基于FANUC数控铣床故障维修实验台的总体设计.docx

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基于FANUC数控铣床故障维修实验台的总体设计

毕业设计

设计题目：

基于FANUC数控铣床故障维修实验台的总体设计

系部：

机电工程系

专业名称：

机电一体化技术

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

完成时间：

2012年月日

摘要

随着数控机床的推广和使用，社会对掌握数控机床诊断与维修的人才的需求越来越迫切。

本文研究的目的就是建立一个适合高职院校数控教学、实验、实训和开发的数控故障诊断与维修教学实验平台，以适应对数控机床诊断与维修方面人才培养的需求。

本文针对FANUC−0iMateD数控系统，从系统的体系结构、硬件连接，对数控实验台进行总体设计。

分析了主轴变频调速原理和伺服驱动系统，对各功能模块建立了连接。

分析了实验台的操作、功能开发以及参数设置。

重点研究了开关量I/O地址分配以及常见电气故障点的设置，并对系统进行了相关调试。

本课题所开发的故障维修实验台不仅在理论上进行了有益的探索与研究，还进行了系统具体的实施工作，对于高职院校数控维修高技能人才的培养，具有重要意义。

关键词：

数控系统，故障诊断，维修，教学实验

Abstract

WiththepromotionofNCmachinetoolsanduse,tothegraspofsocialnumericalcontrolmachinetooldiagnosisandmaintenanceofthetalentedperson'sdemandmoreandmoreurgent.Thepurposeofthisstudyistosetupasuitableforhighervocationalcollegesteaching,experiment,practicenumericalcontrolandthedevelopmentofnumericalcontrolfaultdiagnosisandmaintenanceteachingexperimentalplatform,inordertoadapttothenumericalcontrolmachinetooldiagnosisandmaintenancepersonneltrainingneeds.

ThispaperFANUC0iMateDnumericalcontrolsystem,fromthesystemofsystemstructure,hardwareconnection,ontheNCequipmentinoveralldesign.Analyzesthemainshaftfrequencycontrolprincipleandservodrivesystem,thefunctionmoduleconnection.Analyzestheexperimentaloperation、developmentandparametersettingfunction.FocusontheswitchquantityI/OaddressassignmentandcommonelectricalfaultpointSettings,andthesystemfortherelevantdebugging.

Thistopicofdevelopmentthemaintenancetestbenchnotonlyintheorybeneficialexplorationandresearch,butalsofortheconcreteimplementationsystemwork,forhighervocationalcollegesnumericalcontrolmaintenanceofskilledpersonneltraining,tohavetheimportantmeaning.

Keywords:

thenumericalcontrolsystem,faultdiagnosisandmaintenance,teachingexperiment

1绪论

1.1国内外数控机床的发展情况

目前，我国数控机床占机床总量比例不到3%，远远低于国外的水平。

而机床役龄10年以上的占60%以上，10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%，能进行柔性加工的自动化生产线更少。

但当今产品的制造追求精密、美观、更新快、成本低、普通机床加工出来的产品存在质量波动大、加工精度低、品种少、成本高、时间长等缺点，而这些因素又直接影响一个企业的产品、市场、效益，关系到企业的生存和发展。

因此，大力提高机床的数控化率是目前很多企业正着力进行的事情，同时为企业今后实现信息化改造打下良好的基础。

我国每年都有大量机电产品进口，这也是从宏观上说明了机床数控化的必要性。

由于数控机床是机电一体化的高技术自动化机械设备，因此对其进行检测、维修的技术是相当复杂的。

数控机床的故障诊断与维修技术与传统机床有着较大的区别，需采用更为先进的故障诊断技术，及时在线监测和诊断数控机床的故障，一旦发现故障前兆就可及时判断出故障的性质和部位，找出事故隐患，有目的地进行适时控制，予以排除，这就是预知维修（或状态维修）。

从传统的定期维修改变为预知维修，可大大提高机床运行的安全性、可靠性和机床的利用率，节约大量的维修时间和费用，产生巨大的经济效益。

近年来，随着电子测量技术、信号处理技术、通信技术及计算机技术的发展，数控机床故障诊断技术也有了很大的发展，出现了很多先进的故障诊断与维修的技术。

1.2课题研究背景

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。

该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。

目前，大多数高职院校数控专业把数控机床操作作为培养目标，很少涉及数控机床维修，少数高职院校虽然开设了有关《数控机床维修》方面的课程，但由于没有相关硬件设备做支撑，使得数控机床维修也只能是“纸上谈兵”；极少数开设数控机床维修相关课程的高职院校，在数控维修实践教学设备上使用的是基于系统开发的数控故障诊断与维修教学平台，该设备多数侧重演示功能，且价格相当昂贵，不能够把数控机床生产时出现的故障反应出来，不利于学生专业技能的掌握，真正做到理论教学、实验、实训和研究的则更少。

从衡量数控机床的稳定性和可靠性的技术指标来看，平均无故障时间（MTBF）技术指标可以保证数控机床在长时间工作内发生故障的频率，主要与数控机床制造质量和进行及时数控维护有关；而当故障发生后，另一个技术指标（排除故障修理时间MTTR）越短越好。

资料表明，当维修数控机床时，大约80%的时间用于查找数控机床故障，而只有20%的时间用于故障的排除。

当企业数控机床品牌、型号选定后，减少故障修理时间是提高数控机床的开动率、给企业创造更多经济效益的有力保证措施。

而把培养数控机床维修高技能人才作为己任的高等职业院校，在教学设备上应该采用集教学、实验、考核于一体的数控机床故障诊断与维修实验平台，使学生在“做中学”，在激发学生学习兴趣的同时，提高学生数控机床维修的实际动手能力，同时也解决了数控机床维修专业学生零距离就业的问题。

目前，FANUC数控系统在国内外企业内被广泛使用，在国内高职院校构建基于FANUC数控系统，集教学、实验、考核于一体的数控故障诊断与维修教学平台，以满足社会对数控维修高技能人才培养的需求。

1.3课题的研究意义

本课题研制的实验台采用开放式的结构，将数控系统、电气系统和执行部件做成展台的形式，建立了基于FANUC0iMate−MD数控系统的柔性数控实验平台，使数控系统硬件组成、信号连接走向、参数含义和程序执行过程直观化。

可面向高校开设数控技术、计算机控制技术、机电传动技术、机电控制等课程实验。

开发出数控铣床故障维修实验台，可以实现以下功能：

直观认识和掌握FANUC数控系统原理和数控加工程序的执行过程、数控系统弱电信号和强电；控制信号匹配连接的电气控制原理；编制数控加工程序并加工仿真；设置数控系统参数，编写PMC程序；根据所给电路图拆装电气元件；实现伺服电机、主轴电机等执行件辅助动作的运动控制；常见数控系统故障的分析与处理。

因此，数控维修实验台的研制成功对于提高数控技术及相关类课程的实验教学效果、培养数控技术应用型人才都将起到积极的推动作用。

2.数控铣床故障维修实验台总体设计

2.1数控机床的组成及作用

数控机床一般由人机交互设备、数控装置、伺服驱动装置、可编程控制器及电气控制装置、辅助装置、机床本体、测量装置组成，数控机床的组成如图2.1所示。

图2.1数控机床的组成

1.交互设备

定义：

具有人机联系功能的设备统称为人机交互设备。

作用：

它是操作人员与数控装置进行信息交流的工

具。

组成：

MDI键盘和显示器。

2.数控装置

数控装置是数控机床的核心，主要有硬件数控装置和计算机数控装置两种形式，现在多采用计算机数控装置，简称

CNC装置。

主要功能是：

实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。

现代数控系统提供了多种程序输入方法，如通过面板人工现场输入、通过磁盘驱动器输入、通过串行通讯口输入及传统的纸带阅读机输入等。

现代数控系统均配置有大容量存储器RAM来存储已输入数控系统的加工程序。

通过数控系统的显示器及键盘可现场对内存中的加工程序进行编辑与修改。

FANUC数控系统如图2.2所示。

图2.2FANUC数控系统面板

3.伺服驱动装置

这是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机进给电机等。

数控机床的主轴和进给系统是由数控装置发出指令，通过电气或电液伺服系统实现的。

当几个进给轴实现联动时，可以完成点位、直线、平面曲线或空间曲线

/面的加工。

4.数控机床的辅助装置

接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。

辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。

如图3-4所示

5.编程机及其他一些附属设备

现代数控机床不仅可以用CNC装置上的键盘直接输入零件的程序，也可以利用自动编程机，在机外进行零件的程序编制，将程序记录在信息载体上（如纸带、磁带、磁盘等），然后送入数控装置。

对于较为复杂的零件，一般都是采用这种自动程序编制的方法。

6.机床本体

机床本体是在数控机床上自动完成各种切削加工的机械部分。

包括床身、立柱、立轴、进给机构等机械部件。

根据不同的零件加工要求，有车床、铣床、钻床、电加工机床以及其它类型。

7.检测装置

检测反馈装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置中。

数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。

测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘。

2.2数控系统与功能模块的连接

2.2.1数控系统的基本组成部分

数控系统是数控设备的核心，数控系统的主要控制对象是坐标轴的位移（包括移动速度、方向、位置等），其控制信息主要来