數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置的研發(fā)

王 鋒

（溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，浙江 溫州 325035）

數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置的研發(fā)

王 鋒

（溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，浙江 溫州 325035）

現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床裝調(diào)實(shí)訓(xùn)臺(tái)缺乏故障設(shè)置及排除裝置，不能滿足維修人員的培訓(xùn)需求。為此，研發(fā)一種以8051單片機(jī)為控制核心的故障設(shè)置及排除裝置，可解決數(shù)控機(jī)床電路故障和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及排除的問(wèn)題，對(duì)增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)功能、提高實(shí)訓(xùn)效率、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命具有重要作用。實(shí)踐證明，該裝置性能良好，運(yùn)行穩(wěn)定。

數(shù)控機(jī)床；裝調(diào)實(shí)訓(xùn)臺(tái)；故障設(shè)置及排除裝置；單片機(jī)

0 引 言

數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率高、柔性程度好，已在我國(guó)機(jī)械制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前，數(shù)控機(jī)床加工、編程及操作人員已基本滿足企業(yè)需求，但裝調(diào)及維修人員卻相對(duì)匱乏。數(shù)控機(jī)床裝調(diào)及維修人員需要具備機(jī)、電、光一體化的裝調(diào)及維修能力。然而，高職院校和社會(huì)職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)在學(xué)生和社會(huì)人員培訓(xùn)過(guò)程中使用的數(shù)控機(jī)床裝調(diào)實(shí)訓(xùn)臺(tái)，裝調(diào)效果雖然明顯但不適合維修培訓(xùn)。因此，研發(fā)一種數(shù)控機(jī)床維修功能裝置嵌入到現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床裝調(diào)實(shí)訓(xùn)臺(tái)中，對(duì)于維修人員的培養(yǎng)至關(guān)重要[1]。

1 總體方案

數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置主要解決數(shù)控機(jī)床電路故障設(shè)置及排除和數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及排除兩個(gè)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)故障設(shè)置及排除功能，同時(shí)保留學(xué)生及其他受訓(xùn)人員數(shù)控維修技能的練習(xí)，又避免對(duì)數(shù)控硬件的破壞。其工作原理為：通過(guò)上位機(jī)（PC機(jī)）界面對(duì)數(shù)控機(jī)床電路及參數(shù)進(jìn)行故障設(shè)置[2]，由RS232接口將信號(hào)傳輸至數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置的控制器，控制器接收信號(hào)并控制相關(guān)中間繼電器工作，從而斷開(kāi)數(shù)控機(jī)床電源電路、系統(tǒng)電路、刀架電路、驅(qū)動(dòng)電路、主軸電路、冷卻電路及急停電路等來(lái)完成數(shù)控機(jī)床電路故障設(shè)置，學(xué)生及其他受訓(xùn)人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)診斷并找到相應(yīng)的故障，使用PC機(jī)界面故障恢復(fù)功能自動(dòng)排除數(shù)控機(jī)床電路故障。數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置如圖1所示。

圖1 數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置

2PC機(jī)模塊

PC機(jī)的串行通信以Microsoft Visual C++開(kāi)發(fā)環(huán)境為平臺(tái)，通過(guò)調(diào)用Microsoft Visual C++的通信控件（MSComm），綜合運(yùn)用Windows API通信函數(shù)和Microsoft Visual C++的標(biāo)準(zhǔn)通信函數(shù)等集成資源來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]。雖然Microsoft Visual C++資源豐富，但并不能滿足所有通信需求，需要另外編寫通信軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)的串行通信。PC機(jī)串行通信軟件流程如圖2所示。

圖2 PC機(jī)串行通信軟件流程

由圖2可知，當(dāng)點(diǎn)擊PC機(jī)界面1號(hào)鍵后，PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)1；當(dāng)點(diǎn)擊PC機(jī)界面2號(hào)鍵后，PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)2；……當(dāng)點(diǎn)擊PC機(jī)界面5號(hào)鍵后，PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)5；當(dāng)點(diǎn)擊PC機(jī)界面6號(hào)鍵后，PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)6；當(dāng)點(diǎn)擊PC機(jī)界面7號(hào)鍵后，PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)7。其中，數(shù)據(jù)1控制電源電路通斷繼電器，數(shù)據(jù)2控制系統(tǒng)電路通斷繼電器……數(shù)據(jù)5控制主軸電路通斷繼電器，數(shù)據(jù)6控制冷卻電路通斷繼電器，數(shù)據(jù)7控制急停電路通斷繼電器。

3 控制系統(tǒng)硬件電路

控制系統(tǒng)硬件電路由MAX232通信芯片、8051單片機(jī)、4N25光電隔離器、75468放大器等組成。其工作原理為：通過(guò)MAX232通信芯片接收PC機(jī)信號(hào)，傳送至8051單片機(jī)P3.0、P3.1口線，信號(hào)經(jīng)8051單片機(jī)處理后，分別傳送至4N25光電隔離器，后經(jīng)75468放大器放大信號(hào)后，分別控制KA1～KA7中間繼電器線圈，并由KA1～KA7控制數(shù)控機(jī)床相應(yīng)電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置。8501單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路如圖3所示。

圖3 8501單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路

在控制系統(tǒng)硬件電路中，8501單片機(jī)到PC機(jī)接口通信電路原理[4]如圖4所示。8051單片機(jī)采用6MHZ的晶振頻率，把工作在方式2的定時(shí)器T1作為周波發(fā)生器，傳輸波特率設(shè)為1200，由于串口工作在方式1的原因，串行控制寄存器（SCON）的值設(shè)為0x50，電源控制寄存器（PCON）的值設(shè)為0，定時(shí)器方式控制寄存器（TMOD）初值設(shè)為0x20，T1初值設(shè)為0xe8[5]。

圖4 8501單片機(jī)到PC機(jī)接口通信電路原理

8501單片機(jī)到PC機(jī)接口通信軟件流程如圖5所示。由圖5可知，程序開(kāi)始，對(duì)8501單片機(jī)串口進(jìn)行通信初始化（包括對(duì)SCON的設(shè)置、TMOD及T1的定時(shí)初始化、PCON的設(shè)置），后接收來(lái)至PC機(jī)的數(shù)據(jù)1～7，數(shù)據(jù)1～7分別控制相應(yīng)中間繼電器，程序結(jié)束。

圖5 8501單片機(jī)到PC機(jī)接口通信軟件流程

4 實(shí) 驗(yàn)

數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置設(shè)計(jì)安裝完成后，對(duì)其進(jìn)行調(diào)試和考核。結(jié)果表明，該裝置性能良好，運(yùn)行穩(wěn)定。數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置調(diào)試界面和考核界面如圖6～圖7所示。

圖6 數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置調(diào)試界面

圖7 數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置考核界面

5 結(jié) 論

在現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床裝調(diào)實(shí)訓(xùn)臺(tái)中嵌入數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置及排除裝置，可解決數(shù)控機(jī)床電路故障設(shè)置及排除和數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及排除兩個(gè)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了故障設(shè)置及排除功能。該裝置保留了學(xué)生及其他受訓(xùn)人員在數(shù)控機(jī)床故障診斷及排除過(guò)程中人為故障診斷及現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)的技能訓(xùn)練，滿足了維修人員的培養(yǎng)需求；又避免了在訓(xùn)練過(guò)程中由于經(jīng)常插拔數(shù)控機(jī)床硬件線路，造成數(shù)控機(jī)床硬件使用壽命縮短的情況，進(jìn)而延長(zhǎng)使用壽命。

[1]徐偉.數(shù)控系統(tǒng)故障診斷與維修技術(shù)的研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2005(1):55-57.

[2]楊中力.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M].大連:大連理工大學(xué)出版社，2009:114-132.

[3]劉輝.基于8501單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與通信接口設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2008(12):72-74.

[4]宋兵躍，吳軍輝，黃斌，等.單片機(jī)的高效串行通信研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010(1):33-50.

[5]匡萬(wàn)，毛幼菊.單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，1998(4):21-30.

Research and Development on Devices of Fault Diagnosis and Troubleshooting of CNC Machine Tools

WANG Feng
(Mechanical Engineering Department, Wenzhou Vocational & Technical College, Wenzhou,325035, China)

The present alignment of training units of CNC machine tools lacks the device of fault diagnosis and troubleshooting and can not meet the maintenance personnel’s need of training. Therefore, a device of fault diagnosis and troubleshooting with8051 Single Chip Micyoco as the control core is developed. It can solve the problem of circuit fault of CNC machine tools and the diagnosis and elimination of the system parameter, which will improve the training unit, enhance the training efficiency and extend the service of the device. Practice indicates that the device performs very well with good quality.

CNC machine tools; Alignment of training units; Fault diagnosis and troubleshooting; SCM

TG659

A

1671-4326(2012)02-0048-03

2012-03-27

2010年度浙江省教育技術(shù)研究規(guī)劃課題（JB063）

王 鋒（1975—），男，浙江溫州人，溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系講師.

吳百中]