与斜率有关的论文题目

**********院 数控专业毕业论文系 别： 机电工程系 专 业： 数控技术 班 级： ***************** 学生 姓名： *** 指导 教师： *** *** 提交时间：2010 年*月*日内容简介 机械制造业是国民经济的支柱产业，可以说，没有发达的制造业，就不可能有国家的真正繁荣和富强。而机械制造业的发展规模和水平，则是反映国民经济实力和科学技术水平的重要指标之一。 制造自动化技术是先进制造技术的重要组成部分，其核心是数控技术。数控技术是综合应用计算机、自动化控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。它的出现及所带来得巨大效益，已引起了世界各国科技与工业界的普遍重视。 数控维修技术不仅是保障数控机床正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，它已经成为一门专门的学科。同时也表明，数控维修技术是制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。关键词 : 数控机床 数控系统 常见故障 维修方法 数控技术目 录引 言……………………………………………………………………………………………… 4一 数控机床的概述…………………………………………………………… 5 数控机床的简介……………………………………………………… 5 数控机床的组成……………………………………………………… 5 数控机床的主要技术指标………………………………………… 5二 数控机床的故障诊断方法…………………………………………… 6 数控机床的外部故障诊断方法…………………………………… 6 数控系统的诊断技术………………………………………………… 7 数控机床常见故障及排除方法…………………………………… 8三 数控机床各部故障分析及维修……………………………………… 9 数控机床主轴伺服系统故障检查及维修………………………… 9 机床PLC初始故障的诊断………………………………………… 10 数控设备检测元件故障及维修…………………………………… 11 数控机床加工精度异常故障及维修…………………………… 12四 数控机床维修维护技术………………………………………………… 15参考文献…………………………………………………………………………… 16致谢…………………………………………………………………………………… 17引 言 随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛，以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。 另外任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一时刻都准确无误地工作。任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而造成生产停顿。因而对数控系统这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就显得十分必要了。尤其对引进的CNC机床，大多花费了几十万到上千万美元。在许多行业中，这些设备均处于关键的工作岗位，若在出现故障后不及时维修排除故障，就会造成较大的经济损失。 我们现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在很大的差距。造成差距的原因在于：人员素质较差，缺乏数字测试分析手段，数域和数域与频域综合方面的测试分析技术等有待提高等等。一 数控机床的概念 数控机床的简介 数控机床是一种技术含量很高的机、电、仪一体化的高效的自动化机床，综合了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是一门新兴的工业控制技术。 数字控制简称数控，是一种借助数字、字符或其他符号对某一工作过程(如加工、测量、装配等)进行可编程控制的自动化方法。 数控技术是指用数字量及字符发出指令并实现自动化控制的技术，它已经成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术。， 数控机床的组成 数控机床由控制介质、人机交换设备、计算机数控装置、进给饲服驱动装置、主轴饲服驱动系统、辅助控制单元、可编程控制器、反馈系统、适应控制装置及机床本体等部分组成。 数控机床的主要技术指标 1.主要规格尺寸 数控机床主要尺寸有床身与刀架最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径等；数控铣床主要有工作台、工作台T型槽、工作台行程等规格尺寸。 2.主轴系统 数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽的调速范围和较高的 回转精度，主轴本身的刚度与抗震性比较好。现在数控机床主轴普遍达到5000～10000r/min甚至更高的转速，并且可以通过操作面板上的倍率开关直接改变转速，每挡间隔5%，其调节范围为50%～120%。 3.进给系统 该系统有进给速度范围、快进速度范围、运动分辨率(最小移动增量)、定位精度和螺距范围等主要技术参数。 4.定位精度和重复定位精度 定位精度是指数控机床工作台或其他运动部件的实际运动位置与指令位置的一致程度，其不一致的差值即为定位误差。重复定位精度是指在相同的操作方法和条件下，在完成规定操作次数过程中得到结果的一致程度。 5.刀具系统 数控车床包括刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度各项内容。加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率。 6.电气 包括主电动机、饲服电动机规格型号和功率等。 7.冷却系统 包括冷却箱容量、冷却泵输出量等。二 数控机床的故障诊断 数控机床的外部故障诊断方法 由于现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起的。数控设备的外部故障可以分为软故障和外部硬件损坏引起的硬故障。 软故障是指由于操作、调整处理不当引起的，这类故障多发生在设备使用前期或设备使用人员调整时期。对于数控系统来说，另一个易出故障的地方为伺服单元。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的。用旋转编码器作速度反馈，用光栅尺作位置反馈。一般易出故障的地方为旋转编码器与伺服单元的驱动模块。例如，一数控车床刚投入使用的时候，在系统断电后重新启动时，必须要返回到参考点。即当用手动方式将各轴移到非干涉区外后，再使各轴返回参考点。否则，可能发生撞车事故。所以，每天加工完后，最好把机床的轴移到安全位置。外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。这类故障有些可以通过报警信息查找故障原因。对一般的数控系统来讲都有故障诊断功能或信息报警。维修人员可利用这些信息手段缩小诊断范围。而有些故障虽有报警信息显示，但并不能反映故障的真实原因。如一台采用840C系统的数控车床，第一天工作时完全正常，而第二天上班时却无论如何也开不了机，工作方式一转到自动方式下就报警“EMPTYING SELECTED MOOE SELECTOR”。加工完工件后，主轴不停，机械手就去抓取工件，后来仔细检查各部位都无毛病，而是自动工作条件下的一个模式开关位置错了。所以，当有些故障原因不明的报警出现的话，一定要检查各工作方式下的开关位置。还有些故障不产生故障报警信息，只是动作不能完成，这时就要根据维修经验、机床的工作原理和PLC运行状况来分析判断了。 对于数控机床的修理，重要的是发现问题。对外部故障诊断应遵从以下两条原则。首先要熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。其次，要会利用PLC梯形图，NC系统的状态显示功能或机外编程器监测PLC的运行状态，一般只要遵从以上原则，小心谨慎，一般的数控故障都会及时排除。数控系统的诊断方法1.数控系统自诊断 (1)开机自诊断 数控系统在通电开机后，都要运行开机自诊断程序，对连接的各种控制装置进行检测，发现问题立即报警，例如检测备用电池电压是否达到要求，若电压低于要求，系统就会产生报警，西门子系统电池报警是1号报警，提示维修人员立即更换电池，如果不能更换电池，在更换电池前不能停电。 (2)运行自诊断 数控机床在运行时，数控系统时刻监视机床的运行。数控装置对伺服系统、PLC系统进行运行监视，如果发现问题及时报警，并且很多故障都会在屏幕上显示报警信息。在机床运行时，PLC装置通过机床厂家编制的用户程序，实时监视数控机床的运行，如果发现故障或者发出的指令不执行，及时将相应的信号传递给数控装置，数控装置将会在屏幕上显示报警信息。2.在线诊断和离线诊断 (1)在线诊断 在线诊断是指通过数控系统的控制程序，在系统处于正常运行状态下，实时自动地对数控装置、PLC控制器、伺服系统、PLC的输人输出以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动测试、检验，并显示有关状态信息和故障信息。系统除了在屏幕上显示报警号和报警内容外，还实时显示NC内部标志寄存器及PLC操作单元的状态，为故障诊断提供极大方便。 (2)离线诊断 当数控系统出现故障或者要判断是否真有故障时，往往要停止加工，并停机进行检查，这就是离线诊断。离线诊断的目的是修复系统和故障定位，力求把故障定位在尽可能小的范围，如缩小到某一区域或者某一模块等。3.远程诊断 实现远程诊断的数控系统，必须具备计算机网络功能。因此，远程诊断是近几年发展起来的一种新型的诊断技术。数控机床利用数控系统的网络功能通过互联网连接到机床制造厂家，数控机床出现故障后，通过机床厂家的专业人员远程诊断，快速确诊故障，这是数控机床诊断技术的新发展。 数控机床常见故障及排除方法 数控系统故障维修通常按照：现场故障的诊断与分析、故障的测量维修排除、系统的试车这三大步进行。1.数控机床故障诊断： (1)先外部后内部 现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障率越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起的。由于数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度、降低性能。 (2)先机械后电气 一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统及电气故障的诊断难度较大。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障。 (3)先静态后动态 先在机床断电的静止状态，通过了解、观察、测试、分析，确认通电后不会造成故障扩大、发生事故后，方可给机床通电。在运行状态下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通电。 (4)先简单后复杂 当出现多种故障互相交织，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。2.数控机床的故障诊断技术 数控系统是高技术密集型产品，要想迅速而正确的查明原因并确定其故障的部位，要借助于诊断技术。随着微处理器的不断发展，诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊断或智能化方向发展。诊断能力的强弱也是评价CNC数控系统性能的一项重要指标。目前所使用的各种CNC系统的诊断技术大致可分为以下几类： (1)起动诊断 起动诊断是指CNC系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执行诊断。诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如 CPU、存储器、I/O 等单元模块，以及MDI/CRT单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。只有当全部项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常运行的准备状态。否则，将在CRT画面或发光二极管用报警方式指示故障信息。此时起动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。 (2)在线诊断 在线诊断是指通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时对CNC系统本身及CNC装置相连的各个伺服单元、伺服电机、主轴伺服单元和主轴电动机以及外部设备等进行自动诊断、检查。只要系统不停电，在线诊断就不会停止。 (3)离线诊断 离线诊断是指数控系统出现故障后，数控系统制造厂家或专业维修中心利用专用的诊断软件和测试装置进行停机（或脱机）检查。力求把故障定位到尽可能小的范围内，如缩小到某个功能模块、某部分电路，甚至某个芯片或元件，这种故障定位更为精确。

王建锋

（中国科学院力学研究所，北京，100080）

【摘要】在自然界、社会、经济等领域内，突变现象很常见。若系统的输出序列在某未知时刻起了突然变化，则该时刻即称为变点。变点统计分析的目的是判断变点的存在，确定其位置和个数等。已有的变点分析包括均质变点分析、概率变点分析和模型参数变点分析等。本文提出斜率变点的新概念，它是指曲线斜率加（减）速变化最大的点。本文还结合几个不同类型的实例，提出了寻求单一斜率变点的回归系数二阶差分方法。它可对单调性和凹凸性均单一的曲线求其“转折点”。实例表明，该法具有简单、直观、有效等优点。

【关键词】变点分析斜率变点回归系数

1前言

在自然界、社会、经济等领域内，突变现象很常见，且很重要。研究突变是否发生，何时发生等问题，有助于掌握事件或过程的演化规律，尤其是灾害发生发展规律，从而为灾害的预报、预防和治理提供依据。

系统的输出序列在某未知时刻起了突然变化，该时刻即称为变点。变点统计分析的目的是判断和检验变点的存在、位置、个数，并估计出变点的跃度。变点统计分析对定量分析各种监测数据，研究各种地质灾害的规律等，都是个强有力的工具。

变点分析又分为均值变点分析、概率变点分析以及模型参数变点分析等[1]。某一时刻前、后数据的均值（或概率分布，或某模型参数）发生了显著改变，则该时刻就称为均值（或概率，或某模型参数）变点。但地质问题中还常遇到一条曲线逐渐上升，在某时刻以后突然加速上升；有时遇到一条曲线开始加速下降，到某点以后突然减缓速度下降而逐渐趋于平缓。还有的曲线开始缓速下降，到某点后突然转为快速沿斜线下降。由于这一突然转变的“转折点”是一类重要的特征点，往往与特定问题的特定物理意义相联系，因此准确地确定该变点是重要的。此类“转折点”，本文称其为曲线的斜率变点，简称斜率变点。

本文拟结合岩土体表面蠕变曲线如何寻找第二阶段和第三阶段分界点的问题，求土体特性指标的相关距离δ（或θ）中如何寻找方差折减函数的突然趋缓的“转折点”问题，以及根据e-lgP曲线求前期固结压力P。的问题，来进行斜率变点分析论述。

2寻找单一斜率变点的基本原理

先研究最简单的斜率变点问题。假定已知一条曲线中有且只有一个斜率变点，问题是如何找到一种方法可简单、定量、准确地确定此变点。

一般的，大多数的测量数据都呈离散的数据点对，并且当测量时间间隔较长时，不易形成能真实反映过程变化的连续曲线。因此，多数观测序列不易用曲线方程表达，因而就无法用微积分求导数的方法求出各点处的斜率，只能用求某点两侧一些相继数据点的线性回归系数的方法近似地求出某时刻点（或距离点）两侧较短时间间隔（或距离）内曲线的斜率。这是因为在较短的时间间隔（或距离）内，曲线是近似直线的。某点两侧曲线斜率之差可反映该点两侧斜率变化的幅度，这可说是用到了一阶差分。但这里拟找的“转折点”并不是斜率变化最大的点，而是斜率局部加（减）速变化最大的点。在监测时间是等时间间隔（或等间距）的条件下，斜率变化幅度的二阶差分就反映了斜率变化的加（减）速度。通过寻找斜率变化的加（减）速度局部极大值的方法，就可找出斜率变点所落在的单位区间。然后，再用类似于求分组数据众数的方法，便可定量地求出斜率变点的估计值了。

3寻找单一斜率变点的方法和步骤

以下结合3个不同类型的实例，介绍寻找单一斜率变点的方法和步骤。

例1.日本Tohoku铁道线上Asamushi滑坡的累计位移监测数据[21如表1所示（数据由图1量出）。

表1日本Tohoku铁路线 Asamushi滑坡累计位移

图1日本Tohoku铁路线 Asamushi滑坡时间—累计位移曲线变点分析结果

这是由滑坡表面测得的位移—时间曲线，它明显包含了第二、第三蠕变阶段的数据。第二阶段的曲线段近似直线，反映出等速蠕变特征；但第三阶段则是加速蠕变阶段，其曲线明显加速上扬（图1）。这就是说，在这个例子中，已知包含且只包含一个斜率变点，只要能找到斜率局部加速变化最大的点，那么就意味着找到了这个斜率变点了。以下分步介绍寻找这个变点的回归系数二阶差分法。

（1）取定探索点：由于监测数据是等时间间隔的，为此选取两个相邻观测时间点的中点为探索点，构成探索点序列。如例1中的探索点序列为ti=，…，。

（2）以各探索点为中心构造滑动窗口，以便计算出探索点前后附近曲线的斜率（即探索点前后各若干数据点的线性回归系数）。由于参加回归的数据点数 n的多少会影响回归系数的取值，故在探索点前、后各取一样多（n）数据点构成滑动窗口，这样可在同等条件下进行前、后斜率的对比。又由于曲线只在较短的时间（或较小的距离）内才近似直线，故 n也不能取得太大。这里分别取 n=2,3,4构成三套滑动窗口。

（3）在以 ti为滑动窗口中，对探索点 ti前（或左）的n个数据点作线性回归，求出回归系数，记为 （ti）；同样，对探索点 ti后（或右）的n个数据点作线性回归，求出回归系数，记为 （ti）。显然，n=2时算出的回归系数反映局部的斜率性态较多，反映整体的斜率性态则不够，又由于点数太少（只是两点，可连一直线），随机性较大，统计意义不够。相反，n=4时算出的回归系数反映整体的斜率性态较好，反映局部的的斜率性态则较差，又由于点数较多，统计意义较强，较少随机性；n=3则介乎二者之间。因此，应当更着重 n=4时的结果。因此，将n=2,3,4时计算出的 进行加权平均，权取 n2。于是，当对某个 ti， 均存在时，加权平均数为：

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（4）对每个探索点 ti，计算 之差，并记为∆S(ti），即

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∆S(ti）可说是ti点前、后曲线斜率的增量（或改变量），也可理解为是ti点后、前曲线斜率的一阶差分，它的大小反映了 ti点处斜率增加的幅度。

（5）对∆S(ti）的序列再计算二阶差分，即：

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这个二阶差分值的大小就反映了在区间（ti-1,ti）内曲线斜率加速度变化的大小。△2S(ti）也构成一序列。

（6）沿着 ti从小到大的序列，寻找2S(ti）序列中出现的最大值（它比前、后两个值均大）。设它所对应的区间为（ti-1,ti），它就应是斜率变点所在的区间。再把它前、后两个相邻区间（ti-2,ti-1）及（ti,ti+1）和它们对应的△2S(ti-1）、△2S(ti+1）值利用起来，用与分组数据众数类似的方法，进行线性内插，即可求出斜率变点 t＊的精确值，计算公式如下：

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对例1数据用回归系数二阶差分法进行计算，将计算的中间结果及最终结果列于图2中。

从图2中可以看出，取得最大的二阶差分为2S(ti)=，它对应的区间为（, ），它的前、后两个相邻区间为（）和（）。它们对应的二阶差分值为△2S(ti-1)＝，△2S(ti+1)=。

按公式（4）可算得：

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从图1直观来看，t＊作为该曲线的斜率变点是合适的，它可作为蠕变曲线第二阶段与第三阶段的分界点。找出这个分界点有重要实际意义，它可提醒观测者何时开始就应对该滑坡动态进行加密监测，也可使现场工程师有可能只用第三阶段的数据点，对滑坡发生时间作出更为精确的预报。因此，斜率变点的确定有助于解决滑坡蠕变曲线第二、第三阶段的划分问题。此外，它还可以帮助寻找曲线由快速下降到突然转缓，以及曲线由平缓下降突然转为快速沿斜线下降的“转折点”问题。

图2日本Tohoku铁路线 Asamushi滑坡时间—累计位移曲线变点分析Spreadsheet配置

4寻找曲线由快速下降到突然转缓趋于平稳的“转折点”

地质学中遇到这类问题较多。但过去往往只凭肉眼观察来人为确定一个“转折点”，没有客观定量分析的方法。而这种问题的解决不但对理论研究有帮助，而且具有重要的实际经济效益，如确定经济合理的取样间距、勘探网密度等。也就是俗称的寻找“平衡点”的问题。下面将结合求土体相关距离的实际例子来说明斜率变点分析在其中的应用。

例2.已知从加拿大温哥华及近郊Haney处土体静力触探试验数据计算得出滞后距 T与方差折减函数Г2(T）如表2、图3所示。

表2Haney处 T与Γ2(T）数据表

例1中的曲线是开始等速上升，经过斜率变点后加速上扬。而例2中的曲线则是开始快速下降，到变点时突然减速下降，并逐渐趋缓，甚至趋于一条水平的渐近线。这里需要寻找的是突然减速下降的“转折点”。由于例2中曲线虽与例1中曲线在直观上很不相同，但都是凹曲线。因此，随着 Ti（或 ti）的增加，曲线的斜率总是增大的。因此，一阶差分还是用公式： 但到计算二阶差分2S(Ti）时就与例1时有所不同。例1中序列S(Ti）一般是随着 ti的增大而递增的，故2S(Ti)＝S(ti)－ S(ti-1）；而例2中序列∆S（Ti）一般是随着 Ti的增大而递降的，故此时计算二阶差分就应倒过来减：

图3Haney处方差折减函数Γ2（T）图

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其余求 T＊的方法、公式与方程（4）类似。

对例2中数据的计算结果列于图4。从图4可以看出，取得最大值的二阶差分为2S（Ti）=，它对应的区间为（）。它的前、后两个相邻区间为（）和（, ），它们对应的二阶差分值为2S（Ti-1）＝和2S（Ti+1）=，按照（4）可得：

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这就是“转折点”的T的估计值。再根据表2中 T与Γ2（T）的数据，用线性内插法求出Γ2（T*）来：

图4Haney处方差折减函数Γ2(T）变点分析结果

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∴Γ2（T*）=×

于是，Haney处土体相关距离δ≈T＊·Г2（T*）=×（m）。这与原文中计算出的结果δ＝非常接近，相对误差只有。原文中 T*=，如果按本文量出的数据，则Г2（）=，于是δ≈×（m），此与本文结果更为接近，相对误差仅为。原文中时 T*=时，Γ2（T＊）＝，故算出δ≈×（m）。可见，误差主要是本文量测数据造成的，与方法本身无关。可见，斜率变点方法提供了计算相关距离的另一有效途径。

5寻找曲线由慢速平缓下降到突然转为快速沿斜线下降的“转折点”

土力学中根据e-lgP高压固结实验曲线求取前期固结压力Pc，即是此类问题的典型代表。

例3.垂直压力P的对数与隙比的试验数据[4]见表3、图5。首先运用线性内插使试验数据等间隔化。变点分析结果见图6。

表3e-lgP数据表

图5高压固结实验e-lgP曲线

图6高压固结实验e-lgP曲线变点分析结果

由于曲线是凹的，对每个Li算出的 总大于 因此由公式（2）可推：

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由于算出的∆S（Li）序列基本上是递增的，故计算 △2S（Li）的公式仍可沿用公式（3），即：

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从图6的最后一栏看出，最大的△2S（Li）为，所对应的区间为（）。它的前后两个相邻区间为（）和（），它们对应的二阶差分值为△2S(Li-1)＝和△2S（Li+1）=，按照（4）可得：

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即斜率变点的估计值为（lgP)*=。因此，前期固结压力 Pc的估计值为 =。原文Pc的计算结果为，两者极为接近，相对误差仅为。

6结论

在自然界、社会、经济等问题的科学研究中，常遇到要寻求一条曲线的“转折点”问题。当曲线是单调递增（或单调递减），且是凹的（或凸的）曲线时，就意味着曲线中有且只有一个斜率变点存在，可用回归系数二阶差分法确定此变点。

当曲线不是单调且凹凸性有变化时，可以将曲线先划分为单调且凹凸性单一的曲线段，然后分段求取斜率变点。

回归系数二阶差分法求得的斜率变点是斜率最大加速的点，而不是斜率变化量最大的点。该点往往是在沿着近似直线的变化后，开始突然加速转向变为沿着另一条直线或曲线变化的“转折点”，它多在斜率变化量最大的点（或曲率最大的点）之前发生。

应用回归系数二阶差分法需要是等间距数列，且间隔要相对较密，即数据点对足够多，最好大于20或30对，至少也要有13对。这是因为运用滑动窗口时存在边缘效应，并且算出的回归系数不能很好地代表曲线的斜率。若原始数据是不等间距的，可以采用线性内插的方法使之转化为等间隔的较稠密的数据。

曲线单调增、减及凹、凸不同时，计算斜率变点的公式稍有不同：①单调增、凹性时，用公式（2）、（3），如例1；②单调降、凹性时，用公式（2）、（5），如例2；③单调降、凸性时，用公式（6）、（3），如例3；④单调增、凸性时，用公式（6）、（5）。

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(4)现代诊断技术 随着电信技术的发展，IC和微机性价比的提高，如通信诊断也称远程诊断，即利用电话通讯线把带故障的CNC系统和专业维修中心的专用通讯诊断计算机通过连接进行测试诊断.三 数控机床各部故障分析及维修 数控机床主轴伺服系统故障检查及维修电子工业的飞速发展，使各种集成度高、性能先进的调速驱动层出不穷，给数控机床的更新换代提供了有利条件，但对于目前大中型企业还无法将旧数控机床全部改造的现实，修理旧的驱动系统，仍是维修战线上的一项艰巨任务。在维修主回路采用错位选触无环流可逆调速驱动系统的数控车床中所遇到的部分故障及处理方法。1. 故障现象：卧车在点动时，花盘来回摆动。检查：测量驱动控制系统中的±20V直流稳压电源的纹波为4V峰峰值，大大超过了规定的范围。分析：在控制系统的放大电路中，高、低通滤波器可以滤掉，如：测速机反馈，电流反馈，电压反馈中的各次谐波干扰信号，但无法滤除系统本身直流电源电路中的谐波分量，因它存在于整个系统中，这些谐波进入放大器就会使放大器阻塞，使系统产生各种不正常的现象。在点动状态下，因电机的转速较低，这些谐波已超过了点动时的电压值，造成了系统的振荡，使主轴花盘来回摆动，而且一旦去除谐波信号，故障马上消失。处理：将电压板中的100MF和1000MF滤波电容换下焊上新电容，并测量纹波只有几个毫伏后将电源板安装好，开机试运行，故障消除。2. 故障现象：5m立车在运行加工中发出哐哐声后，烧保险。检查：发现5FC5FG、5RG5RQ正反组全无脉冲输出(线路见图2)，测量结果，IC7反相器损坏，又发现1FG1FC输出波形较其他波形幅值低得多。分析：5m立车主驱动直流电机的驱动电压由晶闸管全控桥反并联整流电路提供。12路触发脉冲中，有两路消失，另一路触发脉冲的幅值较其它正常触发脉冲要短三分之一，当出现哐哐的齿轮撞击声时，误以为液压马达联轴节处出现了问题，但过了一会儿两路保险丝烧坏，实际上，在这次故障的前一段时间里已烧过两次保险，当时只认为是偶然的电网不稳造成，因换上保险丝后，故障就消除了。由于5m立车加工运行时的转速较低，虽然可控硅整流电路是桥式整流，但是线路中触发脉冲丢失和幅值小同时存在时，也会造成电流不连续，输出的电压不稳，从而使电机的转速不稳。一开始出现的哐哐声，实际就是转速不稳的表现。由于电流断续而引起的烧保险故障能发生在运行后停车和正常运行的任何时刻。处理：将放大管T1(另一组触发电路中的放大管，功能如图2中的T7)及反相器IC7换下，故障消除。 机床PLC初始故障的诊断机床PLC初始故障的诊断为了保护机床和维修方便，PLC有显示和检测机床故障的能力。一旦发生故障，维修人员就能根据机床的故障显示号去确定故障类别，予以排除。但在实际加工过程中，我们发现有时PLC同时显示几个故障，它们是由某一个故障引起的连锁故障，排除了初始的引发故障，其它故障报警就消失了。可是从机床PLC显示的所有报警故障中，维修人员并不知道哪个故障是初始引发故障，维修人员只能逐个故障去查，这就增加了维修难度。机床PLC初始故障诊断功能，通过PLC程序，准确判断出初始故障的报警号。维修中，首先排除初始故障，其它引发故障自行消失，这样就极大地方便了机床的维修，提高了机床维修的快速性和准确性。 2 初始故障诊断原理设计的PLC程序不单单是把各个故障都能检测和显示出来，还能把最关键的初始故障自动判断出来。初始故障诊断原理：以3个故障为例，其中设置了3个故障检测位，分别为、、；3个初始故障检测位为、、；为系统复位信号。初始状态时，无报警出现，故障检测位都为“0”，初始故障检测位也都为“0”，复位信号为“0”。在3个故障中假设首先发生第二个故障。在程序扫描的第一个周期内，其对应的故障检测位变为“1”，、、初始值为“0”，初始故障检测位变为“1”，通过自锁保持为“1”，直到故障被排除，系统复位信号发出后“1”状态才被解除。在程序扫描的第二个周期内，保持为“1”，实现了对、的封锁，即使此时另外某一个故障检测位为“1”，也不能导致其初始故障检测位变为“1”。通过此PLC程序的控制，就能从同时发生的众多故障里准确地判断出初始故障。在JCS018数控机床中，遇到了多个故障同时发生的问题，如换刀报警和液压报警同时出现。维修时，先检查液压控制部分，然后才能确认故障出在换刀过程中。检查后我们才知道换刀的动力由液压驱动来提供。PLC控制程序设计中，当遇到换刀故障时，为防止更大的意外发生，在报警的同时也断开了液压控制，因此换刀故障发生时出现了两个报警信息。为遵循原机床的设计思路，而又能准确地发出报警信息，给JCS018数控机床增加了对初始故障的检查功能。按照前面的程序分析，换刀和液压故障检测位分别为和，初始故障可从初始故障检测位和读出。当该机床再发生类似故障时，就能很快地判断出初始故障。 数控设备检测元件故障及维修检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分，它起着检测各控制轴的位移和速度的作用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。测量方式可分为直接测量和间接测量：直接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测元件测量，直接测量常用的检测元件一般包括：直线感应同步器、计量光栅、磁尺激光干涉仪。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型检测元件测量，间接测量常用的检测元件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。当机床出现如下故障现象时，应考虑是否是由检测元件的故障引起的：1.机械振荡（加／减速时）：(1)脉冲编码器出现故障，此时检查速度单元上的反馈线端子电压是否在某几点电压下降，如有下降表明脉冲编码器不良，更换编码器。(2)脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的速度不同步，更换联轴节。(3)测速发电机出现故障，修复，更换测速机。2.机械暴走（飞车）：在检查位置控制单元和速度控制单元的情况下，应检查：(1)脉冲编码器接线是否错误，检查编码器接线是否为正反馈，A相和B相是否接反。(2)脉冲编码器联轴节是否损坏，更换联轴节。(3)检查测速发电机端子是否接反和励磁信号线是否接错。3.主轴不能定向或定向不到位：在检查定向控制电路设置和调整，检查定向板，主轴控制印刷电路板调整的同时，应检查位置检测器（编码器）是否不良，此时测编码器输出波形。4.坐标轴振动进给：在检查电动机线圈是否短路，机械进给丝杠同电机的连接是否良好，检查整个伺服系统是否稳定的情况下，检查脉冲编码是否良好、联轴节联接是否平稳可靠、测速机是否可靠。检测元件是一种极其精密和容易受损的器件，一定要从下面几个方面注意，进行正确的使用和维护保养。1．不能受到强烈振动和摩擦以免损伤代码板，不能受到灰尘油污的污染，以免影响正常信号的输出。2．工作环境周围温度不能超标，额定电源电压一定要满足，以便于集成电路片子的正常工作。3．要保证反馈线电阻，电容的正常，保证正常信号的传输。4．防止外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影响反馈信号。5．安装方式要正确，如编码器联接轴要同心对正，防止轴超出允许的载重量，以保证其性能的正常。总之，在数控设备的故障中，检测元件的故障比例是比较高的，只要正确的使用并加强维护保养，对出现的问题进行深入分析，就一定能降低故障率，并能迅速解决故障，保证设备的正常运行。 数控机床加工精度异常故障及维修生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面:(1)机床进给单位被改动或变化。(2)机床各轴的零点偏置(NULL OFFSET)异常。(3)轴向的反向间隙(BACKLASH)异常。(4)电机运行状态异常，即电气及控制部分故障。(5)机械故障，如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外，加工程序的编制、刀具的选择及人为因素，也可能导致加工精度异常。1.系统参数发生变化或改动系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。例如SIEMENS、FANUC数控系统，其进给单位有公制和英制两种。机床修理过程中某些处理，常常影响到零点偏置和间隙的变化，故障处理完毕应作适时地调整和修改；另一方面，由于机械磨损严重或连结松动也可能造成参数实测值的变化，需对参数做相应的修改才能满足机床加工精度的要求。2.机械故障导致的加工精度异常一台THM6350卧式加工中心，采用FANUC 0i-MA数控系统。一次在铣削汽轮机叶片的过程中，突然发现Z轴进给异常，造成至少1mm的切削误差量(Z向过切)。调查中了解到：故障是突然发生的。机床在点动、MDI操作方式下各轴运行正常，且回参考点正常；无任何报警提示，电气控制部分硬故障的可能性排除。分析认为，主要应对以下几方面逐一进行检查。(1)检查机床精度异常时正运行的加工程序段，特别是刀具长度补偿、加工坐标系(G54～G59)的校对及计算。(2)在点动方式下，反复运动Z轴，经过视、触、听对其运动状态诊断，发现Z向运动声音异常，特别是快速点动，噪声更加明显。由此判断，机械方面可能存在隐患。(3)检查机床Z轴精度。用手脉发生器移动Z轴，（将手脉倍率定为1×100的挡位，即每变化一步，电机进给），配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动精度保持正常后作为起始点的正向运动，手脉每变化一步，机床Z轴运动的实际距离d=d1=d2=d3…=，说明电机运行良好，定位精度良好。而返回机床实际运动位移的变化上，可以分为四个阶段：①机床运动距离d1＞d=(斜率大于1);②表现出为d=＞d2＞d3(斜率小于1)；③机床机构实际未移动，表现出最标准的反向间隙；④机床运动距离与手脉给定值相等(斜率等于1)，恢复到机床的正常运动。无论怎样对反向间隙(参数1851)进行补偿，其表现出的特征是：除第③阶段能够补偿外，其他各段变化仍然存在，特别是第①阶段严重影响到机床的加工精度。补偿中发现，间隙补偿越大，第①段的移动距离也越大。分析上述检查认为存在几点可能原因：一是电机有异常；二是机械方面有故障；三是存在一定的间隙。为了进一步诊断故障，将电机和丝杠完全脱开，分别对电机和机械部分进行检查。电机运行正常；在对机械部分诊断中发现，用手盘动丝杠时，返回运动初始有非常明显的空缺感。而正常情况下，应能感觉到轴承有序而平滑的移动。经拆检发现其轴承确已受损，且有一颗滚珠脱落。更换后机床恢复正常。3.机床电气参数未优化电机运行异常一台数控立式铣床，配置FANUC 0-MJ数控系统。在加工过程中，发现X轴精度异常。检查发现X轴存在一定间隙，且电机启动时存在不稳定现象。用手触摸X轴电机时感觉电机抖动比较严重，启停时不太明显，JOG方式下较明显。分析认为，故障原因有两点，一是机械反向间隙较大；二是X轴电机工作异常。利用FANUC系统的参数功能，对电机进行调试。首先对存在的间隙进行了补偿；调整伺服增益参数及N脉冲抑制功能参数，X轴电机的抖动消除，机床加工精度恢复正常。4.机床位置环异常或控制逻辑不妥一台TH61140镗铣床加工中心，数控系统为FANUC 18i，全闭环控制方式。加工过程中，发现该机床Y轴精度异常，精度误差最小在左右，最大误差可达到。检查中，机床已经按照要求设置了G54工件坐标系。在MDI方式下，以G54坐标系运行一段程序即“G90 G54 Y80 F100；M30；”，待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为“”，记录下该值。然后在手动方式下，将机床Y轴点动到其他任意位置，再次在MDI方式下执行上面的语句，待机床停止后，发现此时机床机械坐标数显值为“”，同第一次执行后的数显示值相比相差了。按照同样的方法，将Y轴点动到不同的位置，反复执行该语句，数显的示值不定。用百分表对Y轴进行检测，发现机械位置实际误差同数显显示出的误差基本一致，从而认为故障原因为Y轴重复定位误差过大。对Y轴的反向间隙及定位精度进行仔细检查，重新作补偿，均无效果。因此怀疑光栅尺及系统参数等有问题，但为什么产生如此大的误差，却未出现相应的报警信息呢？进一步检查发现，该轴为垂直方向的轴，当 Y轴松开时，主轴箱向下掉，造成了超差。对机床的PLC逻辑控制程序做了修改，即在Y轴松开时，先把Y轴使能加载，再把Y轴松开；而在夹紧时，先把轴夹紧后，再把Y轴使能去掉。调整后机床故障得以解决。四 数控机床的维护数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护。概括起来，要注意以下几个方面。(1)制订数控系统日常维护的规章制度根据各种部件特点，确定各自保养条例。如明文规定哪些地方需要天天清理（如CNC系统的输入／输出单元——光电阅读机的清洁，检查机械结构部分是否润滑良好等），哪些部件要定期检查或更换（如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次）。(2)应尽量少开数控柜和强电柜的门因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。(3)定时清扫数控柜的散热通风系统应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过55℃），造成过热报警或数控系统工作不可靠。(4)经常监视数控系统用的电网电压FANUC公司生产的数控系统，允许电网电压在额定值的85%～110%的范围内波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。(5)定期更换存储器用电池FANUC公司所生产的数控系统内的存储器有两种：(a)不需电池保持的磁泡存储器。(b)需要用电池保持的CMOS RAM器件，为了在数控系统不通电期间能保持存储的内容，内部设有可充电电池维持电路，在数控系统通电时，由+5V电源经一个二极管向CMOS RAM供电，并对可充电电池进行充电；当数控系统切断电源时，则改为由电池供电来维持CMOS RAM内的信息，在一般情况下，即使电池尚未失效，也应每年更换一次电池，以便确保系统能正常工作。另外，一定要注意，电池的更换应在数控系统供电状态下进行。6. 数控系统长期不用时的维护为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下两点：(1）要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。(2)数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏，甚至使整台电动机损坏。参 考 文 献【1】 张超英，谢富春编. 数控编程技术. 北京：化学工业出版社，2004【2】 张超英，罗学科编. 数控加工技术综合实训. 北京：机械工业出版社，2003【3】 数控技术培训系列教程. 世纪星数控系统编程\操作说明书. 华中数控.2001【4】 全国数控培训网络天津分中心编. 数控编程. 北京：机械工业出版社，1997致谢四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。

新颖的数学论文题目有：

1、数学模型在解决实际问题中的作用。

2、中学数学中不等式的证明。

3、组合数学与中学数学。

4、构造方法在数学解题中的应用。

5、高中新教材中数学教学方法探讨。

6、组合数学恒等式的证明方法。

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10、高等数学在初等数学中的应用。

11、向量在几何中的应用。

12、情境认识在数学教学中的应用。

13、高中数学应用题的编制和一些解题方法。

14、浅谈反证法在中学教学中的应用。

15、探索证明线段相等的方法。

16、几个带参数的二阶边界值问题的正解的存在性研究。

17、关于丢番图方程1+x+y=z的一类特殊情况的研究。

18、变限积分函数的性质及应用。

19、有限集上函数的迭代及其应用。

20、小学课堂环境改着的行动研究。

21、网络环境下小学数学主题教学模式应用研究。

22、培养小学生数学学习兴趣的教学策略研究。

23、小学五年级儿童数学学习策略干预对改善其执行功能的研究。

24、小学生数学创新思维的培养。

25、促进小学生数学课堂参与的数学策略研究。

26、使学生真正成为学习的主人。

27、改革课堂教学的着力点。

28、谈素质教育在小学数学教学中的实施。

29、素质教育与小学数学教育改革。

30、浅谈学生数学思维能力的培养。