数控机床装调、维修综合实训系统开发与应用

吴会波， 张永昌， 马韧宾

（1.石家庄职业技术学院 机电工程系，河北 石家庄 050081；2.石家庄工程职业学院 装备制造系，河北 石家庄 050083；

3.唐山科技职业技术学院 机电系，河北 唐山 063001）

随着数控机床的普及，企业对数控机床的装配、维修人才产生了迫切需求.而数控机床装调技能涉及机械、电气、检测、控制、计算机等多个专业门类，相关知识比较抽象，不易理解和掌握.为了培养企业需要的人才，就必须让学生具备与此需求相对应的较全面的专业能力.要达到这个目标，有一套实用、有效的数控机床装调、维修实训系统用于辅助教学，则显得尤为必要［1］.

而实用、高效的数控机床装调、维修实训系统需要具备如下功能：（1）普遍性.要使学生掌握常见数控机床的装调技能，就必须加强学生的训练和学习，既要包括数控系统，也要包括机床结构.（2）实用性.机械拆装、电气连线要方便、快捷.（3）全面性.一方面，既能让学生掌握数控机床本身的技术，又能让学生了解未来的数控制造技术的发展，如网络化制造；另一方面，通过这一系统，尽可能地全部实现编程、加工、装配、调试、维修等实训项目［2］.本文针对此，研发出一套功能较齐全、简便易学的半实物型数控机床装调、维修综合实训系统，并应用于教学中，效果显著.

1 数控机床装调、维修综合实训系统的组成

该实训系统由数控装置及操作面板、电气控制柜单元、台式实物机床单元、PC机联网控制单元四部分组成，如图1所示，图中箭头表示单元之间的信息流动.图2是实训系统的实物组成图，右边是台式数控车床的机械部分，包括主轴、导轨、进给、尾座等；中间是电气柜，电气柜的最上端是数控装置，往下是在网孔板上安装的控制电路，最下端是变压器；左边是与数控装置联网的PC机.

图1 实训系统的模块组成

图2 实训系统的实物组成

1.1 数控装置及操作面板

本系统选用FANUC 0imate－TD数控系统，能实现两个进给轴的控制，满足数控机床进给轴装调方面的实训教学需求［3］.数控装置放置于整个装置的上方.为了便于学习PLC编程及应用，在操作面板上设置了若干个按钮和发光信号灯，通过PLC编程可以使用这些触点和信号灯并练习PLC程序编辑.

1.2 电气控制单元［4］

电气控制单元是实训系统的主要部分，图2的操作面板下方背面是电气控制柜.电气柜采用网孔设计，以便于各个元器件的固定和安装，端子排端子插孔较大，有一定的余量，可方便缠绕绝缘胶带而形成虚接.自上而下依次布置伺服驱动放大器、主轴变频器、自动开关、热继电器、接触器、端子排、电源模块、PLC模块、故障设置模块的硬件部分及变压器.

故障设置模块与PC机联网使用.在PC机端，安装有专门设置故障的应用软件.故障设置模块的硬件部分可调节单片机控制线路的通与断.当PC机设置某一故障时，软件运行，使单片机断开相应的输出端子断开控制线路.这时，使用者需要自行判断故障点的位置.当找出故障点位置并输入PC机后，通过单片机就可以闭合断开的输出端子.

1.3 台式实物机床单元

此单元是一个小型台式车床，包括主轴与卡盘、X和Z向工作台、尾座.它可以加工小型零件.为便于拆卸，各部件尽可能暴露.

刀架采用端面齿定位、四方转塔、PLC控制.两个工作台分别配备光栅尺.两个进给方向的驱动都采用交流伺服电动机，采用联轴节直接传动精密滚珠丝杠副驱动工作台.为了认识润滑的重要性，采用手动抽送式润滑方式，于每次使用前送润滑油.

1.4 PC机联网控制单元

系统配备一台PC机，并安装CNC（computer numerical controller）传输软件、FANUC LADDER III软件和SERVO GUIDE软件，以实现PC机与数控实训台的联网传输和调试［5］.

2 数控机床装调、维修综合实训系统的应用

该实训系统主要用于数控机床机械和电气的安装、调试、维修和联网控制等项目的教学.

（1）认识数控机床的机械结构

数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一，包含了数控机床的一些典型结构.通过对本系统实训台的拆装，可以清晰地认识数控车床的布局形式、主轴、卡盘、转塔刀架、滚珠丝杠工作台、尾座等常见机床的机械结构.

（2）数控机床电气连线

通过本系统，可以熟悉各接口的定义，数控系统的FSSB（fanuc serial servo bus）总线的构成与连接方法和控制电源、主电源、伺服电机电源连接，掌握急停与MCC（motor contro center）连接以及主轴信号、伺服电机反馈的连接和数控系统的I／O link的连接.

（3）数控系统参数设置与调试

熟悉基本参数的含义和设定画面的方法.可以进行进给轴的丝杠螺距误差和反向间隙补偿等操作.

（4）PMC（prgrammable machine controller）编程

使用操作画面编辑、修改PMC指令，学习PMC编程，掌握常用数控机床的PMC指令.

（5）CF（compact flash）卡使用

熟悉并使用CF卡的输入、拷贝系统、PMC、螺距补偿、用户程序等.

（6）变频器的设置与调试

熟悉并掌握变频器内部参数的设置与调试方法.

（7）使用软件编辑PMC程序和调试设备伺服参数

通过在PC机端对FANUC LADDER III软件和SERVO GUIDE软件的学习、操作，学会使用软件编辑PMC和设置伺服参数.

（8）故障维修

可以通过连线柜和故障设置模块设置故障并进行排除训练.连线柜端子排装卸简单，方便进行故障设置.故障设置模块包含常见的20个控制线路支路的故障，可通过软件在PC机上设置.

该系统还可用于发那科0imate－TD数控编程、零件加工的学习.

3 数控机床装调、维修综合实训系统的优点

（1）实用性强

在机械方面，采用敞开的、台式实物机床结构，以方便进行拆卸实训.如图3，拆下主轴外罩，主轴的传动情况一目了然.在电气方面，电气柜采用网孔板，拆装简单方便.较深的端子孔便于进行虚接故障的设置.PC机端的故障设置功能便于教学使用.

图3 主轴传动模块结构图

（2）功能全

本系统可以进行数控机床的装配、调整、调试、维修和联网控制等实训，还可以进行编程、加工等实训.通过对本系统的学习和使用，可以了解建立在数控机床基础上的网络制造、CIMS（computer integrated manufacturing system）等未来的制造模式，培养工作能力.

4 结束语

本文开发的数控机床装调、维修综合实训系统具有实用性强、功能全的优点.使用该系统，可以在具体操作中学习抽象知识，掌握相关技能.该系统在实际教学应用中取得了很好的效果.

［1］孟书云，高世平，李宏胜，等.数控原理实验教学平台的设计与开发 ［J］.中国现代教育装备，2011（1）：40－42.

［2］王平周，以琳.数控维修实训实验设备最优化设计 ［J］.中国现代教育装备，2009（3）：23－25.

［3］李宏胜，朱强，曹锦江.FANUC数控系统维护与维修 ［M］.北京：高等教育出版社，2011：22－30.

［4］黄文广，邵泽强，韩亚兰.FANUC数控系统连接与调试 ［M］.北京：高等教育出版社，2011：11－15.

［5］吴会波，耿玉香.机械零件CAD／CAM ［M］.北京：北京理工大学出版社，2011：5－11.