《数控诊断与维修》课程设计NIM2000数控系统综合实验装置

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1、目 录课程设计任务书1项目一 数控车床主电路设计及I/O控制调试与维修3项目二进给轴系统调试与维修5项目三主轴系统调试与维修8项目四数控系统刀架控制调试与维修11课程设计小结13- 16 -20112012学年第学期课程设计任务书设计名称数控机床故障诊断实训班级09数控班地点 K1-309一、课程设计目的数控机床故障诊断实训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，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，对今后

2、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。二、课程设计内容1.课程设计实验平台NIM-2000数控系统综合实验装置是用于培养学生掌握数控机床的编程方法、数控机床电气设计、安装、调试、维修、故障诊断等实际动手能力的一套实用的实验实习装置。数控系统综合实验装置模块化设计，便于组合和扩展，也便于检查和调试，利用该装置可以使学员掌握数控机床电气组成、控制原理、电气设计方法，元器件的选择原则，能够掌握数控机床电气布局、安装、电气调试等方法，能够模拟工业生产过程，达到工业生产现场实习效果。该装置由数控车铣床系统（H）、电源控制（A）、 信号控制

3、板（C）、进给控制板（E）、主轴调速板（B）、输入控制板（D）、中间控制板（F）以及刀架控制板（G）等八块实验板组成该装置的控制部分；执行件由步进电机、主轴电机、刀架电机以及编码器等组成。基本综合了数控机床主要的电器。1) 数控系统采用西门子802S等具有代表性的数控系统。2) 输入控制板是用钮子开关、传感器（接近开关）等模拟数控机床现场信号输入。3) 信号控制板是把数控系统输入输出信号对应引置实验板。4) 中间控制板主要是把数控系统输出信号进行中间逻辑转换，信号放大等作用的相关电气控制。5) 电源控制板主要对各主要电器所需电源进行分配、保护，它们是开关电源、数控系统、变压器、步进驱动、变频器

4、等。6) 步进驱动板主要是驱动步进电机的控制器，它接收数控系统的脉冲信号，经环行分配及信号放大驱动步进电机。该驱动器及电机选用工程型，接口通用性强。该驱动器可直接控制CK0630等数控机床步进电机。7) 变频器板主要用于主轴调速，它接收数控系统输出信号，经变频放大后驱动主轴电机达到对异步电机方向和无级调速控制。该变频器选用台湾名牌台安N2系列变频器，另外车床实验中还用到光电编码器，用于加工螺纹控制。8) 刀架控制板主要是车床专用自动加工换刀实验板，工作原理是控制直流电机或异步电机，本实验装置提供单相电机控制的四工位刀架方式。2.课程设计主要内容1) 熟悉机床机构及控制要求，绘制机床电气原理图，

5、连接调试机床主电路。2) 掌握802S系统各接口信号的电特性，理解信号控制的I/O输入输出信号作用，绘制I/O接口原理图。完成接线调试，并对可能出现的故障进行诊断与维修。3) 理解802S数控系统步进驱动原理，绘制电气原理图，掌握电气布线与调试方法。4) 理解数控系统N2变频器的控制原理及参数设置，掌握变频调速电气的设计、布线、调试与维修的基本方法。5) 掌握数控系统控制电动刀架的原理，绘制电气原理图，掌握刀架电机电气调试与故障维修的基本方法。三、进度安排1第一天：数控车床主电路设计及I/O控制调试与维修；2第二天：进给轴系统调试与维修；3第三天：主轴系统调试与维修；4第四天：数控系统刀架控制

6、调试与维修；5第五天：整理课程设计说明书，进行答辩。四、基本要求1认真完成各项目任务，扎实掌握数控车床系统调试维修的基本方法；2课程设计期间严格遵守实验室安全操作规程，服从有关教师安排及指导；3实训期间不得无故迟到、早退，进行严格考勤，并计入平时成绩；4每日实训结束需归还物品，打扫清洁，经当日指导教师检查后方可离开。五、成绩评定方法1平时及操作成绩占40%；2实训报告及小结占60%； 机械电子系 2010-9-25项目一 数控车床主电路设计及I/O控制调试与维修一、 目的：1 了解机床电器的使用和一般电器基本知识；2 熟悉实验装置结构，了解数控机床主电气组成；3 了解掌握数控车铣床电源分布控制

7、及电气设计基本方法；4 掌握机床电器元件的选择、电气设计方法、布线与调试方法；5 理解机床电器在数控机床电气中的作用。二、 设备：1 实验装置电源控制板；2 综合实验装置信号控制板；3 综合实验装置输入控制板；4 专用接插件；5 万用表。三、 要求：1 根据提供实验参考图，自行设计机床主电气图，并画出急停回路原理图。1）调试步骤：a) 根据提供的专用接插件连线。自行复查连线。注意提供的中间继电器（KA0）HH54P线圈工作电压为DC24V。b) 断开所有空气开关，经指导教师检查认可后，方可准备通电。c) 首先接上220V插座，合上QF0，用万用表测试QF1、QF2、QF3的进线端是否有220V

8、电压。d) 合上QF1，测量开关电源输入电压及输出电压是否分别为220V和+24V。e) 合上QF2，测量开关电源输入电压及输出电压是否分别为220V和+24V。f) 分别合上FU1、FU2、FU3，观察电源指示灯并判断接线正确与否。g) 合上QF3，打开SB1钥匙开关，控制的中间继电器应吸合，对应控制的交流接触器吸合，用万用表测量变压器的原级和次级电压。h) 关闭钥匙，断开QF3、QF2、QF1、QF0、FU1、FU2、FU3。2）绘制机床主电气图及急停回路原理图：a) 绘制机床主电气图b) 绘制急停回路原理图2 根据提供的数控系统电源给定、输入输出接口电气参考图，把相关输入信号接至数控系统

9、接口信号控制板。观察并记录各种故障现象，分析故障原因并掌握排除故障的方法。1）802S系统主要常用信号：开关量输入信号（X100/X101） 序号12345678功能X+限位Z+限位X减速Z减速X-限位Z-限位备用急停按钮序号910111213141516功能主轴低档主轴高档Y+限位Y减速Y-限位备用超程解除驱动好 高速输入信号（X20）序号1234功能X0Y0Z0备注回零信号2）观察并记录各种故障现象，分析故障原因并掌握排除故障的方法。a) X轴、Z轴超程的故障及排除故障的基本方法。 答：(1)机械故障：丝杠、轴承、锁紧螺母或者是限位开关出现故障 排除故障方法：先检查限位开关是否有问题，若排

10、除限位开关的故障原因，再去检查锁紧螺母是否松动，最后再检查轴承和丝杠； (2)电器故障: 电机的刹车系统或者编码器出现故障 排除故障方法：先检查电机的刹车系统是否有问题，再检查编码器有无故障。b) 机床回零的原理，机床回零常见故障现象及排除方法。 答：故障现象：系统参数设置错误 机械安装不到位 线路板故障 减速开 关损坏或者短路 零脉冲不良 排除方法：重新设置参数 调整机械部分 更换线路板 维修或更换减速开关 对编码器进行清洗或更换c) 超程解除的原理，超程解除的操作步骤。 答：超程原理：在伺服轴行程的两端各有一个极限开关，作用是防止伺服机构碰撞而损坏。每当伺服机构碰到行程极限开关时，就会出现

11、超程。当某轴出现超程（“超程解除”按键内红色指示灯亮），系统视其状况为紧急停止，所以要退出超程状态。 超程解除的操作步骤：松开“急停”按钮，置工作方式为“手动”方式；一直按压着“超程解除”按键；在手动方式下，使该轴向相反方向退出超程状态；松开“超程解除”按键。 若显示屏上运行状态栏“运行正常”取代了“出错”，表示恢复正常，可以继续操作。 项目二进给轴系统调试与维修一、 目的目的：1 熟悉掌握802S数控系统的使用方法；2 熟悉步进电机的驱动原理及电机的应用；3 掌握实验装置步进电机的接线、安装与调试；4 掌握数控系统控制步进电机的一般故障与维修。5 掌握进给系统机械组成及一般故障与维修二、 实

12、验设备：1 802S数控系统 一套2 数控系统综合实验装置电源控制板 一套3 数控系统综合实验装置输入控制板 一套4 数控系统综合实验装置信号控制板 一套5 数控系统综合实验装置进给驱动板 一套6 步进电机 一套7 万用表 一个8 L型扳手 一套三、 要求：1 简述步进电机的工作原理并画出几种驱动方式。2 理解步进电机驱动器原理，画出实验接线图并完成接线。3 进给系统调试步骤1） 接线：A）信号控制板上的信号P1和PN1分别接至步进驱动板的Xcp + 端和 - 端。同样道理，D1和DN1分别接至Xdir的+ 端和 端，E1和EN1分别接至hold + 端和 - 端。B）从驱动板输出A、B、C、

13、D接线至电机示意图的A、B、C、D。注意A、C为A相，B、D为B相绕组。相位不能反。2） 参考实验一的调试步骤，首先调试电源控制板。先后合上QF0、QF2、QF1、FU1、FU3、QF3，检查各自电压是否正确，若不正确，立即断电检查，等检查正确后，再通电试验。3） 测试驱动板上交流输入电压是否为AC80V。调试上，检查各自电压是否正确，若不正确，立即断电检查，等检查正确后，再通电试验。4） 根据实验三操作步骤，观察显示屏变化情况。5） 手动运行进给轴。在手动方式，按下X、Z轴运动方向键，显示屏幕会有数字变化。同时步进电机运转。6） 2）X、Z轴分别回参考点，连续按下+X键，依次合上X轴减速信号

14、，再断开，再合上X轴零位信号，这时，显示屏上显示X轴参考点到位符号。再回Z轴零点，方法同X轴。这时观察电机速度变化情况。7） MDA方式编程。可以在该方式下编制含“N10 G94 G00 X300 Z200 F1000”程序段。运行程序，观察步进电机运行情况。8） 进给控制。在手动情况下，用进给倍率+和进给倍率键设定进给速度，再运转X、Z轴，观察电机运转速度和屏幕数字变化情况。在指导老师同意情况下，修改参数32020，数字设定成3000和1000，再运行进给轴，观察电机速度变化情况，该参数为JOG运行速度设置。在增量运行方式，按一次该按键，增量变化一个数量级，循环变化（X1、X10、X100、

15、X1000）单位为微米，再按X轴和Z轴，观察电机运行速度变化。9） 根据前面介绍，依次给进给轴电机回参考点。再按AUTO（自动加工）即可进行自动操作功能。运行编制的程序，观察步进电机运行情况。10） 若程序正常进行，在步进电机正常运行当中。若合上任一超程开关，观察步进电机运行变化及屏幕变化情况。4 简述进给轴系统常见故障及原因，如何排除故障？5. 简述进给系统的机械组成及调整的注意事项组成:滚珠丝杠副和导轨副调整的注意事项：滚珠丝杠副 为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。调整时应注意利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上，此外还要消

16、除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。导轨副6. 简述进给系统的机械常见故障及排除方法项目三主轴系统调试与维修一、 目的：1 熟悉掌握数控车床刀架结构及工作原理；2 熟悉刀架电机的驱动原理及控制特点；3 掌握数控车床刀架装置的接线、安装与调试；4 掌握数控系统控制电动刀架的一般故障与维修。5 掌握主轴系统的机械组成及一般故障与维修二、 设备：1 802S数控系统 一套2 数控系统综合实验装置电源控制板 一套3 数控系统综合实验装置输入控制板 一套4 数控系统综合实验装置信号控制板 一套5 数控系统综合实验装置主轴调速板 一套6 主电机 一台7 万用表8 接插件9 L型扳手 一套三、 要求：1 变频器

17、调试根据提供的变频器接线参考图和变频器参数设置说明书，设置参数和相应连线。变频器主要有四种使用方式，逐一进行调试。1） 利用变频器操作面板控制异步电机。(a) 按FUN键，再按ßÝ键至3，再按READ键，再按ßÝ键把运转模式设置成0000表示运转模式为正转和反转。再按ENTER键，设置完成。(b) 按同样的方式，把FUN10设置成0，把FUN11设置成1。(c) 利用变频器面板启动和停止控制异步电机，转速由变频器操作面板上的电位器控制。2）利用变频器操作面板的启动和停止按钮，利用综合实验装置主轴调速上的电位器来控制电机运行。(a) 按FUN键，再按

18、23;Ý键至3，再按READ键，再按ßÝ键把运转模式设置成0000，表示运转模式为正转和反转。再按ENTER键，设置完成。按同样的方式，把FUN10设置成0，把FUN11设置成2。按变频器操作面板正转按钮，这时电机为正转，按反转按钮，这时电机为反转。若不一致，可任意调换电机输出线。(b) 旋动电位器，这时应发现电机转速加快，且变频器数码显示频率升高。3）利用变频器操作面板的电位器，利用实验装置主轴调速板上正转和反转按钮。(a) 按FUN键，再按ßÝ键至3，再按READ键，再按ßÝ键把运转模式设 置 成0000，表示运转模式为

19、正转和反转。再按ENTER键，设置完成。按同样的方式，把FUN10设置成1，把FUN11设置成1。(b) 合上正转按钮，这时电机为正转，按反转按钮，这时电机为反转。若不一致，可任意调换电机输出线。旋动操作面板上电位器，这时应发现电机转速加快，且变频器数码显示频率升高。4）利用变频器实验装置主轴调速板上正转和反转按钮以及电位器来控制电机运转。(a) 按FUN键，再按ßÝ键至3，再按READ键，再按ßÝ键把运转模式设置成0000，表示运转模式为正转和反转。再按ENTER键，设置完成。按同样的方式，把FUN10设置成1，把FUN11设置成2。(b) 合上正转按

20、钮，这时电机为正转，按反转按钮，这时电机为反转。若不一致可任意调换电机输出线。旋动实验板上电位器，这时应发现电机转速加快，且变频器数码显示频率升高。2 802S数控系统与变频器联调1）根据提供的实验参考图接线。（图十）2）接线过程中要注意的问题：(a) 802S数控系统主轴控制输出模拟量V+、GND （0+/-10V）电压信号。(b) 控制主轴开关量有主轴正转和主轴反转信号。还有换挡信号1#、换挡信号2#、换挡信号3#、换挡信号4#。(c) 机床故障诊断系统主轴调速实验板提供了正转、反转、SP1、SP2、SP3以及复位信号和模拟量输入。(d) 由于该变频器输入电压为220V，所以三相输出U、V

21、、W接电机应为三角形接法。当然，电机星形接法不会有电气意外，当真带负载可能扭矩会下降。(e) 由于变频器开关量的输入是无源触点，故需利用实验装置中间控制板的中间继电器处理来控制变频器运转、停止。3）参考项目一的调试步骤，首先调试电源控制板。先后合上QF0、QF2、QF1、FU1、FU3、QF3，检查各自电压是否正确，若不正确，立即断电检查，等检查正确后，再通电试验；在手动状态情况下，主要测试的输出信号为主轴正反转、主轴换档以及模拟量信号。4）按下主轴正转键，等效执行M03，观察电机变化情况（主轴正转）。可用万用表测试模拟电压输出值变化情况。5）按下主轴反转键，等效执行M04，观察电机变化情况（

22、主轴反转）。再按主轴停止键使电机停止。可用万用表测试模拟电压输出值变化情况6）在编辑状态下，编制程序。N001 M03 S100N010 G04 F10N030 G04 F10N040 M03 S500N050 G04 F10N060 G04 F10N090 M03 S1000N130 G04 F10N140 M04 S100N150 G04 F10N160 G04 F10N190 M04 S500N200 G04 F10N210 G04 F10N240 M04 S800N250 G04 F10N280 G04 F10N290 M05N300 M027）进入回参考点状态，先回零，再进入自动加工

23、状态，可先选择单步运行。观察电机转速变化情况。可用万用表测试信号控制板上模拟电压输出值变化情况。待电机运行正常后，可重新进行自动连续加工，观察电机速度变化和检测模拟电压输出变化情况。8）断开钥匙，断开QF3、QF1、QF2、QF0空气开关。9）整理导线，写出实验报告。3 简述主轴系统常见故障及原因，如何排除故障？（包含机械故障）(1) 主轴不能转动原因：机械负载过大主轴与电动机连接皮带过松系统处于急停状态电源缺相排除措施：尽量减轻机械负载调整皮带根据实际情况，松开急停确保电源输入正常(2)主轴振动或噪声过大原因：驱动器异常润滑不良轴承损坏主轴部件上动平衡不好主轴与电动机连接皮带过紧项目四数控系

24、统刀架控制调试与维修一、 目的：1 熟悉掌握数控车床刀架结构及工作原理；2 熟悉刀架电机的驱动原理及控制特点；3 掌握数控车床刀架装置的接线、安装与调试；4 掌握数控系统控制电动刀架的一般故障与维修。5 掌握数控系统刀架机械部分组成及一般故障与维修二、 设备：1 802S数控系统 一套2 数控系统综合实验装置电源控制板 一套3 数控系统综合实验装置输入控制板 一套4 数控系统综合实验装置信号控制板 一套5 数控系统综合实验装置刀架控制板 一套6 刀架电机7 万用表8 接插件9 L型扳手 一套三、 要求：1 简述数控车床刀架结构及工作原理。2 绘制数控刀架电气控制原理图，并完成实验接线。3 数控

25、电动刀架故障诊断步骤1）根据提供的电气原理参考图，以及前面实验的经验进行接线。2）调试电源控制板、输入控制板、信号控制板、中间控制板，具体调试参考前面实验调试方法。3）利用刀架控制板控制单相电机，完成以下调试。a) 把执行件上的单相电机线J17和刀架信号J16控制台相应插座J26和J27。J17、J16、J27、J26具体管脚参考使用介绍。 用接插件把刀架信号接至对应信号控制板上T1、T2、T3、T4，同时把+24V 电压连至刀架控制板对应端。在刀架控制板的FU3、FU4的电源输入为AC220V，用专用电线引用。b) 实验正反控制可采用刀架控制板上的中间继电器。也可以选用综合实验装置中间板的中

26、间继电器来中间控制实验。c) 为直观显示正反控制可用对应指示灯表示。反馈的刀号可采用刀架本体的刀号。d) 检查接线，正确无误后方可通电。e) 根据数控系统相关使用说明书，设置机床参数1451020=4（刀架刀位数），1451021=150（换刀监控时间），1451022=8（0.8S1.5S）（刀架反靠时间），该刀号为非编码方式。总共四把刀，运行PLC程序后，必须有一把刀号有效。 f) 在手动情况下，按数控系统面板按键K4，观察刀架控制板上中间继电器变化情况。以及单相刀架体变化情况。若电机不转或死锁，则考虑单相电机三根线可能错位。或电容问题。g) 可用万用表测量单相电机两端的电压变化情况。h) 可编一个程序，其中有换刀指令M06 TXX或TXX，用哪一种由参数设定。观察给定刀号和不及时给定刀号的程序运行情况。参考自动加工操作观察单相电机变化情况和程序运行情况。参考自动加工操作。建议脱离电机负载测试。动作正常后，再带负载联调。i) 断电，整理接线。4 简述数控刀架系统常见故障及原因，如何排除故障？课程设计小结