《数控机床故障诊断与维修》课程整体设计方案.docx

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《数控机床故障诊断与维修》课程整体设计方案

《数控机床故障诊断与维修》课程整体设计方案

一、基本信息

课程名称：

数控机床故障诊断与维修学时：

98学时

授课对象：

高职数控技术专业学分：

6

前导课程：

数控机床机械装调、数控机床电气控制、数控系统安装与调试、数控机床安装调试与验收。

课程性质：

专业核心课

后续课程：

顶岗实习

二、课程定位

1、高职数控技术专业人才培养定位

通过对航宇公司、襄阳轴承有限责任公司、神龙公司襄樊工厂、华中数控股份有限公司、新火炬有限公司、江山华科数字设备有限责任公司等企业深入调研，明确了数控技术专业人才培养目标。

数控技术专业主要以襄樊地区汽车零部件加工企业、军工企业以及数控设备制造企业数控机床装配调试及机床维修岗位职业任职要求为目标，培养学生掌握机械装调岗位、电气装调岗位及维修岗位基本知识、机床操作使用及维修技能、促使学生形成操作安全规范熟练、具有成本、质量、安全、协作意识的职业素养。

在校期间通过数控机床装调维修工、维修电工、钳工中级认证资格考试，毕业后能够在生产第一线能从事数控机床装调、数控机床维修等工作。

通过对工作岗位及岗位群典型工作任务分析，将行动领域归纳转换为学习领域，构建基于工作过程系统化的数控技术专业课程体系，如图：

2、课程作用

《数控机床故障诊断与维修》是数控技术专业最后一门专业核心课程，重在培养学生从机理上进行故障分析诊断能力，促使学生养成思考周密、操作安全规范职业素养。

是基于工作过程将知识向行动转化，将“数控机床编程操作”、“机床机械拆装”、“数控系统连接与调试”等前导课程的专项技能向综合能力转化重要课程，其内容涵盖了数控机床数控系统、进给伺服系统、主轴驱动系统故障诊断维修技能，机械部件、机床精度检测调整的方法与技能，是“数控机床装调维修工”职业资格考试的重要内容，对今后从事数控机床维护维修的学生的职业能力培养、职业素质养成起主要的支撑作用，是学生快速适应岗位能力重要课程。

三、课程设计

（一）课程目标设计

1、能力目标

通过本课程的学习，学生能够将机械技术、电气技术、计算机技术等方面知识应用到数控机床故障与维修之中，具备从事数控机床安装调试维修岗位工作基本能力。

（1）能够根据数控机床的维修与维护规范编制维修与维护计划；

（2）能够分析数控机床电气原理图，利用测量仪器查找电气故障点；

（3）能够读懂数控PLC程序，分析PLC输入输出开关逻辑状态，查找故障点；

（4）能够识别数控系统各功能模块的接口和读懂接口信号线定义；

（5）能够读懂数控系统参数并进行设置；

（6）能够对主轴驱动及进给伺服驱动主要参数进行正确设置与调试；

（7）能够正确理解进给、主轴、刀架等部件的构成并进行拆装调整；

（8）能够根据验收标准，利用步矩规或激光仪对数控机床的定位精度进行检测计算及补偿。

（9）具备较强的独立学习与实践动手的能力。

2、知识目标

（1）掌握数控机床组成、电气及电气控制方面知识；

（2）掌握数控系统知识；

（3）掌握伺服、变频基础知识及参数设置；

（4）掌握精度计算知识

（5）掌握数控机床系统功能及操作知识；

（6）掌握常用机械及液压方面知识；

（7）6S现场管理知识。

3、态度目标

（1）具备数控机床维修典型故障从机理上分析判断能力，并具备举一反三、触类旁通解决相关问题的能力。

具有继续学习和可持续发展能力；

（2）培养学生养成善于学习、勤于思考、胆大心细、6S管理的良好工作习惯；

（3）培养学生具备质量、效率、成本、安全和环保意识，勤奋敬业、团结协作、强烈责任心及职业道德的职业态度。

4、终极目标

具备数控车床安装、调试及维修知识、能力和素质，毕业时参加数控机床装调维修工等职业资格考试并获取职业资格证书，能够胜任数控机床安装调试维修工岗位工作。

（二）课程内容设计

以学生为中心，以故障现象为载体收集和设计了7个学习情境，16个学习任务。

如表：

基于数控机床故障诊断与维修工作过程任务引领课程内容

学习情境

学习任务

学时

1、机床不能启动故障诊断与维修

任务1机床供电回路检修

6

任务2NC电源检修

4

2、急停报警不能复位故障诊断与维修

任务3急停回路检修

4

任务4急停PMC模块检查

4

3、回零超程故障诊断与维修

任务5回零电路检修

6

任务6系统回零参数检查

4

4、刀架选刀不到位诊断与维修

任务7刀架电路检修

6

任务8刀架PMC模块检查

4

任务9刀架机械调整

10

5、主轴振动故障诊断与维修

任务10主轴系统电路检修

6

任务11主轴系统参数检查

4

任务12主轴机械调整

10

6、系统跟踪误差过大故障诊断维修

任务13进给系统电路检修

6

任务14进给系统参数检查

4

任务15进给传动机械调整

10

7、Z轴反向间隙过大调整

任务16Z轴精度检测与补偿

10

（三）教学模式和方法设计

1、《数控机床故障诊断与维修》课程是以行动导向的任务驱动教学模式为主，围绕机床维修岗位职业能力，以维修工作过程为依据，以校企合作企业为依托，以实际维修典型任务为驱动，将知识、技能和态度有机融合，充分体现“做、教、学、评”相结合的教学模式。

2、工学交融实践教学

以工为主线安排课程的实训教学，我院数控技术实训中心及我院校办工厂东方通力机电科技有限责任公司数控设备达49台套，主要以数控车、数控铣、加工中心为主，主要供学生实训及公司生产经营，实训中心及公司数控设备维护维修主要由数控机床故障诊断与维修课程组与学生共同承担。

其日常维护由学生在老师指导下完成，维护保养规划也由老师与学生共同制定。

课程教学与真实机床维修结合起来，一是课程任务许多就来自于我院校办工厂，二是校办工厂的设备维修采用责任到人的负责制，每位课程老师均有对应的维护机床，由老师组织学生对机床进行常规检点保养及维修。

学生在真实工作任务中学习与体验，“工”与“学”融为一体。

3、在教学过程中以学生为中心，结合学生特点，有针对性地采用引导文、任务驱动、分组讨论、案例教学、角色扮演等教学方法，有效地调动学生的学习积极性和主动性。

（1）引导文教学法。

以典型故障现象为载体，通过故障现象呈现维修情景，引导出问题，学生在引导问题的指引下主动、独立地学习，收集信息，列出尽可能多的故障原因，制订出可行的诊断维修方案，并对方案进行论证、实施，对实施过程进行检查及评估。

整个教学活动以学生为中心，围绕学习过程的学习情境，呈现一种现场实践的真实存在状态，营造职业环境以产生职业氛围。

教学过程如下：

（2）任务驱动教学法。

基于工作过程以“面线点”诊断分析方法“面分析”设置了16个具体任务，每一任务采用“线分析、点检测”，追本溯源方法，从机制原理上分析故障原因。

以完成每一任务为目标，让学生根据维修工作过程所需技能的操作方法和6S管理规范要求进行学习和训练，在具体操作过程中产生对诊断维修技能的需求，针对其需求引入相关理论知识，用工作任务驱动学生积极主动地进行学习和训练，有效地调动学生对操作技能和理论知识学习的积极性，实现实践理论一体化。

（3）以赛促学法。

每年围绕全国职业院校技能大赛开展与课程相关的技能竞赛，如：

数控机床装调维修竞赛、机械创新设计竞赛、数控加工竞赛等，校内技能竞赛优胜者有资格参加更高级别比赛。

技能竞赛活要求学生必须参加，根据竞赛结果设置团体和个人优秀奖，并与学生年度评优及奖学金、助学金评定相联系，极大地激发和提高了学生学习的积极性，起到通过竞赛促进学习的目的。

（四）能力（技能）训练项目设计

编号

技能训练

拟实现的技能目标

训练方式手段及步骤

结果（可展示）

项目名称

1

机床供电回路检修

1．能够读懂数控机床电气原理图及供电与辅助强电控制原理

2.能根据数控机床的维修与维护规范编制维修与维护计划

3．能够利用测量工具检查供电、辅助强电控制回路状态参数

4．能够判别并排除供电、辅助强电控制回路中的故障

1.呈现供电回路故障现象

2.要求通过资料图纸查阅，制订维修方案

3.按方案参照电图对供电回路进行逐一检测

1.展示维修方案

2.展示维修记录

2

NC电源检修

1．能够读懂电源24供电原理图及NC电源启动原理图

2.能根据数控机床的维修与维护规范编制维修与维护计划

3．能够利用测量工具检查相关元器件性能

4．能够判别并排除NC电源回路中的故障

1.呈现NC电源回路故障现象

2.要求通过资料图纸查阅，制订维修方案

3.按方案参照电图对NC电源回路进行逐一检测

1.展示维修方案

2.展示维修记录

3

急停回路检修

1．能够读懂急停报警回路运转原理

2.能根据数控机床的维修与维护规范编制维修与维护计划

3.能够判断与修复超程报警故障

1.呈现急停回路故障现象

2.要求通过资料图纸查阅，制订维修方案

3.按方案参照电图对供电回路进行逐一检测

1.展示维修方案

2.展示维修记录

4

急停PMC模块检查

1．能够读懂数控PLC指令和PLC程序

2．能够通过数控屏幕查找PLC输入输出执行状态

3．能够分析PLC输入输出开关逻辑状态，查找故障点

4．能够读懂超程数控系统参数并进行设置

5．能够判断与修复超程报警故障

1.呈现急停回路故障现象

2.要求通过资料图纸查阅，制订维修方案

3.按方案对相关参数逐一检查

1.展示维修方案

2.展示维修记录

5

回零电路检修

1．能够读懂回零电路图及回零控制方式

2．能够判断与修复回零报警电气故障

1.呈现回零回路故障现象

2.要求通过资料图纸查阅，制订维修方案

3.按方案参照电图对供电回路进行逐一检测

1.展示维修方案

2.展示维修记录

6

系统回零参数检查

1．能够读懂数控PLC指令和PLC程序

2．能够通过数控屏幕查找PLC输入输出执行状态

3．能够分析PLC输入输出开关逻辑状态，查找故障点

4．能够读懂回零最基本数控系统参数

1.呈现回零回路故障现象

2.要求通过资料图纸查阅，制订维修方案

3.按方案对相关参数逐一检查

1.展示维修方案

2.展示维修记录

7

刀架电路检修

1．能够读懂数控机床刀架供电及控制原理图

2.能根据数控机床的维修与维护规范编制维修与维护计划

3.能够判断与修复刀架电气方面基本故障

1.呈现刀架故障现象

2.要求通过资料图纸查阅，制订维修方案

3.按方案参照电图对刀架回路进行逐一检测

1.展示维修方案

2.展示维修记录

8

刀架PMC模块检查

1．能够读懂数控PLC指令和PLC程序

2．能够通过数控屏幕查找PLC输入输出执行状态

3．能够分析PLC输入输出开关逻辑状态，查找故障点

1.呈现刀架故障现象

2.要求通过资料图纸查阅，制订维修方案

3.按方案对相关参数逐一检查

1.展示维修方案

2.展示维修记录

9

刀架机械调整

1．能够对典型刀架进行机械拆装调整

1.先演示

2.再仿真

3.按图拆装四工位刀架

1.展示装拆结果

2.展示检验记录

10

主轴系统电路检修

1．能够读懂数控主轴驱动电路图

2．能够根据数控机床的维修与维护规范编制维修与维护计划

3.能够识别数控系统各功能模块的接口和读懂接口信号线定义

4．能够对主轴检测装置进行维护

1.呈现主轴故障现象

2.要求通过资料图纸查阅分析，制订维修方案

3.按方案参照电图对主轴回路进行逐一检测

1.展示维修方案

2.展示维修记录

11

主轴系统参数检查

1．能够根据数控机床运行要求对数控系统的主要控制参数和主轴驱动主要参数进行正确设置并能够修改与调试

1.呈现主轴故障现象

2.要求通过数控手册及驱动手册对系统及驱动参数逐一检查

1.展示维修方案

2.展示维修记录

12

主轴机械调整

1．能够正确理解主轴部件的构成并进行装拆

2．能够理解主轴的旋转精度并进行测量

1.先演示

2.再仿真

3.按图拆装四工位刀架

1.展示装拆结果

2.展示检验记录

13

进给系统电路检修

1．能够读懂数控进给伺服驱动电路图

2．能够根据数控机床的维修与维护规范编制维修与维护计划

3．能够识别数控系统各功能模块的接口和读懂接口信号线定义

1.呈现进给系统故障现象

2.要求通过资料图纸查阅分析，制订维修方案

3.按方案参照电图对进给回路进行逐一检测

1.展示维修方案

2.展示维修记录

14

进给系统参数检查

1．能够根据数控机床运行要求对数控系统的主要控制参数和进给伺服驱动主要参数进行正确设置并能够修改与调试

1.呈现进给系统故障现象

2.要求通过数控手册及驱动手册对系统及驱动参数逐一检查

1.展示维修方案

2.展示维修记录

15

进给传动机械调整

1．能够正确理解进给部件的构成并进行装拆

2．能够理解进给安装精度并测量

1.先演示

2.再仿真

3.按图拆装四工位刀架

1.展示装拆结果

2.展示检验记录

16

Z轴精度检测与补偿

1、能够根据验收标准，利用步矩规对数控机床的各项定位精度进行准确地测量

2．能够分析数控机床几何精度误差和定位精度误差产生的原因

1.先演示

2.再仿真

3.计算练习

4.用步矩规检测Z轴精度并进行补偿

1.展示维修方案

2.展示维修记录

3.展示计算结果

（五）进度表设计

项目名称

学时

教学目标

主要教学内容

CKA6150数控车床的日常维护

4

1、按手册要求正确进行日常检查

2、按要求进行导轨、尾架清洁保养

3、掌握导轨及主轴齿轮油箱润滑观察及调整方法

1、技术资料查阅

2、材料准备

3、检查

4、导轨的清洁及上油

5、尾架的清洁及上油

6、导轨油箱油泵的观察

7、主轴齿轮箱润滑的观察

8、主辆油箱油位

CNC系统数据备份、电池的更换

4

能过学习能够按机床说明书要求进行CNC数据备份，能够正确进行系统电池及伺服电池的更换

1、FANUC数据备份

2、FANUC系统电池更换

3、华中数控系统数据备份

CKA6150数控车床日常维护规划

2

能够对单台数控车床制订维护保养计划及相关保障措施

1、数控机床维护时间表

2、数控机床维护保养保障机制

数控机床维修操作规程制定

2

通过学习，掌握数控机床维修的基本原则，基本方法及手段

1、维修原则

2、维修具备的条件

3、维修方法

4、维修登记表格填写

数控车床电气线路连接

8

能够识背数控车床电路图；能够对数控车床电气柜按图进行电气连接

1、车床电气原理图（整体）

2、车床变频器电路图

3、车床换刀、润滑、冷却液电机控制电路图

4、伺服电路图

5、步进系统电路图

6、PLC输入输入板接口图

7、接线端电路图

8、接线端的线路连接

急停回路电路的拆装

4

熟练掌握急停回路电路、可通过电路判断急停原因，能够处理急停典型故障

1、画出急停电路逻辑图

2、在车床上拆除急停回路

3、重新安装好急停回路

HED-21S-S数控车床步进系统连接调试

4

熟练掌握步进系统电路；设置步进驱动参数；处理典型步进系统故障

1、从系统控制、电能转换、电气控制画出相关逻辑电路图

2、根据步进电机参数设置步进驱动单元的电流值及细分肪冲

3、改变参数值观察步进系统功能实现情况

HED-21S数控车伺服系统的接线

4

熟练掌握伺服系统电路；设置伺服驱动参数；处理典型伺服系统故障

1、从系统控制、电能转换、电气控制画出相关逻辑电路图

2、根据机床参数设置伺服单元参数

3、改变参数值观察伺服系统功能实现情况

变频器接线及调试

4

熟练掌握变频器电路；设置调试变频器；处理变频器系统典型线路故障

1、从系统控制、电能转换、电气控制画出相关逻辑电路图

2、根据机床参数设置变频单元参数

3、改变参数值观察主轴系统功能实现情况

华中数控系统参数设置

8

能根据数控机床要求进行CNC参数正确设置；能够处理因参数设置不正确类故障

1、数控机床关键参数

2、数控机床各轴参数设置

3、数控机床PLC参数设置

4、数控机床系统参数设置

数控车床NC启动就断电，且CRT无显示故障诊断维修

2

能根据“无显示”这一典型CNC故障现象及相关资料进行现场诊断，编制维修方案，按方案进行维修处理

1、资料准备及如何查阅

2、现场查询及现象登记确认

3、故障现象分析

4、制定维修方案

5、故障诊断及排除

6、检查

7、维修登记及总结

系统经常死机且停电后经常丢失机床参数和程序的故障诊断维修

2

能根据“参数丢失”一典型CNC故障现象及相关资料进行现场诊断，编制维修方案，按方案进行维修处理

1、资料准备及如何查阅

2、现场查询及现象登记确认

3、故障现象分析

4、制定维修方案

5、故障诊断及排除

6、检查

7、维修登记及总结

数控车床急停报警不能复位故障诊断维修

2

能根据“急停不能复位”一典型急停电路故障现象及相关资料进行现场诊断，编制维修方案，按方案进行维修处理

1、资料准备及如何查阅

2、现场查询及现象登记确认

3、故障现象分析

4、制定维修方案

5、故障诊断及排除

6、检查

7、维修登记及总结

加工中心X轴回零不成功故障诊断维修

4

能根据“轴回零不成功”一典型回零故障现象及相关资料进行现场诊断，编制维修方案，按方案进行维修处理

1、资料准备及如何查阅

2、现场查询及现象登记确认

3、故障现象分析

4、制定维修方案

5、故障诊断及排除

6、检查

7、维修登记及总结

CKA6150数控车找不到刀工位故障诊断与维修

4

能根据“找不到刀工位”一典型换刀故障现象及相关资料进行现场诊断，编制维修方案，按方案进行维修处理

1、资料准备及如何查阅

2、现场查询及现象登记确认

3、故障现象分析

4、制定维修方案

5、故障诊断及排除

6、检查

7、维修登记及总结

数控车CJK加工大导程螺纹时堵转故障诊断与维修

4

能根据“螺纹加工堵转”一典型步进故障现象及相关资料进行现场诊断，编制维修方案，按方案进行维修处理

1、资料准备及如何查阅

2、现场查询及现象登记确认

3、故障现象分析

4、制定维修方案

5、故障诊断及排除

6、检查

7、维修登记及总结

数控车床Z轴位置精度检测与补偿

10

能够利用步矩规进行z轴位置精度检测与计算，能够通过参数设置对机床精度进行精度补偿

1、精度测试国家标准

2、检测仪器步矩规、千分表认知

3、步矩规架设及千分表架设

4、精度测量编程

5、测量登记

6、数据计算处理

7、精度补偿

8、再次精度检测

9、整理

（六）教学活动设计范例

1、第一次课设计梗概

教学步骤

教学活动设计

时间分配

课程定位

职业岗位（群）的任职要求；本课程对学生职业能力培养和职业素养养成的作用，且与前、后续课程的关系

5min

课程设计

与行业企业合作进行基于工作过程的课程开发与设计

5min

内容选取

根据行业企业发展需要和完成职业岗位实际工作任务所需要的知识、能力、素质要求，选取教学内容

5min

内容组织

以真实工作任务及其工作过程为依据整合、序化教学内容，科学设计学习性工作任务，教、学、做结合，理论与实践一体化，理论、实训等教学环节设计合理

5min

表现形式

编写工学结合特色校本教材，选用优秀的规划教材

5min

教学模式

有针对性地采取任务驱动、课堂与实训地点一体化等行动导向的教学模式

8min

教学方法及手段

灵活运用行文引导、分组讨论、任务驱动、启发引导等教学方法，运用现代教育技术和软件仿真技术

5min

教学资源

由课程组开发的省十一五规划教材、课件、范例、学习任务单等教学相关资料齐全，符合课程设计要求，满足网络课程教学需要

4min

考核方式

过程评价和结果评价

3min

2、教学活动设计范例

学习情境：

机床不能启动故障诊断与维修

总学时：

10学时

任务1：

机床供电回路检修

学时：

6学时

授课要点

从分析机床不能启动现象入手，收集资料并分析三相四线供电及控制变压器回路，确定检修方案，最后进行机床供电回路检修诊断

实施说明

指导教师先引出问题，学生以小组自学为主收集资料和制定计划。

教师和学生互动，确定最佳方案，然后在机床上进行实际操作，并对操作过程进行检查评估

实施步骤

内容

教师活动

学生活动

时间

（min）

任务导入

提出问题：

为什么要检测供电回路及控制变压器回路，如何检测供电回路及控制变压器回路？

组织学生进行有关电路检测方面的信息收集，下发学习任务单

引出问题

小组讨论并回答问题

20

信息收集

1、安全用电基本常识及工厂配电常识

2、机床供电方式控制变压器回路的原理

3、供电与辅助强电控制线路故障检查思路、方法与步骤

4、配电箱、接线端子排、三相控制变压器、空气开关、开关电源的接线和检测方法

5、需要采用哪些工具和仪器

教师引导

自学、小组讨论，利用教学资源进行信息收集

100

计划

按收集的资料经小组讨论制定供电及控制变压器回路检测步骤

教师组织，必

要时指导

小组讨论，制定计划，可多个

30

决策

制定控制变压器回路检测和维修计划，对学员制定计划进行可行性分析，确定最佳方案

教师主持，与

学生互动

小组互评，确定最佳方案

20

实施

在CAK3665SJ数控车床上完成供电及控制变压器回路检测和维修任务，对每一个所完成工作步骤进行记录

教师指导

小组成员分工共同完成

130

检查

确认控制变压器回路检测和维修结果的正确性，将机床上电，检查机床故障是否消失

教师指导

由小组成员分工共同完成

10

评估

对检测的结果、维修质量及学生的表现进行评估，找出不合理之处，确定最优方案

教师指导

小组讨论并

做出评估

20

总结

是否完成维修任务？

工作过程中遇到哪些问题，如何解决？

团队合作是否协调？

教师评价

每组选一名代表发言

15

拓展

机床在工作过程中突然断电，分析此故障并确定维修方案

教师与学生互动

小组讨论

15

四、考核方案设计

教学评价分为学生评教和教师评学两个部分。

评教在期中和期末进行，实行网上评教方式，评学分为过程性考核和终结性考核。

通过教学评价，达到以评促教，以考促学的目的。

本课程实行百分制考评，采用理论考试与技能考核相结合，过程性考核和终结性考核相结合，注重全面考核学生的综合职业能力及水平。

具体方式如下：

总分=过程性考核*60%+终结性考核*40%

1、过程性考核。

按照数控机术维修岗位对知识和技能要求，在平时的阶段性学习中逐项对学生进行考核评估，促进知识和技能在平时的积累。

具体评价方法是：

（1）学生互评。

一是小组互评：

课程任务是分小组进行训练完成的，是相互协作共同努力结果，小组间对故障现象记录、维修方案、总结进行互评，并给出每小组成绩，然后进行加权平均，就是该组学生在方案论证方面成绩，记入该组过程考核成绩中，如下表。

二是小组内学生互评，学生实训完毕后，小组