數(shù)控機床裝配調(diào)試與故障診斷教學(xué)課件

1、數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187 或者直接輸入下面地址：或者直接輸入下面地址：數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 項目1 剖析數(shù)控機床總體結(jié)構(gòu)項目2 配置數(shù)控機床控制裝置數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 機床I/O電路和裝置測量裝置主軸驅(qū)動裝置進(jìn)給驅(qū)動裝置主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元計算機數(shù) 控裝 置操作面板PLC計計算算機機數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)機機 床床輔助控制機構(gòu)進(jìn)給傳動機構(gòu)主運動機構(gòu)鍵盤輸入輸出設(shè)備數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 B A C

2、KSPA C EC TRLIN SC RTA BA LT0SH IFT ZEN D WH OM E TPgDn OPgUp JR ST E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABESC14彩 色顯 示 器空運行Z 軸鎖定MST 鎖定任選程序段機床鎖定快進(jìn)+JOG-JOG主軸正轉(zhuǎn) 主軸停 主軸反轉(zhuǎn)急停超程解除循環(huán)驅(qū)動進(jìn)給保持冷卻液開關(guān) 刀松/刀緊主軸修調(diào)16010進(jìn)給修調(diào)16050403020100電 源關(guān)開1自動方式選擇回零手搖點動步進(jìn)單段驅(qū) 動 器NC機床電源XYZA主軸超程報警手搖脈沖發(fā)生器2010 090增量倍率1000101001坐標(biāo)軸選擇Z YXl操

3、作面板操作面板 它是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具。 組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計算機鍵盤一樣）和顯示器；。 它是數(shù)控機床特有部件。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l 控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備 控制介質(zhì)控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介 輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)或?qū)⒄{(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l通訊通訊 現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設(shè)備進(jìn)行信息交換外，一般都具有用通訊方式進(jìn)行

4、信息交換的能力。它們是實現(xiàn)CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。采用的方式有： 串行通訊（RS-232等串口）、 自動控制專用接口和規(guī)范（DNC方式，MAP協(xié)議等） 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet，LAN等）。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l CNC裝置裝置(CNC單元單元) 組成：組成：計算機系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件。 作用：作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個

5、系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。CNC裝置是裝置是CNC系統(tǒng)的核心系統(tǒng)的核心數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l 伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置 伺服單元和驅(qū)動裝置l主軸伺服驅(qū)動裝置和主軸電機l進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和進(jìn)給電機 測量裝置 l位置和速度測量裝置。以實現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。 作用 保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤CNC裝置指令：l進(jìn)給運動指令：實現(xiàn)零件加工的成形運動（速度和位置控制）。l主軸運動指令，實現(xiàn)零件加工的切削運動（速度控制）數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 lPLC、機床、機床I/O電路和裝置電路和裝置 PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成與邏輯運算有關(guān)順序

6、動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成； 機床機床I/O電路和裝置：電路和裝置：實現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路； 功能：l接受CNC的M、S、T指令，對其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應(yīng)的開關(guān)動作l接受操作面板和機床側(cè)的I/O信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機床的動作。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 機床本體機床本體l機床：機床：數(shù)控機床的主體，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。l組成：組成：由主運動部件、進(jìn)給運動部件（工作臺、拖板以及相應(yīng)的傳動機構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換

7、系統(tǒng) 工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 項目1 未來的數(shù)控機床結(jié)構(gòu)項目2 控制裝置的發(fā)展趨勢項目3 IT-MT一體化編程方法數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢進(jìn)入九十年代以來，隨著國際上計算機技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計算機、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著下述方向發(fā)展數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l 運行高速化、加工高精化運行高速化、加工高精化 速度和精度是數(shù)控設(shè)備的兩個重要指標(biāo)，它們是數(shù)控技術(shù)永恒追求的目標(biāo)。因為它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。新一代數(shù)控設(shè)備在運行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。數(shù)控機床裝配、調(diào)

8、試與故障診斷 運行高速化運行高速化 使進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速、刀具交換速度、托盤交換速度實現(xiàn)高速化，并且具有高加（減）速率。 進(jìn)給率高速化：進(jìn)給率高速化：l在分辨率為在分辨率為1 m時，時，F(xiàn)max=240m/min。在。在Fmax下可下可獲得復(fù)雜型面的精確加工；獲得復(fù)雜型面的精確加工；l在程序段長度為在程序段長度為1mm時，時，F(xiàn)max=30m/min，并且具，并且具有有1.5g的加減速率；的加減速率；數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 主軸高速化：主軸高速化：采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機），即主軸電機的轉(zhuǎn)子軸就是主軸部件。l主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min。l主軸轉(zhuǎn)速的最高加（減）速為1.0g ，即

9、僅需1.8秒即可從0提速到15000r/min。換刀速度換刀速度 l0.9秒（刀到刀）l2.8秒（切削到切削）工作臺（托盤）交換速度工作臺（托盤）交換速度 6.3秒。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l加工高精化加工高精化 提高機械設(shè)備的制造和裝配精度；提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度；采用誤差補償技術(shù)。 提高提高CNC系統(tǒng)控制精度：系統(tǒng)控制精度：l采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化，l采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本交流伺服電機已有裝上106 脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器，其位置檢測精度能達(dá)到0.01m/脈沖）；l位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。數(shù)控

10、機床裝配、調(diào)試與故障診斷 采用誤差補償技術(shù)采用誤差補償技術(shù) l采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù);l設(shè)備的熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術(shù)。研究結(jié)果表明，綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少6080。三井精機的JidicH5D型超精密臥式加工中心的定位精度為0.1m。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l功能復(fù)合化功能復(fù)合化 復(fù)合化是指在一臺設(shè)備能實現(xiàn)多種工藝手段加工的方法。 鏜銑鉆復(fù)合加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主軸立臥轉(zhuǎn)換）； 車銑復(fù)合車削中心（ATC，動力刀頭）； 銑鏜鉆車復(fù)合復(fù)合加工中心（ATC，可自動裝卸車刀架）； 銑鏜鉆磨復(fù)合復(fù)合加工中心（ATC

11、，動力磨頭）； 可更換主軸箱的數(shù)控機床組合加工中心；數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l 控制智能化控制智能化 隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，并為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化發(fā)展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)加工過程自適應(yīng)控制技術(shù) 通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別，以辯識出刀具的受力、磨損以及破損狀態(tài)，機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)；并根據(jù)這些狀態(tài)實時修調(diào)加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及設(shè)備

12、運行的安全性。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 lMitsubishi Electric 公司的用于數(shù)控電火花成型機床的“Miracle Fuzzy” 基于模糊邏輯的自適應(yīng)控制器，可自動控制和優(yōu)化加工參數(shù)；l日本牧野在電火花NC系統(tǒng)Makino_Mce20中，用專家系統(tǒng)代替人進(jìn)行加工過程監(jiān)控。l以色列的外置式力自適應(yīng)控制器l意大利Mandelli公司數(shù)控系統(tǒng)的可編程功率自適應(yīng)控制功能。l國內(nèi)清華和我校的自適應(yīng)控制技術(shù)的研究已取得成果。正在進(jìn)行商品化開發(fā)。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇 將工藝專家或技工的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，

13、構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間的目的。采用經(jīng)過優(yōu)化的加工參數(shù)編制的加工程序，可使加工系統(tǒng)始終處于較合理和較經(jīng)濟的工作狀態(tài)。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l目前已開發(fā)出帶自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電火花加工專家系統(tǒng)。l日本大隈公司的7000系列數(shù)控系統(tǒng)帶有人工智能式自動編程功能。l國內(nèi)清華和我校在加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇及CAPP方面的研究也取得了一些成果。但有待進(jìn)行實用化開發(fā)。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 智能故障診斷與自修復(fù)技術(shù)智能故障診斷與自修復(fù)技術(shù) l智能故障診斷技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息

14、，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法（AI、ES、ANN等），實現(xiàn)故障快速準(zhǔn)確定位的技術(shù)。l智能故障自修復(fù)技術(shù)：指能根據(jù)診斷確定故障原因和部位，以自動排除故障或指導(dǎo)故障的排除技術(shù)。智能自修復(fù)技術(shù)集故障自診斷、故障自排除、自恢復(fù)、自調(diào)節(jié)于一體，并貫穿于加工過程的整個生命周期。l智能故障診斷技術(shù)在有些日本、美國公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)中已有應(yīng)用，基本上都是應(yīng)用專家系統(tǒng)實現(xiàn)的。l智能化自修復(fù)技術(shù)還在研究之中。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 智能化交流伺服驅(qū)動裝置智能化交流伺服驅(qū)動裝置 目前已開始研究能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機及負(fù)載的

15、轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 智能4M數(shù)控系統(tǒng) 在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機器操作(Manipulator)四者（即4M）融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量、建模、加工、裝夾、操作一體化的4M智能系統(tǒng)。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l 體系開放化體系開放化定義（定義（IEEE）：）：具有在不同的工作平臺上均能實現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其他的系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行互操作的系統(tǒng)。 開放式數(shù)控

16、系統(tǒng)特點：開放式數(shù)控系統(tǒng)特點：l系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)化(Standardization)與多樣化( Diversification)和互換性(Interchangeability)的特征l允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成。構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和透明的；數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 開放體系結(jié)構(gòu)CNC的優(yōu)點l向未來技術(shù)開放：向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；l標(biāo)準(zhǔn)化的人機界面：標(biāo)準(zhǔn)化的

17、人機界面：標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言，方便用戶使用，降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗；數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 l向用戶特殊要求開放向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴充能力、提供可供選擇的硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求，給用戶提供一個方法，從低級控制器開始，逐步提高，直到達(dá)到所要求的性能為止。另外用戶自身的技術(shù)訣竅能方便地融入，創(chuàng)造出自己的名牌產(chǎn)品；l可減少產(chǎn)品品種，便于批量生產(chǎn)、提高可靠性和降低成本，增強市場供應(yīng)能力和競爭能力。數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 開放式數(shù)控裝置的概念結(jié)構(gòu)開放式數(shù)控裝置的概念結(jié)構(gòu)硬件配置單元軟件配置單元標(biāo)準(zhǔn)計算機硬件數(shù)控系統(tǒng)基本硬件數(shù)控功能應(yīng)用程序DOS(WIND

18、OWS)實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTM應(yīng)用程序接口NC構(gòu)件庫數(shù)控機床裝配、調(diào)試與故障診斷 國內(nèi)外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究進(jìn)展國內(nèi)外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究進(jìn)展l美國：NGC(The Next Generation Work-station/Machine Controller)和OMAC(Open Modular Architecture Controller)計劃l歐共體：OSACA（Open System Architecture for Control within Automation Systems)計劃l日本：OSEC(Open System Environment for Controller)計劃l華中I型基于IPC的CNC開放體系結(jié)構(gòu)l航天I型CNC系統(tǒng)基于PC的多機CNC開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控機床