數控機床維修實(shí)訓臺的優(yōu)化設計

在幾年的技工學(xué)校一線(xiàn)教學(xué)中，尤其是一體化教學(xué)以后，我發(fā)現我校實(shí)習條件差，設備老化陳舊、數量嚴重不足，同時(shí)也是目前一般技工學(xué)校普遍存在的問(wèn)題， 在生產(chǎn)實(shí)習教學(xué)中容易導致理論與實(shí)際脫節，實(shí)習中只注意訓練學(xué)生安裝接線(xiàn)的技能和工藝，忽視了實(shí)際數控機床線(xiàn)路故障排除能力的訓練，這樣的教學(xué)方法存在以下弊?。海?）實(shí)際機床線(xiàn)路的運行是機械與電氣的聯(lián)動(dòng)，單一的配線(xiàn)使學(xué)生實(shí)際機床的運動(dòng)形式缺乏了解，不利于學(xué)生分析故障原因；（2）在進(jìn)行實(shí)際設備故障排除時(shí)思路不清，步驟混亂，容易造成新生的人為故障；（3）這樣的教學(xué)往往使學(xué)生在實(shí)習中形成心理壓力。而如果直接安排學(xué)生到實(shí)際的機床上練習, 一方面, 投資比較大, 可行性不高; 另一方面, 也容易發(fā)生人身安全和設備損壞的事故; 若把機床電氣線(xiàn)路模擬安裝在一塊線(xiàn)路板上,由教師課前設置故障, 再要求學(xué)生排除故障, 恢復線(xiàn)路的正常功能, 這樣則又費時(shí)又費力, 效率低下, 難以適應教學(xué)及考核鑒定的要求。因此, 如果有一種實(shí)訓設備, 可以通過(guò)撥動(dòng)幾個(gè)開(kāi)關(guān)或通過(guò)電腦設置， 來(lái)實(shí)現在一個(gè)機床電路上快速的設置和恢復故障, 則可大大提高培訓、考核的效果。為了能夠更好的培養學(xué)生的動(dòng)手能力，急需一些數控維修試驗臺，但現有試驗臺的造價(jià)還比較高，如果要滿(mǎn)足教學(xué)需要，要投入相當大的一筆資金，學(xué)校不一定負擔的起，所以我們需要更靈活和價(jià)格更合適的試驗臺，從而我們想到利用已有的舊的數控機床進(jìn)行試驗臺的改造，這樣可以滿(mǎn)足了教學(xué)需要，又降低了成本。

1.數控機床的基本組成

1.1 數控裝置

數控裝置是數控機床的核心，主要有硬件數控裝置和計算機數控裝置兩種形式，現在多采用計算機數控裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)CNC 裝置。

1.2 伺服驅動(dòng)裝置

這是數控機床執行機構的驅動(dòng)部件，包括主軸驅動(dòng)單元、進(jìn)給驅動(dòng)單元、主軸電機、進(jìn)給電機等。

1.3 數控機床的輔助裝置

這是指數控機床的一些*的配套部件，用以保證數控機床的運行。

1.4 編程機及其他一些附屬設備

現代數控機床不僅可以用CNC 裝置上的鍵盤(pán)直接輸入零件的加工程序，也可以利用自動(dòng)編程機，在機外進(jìn)行零件的加工程序編制，將程序記錄在信息載體上(如磁帶、紙帶、磁盤(pán)等)，然后送入數控裝置。

1.5 機床主體

機床主體是在數控機床上完成各種切削自動(dòng)加工的機械部分。包括床身、立柱、立軸、進(jìn)給機構等一些機械部件。

2.數控機床的模塊化改造

模塊化應用在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設計上的優(yōu)點(diǎn)是務(wù)須質(zhì)疑的，由于數控機床技術(shù)的不斷的發(fā)展，數控設備不斷的增多。數控銑床、數控車(chē)床、數控沖床、數控加工中心、數控磨床以及其他數控特種設備不斷的增加和其功能的不斷提升。要使得數控機床維修實(shí)驗平臺能滿(mǎn)足教學(xué)培訓的要求，就必須對數控維修實(shí)驗臺進(jìn)行模塊化設計。我們不可能將每一種設備都獨立的開(kāi)發(fā)成數控維修實(shí)驗平臺，這樣不僅過(guò)于浪費開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)也增加了不必要的成本需求。采用模塊化設計的數控維修實(shí)驗臺將會(huì )在系統軟件設計、控制部件選用以及故障點(diǎn)設置上更加通用化，在相應的設備上可以滿(mǎn)足用戶(hù)不同的特性需求。所以，具有模塊化設計的維修平臺將更具市場(chǎng)競爭力和發(fā)展的潛力。

根據模塊設計的特點(diǎn)我們把數控機床維修平臺系統分成幾個(gè)模塊來(lái)進(jìn)行分析，模塊大體如下：

（1）機床主體，這部分包括機床的機械結構；這部分要依據機床的基本工作形式，是車(chē)床就是車(chē)床，是鏜床的就是鏜床，是銑床就是銑床，這部分需要保留原來(lái)的基本功能和結構。

（2）電氣線(xiàn)路，該部分包含機床的伺服驅動(dòng)系統、強、弱電控制部分；這一部分是原數控機床基本電路部分，一般也不做改變。

（3）可編程控制部分，這部分是維修平臺的外接部分；這部分需要串入數控機床電氣線(xiàn)路中，是數控維修實(shí)驗臺實(shí)現重要控制的保障。這部分在維修實(shí)驗平臺中使用主要與機床故障點(diǎn)設置數量的多少有關(guān)，如果機床故障設置多，那可編程控制器所需的I/O 口數就越多。我們可根據不同設備的基本情況和需求，事先確定好各類(lèi)機床的故障點(diǎn)數，以達到標準化，如果根據數控車(chē)床的基本功能情況可將故障點(diǎn)設置相同， 這樣PLC 的選用可分為20 點(diǎn)，40 點(diǎn)等。同時(shí)根據機床的種類(lèi)將PLC 貨PMC 的控制程序建立程序庫，到使用時(shí)只傳輸相應程序即可。因此，這部分實(shí)現模塊化設計是可行的，那么我們就可以對其進(jìn)行HLRESP 改造。

（4）PC 上位機系統部分， 該部分包括系統的軟件和系統的故障庫。這個(gè)部分是整個(gè)維修實(shí)驗平臺的控制部分，一切故障的設置、取消都需要控制系統的設置。這部分zui重要的是故障庫與時(shí)時(shí)狀態(tài)顯示，雖然各種數控機床工作情況差別都很大，但數控機床的基本故障很大程度上是比較相同的，有區別的也是很少部分。所以，對于故障庫我們基本可以將相似故障類(lèi)型編入到一個(gè)模塊中，例如主軸故障類(lèi)、液壓故障類(lèi)，刀架故障類(lèi)伺服驅動(dòng)故障類(lèi)等，而不用區分是那種機床，等需要安裝某種維修平臺時(shí)只需通過(guò)HLRESP 加載不同故障模塊就可以

了。所以實(shí)現該部分的模塊化的設計也是可行的。

3.數控機床維修實(shí)訓臺的具體實(shí)現

（1）原有數控機床部分，即用戶(hù)終端部分，該部分是用于電氣維修人員進(jìn)行技術(shù)培訓的平臺。數控車(chē)床故障維修實(shí)驗臺一般是由企業(yè)或學(xué)校舊機床改造而來(lái)。我校用來(lái)的實(shí)驗教學(xué)數控機床， 數控系統是FANUC 的，機床部分包括NC 系統和機床機械結構都不能更改，所要改變的是機床的電氣輸入\ 輸出口的控制。

（2）虛線(xiàn)部分是要接入數控車(chē)床電氣回路中的，這部分是數控維修實(shí)驗臺的教師操作部分。這部分包括上位機的操作系統和下位機的PLC 系統兩個(gè)主要部分。上位PC 機是整個(gè)故障維修實(shí)驗臺的控制管理部分，它擁有良好的人機界面，模塊化的故障設置和實(shí)時(shí)機床狀態(tài)顯示功能等。而下位機PLC 則實(shí)現將機床狀態(tài)和命令傳給PC 機和執行造作機構。

所以，數控車(chē)床故障維修實(shí)驗臺不僅具有普通機床所具有的車(chē)削加工功能，同時(shí)還有對機床結構和原理的認知、維修檢測排故等優(yōu)點(diǎn)，是數控電氣維修技術(shù)培訓的理想設備。

4.工作總結

（1）系統采用了模塊化設計，利用類(lèi)蜂巢結構平臺實(shí)現模塊間的連接， 實(shí)現了系統的開(kāi)放性和擴展性。在硬件上通過(guò)改變PLC 的配置，在軟件上通過(guò)修改、增添各種數控機床模塊和故障類(lèi)型模塊來(lái)適應不同類(lèi)型及種類(lèi)的數控機床及其它數控機床的數控維修培訓平臺的需求，同時(shí)可以不斷充實(shí)和完善系統的功能。

（2）本維修實(shí)驗平臺系統是在對已有的數控機床進(jìn)行改造，充分利用了原有設備，保留了原機床的功能，投資少，可廣泛應用于相關(guān)企業(yè)和學(xué)校，解決企業(yè)和學(xué)校院校資金匱乏的難題；在保留原機床實(shí)際加工能力的同時(shí)，增加了維修培訓、操作培訓的功能，因此該平臺具有良好的開(kāi)發(fā)前景。