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第1章 绪论1

1.1数控机床概述1

1.1.1数控机床的定义1

1.1.2数控机床的组成2

1.2数控机床的加工过程3

1.3数控机床故障诊断与维修的目的和意义5

1.3.1数控机床故障诊断与维修的意义5

1.3.2数控机床故障诊断与维修的目的5

1.4数控机床故障诊断的研究对象与故障分类6

1.4.1数控机床故障诊断的研究对象6

1.4.2数控机床故障的特点7

1.4.3数控机床故障的分类7

1.5数控机床故障诊断与维修的方法与步骤8

1.5.1数控机床故障诊断与维修的方法8

1.5.2数控机床故障诊断与维修的一般步骤12

1.6数控机床的维护14

第2章 故障信号分析与处理基础18

2.1信号的分类与描述18

2.1.1确定性信号与非确定性信号18

2.1.2能量信号与功率信号19

2.1.3时限与频限信号20

2.1.4连续时间信号与离散时间信号20

2.1.5物理可实现信号23

2.1.6信号分析中常用函数23

2.2信号的常用数学变换26

2.2.1傅里叶变换26

2.2.2拉普拉斯变换31

2.2.3z变换34

2.3信号的时域分析35

2.3.1时域分解35

2.3.2时域统计分析38

2.3.3直方图分析40

2.3.4相关分析42

2.4信号的频域分析43

2.4.1幅值谱分析44

2.4.2功率谱分析45

2.5倒频谱分析47

2.5.1倒频谱的数学描述47

2.5.2倒频谱分析的应用48

第3章 数控系统故障诊断50

3.1数控系统概述50

3.1.1数控系统的组成50

3.1.2数控系统的工作过程52

3.1.3数控系统的功能53

3.1.4CNC系统的硬件结构55

3.1.5CNC系统的软件结构57

3.2典型数控系统简介59

3.2.1FANUC数控系统59

3.2.2SIEMENS数控系统的基本配置69

3.3数控系统故障诊断技术与实例74

3.3.1数控系统硬件故障诊断74

3.3.2数控系统软件故障原因与排除方法76

3.3.3数控系统自诊断技术的应用78

3.3.4利用机床参数来维修系统81

第4章 伺服系统的故障诊断与维修83

4.1伺服系统概述83

4.1.1伺服系统概念及其作用83

4.1.2伺服系统的组成与工作原理83

4.2主轴驱动系统故障及诊断85

4.2.1常用主轴驱动系统介绍86

4.2.2主轴伺服系统的故障形式及诊断方法87

4.2.3直流主轴驱动故障诊断88

4.2.4交流主轴驱动故障诊断92

4.3进给伺服系统故障及诊断100

4.3.1常见进给驱动系统及其结构形式101

4.3.2进给伺服系统的故障形式及诊断方法104

4.3.3进给驱动的故障诊断108

4.3.4进给伺服电机的维护117

4.4位置检测装置故障及诊断119

4.4.1常用检测装置的维护120

4.4.2检测装置故障的常见形式及诊断方法122

4.4.3检测装置故障的诊断与排除123

第5章 PLC模块的故障诊断127

5.1概述127

5.1.1数控机床中PLC的形式127

5.1.2PLC与外部信息的交换128

5.1.3数控机床PLC的功能129

5.2PLC在数控机床中的应用实例129

5.2.1数控机床工作状态开关PMC控制129

5.2.2数控机床加工程序功能开关PMC控制132

5.2.3数控机床倍率开关PMC控制136

5.2.4数控机床润滑系统PMC控制138

5.2.5数控车床自动换刀PMC控制140

5.2.6数控机床辅助功能代码（M代码）PMC控制143

5.3常用数控系统的PLC状态的监控方法146

5.3.1西门子系统的PLC状态显示功能146

5.3.2FANUC系统的PMC状态监控149

5.4PLC控制模块的故障诊断152

5.4.1PLC故障的表现形式152

5.4.2PLC控制模块的故障诊断方法与实例153

第6章 数控机床机械结构的故障诊断及维修160

6.1机械故障的类型及其诊断方法160

6.1.1机械故障的类型160

6.1.2机械故障的诊断方法161

6.2数控机床的启、停运动故障162

6.2.1主轴不能启动162

6.2.2机床启动后出现失控现象162

6.2.3机床出现“死机”而不能动作163

6.2.4机床返回基准点故障163

6.3主轴部件故障诊断与维修164

6.3.1主轴部件的维护特点164

6.3.2主传动链的故障诊断166

6.4进给传动系统的故障诊断与维修174

6.4.1滚珠丝杠螺母副的故障及维护174

6.4.2进给传动系统的常见故障类型及诊断方法175

6.4.3进给传动系统常见故障的报警形式177

6.4.4进给传动系统故障实例180

6.5导轨副的故障及维护181

6.6ATC及APC系统的故障诊断与维修182

6.6.1刀库及换刀机械手（ATC）的维护183

6.6.2刀库的故障183

6.6.3换刀机械手的故障184

6.6.4工作台自动交换装置的故障诊断186

6.7液压与气动系统的故障诊断与维修187

6.7.1液压传动系统的原理与维护187

6.7.2液压传动系统的故障诊断及排除189

6.7.3气动系统的原理与维护192

6.8数控机床润滑系统的故障诊断194

6.8.1数控机床润滑系统的故障分析194

6.8.2润滑系统的故障诊断196

6.9数控机床机械故障的综合诊断与实例196

6.9.1机械故障的综合诊断197

6.9.2故障实例的综合分析197

6.10数控机床运动质量特性故障诊断203

6.10.1位置偏差过大203

6.10.2零件的加工精度差204

6.10.3两轴联动铣削圆周时圆度超差204

6.10.4机床运动时超调引起的精度不良205

6.10.5故障分析实例205

第7章 数控机床切削加工过程状态监测与故障诊断207

7.1机床加工过程状态监测与故障诊断的内容及待研究的问题207

7.1.1监测与诊断的特点207

7.1.2监测与诊断的内容208

7.1.3待研究的问题209

7.1.4切削过程工况监控系统210

7.2切削过程刀具磨损与破损的在线监测与诊断211

7.2.1切削过程中发生的物理现象及刀具监控原理211

7.2.2刀具磨破损在线自动检测212

7.2.3刀具寿命管理监视系统212

7.2.4切削过程刀具磨损与破损的振动监测法213

7.2.5刀具磨损与破损的主电机功率或电流监测法220

7.2.6刀具磨破损的声发射监控法221

7.2.7刀具磨破损检测技术的综合应用224

7.3切削颤振的在线监控226

7.3.1特征信号的选择226

7.3.2切削颤振的统计特征227

7.3.3颤振的频域特征分析227

7.4切屑状态的在线监控228

7.4.1概述228

7.4.2信号采集及预处理229

7.4.3切屑折断频率fc的计算方法229

7.4.4切屑折断状态的频域特征分析230

7.4.5切屑状态的统计特性231

第8章 常用故障检测及诊断仪器仪表233

8.1万用表233

8.2示波器233

8.2.1示波器的选择233

8.2.2示波器的使用234

8.3逻辑测试笔235

8.3.1逻辑测试笔的功能236

8.3.2逻辑测试笔的使用236

8.3.3逻辑测试笔的选择237

8.4逻辑分析仪238

8.4.1逻辑分析仪的特点238

8.4.2逻辑分析仪的结构原理239

8.4.3逻辑分析仪的触发方式和显示方式241

8.4.4逻辑分析仪的使用242

8.5集成电路测试仪244

8.5.1概述244

8.5.2集成电路测试仪的结构原理245

8.5.3集成电路测试仪的功能246

8.5.4集成电路测试仪的使用246

8.6特征代码分析仪248

8.6.1特征代码分析仪的结构原理248

8.6.2特征代码分析仪的使用250

8.7存储器测试仪251

8.7.1存储器测试仪的结构原理251

8.7.2存储器测试仪的使用251

8.8短路故障追踪仪252

8.8.1短路故障追踪仪的原理252

8.8.2“创能”短路故障追踪仪面板253

8.8.3短路故障追踪仪的应用254

8.9激光干涉仪255

8.10球杆仪256

8.11其他诊断仪器257

第9章 数控机床故障诊断与维修实例258

9.1CNC系统故障维修实例258

9.1.1FANUC CNC系统故障诊断实例258

9.1.2SIEMENS CNC系统故障维修实例263

9.1.3其他CNC系统故障诊断实例267

9.2伺服系统故障维修实例269

9.3主轴系统故障维修实例278

9.4刀架刀库系统故障维修实例283

9.5工作台故障维修实例290

第10章 数控机床故障诊断技术最新进展296

10.1数控机床故障诊断的小波分析技术296

10.1.1小波变换基础297

10.1.2基于小波分析的故障诊断300

10.2数控机床故障诊断的模糊诊断技术300

10.2.1模糊故障诊断基础300

10.2.2基于模糊诊断的数控机床故障诊断312

10.3数控机床故障诊断的神经网络诊断技术313

10.3.1神经网络基础313

10.3.2基于神经网络的数控机床故障诊断317

10.4数控机床故障诊断的专家系统318

10.4.1专家系统的基本组成318

10.4.2知识库的建立与维护320

10.4.3全局数据库及其管理系统321

10.4.4推理机322

10.4.5解释子系统设计323

10.4.6神经网络与专家系统323

10.4.7数控机床故障诊断的专家系统324

参考文献326