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1、 毕业设计用纸一、前言（一）课题题目装 订 线FANUC -0i系统数控机床回参考点故障诊断与分析（二）课题来源自选课题（三）课题类型基础研究性（四）课题意义及国内外现状分析数控机床的回参考点操作是数控机床控制操作中最重要的功能环节之一。能否正确返回到参考点，将会直接影响到零件的加工质量。数控机床的各种刀具补偿、间隙补偿、轴向补偿以及其他精度补偿措施能否发挥正确作用将完全取决于数控机床能否回到正确的参考点位置。1、数控机床的发展目前，数控机床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高，具有很多的优点。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数
2、控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正向以下几个方向发展。1）高速化和高精度化 为实现高速化和高精度化，今后数控技术的发展如下： 使伺服电动机的位置环、速度环的控制实现数字化，以达到对电动机的高速、高精度控制 采用现代控制理论，减少滞后量提高跟随精度。装 订 线 采用高分辨率的位置编码器。现代高分辨率位置编码器绝对位置的测量可达163840脉冲/转。 实现多种补偿功能，提高数控机床的加工精度和动态特性。2) 智能化
3、、开放式、网络化21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成，为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station
4、/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现
5、不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”（智能生产控制中心，简称CPC)日本大
6、隈（Okuma）机床公司展出“ITplaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。2、回参考点的原理按机床检测元件检测原点信号方式的不同，返回机床参考点的方法有两种。一种为栅格法，另一种为磁开关法。数控机床多采用栅格法产生检测元件的回零信号。装 订 线1）栅格法数控机床按照控制理论可分为闭环、半闭环和开环系统。闭环数控系统装有检测最终直线位移的反馈装置；半闭环数控系统的位置测量装置安装在伺服电动机转动轴上或丝杆的端部，即反馈信号取自
7、角位移；开环数控系统不带位置检测反馈装置、闭环、半闭环数控系统通常利用位移检测反馈装置（脉冲编码器或光栅尺）进行回零定位，即栅格法回零；开环系统则需另外加装检测元件，通常利用磁感应开关同零定位，即磁开关法回零。无论采用哪种回零操作，为保证准确定位，在到达零点之前，数控机床的伺服系统必须自动减速，因此在多数数控机床上安装减速撞块及相应的检测元件。 栅格法中，按照检测元件测量方式的不同可以分为以绝对脉冲编码器方式归零和以增量脉冲编码器方式归零。在使用绝对脉冲编码器作为测量反馈元件的系统中，调试机床时第一次开机后，通过参数设置配合机床回零操作调整到合适的参考点，只要绝对脉冲编码器的后备电池有效，此后
8、每次开机，不必进行回参考点操作。在使用增量脉冲编码器的系统中，回参考点有两种模式。一种为开机后在参考点回零模式下各轴手动回原点，每一次开机后都要进行手动回原点操作。另一种为采用存储器模式，第一次开机手动回原点，以后均可用G代码指令回原点。参考文献42）磁开关法磁开关法是在机械本体上安装磁铁及磁感应原点开关或者接近开关，当磁感应原点开关或接近开关检测到原点信号后，进给电机立即停止，该停止点被认作为原点。磁开关法常用于开环系统，由于开环系统没有位移检测反馈装置脉冲编码器或光栅尺，所以不会产生栅格信号，通常利用磁感应开关回零定位。3、数控机床故障诊断技术的发展数控机床是当代机、电、光、气一体化高新技
9、术的结晶。电气复杂，管路交叉林立。数控系统五花八门，故障现象也各不相同，特别是大、重型数控机床，价格昂贵，以数百万美金计。安装调试时间长（几个月到一年以上）。大型数控机床内有成千上万只元器件，其中任一元件有故障，都会造成机车工作不正常。大、重型数控机床体积庞大，在无恒温条件下使用，环境的影响也很容易引发故障。因此数控机床的维修就成了许多企业的老大难题。要迅速找出数控机床的故障、隐患，并及时排除，就要迅速发展数控诊断技术 。1)通信诊断装 订 线通信诊断也称原距离诊断或海外诊断。用户只需把CNC系统中专用“通信接口”连接到普通电话线上，维修中心的专用通信诊断计算机的“数据电话”也连接到电话线路上
10、。由通信计算机向各用户CNC系统发送诊断程序，并将测试数据送回诊断计算机进行分析并得出结论，最后又将诊断结论和处理方法通知用户。FUNUC公司生产的数控系统就具有这种诊断功能。通信诊断不仅用于故障发生之后对数控系统进行诊断，而且还可以用作用户的定期预防性诊断，只需按约定的时间对机床作一系列试运行检查，将检查数据通过电话线送入维修中心的计算机进行分析处理，维修人员不必亲临现场，就可以发现系统可能出现的故障隐患。2)自修复系统自修复系统就是在系统内设置备用模块,在数控系统的软件中装有自修复程序.当软件在运行时一旦发现某一个模块有故障时,系统一方面将故障信息显示在CRT,同时自动寻找是否有备用模块,
11、 若有备用模块,系统能自动使故障模块脱机而接通备用模块,从而使系统较快地进入正常工作状态。Cincinnati-Milacron公司生产的950CNC系统就采用了这种自修复技术。3)人工智能（AI）专家故障诊断系统专家系统是一个或一组能在某些特定领域内，应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种人工智能计算机程序。图1-1 故障诊断专家系统通常，专家系统由知识库、推理机、数据库以及解释程序、知识获取程序等5个部分组成，见图1-1。装 订 线其核心部分为知识库和推理机。其中知识库中存放着求解问题所需的知识，推理机负责使用知识库中的知识去解决实际问题。知识库的建造需要知识工程师和领域专家相互合
12、作把领域专家的知识和经验整理出来，并用系统的知识方法存放在知识库中。当解决问题时，用户为系统提供一些已知的数据，就可从系统处获得专家水平的结论。从数控机床故障诊断的内容看，故障诊断专家系统用于故障检测、故障分析和解决处理三个方面。在FANUC 0i系统中，已将专家故障诊断系统用于故障诊断。在使用时，操作者以简单的会话问答方式，通过数控系统上的MDI/CRT操作，就能如同专家亲临现场一样，诊断出系统的故障。4)人工神经元网络诊断人工神元网络，简称神经网络，是人们在对人脑思维研究的基础上，用数学方法将其简化、抽象并模拟，能反映人脑基本功能特性的一种并行分布处理连接网络模型。由于神经元网络具有联想、
13、容错、记忆、自适应、自学习和处理复杂多模式故障的优点，是数控机床故障诊断新的发展途径。将神经网络和专家系统结合起来，发挥两者各自的优点，更有助于数控机床的故障诊断。共 9 页 第 1 页二、方案论证（一）、课题研究的方法（1）、亲自到工厂参加实践并将出现有关这个课题的故障与数控维修师傅进行分析和讨论（2）、记录每次出现的回参考点故障现象和排除方法（3）、对实习期间所遇到的回参考点故障进行查资料分析与总结（二）、可行性分析该课题在理论的基础上已实现了可运用性，所以研究课题是理论和实践论证的综合。对于设计的整个工作过程与原理论证都经过了实践的证明。又因为回参考点是数控机床的重要功能之一，能否正确的
14、返回参考点，将会影响到零件的加工质量。同时，由于数控机床是多刀作业，每一把刀具的刀位点安装位置不可能调整到同一坐标点上，因此就需要用刀具补偿来校正，如加工中心刀具的长度补偿和数控车床车刀刀尖的位置补偿，这种刀具偏置的补偿量也是通过刀位点的实际位置与由参考点确立的基本坐标系比较后补偿得到的。所以该课题在实际生产过程中应用非常广泛。装 订 线三、文献综述（一）课题研究目标装 订 线研究该课题主要是进一步的搞清楚回参考点的原因、作用以及工作方式。（二）课题研究内容该课题研究的主要内容主要包括以下三点：1、数控技术与数控设备故障诊断技术的发展趋势2、回参考点原因、作用以及工作原理3、回参考点故障的现象
15、、原因及其排除方法（三）拟解决关键的问题案例一：某台经济型数控车床，FANUC 0i数控系统，X轴经常出现原点漂移，且每次漂移量为10mm左右。案例二：某配套FANUC 0i系统的数控机床，回参考点动作正常，但参考点位置随机性大，每次定位都有不同的值。案例三：某德国产配备FANUC 0i数控系统的数控磨床，在回参考点时，出现Z轴找不到参考点的故障。 四、进度安排第15周 学生毕业实习，组织开题报告第68周 进行系统分析，完成毕业设计详细设计方案装 订 线第911周 完成详细设计，绘制机械原理草图。第1214周 完成机械原理图纸设计。第15周 进行图纸设计修改及第1617周 撰写毕业设计论文。第18周 毕业设计答辩。参考文献：1. 王志平 . 机床数控技术应用 ， 北京：高等教育出版社，2004装 订 线2. 王侃夫 . 数控机床故障诊断及维修， 北京：机械工业出版社，20003. 任建平 . 现代数控机床故障诊断及维修，北
