數控機床維修實訓臺的優化設計

在幾年的技工學校一線教學中，尤其是一體化教學以后，我發現我校實習條件差，設備老化陳舊、數量嚴重不足，同時也是目前一般技工學校普遍存在的問題， 在生產實習教學中容易導致理論與實際脫節，實習中只注意訓練學生安裝接線的技能和工藝，忽視了實際數控機床線路故障排除能力的訓練，這樣的教學方法存在以下弊?。海?）實際機床線路的運行是機械與電氣的聯動，單一的配線使學生實際機床的運動形式缺乏了解，不利于學生分析故障原因；（2）在進行實際設備故障排除時思路不清，步驟混亂，容易造成新生的人為故障；（3）這樣的教學往往使學生在實習中形成心理壓力。而如果直接安排學生到實際的機床上練習, 一方面, 投資比較大, 可行性不高; 另一方面, 也容易發生人身安全和設備損壞的事故; 若把機床電氣線路模擬安裝在一塊線路板上,由教師課前設置故障, 再要求學生排除故障, 恢復線路的正常功能, 這樣則又費時又費力, 效率低下, 難以適應教學及考核鑒定的要求。因此, 如果有一種實訓設備, 可以通過撥動幾個開關或通過電腦設置， 來實現在一個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生的動手能力，急需一些數控維修試驗臺，但現有試驗臺的造價還比較高，如果要滿足教學需要，要投入相當大的一筆資金，學校不一定負擔的起，所以我們需要更靈活和價格更合適的試驗臺，從而我們想到利用已有的舊的數控機床進行試驗臺的改造，這樣可以滿足了教學需要，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，簡稱CNC 裝置。

1.2 伺服驅動裝置

這是數控機床執行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給驅動單元、主軸電機、進給電機等。

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 裝置上的鍵盤直接輸入零件的加工程序，也可以利用自動編程機，在機外進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加工的機械部分。包括床身、立柱、立軸、進給機構等一些機械部件。

2.數控機床的模塊化改造

模塊化應用在產品開發設計上的優點是務須質疑的，由于數控機床技術的不斷的發展，數控設備不斷的增多。數控銑床、數控車床、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驗平臺能滿足教學培訓的要求，就必須對數控維修實驗臺進行模塊化設計。我們不可能將每一種設備都獨立的開發成數控維修實驗平臺，這樣不僅過于浪費開發周期，同時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驗臺將會在系統軟件設計、控制部件選用以及故障點設置上更加通用化，在相應的設備上可以滿足用戶不同的特性需求。所以，具有模塊化設計的維修平臺將更具市場競爭力和發展的潛力。

根據模塊設計的特點我們把數控機床維修平臺系統分成幾個模塊來進行分析，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，是車床就是車床，是鏜床的就是鏜床，是銑床就是銑床，這部分需要保留原來的基本功能和結構。

（2）電氣線路，該部分包含機床的伺服驅動系統、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路中，是數控維修實驗臺實現重要控制的保障。這部分在維修實驗平臺中使用主要與機床故障點設置數量的多少有關，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，事先確定好各類機床的故障點數，以達到標準化，如果根據數控車床的基本功能情況可將故障點設置相同， 這樣PLC 的選用可分為20 點，40 點等。同時根據機床的種類將PLC 貨PMC 的控制程序建立程序庫，到使用時只傳輸相應程序即可。因此，這部分實現模塊化設計是可行的，那么我們就可以對其進行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。這個部分是整個維修實驗平臺的控制部分，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時狀態顯示，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型編入到一個模塊中，例如主軸故障類、液壓故障類，刀架故障類伺服驅動故障類等，而不用區分是那種機床，等需要安裝某種維修平臺時只需通過HLRESP 加載不同故障模塊就可以

了。所以實現該部分的模塊化的設計也是可行的。

3.數控機床維修實訓臺的具體實現

（1）原有數控機床部分，即用戶終端部分，該部分是用于電氣維修人員進行技術培訓的平臺。數控車床故障維修實驗臺一般是由企業或學校舊機床改造而來。我校用來的實驗教學數控機床， 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）虛線部分是要接入數控車床電氣回路中的，這部分是數控維修實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 系統兩個主要部分。上位PC 機是整個故障維修實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時機床狀態顯示功能等。而下位機PLC 則實現將機床狀態和命令傳給PC 機和執行造作機構。

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

4.工作總結

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

（2）本維修實驗平臺系統是在對已有的數控機床進行改造，充分利用了原有設備，保留了原機床的功能，投資少，可廣泛應用于相關企業和學校，解決企業和學校院校資金匱乏的難題；在保留原機床實際加工能力的同時，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發前景。