1、本科毕业论文（20 届）加工中心故障诊断实验台的故障设计所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 加工中心故障诊断实验台的故障设计 1课题意义及目标通过本次毕业设计使学生了解和掌握到毕业设计应遵循的步骤和程序，通过对加工中心的学习，了解加工中心的工作原理，结合某加工中心实验台，人为设计故障，通过故障分析，完成故障的排除。2主要任务(1)本设计要求学生在对加工中心的整体结构熟悉的基础上，能够完成典型故障 的分析。
2、(2)通过对实验台的了解，人为的设计故障，提出解决方案，(3)本设计要求在实验台上进行验证。3主要参考资料1蒋洪平.数控设备故障诊断与维修M.北京：北京理工大学出版社.2006.82严峻.数控机床常见故障快速处理M.北京：机械工业出版社.2009.43郑小年.数控机床故障诊断与维修M.武汉：华中科技大学出版社.2005.94王润孝.机床数控原理与系统.第 2 版M.西安：西北工业大学出版社.1997.64进度安排审核人： 年 月 日设计各阶段名称 起 止 日 期1 查看相关文献完成开题报告准备答辩 2014.12.10 至 2014.12.302 结合相关知识，完善对加工中心的理论认识2015
3、.03.10 至 2014.04.103 进行实际操作，整合故障，进行题库的丰富2015.04.10 至 2014.05.124 整理资料，开始撰写毕业论文 2015.05.12 至 2014.06.55 完成毕业论文设计书，准备毕业答辩 2015.06.5 至 2014.06.25加工中心故障诊断实验台的故障设计摘 要：随着数字化制造技术的发展，数控技术及数控机床在当今机械制造业有着重要地位和巨大效益。各类数控机床如数控车床、数控铣床、数控加工中心等的使用率越来越高，而数控加工中心因其独有特点，价值不容小视。但是数控加工中心价格昂贵,无法在教学中普遍使用其进行故障设计，因此出现了数控加工中心
4、故障诊断模拟实验台,用于机械类及自动化类相关专业的实践教学。本设计在了解数控加工中心综合维修实验台的组成结构和工作原理的前提下，结合加工中心智能考核系统的使用，人为的在加工中心机床上进行了故障设计，并进行了故障分析，完成了故障排除，同时将所设计的故障录入智能考核系统，进行了故障题库的丰富，以备其他人使用。关键词：数控加工中心、故障设计、故障分析Processing center design of fault diagnosis malfunctionAbstract: With the development of digital manufacturing technology, CNC
5、technology and CNC machine tools in todays machinery manufacturing industry has an important position and great benefits. All kinds of CNC machine tools, such as CNC lathe, CNC milling machine, CNC machine center utilization rate is higher and higher, and CNC machining center because of its unique c
6、haracteristics, the value cant be overlooked. But the CNC machining centers are expensive, you cant make its widespread in the teaching of design, resulting in a CNC machining center fault diagnosis simulation test-bed for machinery and automation-related professional practice teaching.The design in
7、 the context of the structure and operation principle of a comprehensive understanding of CNC machining centers, repair bench, combined with the use of intelligent machining center assessment system, man-made machine tools for the machining center design failure, and failure analysis completed troub
8、leshooting, while the design of intelligent fault entry examination system for the rich fault exam to prepare for others to use.Keywords: CNC machining centers, fault design, fault analysis目录1 绪论 .11.1 现代数字化制造业的发展 .11.2 加工中心的现状 .11.3 加工中心故障诊断的重要性 .21.4 研究课题的内容和意义 .22 加工中心及故障诊断实验台的研究 .32.1 加工中心的组成和工作
9、原理 .32.2 加工中心故障诊断实验台 .43. 加工中心故障诊断实验台的使用 .93.1 加工中心的故障检测 .93.2 故障点编码方式及本课题所用继电器代码 .93.3 加工中心智能考核系统的使用 .114 加工中心的设计故障 .164.1 加工中心常见故障分类 .164.2 故障条目 .164.3 故障现象和故障点设计 .174.4 在实验台上故障诊断与修复验证范例 .195 回顾与展望 .29参考文献 .30致 谢 .3111 绪论1.1 现代数字化制造业的发展数字化制造技术是为了提高生产率的需求而发展起来的,作为一个完整的制造技术体系，现代数字化制造技术主要由数控机床、数控量仪和数
10、控刀具三部分组成 1。数控技术及数控机床的广泛应用，使机械制造业发展更快。数控机床是现代加工车间最重要的装备，主要有数控车床、数控铣床、数控加工中心等 1。数控加工中心有其独有特点，其价值不容小视。由于数控加工中心价格昂贵,无法在教学中普遍使用其进行故障设计。因此出现了数控机床故障诊断模拟实验台,用于机械类和自动化类相关专业的实践教学。目前我国数字化制造业发展呈现以下趋势：一是由 2D 向 3D 转变；二是并行和协同，通过产品、工艺过程和生产资源的建模仿真及集成优化技术，提高多学科的设计与制造的协同性和并行性，实现产品和工艺设计结果的早期验证；三是数字化装配与维修；四是数字化车间与数字化工厂，
11、这是数字化制造技术在车间和和工厂集成应用和高效运营的全新生产模式，为高效物流实施以及精益生产、可重构制造、元化制造等先进制造模式提供辅助工具；五是工业互联网，由机器、设备组、设施和系统网络组成，能够在更深的层面将连接能力、大数据、数字分析、3D 打印等结合 1。1.2 加工中心的现状就目前国内制造业发展状况来看，各类数控机床的使用越来越多，在数字化制造业中发挥了重要作用。主要有数控车床，数控铣床，数控加工中心等，而加工中心有其不可替代的加工特点，其价值不容小视。数控加工中心是在数控铣床的基础上逐渐演变而来，相对于数控铣床，数控加工中心迈出了很大的一步，不仅仅局限于对零部件的铣削功能，更在本身基
12、础上增加了刀库和自动换刀机构。刀库里装有不同用途的各式刀具，可以使零部件在一次装夹的过程中就完成了所有的工序，提高了加工中心的加工效率，缩短了加工时间，使得企业能够在规定的时间内完成更多产品的加工，促进了工业的急速发展，使无人化车间得到了更快发展。数控加工中心加工精度高、加工质量稳定、且具有自动换刀功能，可以提高加工精度 2。加工中心的适应性强、灵魂性好，而且可以加工复杂曲线类零件，能太原工业学院毕业设计2提高经济效益。数控加工中心由于多种工序的集中以及自动换刀，减少了工件的测量、装夹以及机床调整等所需的时间，也减少了工序间的工件周转，搬运还有存放时间，大大缩短生产周期，提高了生产效率，为企业
13、带来了明显的经济利润 2。数控加工中心常用来加工一些零件形状复杂、精确度要求比较高、更换比较频繁的中批小批量的产品 2。数控加工中心也有不足之处：机床设备费用昂贵，一次购买需要大量资金；对工作环境要求较高，对维修、操作人员的素质要求较高，其选型是专业性很强的工作。针对其不足，购买时一定注意最好选择规模大、实力强、服务有保障的单位购买。1.3 加工中心故障诊断的重要性伴随着加工中心在各个领域的使用率越来越高，设备在运行时出现的故障率就会增大，因此对加工中心故障诊断维修调试的技术人才需求在不断加，培养实践动手能力很强的数控故障诊断维修和调试人才就特别重要。此外，由于生产用的数控机床价格昂贵，在教学
14、实践中大量使用显然很不现实，也不经济、不安全。于是出现了数控加工中心故障诊断综合模拟实验台，用于在教学中培养和教育学生的故障诊断能力。实践证明该数控加工中心故障诊断模拟实验台有助于培养人才,可以提高学生的数控机床故障诊断维修技术水平，对学生今后的发展起到积极的作用。1.4 研究课题的内容和意义本设计要求：了解数控加工中心的组成结构和工作原理的基础上分析一些简单的典型故障。对数控加工中心故障诊断实验台进行学习，了解其构造、工作原理，及使用方法。了解各故障点的故障形式，对其进行分析，学习诊断方法，根据故障成因逆向完成故障排除。研究实验台故障点，故障的设计原理，由于本实验台故障点大多围绕继电器完成设
15、计，所以在设计故障之前了解各继电器是十分必要的。本课题设计思路是基于与实验台配套的计算机软件增添题库。设计意义: 太原工业学院毕业设计3通过本次毕业设计使学生了解和掌握到毕业设计应遵循的步骤和程序，通过对加工中心组成结构的学习，了解加工中心的工作原理，结合数控加工中心综合维修考核实验台，人为设计故障，通过故障分析，完成故障的排除,提高了学生的数控加工中心故障诊断维修技术水平。太原工业学院毕业设计42 加工中心及故障诊断实验台的研究2.1 加工中心的组成和工作原理加工中心的结构由两大部分组成：1.主机部分；2.控制部分。加工中心的主机主要体现为由机械结构组成的部分，主要包括：床身、工作台、主轴箱
16、、底座、横梁、立柱、进给机构、换刀机构、刀库、辅助系统(辅助系统有三部分：润滑、气液、冷却)等 2。加工中心的控制部分由两方面组成：1.软件部分；2.硬件部分。软件部分：控制程序和系统程序。硬件部分：1.可编程序控制器(简写为 PLC)；2.数字控制装置(简写为 CNC)；3. 主轴驱动装置；4.输出输入设备；5.显示装置 2。加工中心由以下的几大部分组成，如表 2.1：表 2.1 加工中心的组成基础部件 工作台、床身、立柱三个部件组成了基础部件，它是加工中心的基本结构。这三个部分在工作中要承受静载荷，也得要承受在切削加工过程中做产生的动载荷。因此，数控加工中心这三个部分，必须要有足够的刚度，
17、材质要铸造而成。 主轴部件 主轴电动机、主轴箱、主轴轴承和主轴等几大部件组成了加工中心的主轴部件。主轴的作用是加工中心在切削加工过程中的功率输出，主轴的起动、变速、变向、停止等动作都是由加工中心数控系统来进行控制的；它的定位准确性和旋转精度，很大程度上可以影响在加工中的加工精度 2。数控系统 数控系统由可编程序控制器、CNC 装置、面板操作系统以及伺服驱动系统等四部分组成，这是执行加工过程和顺序控制动作的中心。CNC 是对位置进行控制 的系统，控制过程包括了进行插补运算，对数据处理，从而来获得理想状态下的运动轨迹，将信息输出给了执行部件，由其加工出要求的工件 2。自动换刀系统 自动换刀系统由机
18、械手、刀库等部件组成。刀具更换命令由数控系统发出，机械手起到了交换刀具的作用，从刀库中选择合适的刀插入主轴孔，其次将主轴上的刀具取下，重新放回刀库，最后整个换刀过程结束 2。太原工业学院毕业设计5辅助装置 辅助装置由冷却，润滑，防护，排屑，气动，液压和检测系统几个部分组成 2。上述的部分不直接参与切削运动，但他们却是在加工过程中不可或缺的，以确保加工效率、可靠性和加工精度能够达到要求。加工中心的丁作原理是根据零件图纸制定工艺方案，采用手工或计算机自动编制零件加工程序，把零件所需的机床各种动作及全部工艺参数变成机床的数控装置能接受的信息代码,并把这些代码存储在信息载体上，将信息载体送到输入装置
19、2。读出信息并送入数控装置，或利用计算机和加工中心直接进行通信，实现零件程序的输入和输出进人数控装置的信息经过一系列处理和运算转变为脉冲信号 2。有的信号送到机床的伺服系统，通过伺服机构进行转换和放大，再经过传动机构。驱动机床有关零部件使刀具和工件严格执行零件程序所规定的相应运动还有的信号送到可编程序控制器中用于顺序控制机床的其他辅助动作，实现刀具自动更换 2。2.2 加工中心故障诊断实验台数控加工中心综合维修实训设备采用模块化机构，可以完成数控机床的电气装调、数控机床机械装调、数控机床整机调试、数控机床的维护维修四类岗位的人才培养要求 3。本实验台由数控控制台、数控系统、PMC 单元、伺服进给单元、机床控制电路、伺服变压器、PMC 练习模块等组成 3。根据岗位技能要求，学生可以进行数控机床的安装调试、参数设备、伺服性能优化、数据备份、PMC 编程、故障诊断与维修、数控编程操作等多种技能的实训 3。实训设备采用模块化的结构，组合在数控机床上以满足机电联调的技能训练要求。配置的智能化故障维修系统通过产生故障、故障分析、故障诊断、线路检查、故障点确定等过程来训练学生数控机床维修能力，配合计算机软件通过网络连接进行数控技术的认知，人为的进行故障设定、试题录入、检验故障等工作量，是一套综合的数控技术设备 3。2.2.1 数控机床电气控制单元
