《数控机床故障诊断与维修》课程标准
第一部分 前言
一、背景
在机械制造行业中，数控机床是一种主要的生产设备。数控机床在计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）中有着很重要的地位，它是机电一体化高新制造技术的技术基础和重要组成部分。所以它的正常工作对于整个生产很重要。而这就要求操作人员有相当的维护知识，让数控机床具有更长的寿命。一旦数控设备出现故障，维修人员能及时准确地诊断和排除，充分发挥数控机床的效益。因此，对于数控专业的学生进行这方面的能力培养显得迫在眉捷。
二、课程的性质
数控机床控制技术是集机械制造技术、自动化技术、计算机技术、传感检测技术、信息处理技术以及光电液一体化技术于一体的现代制造技术。近年来，随着数控机床的普及应用,给机械制造业的发展创造了条件，并为企业带来了很大的效益，但同时，由于数控设备的先进性、复杂性和智能化的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了极大的变化，因此，企业需要大批掌握先进数控技术复合型的数控机床维修人员。《数控机床故障诊断与维修》是机电一体化技术专业的核心课程，是机械制造、气动液压、电力拖动及PLC技术应用等课程的沿革，是机、电技术的综合应用，对学生机、电技术综合能力的培养有明显的促进作用。《数控机床故障诊断与维修》课程是数控专业的一门专业主干核心课程
三、课程的基本理念
通过社会调研，企业所需数控设备应用与维护人才岗位(群)分为以下几个部分：数控设备的操作人员、数控设备的装调人员、数控设备的维护人员、数控机床故障的排除人员以及其他工作岗位。
针对不同的岗位群，这些核心岗位群对应的职业能力有：数控机床的操作、维护；数控机床的安装、检测、验收；数控机床的常见故障诊断与排除；普通设备的数控化改造。
根据专业核心能力，数控机床的日常维护；数控机床的安装、调试与检测；数控机床的故障诊断与排除构成了本课程的核心培养目标。
同时，通过学校、企业的合作，我们不断更新教学内容，更换典型机床案例，体现了职业教育的开放性，为课程的开发和设计既提供思路也提供了实践环境。
四、课程的设计思路
按照从岗位分析→确定典型工作任务→明确能力目标→归纳学习领域→设计与实施学习情境的思路进行课程开发。
用资讯、计划、决策、实施、检查和评估六步法进行课程设计。
资讯：到学生就业多的企业调研（2-3个），与企业专家、现场工程师、维修技师和维修工人一起座谈，确定典型工作任务。
计划：根据典型工作任务设计教学情境，遵循由浅入深，螺旋上升的原则。
决策：由专业指导委员会对计划进行评估，提出修改意见。
实施：由主讲教师按计划进行教学。
检查：检查教师是否按计划进行教学。
评估：由学生对本课程进行评价，同组教师评价，督导组评价，企业出题考试后对学生评价，对评价中提出的问题进行分析，制定计划整改方案，从新制定计划，由专业指导委员会对新计划进行评估，提出修改意见，进行下一轮教学。
用六步法进行的课程设计注重教会学生解决实际问题的的方法，所以具有开放性。
在故障的诊断排除中，尽管故障的表象各不相同，但故障处理的一般步骤是相同的，通过在机床和实训台上设置故障点，以几个典型的真实的故障帮助学生掌握机床故障的常见的方法。
本课程在设计过程中牢牢把握“以工作过程为导向”的教学设计理念，把专业学生的核心职业能力培养摆在突出的位置，以学生为主导，设计学习情境，规划学习性工作任务，最终达到课程的培养目标。
第二部分 课程目标
一、总目标
本课程以机床制造业企业中的数控机床装调工、装调工程师、维护工和维修工程师等相关工作岗位为目标，使学生掌握数控机床故障诊断与维护、维修的基本知识和方法，培养学生数控机床调试、维护与维修的职业素养和职业技术能力，提高学生的就业竞争能力。
二、分目标
（一）知识与能力
数控机床是现代制造技术的基础，它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品。它以高效、高精度以及灵活多变的特点，在各行各业取得了越来越广泛的应用。但是数控机床的结构及其控制系统复杂、价格贵，因此它对维修人员提出了比普通机床维修更高的要求。通过本课程的学习，学生应该掌握以下知识与能力
1、应具有较广的知识面
由于数控机床是集机械、电气、液压、气动等于一体的加工设备，组成机床的各部分之间又具有密切的联系，所以其中任何一部分发生故障均会影响到其他部分的正常工作。故要求维修人员不仅要掌握机械、电气两个专业的基础理论知识，而且还应熟悉机床的结构与设计思想，熟悉数控系统的性能，才能迅速找出故障原因。
2、必须勘于思考
数控机床的结构复杂，故障涉及面广。作为维修人员必须从机床的故障现象通过分析故障产生的过程，针对各种可能产生的原因由表及里，透过现象看本质，迅速找出发生故障的根本原因并排除。维修人员应“多动脑，慎动手”，切忌草率下结论，盲目更换元器件，特别是数控系统的模块以及印刷电路板。
3、重视经验积累学习
数控机床故障的维修速度在很大程度上要依靠平时经验的积累，维修人员遇到的问题、解决过的故障越多，其维修经验也就越丰富。数控机床虽然种类繁多，但基本的工作过程与原理却是相同的。因此，维修人员在解决了某故障以后，应对维修过程及处理方法进行及时总结、归纳，形成书面记录，以供今后出现同类故障时参考。特别是对于自己平时难以解决，最终由同行技术人员或专家解决的问题，尤其应该细心观察，认真记录，深入思考。
4、能熟练操作机床和使用维修仪器
数控机床维修人员通常要进入一般操作者无法进行的特殊操作方式，如：进行机床参数的设定与调整、通过计算机以及软件联机调试、利用PLC编程器监控等。此外，为分析判断故障原因，维修过程中往往还需要编制相应的加工程序，对机床进行必要的运行试验与工件的试切削。
5、具有较强的动手能力
动手是维修人员必须具备的素质。但是，对于维修数控机床这样精密、昂贵的设备，动手必须要有明确的目的、完整的思路、细致的操作；动手前应仔细思考、观察，找准人手点；动手过程中更要做好记录，尤其是对于电气元件的安装位置、导线号、机床参数、调整值等都必须做好明显的标记。维修完成后，应做好“收尾”工作，如：将机床、系统的罩壳、紧固件安装到位，将电线、电缆整理整齐等。
6、具备专业外语基础
目前国内生产数控机床的厂家已经日益增多，但数控机床的关键部分数控系统还主要依靠进口，其配套的说明书、资料往往使用原文资料，数控系统的报警文本显示亦以外文居多。为了能迅速根据系统的提示与机床说明书中所提供信息，确认故障原因，加快维修进程，作为—个维修人员，最好能具备专业外语的阅读能力。
（二）过程与方法
打破传统的理论、实践分开的组织形式，以任务为主要教学组织形式，融合理论、实践的内容，根据不同的教学内容，我们采用不同教学模式。在每一种教学模式中，我们抓住“以学生的职业能力的培养为中心”不动摇，抓住教学目标不动摇，敢于创新，敢于突破，教学内容决定教学模式。
主要采用“任务驱动”型教学模式，采用“项目导向”型教学，做到 “讲练一体化”。
运用不同的教学方法，比如案例教学法、启发式教学、讨论式教学、讲授法教学等等。
在案例教学法中，我们抓住故障处理的步骤，层层分析，以典型案例为突破。
在每次的教学过程中注意体现学生的主导地位，教师引导，报告完成后进行仔细讨论、分析，目的就是学生掌握技能。
（三）情感态度
学生除了掌握一定的专业基础知识、职业技能外，还必须具有团队协作意识，创新意识和严谨求实的科学态度，培养学生为人处事的基本能力，培养学生良好的职业素质，形成正确的世界观和价值观。
第三部分 内容标准
（共72学时）
模块一数控机床的安装调试及验收
课题一 数控机床的安装调试
课题二 数控机床的验收
课题三 数控机床的检测实验
模块二数控机床的机械结构
课题一 数控机床的机械结构概述
课题二 数控机床主传动系统及主轴部件
课题三 数控机床进给系统传动部分
课题四 回转工作台和工作台面自动交换装置
课题五 自动换刀装置
课题六 其他辅助装置
模块三典型数控系统的硬件结构及故障的诊断与维护
课题一 常见数控厂家的数控产品
课题二 FANUC-OIB系统的硬件
课题三 SINUMERIK 802D SL系统的硬件结构
课题四 伺服单元的结构及工作原理
课题五 数控系统硬件故障的检查与分析
课题六 伺服系统的故障诊断及维修技术
课题七 检测装置的故障及诊断
模块四典型数控系统的软件结构及数控系统故障的诊断与维修
课题一 FANUC-OIB系统的参数
课题二 FANUC-OIB系统PLC
课题三 数控系统PLC调试实验
课题四 利用PLC进行数控机床的故障检测
课题五 FANUC-OIB系统报警分类及恢复
课题六 SINUMERIK 802D SL软件介绍
模块五状态监测与故障诊断
课题一 数控系统维修的基础
课题二 日常维护
课题三 数控机床典型故障实例
课题四 状态监测与故障诊断
课题五 设备管理
模块六数控机床故障诊断与维修实例
课题一 数控车床故障诊断与维修
课题二 数控铣床故障诊断与维修
课题三 加工中心故障诊断与维修
课题四 柔性制造系统故障分析与排除
第四部分 实施建议
一、 教学建议
1、 授课教师必须经常参加数控机床维修与安装调试的培训，并要有多年数控机床维修实际经验和数控机床装配的工作经历。以双师型教师组成教学团队。
2、 进一步完善数控实验室，为便于实践教学的开展，实验室要配备多种系统的数控维修实验台。
3、 要建设数控机床机械拆装实验室、精度测量实验室。
二、评价建议
教师在实践教学中对学生进行课堂考核，不另外进行卷面考试。成绩主要包括以几个部分：
1．学生出勤考核 （占20％）
2. 学习态度和协作意识 （占20％）
3．课堂实际操作完成情况 （占40％）
4．实训报告完成情况（占20％）
第二篇：《数控机床故障诊断与维修》课程标准
《数控机床故障诊断与维修》课程标准
(适用专业：数控设备应用与维护，90学时)
一、概述
（一） 课程性质
培养一批高技能人才和高素质劳动者，是先进制造业实现技术创新和技术升级的迫切要求。高等职业教育既担负着培养高技能人才的任务，也为自身的发展提供了难得的机遇。为适应制造业的深层次发展和数控技术的广泛应用，根据高等职业教育发展与改革的新形式，我校以教育部《关于加强高职高专人才培养工作的若干意见》等文件对高职高专人才培养的要求为指导思想，确立了“满足制造业对人才培养的需求，适应行业技术改革，紧跟前沿技术发展”的思路，制定了本课程的标准。
本课程借鉴德国“双元制”职业教育相关的先进理念，针对高等职业教育自动化、机电一体化、数控技术专业教学对象的实际情况进行制定。以目前广泛使用的SINUMERIK 802S、SINUMERIK 802D为例，主要讲授数控设备故障诊断与维修理论；常用维修仪器的基本原理、技术指标；数控机床常见电气、机械故障的判断；数控机床常见故障诊断与维修方法等内容；训练通过仪器仪表排除数控机床常见强、弱电故障；训练通过数控系统的诊断功能、PLC梯形图等诊断数控机床常见故障。该课程以应用为主线，制定教学过程。力求少而精、突出基本知识和基本技能的培养，条理清晰，便于学习。通过学习培养学生数控系统操作、应用与维护的能力，故障检测、排除与思维分析的能力，以及培养学生理论联系实际的良好作风。本课程以培养综合素质为基础，以能力为本位，把提高学生的职业能力放在突出位置，使学生成为企业生产服务一线迫切需要的高素质劳动者；课程设置和教学内容适应技术发展，突出自动化、机电一体化、数控技术应用专业领域的新知识、新技术、新工艺和新方法。
《数控机床故障诊断与维修》是数控技术、模具制造、数控设备应用与维护专业的一门重要的专业必修课程。
（二）课程基本理念
本课程是数控技术、模具制造、数控设备应用与维护专业的一门主干课程，主要任务是使学生通过学习西门子数控实训台的结构、基本工作原理、特点及应用，熟悉数控系统的结构和特性并掌握数控系统基本控制回路的应用并能进行常见故障的分析和排除。从五年制高职教育的实际出发，以应用为目的，以必需、够用为度，以讲清概念、强化应用为重点，加强针对性和实用性作为确定教学内容的基本原则。
（三）课程设计思路
《数控机床故障诊断与维修》为理实一体化课程，总课时3周（共90课时），课程学分4.5分。
本课程共设16个项目（必修项目13个，选修项目3个），项目均取材于实际生产，以技能的培养为重点，理论教学围绕项目要求展开，体现“教、学、做合一”的职教特色。本课程采用理论实践一体化的教学模式。力图实现：以培养综合素质为基础，以能力为本位，把提高学生的职业能力放在突出位置，加强实践性教学环节，使学生成为企业生产服务一线迫切需要的高素质劳动者；以企业需求为基本依据，以就业为导向，增强针对性，又兼顾适应性；课程设置和教学内容适应技术发展，突出自动化、机电一体化、数控技术应用专业领域的新知识、新技术、新工艺和新方法；教学组织以学生为主体，提供选择和创新的空间，构件开放、富有弹性、充满活力的课程体系，适应学生个性化发展的需要。
二、课程目标
本课程的教学目标主要是为了培养与提高学生在机床数控系统方面的相关技能，培养操作数控机床的技术人才，使其具备一定的机床数控系统技能，同时也以这种形式加强了职业技术教育，为培养跨世纪的中高级人才铺垫了道路。
学生通过本课程的学习应达到以下的目标：
1．了解数控装置的特点和使用范围
2．掌握步进驱动和交流伺服驱动的工作原理及两者的区别
3．熟悉数控系统的基本构成
4．了解检测反馈元件的分类和基本工作原理
5．熟悉伺服驱动执行元件的结构特点和作用
6．熟悉常用伺服控制元件的结构、工作方式和作用
7．能使用各类常用电器元件进行回路连接
8．能进行典型中等复杂电器控制回路的分析
9．掌握数控系统检测反馈控制回路的设计方法和设计步骤
10．具备设计简单电器传动控制回路的能力
11．具备一定的数控系统传动控制回路故障分析和排除能力
三、课程教学内容与要求
（一）教学内容与要求
项目一：6S管理及数控维修人员素养
内容：
l 6S管理；
l 维修人员基本素养；
l 常见维修诊断工具；
l 维修手册与图纸。
要求：
l 掌握6S管理的精髓；
l 了解数控设备调试维修工的岗位要求；
l 会使用常见的调试及维修工具；
l 能正确使用维修手册与识读图纸
l 了解维修的一般或称与步骤。
项目二： 数控机床故障诊断与维修实训台的认识
内容：
l 数控机床的基本概念
l 了解数控实训台的构成
l 电气控制模块及电源控制模块
l 802D系统模块
l 主轴变频器模块
l 611UE伺服模块
l I/O演示模块
l PP72/48接口单元
要求：
l 了解、识读SINUMERIK 802D实训系统的各主要部件及其型号、大小、功率等参数。
l 了解和掌握SINUMERIK 802D数控实训系统的基本结构和功能特性。
l 了解数控系统的组成，各主要组成部件的主要功能。
项目三： 主轴回路
内容：
l 数控装置与主轴装置的连接
l 基本参数设置
l 实训系统主轴回路的硬件线路连接
要求：
l 了解数控装置与主轴装置的连接
l 掌握参数设置及其含义
l 掌握实训系统主轴回路的硬件线路连接
项目四：西门子802D主轴变频单元的调试及故障诊断
内容：
l 三相感应电动机的调速与变频调速原理。
l 通用变频器的结构及其分类和电路原理。
l 西门子MM420介绍、操作与故障诊断。
l 变频器与802D的匹配。
要求：
l 了解主轴变频调速的工作原理、主轴变频系统的控制工作原理。
l 掌握主轴变频驱动系统的调试方法。
l 熟悉主轴变频驱动系统的故障诊断。
*项目五：西门子802D机床主轴及主轴编码器的安装与故障诊断
内容：
l 数控系统位置测量装置的分类。
l 光电增量式编码器的工作原理。
l 编码器与ECU的连接及编码器反馈在ECU中参数的设定。
要求：
l 了解主轴编码器的工作原理及作用。
l 掌握主轴闭环系统的调试方法。
l 熟悉主轴闭环系统的故障诊断。
项目六：步进回路
内容：
l 步进伺服系统的组成
l 数控系统对步进伺服系统的要求。
l 步进电动机的工作原理和主要特性。
l 步进电动机驱动电路。
要求：
l 熟悉伺服系统的组成，以及了解数控系统对伺服系统的要求。
l 掌握步进电动机的工作原理和主要特性。
l 掌握步进电动机驱动电路方面的基本技术。
项目七：西门子步进驱动单元的调试及故障诊断
内容：
l 步进电机的基本结构、主要特性及工作原理。
l 反应式步进电机的通电方式和步距角、转速的计算。
l 步进电机驱动控制系统的组成及其怎样与数控系统连接。
l 步进驱动器的调整及数控系统的设定。
l 三相感应电动机的基本结构、主要特性及工作原理。
要求：
l 了解步进电机的工作原理、步进系统的控制原理。
l 掌握步进驱动器的调试方法。
l 熟悉步进驱动系统的故障诊断。
项目八：交流伺服回路
内容：
l 交流伺服回路接线。
l 交流伺服回路涉及的元器件。
l 简单参数设置。
要求：
l 掌握交流伺服回路接线。
l 掌握交流伺服回路涉及的元器件。
l 掌握相关简单参数设置。
*项目九：611U伺服驱动的设置及优化
内容：
l 611U伺服驱动的设置。
l 利用SimcomU软件进行服驱动的优化。
要求：
l 掌握利用伺服驱动优化软件对伺服驱动装置进行优化。
l 掌握简单参数的设置。
项目十：刀架回路
内容：
l 数控机床刀架回路简介。
l 刀架系统的基本连接。
l 与刀架系统有关的数据设置。
要求：
l 掌握刀架的正确接线。
l 理解和刀架有关参数的含义。
l 能排除一些简单的与刀架相关的故障。
项目十一：检测反馈回路
内容：
l 检测反馈回路的介绍
l 检测反馈回路的连线。
l 检测反馈元器件的介绍。
l 机床控制方式介绍。
要求：
l 了解机床控制方式。
l 了解各种反馈元器件的原理与使用。
l 会进行接线。
项目十二：802D机床的参考点
内容：
l 机床参考点的含义。
l 机床参考点的设立。
l 机床参考点的调试方法。
要求：
l 了解机床参考点的工作原理。
l 掌握机床参考点的设定及调试方法。
l 熟悉机床参考点 的故障诊断。
*项目十三：802D丝杠螺距误差的补偿
内容：
l 丝杠螺距误差补偿。
要求：
l 了解丝杠螺距误差补偿的工作原理。
l 掌握丝杠螺距误差补偿的调试方法。
项目十四：FROFIBUS组件的连接及数据设置
西门子系统的基本数据设定
内容：
l ROFIBUS组件的连接。
l ROFIBUS组件的数据设置。
l SINUMERIK 802D系统的初始化。
l 数据存储保护级，车/铣床数据设定。
要求：
l 初步掌握怎样设置参数以及怎样优化数控系统。
l 操作过程中正确使用各种专用工具。
项目十五：西门子系统的连接、数据保护
内容：
l 万用表的使用方法，基本的电气连接知识。
l 了解和掌握SINUMERIK 802D数控实训台的基本结构。识读电气线路图的能力。
l 了解SINUMERIK 802D的存储器，SINUMERIK 802D系统的启动方式。SINUMERIK 802D系统的数据保护方法。
要求：
l 熟悉SINUMERIK 802D数控系统的各基本单元。
l 掌握SINUMERIK 802D数控系统的电气连接。
l 操作过程中正确使用各种专用工具。
l 要求学生能初步掌握SINUMERIK 802D系统的连接及其各项参数的设置方法和数据保护知识。
l 能解决系统连接过程中会遇到的简单问题。
项目十六：西门子802D外围故障模拟及诊断
内容：
l 数控系统外围设备。
要求：
l 熟悉机床外围器件的工作原理。
l 掌握机床外围期间的调试方法。
l 掌握机床外围器件的故障诊断。
注：带*的为选修项目。
（二）学时分配建议
四、实施建议
（一）教材编写建议
《数控机床故障诊断与维修》这门课程是我校以教育部《关于加强高职高专人才培养工作的若干意见》等文件对高职高专人才培养的要求为指导思想，确立了“满足制造业对人才培养的需求，适应行业技术改革，紧跟前沿技术发展”的思路，制定了本课程的标准。它了借鉴德国“双元制”职业教育相关的先进理念，针对高等职业教育自动化、机电一体化、数控技术专业教学对象的实际情况进行制定。以目前广泛使用的SINUMERIK 802S、SINUMERIK 802D为例，以数控系统的组成、应用为主线，制定教学过程。力求少而精、突出基本知识和基本技能的培养，条理清晰，便于学习。以培养综合素质为基础，以能力为本位，把提高学生的职业能力放在突出位置，使学生成为企业生产服务一线迫切需要的高素质劳动者；课程设置和教学内容适应技术发展，突出自动化、机电一体化、数控技术应用专业领域的新知识、新技术、新工艺和新方法。
本课程属于专业课程，在学生学习过自动化、机电一体化、数控技术应用专业的基础课与专业基础课的基础上开设。它将学生在大学里所学习的所有知识综合运用起来，使各门相互独立的课程的知识在学习这门课程的时候得到融合和升华。学习本课程时，不光要运用到以前各门学科所学习到的知识，更要将这些知识的内涵延伸，结合新的学科知识，建构成自己新的知识体系。本课程可以说是总结归纳，推陈出新的总括性课程。本课程教材编写应与我校学生的实际基础和专业需要紧密结合，并针对现有实验实训设备进行编写。教材中理论知识应围绕项目开展，采用项目教学法，以工作任务为出发点，以技能培养为重点。
（二）教学建议
本课程应采用理论实践一体化教学模式。在教学过程中应将基础理论与实践课题紧密结合，做到理论为实践服务，充分调动学生学习兴趣。本课程的教学重点在于使学生对数控系统形成一定的认识和了解并具有相当的数控系统分析能力，应以元件和系统的定性分析为重点，避免将过多的时间用于元件结构的详细分析和讲解上或定量的计算上。
实验过程中应给予学生足够的时间，让学生能在教师带领下逐步由会连接回路，转变为会分析回路，会自己排除回路中的故障。让学生在实验中一旦发生问题或出现错误，能自己解决、纠正。
（1）配备相对应的实训设备。
（2）在上课前让学生预习后自己搜集相关资料。
（3）让学生动手实践的时间多于讲授的时间。
（4）采用启发式教学法、项目教学法、案例教学法等现代教学法让学生在实践过程中发现问题、思考问题、解决问题。培养可持续发展的综合素质。
（三）评价建议
在本课程中对学生学习情况和知识掌握情况的评价，应做到理论考核与实践考核相结合，做到学习形成性评价和终结性评价相结合，强化学生综合实践能力考核。
（四）课程资源的开发与利用建议
实验实训配置基本标准：
2．教学师资配置
应由两名专业教师共同组织教学。
3．教材选取
采用教育部面向21世纪高等职业学校精品课程规划教材，邵泽强，黄娟 主编，北京理工大学出版社的《机床数控系统技能实训（第2版）》及其他校本教材。
4．其它建议
教学中应充分利用现有教学资源，如：数控实训台、投影仪、各类西门子软件，以提高教学效率。并应根据实际教学需要，开发教学演示动画，以方便教学。
五、其他说明
1．本课程标准适用专业为数控设备应用与维护和机电一体化。
2．根据专业不同，可以根据实际情况进行取舍变动。对于要求较高的选修项目可改变为阅读分析类任务，以降低要求。