和交流伺服系统、开环驱动系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统、驱动器定位参数和坐标控制使能参数

第二节主轴伺服系统的故障分析与维护

主轴伺服系统常见故障分析与排除、通用变频器

第三节进给伺服系统的故障分析与维护

FANUC或SIEMENS进给伺服系统、进给伺服系统调试、常见故障诊断与维护实例

第四节位置检测系统的故障分析与维护

常用位置检测元件、故障分析

（三）考核的知识点

1．伺服系统基本结构、工作原理和故障分析；

2．开环控制系统和闭环控制系统的基本组成；

3．数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统；

4．常用位置检测元件的结构和工作原理。

（四）考核要求

1.伺服系统概述，要求达到“识记”和“领会”层次。

2.主轴伺服系统的故障分析与维护，要求达到“简单应用”层次。

3.进给伺服系统的故障分析与维护，要求达到“简单应用”层次。

4.位置检测系统的故障分析与维护，要求达到和“简单应用”层次。

第四章数控机床机械结构的故障诊断与维护

（一）学习目的与要求

本章的要求是：

了解数控机床的机械结构及调整；了解、理解主轴部件、滚珠丝杠

螺母副、导轨副；了解、理解自动换刀装置、液气压传动系统等机械故障诊断技术。

通过本章学习，要求考生了解数控机床中的各种传动件的工作原理，初步了解机械故障诊断的一般技术。

（二）课程主要内容

第一节数控机床机械结构概述

数控机床机械结构的基本组成、数控机床机械结构的主要特点

第二节数控机床机械故障诊断方法

机械故障及其分类、机械故障诊断的基本环节、数控机床机械故障诊断方法

第三节主传动系统与主轴部件故障的诊断与维护

主轴部件、主传动系统的特点、一般调试方法

第四节进给传动机构故障的诊断及维护

同步齿轮带和连轴节、滚珠丝杠螺母副的特点及维护

第五节导轨副故障的诊断与维护

塑料滑动导轨、滚动导轨的特点及维护

第六节液压、气动系统故障诊断及维护

液压系统和气动系统的基本工作原理、故障分析和调试

第七节刀库及自动换刀装置故障分析与排除

刀库结构、自动换刀装置故障分析与调试

（三）考核的知识点

1.数控机床的机械结构；

2.主轴部件、主轴调试的一般方法；

3.滚珠丝杠螺母副、导轨副的调试方法；

4.自动换刀装置、液气压传动系统等机械故障诊断技术。

（四）考核要求

1.数控机床机械结构概述，要求达到“识记”和“领会”层次；

2.数控机床机械故障诊断方法，要求达到“领会”和“简单应用”层次；

3.主传动系统与主轴部件故障的诊断与维护，要求达到“简单应用”层次；

4.进给传动机构故障的诊断及维护，要求达到“简单应用”层次；

5.导轨副故障的诊断与维护，要求达到“简单应用”层次；

6．液压、气动系统故障诊断及维护，要求达到“简单应用”层次；

7．刀库及自动换刀装置故障分析与排除，要求达到“简单应用”层次。

第五章机床电气与可编程控制器的故障分析与维护

（一）学习目的与要求

本章的要求是：

了解、理解机床电气与机床可编程控制器的工作原理，理解、掌握

机床可编程控制器在数控机床中的重要作用。

通过本章学习，要求考生能够应用机床可编程控制器的诊断功能分析机床、伺服系统、机床电气、检测系统等环节引起的故障。

（二）课程主要内容

第一节机床可编程控制器简介

机床可编程控制器简介、可编程控制的输入、输出元件

第二节数控机床可编程控制器的故障诊断

数控机床可编程控制器故障的表现形式、数控机床可编程控制器故障诊断的方法

第三节机床电气维护及故障诊断

电源配置与故障诊断、外围电路与故障诊断、通过电气原理图诊断机床电气故障、不可重复性的故障诊断、不可恢复性的故障诊断、数控机床的抗干扰技术

（三）考核的知识点

1．机床可编程控制的输入、输出元件；

2．机床可编程控制的结构与工作原理、梯形图地址、梯形图功能指令；

3．数控机床可编程控制器故障的表现形式和故障诊断的方法；

4．数控机床的电气原理图；

5．机床电气维护及故障诊断、数控机床的抗干扰措施。

（四）考核要求

1．机床可编程控制器简介，要求达到“识记”和“领会”层次。

2．数控机床可编程控制器的故障诊断，要求达到“简单应用”层次。

3．机床电气维护及故障诊断，要求达到“简单应用”层次。

第六章数控机床故障分析、维护与调试实例

（一）学习目的与要求

本章的要求是：

了解数控机床故障诊断、维护与调试的案例分析，综合所学的知识分析数控机床不同故障的表现、引起故障的内在因素，寻求排除故障的方法。

理解、掌握机床资料，设计故障判别流程图，结合故障现象，进行故障定位。

通过本章学习，考生通过综合案例分析，基本掌握数控机床故障诊断与维护的技术。

（二）课程主要内容

第一节数控车床、数控铣床故障分析实例

机床坐标轴运动部件配合故障、伺服电动机与丝杠的联轴器松动分析、主轴轴承故障、液压和气动系统故障分析、参考点碰块安装位置与零脉冲位置重合故障分析

第二节加工中心故障分析实例

机床坐标轴运动部件配合故障、伺服系统故障分析、主轴故障分析、刀库不能动作故障分析

（三）考核的知识点

1．数控车床故障诊断、分析与排除；

2．数控铣床故障诊断、分析与排除；

3．加工中心故障诊断、分析与排除。

（四）考核要求

1．数控车床、数控铣床故障分析实例，要求达到“综合应用”层次。

2．加工中心故障分析实例，要求达到“综合应用”层次。

三、课程实验

（一）实验的目的和要求

1．通过实验加深理解和验证学过的基本理论和知识。

2．考生受到必要的基本技能训练。

3．培养考生理论联系实际，独立解决工程技术问题的能力。

4．实验通过后，必须写出实验报告。

实验报告经指导教师检查并签字后，方能取得本课程的学分。

（二）实验环节

实验一数控系统参数、报警、故障分析实验

实验二伺服电动机驱动故障分析实验

实验三主轴控制系统故障分析实验

实验四数控系统PLC参数设置、故障分析实验

实验五数控机床机械故障分析实验

四、关于大纲的说明与考核实施要求

（一）自学考试大纲的目的和作用

本课程自学考试大纲是根据专业考试计划的要求，结合自学考试的特点而制定的。

其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和约定。

课程自学考试大纲明确了课程自学内容，以及该课程内容的深度和广度，规定出课程自学考试的范围和标准，是编写自学考试教材的依据，也是进行自学考试命题的依据。

（二）关于自学教材

《数控系统维护与调试》教材由各省市考办或开考单位根据各自的实际情况确定。

（三）关于自学要求

自学要求中指明了本课程的基本内容，以及对基本内容要求掌握的程度。

属于自学要求中的知识点构成了本课程内容的主体部分。

因此，自学要求中的内容是自学考试中考核的主要内容。

自学要求中对内容掌握程度的要求是依据专业考试计划和专业培养目标确定的。

因此在自学考试中将按照自学要求中提出的掌握程度对基本内容进行考核。

在自学要求中，对其各部分内容掌握程度的要求由低到高分为三个层次，其表达用词依次是：

“了解”、“理解”、“掌握”；对实践所需掌握的操作技能用“会”表示。

为了有效地指导个人自学和社会助学，在本课程自学考试大纲中指明了课程的基本要求和重点内容。

本课程共6学分，其中理论为4分、实践为2分。

（四）关于考核知识点及考核要求

本课程中各章的内容均由若干知识点所组成。

在自学考试命题中知识点就是考核点。

因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的形式给出。

因各知识点在课程中的地位、作用及知识自身的特点不同，自学考试中将对各知识点分别按四个认知层次确定其考核要求。

这四个认知层次由低到高依次是：

识记；领会；简单应用；综合应用。

它们之间是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。

它们的含义分别为：

“识记”——能对考试大纲中的基本概念、操作步骤和方法等有清晰准确的认识，并能做出准确的选择和判断。

“领会”——要求对考试大纲中的原理和方法等有一定的理解，清楚它们与有关知识点的联系与区别，并能给出准确的表述和解释。

“简单应用”——会用考试大纲中少数几个知识点解决计算机辅助设计和制造的一般应用性问题。

“综合应用”——在对考试大纲中的原理和方法理解的基础上，会用多个知识点通过综合应用以解决计算机辅助设计和制造的较复杂应用性问题。

（五）学习方法指导

数控系统维护与调试是一门既有理论又有实践且实践性很强的课程，因而在自学时需要有良好的学习方法，以便取得良好的学习效果。

为此，请考生注意以下事项：

1.在学习每一章之前，先认真了解本自学考试大纲对该章各知识点的考核要求，做到学习时心中有数。

2.务必重视对课程中基本概念、基本方法的学习，要下足够的工夫，反复思考，要通过实例加深领会。

3.考生必须十分注重实验，通过才能领会本课程中基本概念和基本方法。

（六）对社会助学的要求

1.要熟知大纲对本课程总的要求和各章的知识点，准确理解对各知识点要求达到的认知层次和考核要求，并在辅导过程中帮助考生掌握这些要求，不要随意增删内容和提高或降低要求。

2.要结合典型实例，讲清楚各章节的基本概念、基本方法，讲清楚各相关知识点的联系；要把重点和难点讲透；要引导考生注意理论联系实际，帮助考生真正达到考核的要求，培养考生的良好学风，提高考生的自学能力。

3.要使考生认识到辅导课只能起到“领进门”的作用，听懂不等于真懂，关键还在于自己练，应要求考生课后抓紧复习，认真进行实践训练，做到真正掌握。

4.助学单位在安排本课程的辅导时，授课时间建议不少于64学时，并安排不少于32学时的实践时间。

（七）关于考试的有关说明、试卷结构及分数分布

1.考试方式为笔试加实验。

笔试为闭卷考试，满分为100分，考试时间为150分

钟；实验分数为各次实验平均分，满分为100分。

笔试、实验的及格线均为60分。

2.“识记”、“领会”、“简单应用”和“综合应用”四个认知层次的试题在笔试试

卷中所占的分数依次约为：

15、35、35和15。

3.笔试试题的难度可分为：

“易”、“中等偏易”、“中等偏难”和“难”。

它们在试

卷中所占的分数依次约为：

20、40、30和10。

4.笔试试题的类型有：

“填空题”、“单项选择题”、“问答题”、“分析题”、“计算”和“综合题”。

5.笔试中各部分内容试题分数的分布约为：

第一章数控机床故障诊断与维护的基本概念15分左右

第二章数控系统的维护和故障诊断18分左右

第三章伺服系统的故障分析与维护18分左右

第四章数控机床机械结构的故障诊断与维护16分左右

第五章机床电气与可编程控制器的故障分析与维护18分左右

第六章数控机床故障分析、维护与调试实例16分左右

6.笔试时只允许带钢笔、铅笔、橡皮等文具用品，不允许带有关参考资料和笔记等。

（八）题型举例

一、填空题

1．伺服参数中精停、粗停允差及夹紧允差的大小关系是。

2．伺服驱动的零漂是指。

二．单项选择题

1．在调试数控机床时，机床出现与进给速度关联的振动，则应调节（）。

A、速度环增益B、位置环增益C、加减速时间D、齿根间隙

三、问答题

SINUMERIK802D系统具有24VDC的NC启动和监控功能，24VDC用于ECU、DI/O板。

在加工过程中，CRT上显示64号报警（+24V直流电源报警），随即系统死机。

请问如何排除？

四、分析题

SINUMERIK802D系统控制的数控车床，X、Z轴正向硬限位DI/O地址分别是I0.0，

I0.1；当X、Z轴正向限位超程时，机床：

（1）急停；

（2）产生需删除键消除的用户报警，报警号700000；

（3）设X为第一轴，Z为第二轴，X、Z轴正向硬限位共用报警号。

1．请写出700000用户报警文本的内容；

2．给出与之相关的参数并加以设置；

3．画出梯形图。

五、计算题

下表是部分丝杠螺距误差测量数据及补偿数据、参数。

实际测得的定位误差

补偿参数及数据

位置/mm

误差/µm

名称

参数号

数据

20

5.6

参考点位置

MD3160

①

40

7.2

补偿点距离

MD3240

②

60

11.1

补偿值

MD3280

5

80

8.6

设定数据

③MD

④

100

6.3

⑤MD

⑥

120

12.1

……

……

140

17.1

160

20.4

……

……

参考点为121个补偿点（参考点不需要补偿），位置20mm代表参考点后20mm，为122个补偿点；在补偿数据中，由8位二进制表示，每两位为一个补偿点，1、3、5和7位以“1”或“0”表示是非要补偿；0、2、4和6位用“1”表示正补偿或“0”表示负补偿。

如MD6040=00001000，表示第162点负补偿，161、163及164点均不补偿。

MD6000～MD6249表示补偿数据，共1000点；④、⑥表示补偿数据，用二进制表示。

1．请给出①、②、③、④、⑤、⑥的内容，要求简单写出计算过程；

2．理论计算以上8个位置补偿以后的定位误差分别是多少？

六、综合题

下图为某数控机床在X方向上的限位开关和参考点开关的布置，以及数控系统回

参考点的方式及参数。

工作台

工作台

1．回参考点操作过程中会出现哪些故障？

采取的措施是什么？

2．简述该机床数控系统的回参考点过程；请说明机床参数MD280*、MD284*和

MD244*的含义；并简单说明MD244*是如何确定的。

3．X轴回参考点时，X轴运动但找不到参考点，而一直运动至碰到限位开关，CRT显示报警“XAXISAT+MAXTRAVEL”。

根据故障现象，判断故障原因。

五、说明

本自考大纲选用了FANUC和SIEMENS数控系统，各省市考办或开考单位根据各自的实际情况任选一种实施。

建议参阅：

FANUC0i-MateMC系统硬件连接手册、FANUC0i-MateMC系统功能手册、FANUC0i-MateMC系统操作手册、FANUC0i-MateTC系统参数手册、FANUC0i-MateTC系统维修手册、SIEMENS802D操作与编程手册、SIEMENS802D诊断手册、SIEMENS802D功能描述手册和SIEMENS802D安装调试手册。

后记

2006年12月全国高等教育自学考试指导委员会机械及轻纺化工类专业委员会全体扩大会议讨论通过了数控技术专业（独立本科）考试计划。

会后根据教育部《关于制定、修订高等教育自学考试专业考试计划、编制课程自学考试大纲和加强教材等自学媒体建设有关问题的通知》精神及数控技术专业考试计划的要求，组织编写了本专业课程自学考试大纲。

数控系统维护与调试自学考试大纲提出初稿之后，兹在南京地区召开了审稿会，并根据审稿意见作了务实修改。

嗣后，由专业委员会进行通审、定稿。

本大纲适合数控技术专业使用。

本大纲由南京工程学院夏庆观教授和浙江机电职业技术学院沈军达教授负责编写，南京工程学院屈华昌教授担任主审并主持了审稿会，浙江机电职业技术学院管平教授和南京工程学院周明虎副教授参加了审稿。

谨对参加本大纲编写和审稿的同志表示感谢。

全国高等教育自学考试指导委员会

机械及轻纺化工类专业委员会

2007.01