數(shù)控機(jī)床裝調(diào)、維修綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

吳會波， 張永昌， 馬韌賓

（1.石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 石家莊 050081；2.石家莊工程職業(yè)學(xué)院 裝備制造系，河北 石家莊 050083；

3.唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，河北 唐山 063001）

隨著數(shù)控機(jī)床的普及，企業(yè)對數(shù)控機(jī)床的裝配、維修人才產(chǎn)生了迫切需求.而數(shù)控機(jī)床裝調(diào)技能涉及機(jī)械、電氣、檢測、控制、計算機(jī)等多個專業(yè)門類，相關(guān)知識比較抽象，不易理解和掌握.為了培養(yǎng)企業(yè)需要的人才，就必須讓學(xué)生具備與此需求相對應(yīng)的較全面的專業(yè)能力.要達(dá)到這個目標(biāo)，有一套實(shí)用、有效的數(shù)控機(jī)床裝調(diào)、維修實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)用于輔助教學(xué)，則顯得尤為必要［1］.

而實(shí)用、高效的數(shù)控機(jī)床裝調(diào)、維修實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)需要具備如下功能：（1）普遍性.要使學(xué)生掌握常見數(shù)控機(jī)床的裝調(diào)技能，就必須加強(qiáng)學(xué)生的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，既要包括數(shù)控系統(tǒng)，也要包括機(jī)床結(jié)構(gòu).（2）實(shí)用性.機(jī)械拆裝、電氣連線要方便、快捷.（3）全面性.一方面，既能讓學(xué)生掌握數(shù)控機(jī)床本身的技術(shù)，又能讓學(xué)生了解未來的數(shù)控制造技術(shù)的發(fā)展，如網(wǎng)絡(luò)化制造；另一方面，通過這一系統(tǒng)，盡可能地全部實(shí)現(xiàn)編程、加工、裝配、調(diào)試、維修等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目［2］.本文針對此，研發(fā)出一套功能較齊全、簡便易學(xué)的半實(shí)物型數(shù)控機(jī)床裝調(diào)、維修綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，并應(yīng)用于教學(xué)中，效果顯著.

1 數(shù)控機(jī)床裝調(diào)、維修綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的組成

該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由數(shù)控裝置及操作面板、電氣控制柜單元、臺式實(shí)物機(jī)床單元、PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制單元四部分組成，如圖1所示，圖中箭頭表示單元之間的信息流動.圖2是實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)物組成圖，右邊是臺式數(shù)控車床的機(jī)械部分，包括主軸、導(dǎo)軌、進(jìn)給、尾座等；中間是電氣柜，電氣柜的最上端是數(shù)控裝置，往下是在網(wǎng)孔板上安裝的控制電路，最下端是變壓器；左邊是與數(shù)控裝置聯(lián)網(wǎng)的PC機(jī).

圖1 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的模塊組成

圖2 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)物組成

1.1 數(shù)控裝置及操作面板

本系統(tǒng)選用FANUC 0imate－TD數(shù)控系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)兩個進(jìn)給軸的控制，滿足數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸裝調(diào)方面的實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求［3］.數(shù)控裝置放置于整個裝置的上方.為了便于學(xué)習(xí)PLC編程及應(yīng)用，在操作面板上設(shè)置了若干個按鈕和發(fā)光信號燈，通過PLC編程可以使用這些觸點(diǎn)和信號燈并練習(xí)PLC程序編輯.

1.2 電氣控制單元［4］

電氣控制單元是實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的主要部分，圖2的操作面板下方背面是電氣控制柜.電氣柜采用網(wǎng)孔設(shè)計，以便于各個元器件的固定和安裝，端子排端子插孔較大，有一定的余量，可方便纏繞絕緣膠帶而形成虛接.自上而下依次布置伺服驅(qū)動放大器、主軸變頻器、自動開關(guān)、熱繼電器、接觸器、端子排、電源模塊、PLC模塊、故障設(shè)置模塊的硬件部分及變壓器.

故障設(shè)置模塊與PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)使用.在PC機(jī)端，安裝有專門設(shè)置故障的應(yīng)用軟件.故障設(shè)置模塊的硬件部分可調(diào)節(jié)單片機(jī)控制線路的通與斷.當(dāng)PC機(jī)設(shè)置某一故障時，軟件運(yùn)行，使單片機(jī)斷開相應(yīng)的輸出端子斷開控制線路.這時，使用者需要自行判斷故障點(diǎn)的位置.當(dāng)找出故障點(diǎn)位置并輸入PC機(jī)后，通過單片機(jī)就可以閉合斷開的輸出端子.

1.3 臺式實(shí)物機(jī)床單元

此單元是一個小型臺式車床，包括主軸與卡盤、X和Z向工作臺、尾座.它可以加工小型零件.為便于拆卸，各部件盡可能暴露.

刀架采用端面齒定位、四方轉(zhuǎn)塔、PLC控制.兩個工作臺分別配備光柵尺.兩個進(jìn)給方向的驅(qū)動都采用交流伺服電動機(jī)，采用聯(lián)軸節(jié)直接傳動精密滾珠絲杠副驅(qū)動工作臺.為了認(rèn)識潤滑的重要性，采用手動抽送式潤滑方式，于每次使用前送潤滑油.

1.4 PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制單元

系統(tǒng)配備一臺PC機(jī)，并安裝CNC（computer numerical controller）傳輸軟件、FANUC LADDER III軟件和SERVO GUIDE軟件，以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與數(shù)控實(shí)訓(xùn)臺的聯(lián)網(wǎng)傳輸和調(diào)試［5］.

2 數(shù)控機(jī)床裝調(diào)、維修綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用

該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要用于數(shù)控機(jī)床機(jī)械和電氣的安裝、調(diào)試、維修和聯(lián)網(wǎng)控制等項(xiàng)目的教學(xué).

（1）認(rèn)識數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

數(shù)控車床作為當(dāng)今使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一，包含了數(shù)控機(jī)床的一些典型結(jié)構(gòu).通過對本系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺的拆裝，可以清晰地認(rèn)識數(shù)控車床的布局形式、主軸、卡盤、轉(zhuǎn)塔刀架、滾珠絲杠工作臺、尾座等常見機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu).

（2）數(shù)控機(jī)床電氣連線

通過本系統(tǒng)，可以熟悉各接口的定義，數(shù)控系統(tǒng)的FSSB（fanuc serial servo bus）總線的構(gòu)成與連接方法和控制電源、主電源、伺服電機(jī)電源連接，掌握急停與MCC（motor contro center）連接以及主軸信號、伺服電機(jī)反饋的連接和數(shù)控系統(tǒng)的I／O link的連接.

（3）數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與調(diào)試

熟悉基本參數(shù)的含義和設(shè)定畫面的方法.可以進(jìn)行進(jìn)給軸的絲杠螺距誤差和反向間隙補(bǔ)償?shù)炔僮?

（4）PMC（prgrammable machine controller）編程

使用操作畫面編輯、修改PMC指令，學(xué)習(xí)PMC編程，掌握常用數(shù)控機(jī)床的PMC指令.

（5）CF（compact flash）卡使用

熟悉并使用CF卡的輸入、拷貝系統(tǒng)、PMC、螺距補(bǔ)償、用戶程序等.

（6）變頻器的設(shè)置與調(diào)試

熟悉并掌握變頻器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置與調(diào)試方法.

（7）使用軟件編輯PMC程序和調(diào)試設(shè)備伺服參數(shù)

通過在PC機(jī)端對FANUC LADDER III軟件和SERVO GUIDE軟件的學(xué)習(xí)、操作，學(xué)會使用軟件編輯PMC和設(shè)置伺服參數(shù).

（8）故障維修

可以通過連線柜和故障設(shè)置模塊設(shè)置故障并進(jìn)行排除訓(xùn)練.連線柜端子排裝卸簡單，方便進(jìn)行故障設(shè)置.故障設(shè)置模塊包含常見的20個控制線路支路的故障，可通過軟件在PC機(jī)上設(shè)置.

該系統(tǒng)還可用于發(fā)那科0imate－TD數(shù)控編程、零件加工的學(xué)習(xí).

3 數(shù)控機(jī)床裝調(diào)、維修綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)用性強(qiáng)

在機(jī)械方面，采用敞開的、臺式實(shí)物機(jī)床結(jié)構(gòu)，以方便進(jìn)行拆卸實(shí)訓(xùn).如圖3，拆下主軸外罩，主軸的傳動情況一目了然.在電氣方面，電氣柜采用網(wǎng)孔板，拆裝簡單方便.較深的端子孔便于進(jìn)行虛接故障的設(shè)置.PC機(jī)端的故障設(shè)置功能便于教學(xué)使用.

圖3 主軸傳動模塊結(jié)構(gòu)圖

（2）功能全

本系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的裝配、調(diào)整、調(diào)試、維修和聯(lián)網(wǎng)控制等實(shí)訓(xùn)，還可以進(jìn)行編程、加工等實(shí)訓(xùn).通過對本系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和使用，可以了解建立在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)制造、CIMS（computer integrated manufacturing system）等未來的制造模式，培養(yǎng)工作能力.

4 結(jié)束語

本文開發(fā)的數(shù)控機(jī)床裝調(diào)、維修綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具有實(shí)用性強(qiáng)、功能全的優(yōu)點(diǎn).使用該系統(tǒng)，可以在具體操作中學(xué)習(xí)抽象知識，掌握相關(guān)技能.該系統(tǒng)在實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中取得了很好的效果.

［1］孟書云，高世平，李宏勝，等.數(shù)控原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的設(shè)計與開發(fā) ［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2011（1）：40－42.

［2］王平周，以琳.數(shù)控維修實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備最優(yōu)化設(shè)計 ［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2009（3）：23－25.

［3］李宏勝，朱強(qiáng)，曹錦江.FANUC數(shù)控系統(tǒng)維護(hù)與維修 ［M］.北京：高等教育出版社，2011：22－30.

［4］黃文廣，邵澤強(qiáng)，韓亞蘭.FANUC數(shù)控系統(tǒng)連接與調(diào)試 ［M］.北京：高等教育出版社，2011：11－15.

［5］吳會波，耿玉香.機(jī)械零件CAD／CAM ［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2011：5－11.