淺談《數控機床故障診斷與維修》項目式教學

【摘 要】《數控機床故障診斷與維修》是一門專業性、應用性、實踐性很強的專業課。本文從職業崗位需求出發，參考數控機床應用中所發生的相關問題，對課程項目式教學的設計進行了探討。

【關鍵詞】數控機床；維修；項目式教學

隨著我國制造業的發展，越來越多的企業采用數控機床來進行生產。在數控機床普及的過程中，如何解決新設備由于使用不當、舊設備由于缺乏維護而引發的各種故障以提高機床使用率已成為眾多企業亟待解決的問題。因此現在制造業企業急需我們高職院校培養大批熟悉機床結構、能解決數控機床應用過程中出現的各種報警及故障的維護維修人員。

但在國內大部分職業院校《數控機床故障診斷與維修》這門數控專業的核心課程的教學模式目前仍沒有走出學科體系的框架。教學內容仍以大量的、抽象的理論為主，少量演示性實驗為輔；教學形式仍以教師講解為主，學生操作練習為輔。這樣一種學科體系式的教學，主要存在以下問題。

（1）過多的抽象理論使得學生因無法接受而逐步喪失對本課程的學習興趣。

（2）教學內容與生產實際脫離，學生學習積極性無法調動。

（3）實踐訓練偏少，無法掌握相應技能，使得學生進入企業后處理實際問題的能力差，無法勝任相應的崗位。

要想解決這些問題，我們就必須對課程進行項目式教學改革。只有這樣才能做到“教、學、做”一體，充分調動學生的學習熱情，實現學生的“做中學”，教師的“做中教”。

數控機床由機械結構、機床電氣、數控系統三個部分構成，各種故障無外乎這三個方面的排列組合。因此，只要學生掌握了這些內容，那么他們就能快速勝任企業機床維護維修的工作。

由于在實際工作中數控機床的硬件故障多于軟件故障，機械故障多于電氣故障，同時，軟件的設定又和硬件的連接有著緊密的聯系，因此，在教學實施中，先機械后電氣、先硬件后軟件、由易到難、由直觀到抽象。所以，結合各種常見故障和學校實際我將《數控機床故障診斷與維修》這門課程劃分為了以下三個項目及若干任務。

1.數控機械結構拆裝

數控機床的故障主要出在機械部分，要解決相關故障，必須熟悉其結構組成，只有充分了解故障點各個關聯環節，才能順利的查找并排除故障。如機床X軸進給過程中總是出現過載報警，一般人分析總是循著電機-傳動帶-滾珠絲杠-工作臺-刀具-工件這條線進行查找，而忽略掉絲杠支撐軸承這個環節，從而導致故障遲遲無法排除，但經過機械結構拆裝的人確深知這一重要而薄弱的環節。所以在這個項目中我以一臺典型數控機床的機械結構拆裝為主體，分為機床拆裝工藝及工具使用、數控機床主傳動系統的拆繪、數控機床進給系統的拆裝、輔助功能裝置的拆裝等四個任務。

1.1機床拆裝工藝及工具使用

課程開始即給學生介紹各種機床拆裝工具的使用，讓學生在熟悉工具的過程中，結合機床討論拆裝工藝，這樣一開始學生就能親自動手，可以在課程初期就提起學生的學習興趣，然后對學生討論進行引導，確定出拆裝工藝。

1.2數控機床主傳動系統的拆繪

通過拆裝主軸箱，讓學生對主軸各部件有一直觀認識，然后結合實物介紹相關理論，如結合主軸拉桿、拉釘等主軸部件講主軸刀具自動夾緊相關知識。這樣便于學生對復雜知識的理解。最后，根據整個過程，安排學生繪制主軸箱裝配圖，通過點評使得學生更進一步熟悉機床運行時的各種位置保證、密封、變檔等相關知識。

1.3數控系統進給系統的拆裝

通過一個典型運動軸的系統拆裝，讓學生掌握進給傳動方式、滾珠絲杠的支撐、滾珠絲杠螺母副、導軌以及間隙調整等相關知識。

1.4輔助功能裝置的拆裝

主要通過回轉刀架的拆裝，讓學生熟悉機床上各種輔助裝置的結構組成及工作原理，對于機床上的開關量信號有一個基礎的認識。

通過這個項目學習訓練以后，學生便能具備根據故障尋找相關故障鏈、故障點的能力。

2.數控機床電氣系統接線

除了機械故障外，數控機床故障頻發的部分就在機床電氣這一塊，這一塊又有兩個部分，一個是數控系統各模塊間的信號傳遞問題、一個是電氣控制柜中的各種電子元器件損壞。而要解決這一部分的故障，我們必須要熟悉機床的各種信號（包括弱點和強電）的傳遞路線和控制過程。所以在機床電氣這個項目中我設置了兩個任務：數控機床數控系統硬件連接圖繪制和數控機床電氣接線圖繪制。

2.1數控機床數控系統硬件連接圖繪制

在完成繪制數控系統硬件連接圖這個任務中，學生必須掌握，數控系統的硬件構成，知道CNC模塊、主軸模塊、伺服模塊、I/O模塊、電源模塊等典型模塊的相關知識，然后通過繪制連接圖，熟悉各模塊間的信號傳遞，從而掌握數控系統硬件結構與維修等方面的知識。

2.2數控機床電氣接線圖繪制

在完成數控機床電氣接線圖這個任務的時候，學生必須先熟悉機床常用的各種電子元器件的作用，比如接觸器、繼電器、斷路器等相關知識。然后通過尋線，繪制接線圖，學生便能在自己腦海中將數控機床各部分的電氣控制原理構建起來，加之老師的講解與總結，最終對于電氣相關內容有一個比較清晰的認識。

通過這個項目的訓練之后，學生便能具備體用替換法、參考電壓法判斷機床相關故障的能力。

3.數控機床系統參數及PMC編程

由于數控機床的系統都是經過很嚴格的調試的比較成熟的軟件，其相對與機床硬件來說，故障較少且多為操作人員操作不當所引起的，因此，要解決軟件故障，那么學生必須熟悉數控機床各參數的意義及對梯形圖有一定認識，所以，在這個項目中我也設置了兩個任務：機床參數全清后的設定訓練和利用PMC編程實現機床功能轉換訓練。

3.1機床參數全清后的設定訓練

在這個任務中，由易到難分為兩步，首先，讓學生掌握系統參數的備份和系統參數的灌裝，通過這個操作訓練讓學生先具備在有條件情況下解決軟件故障的能力；其次，清空參數，讓學生重新設定參數來排除報警并讓機床運行，通過這個操作訓練，使得學生熟悉哪些參數與哪些報警相關，哪些參數與加工精度相關，進而提升其機床調試方面的能力和任何情況下解決參數問題的能力。

3.2利用PMC編程實現機床功能轉換訓練

通過前面的學習，學生對于CNC（系統、參數）和MT（機械結構）均有了一定的認識，那么兩者之間究竟是如何聯系起來的呢，數控機床的控制原理究竟如何呢。對于這個問題，我主要通過利用PMC編程實現機床功能轉換訓練這個任務來進行講解。

讓學生進行機床操作面板按鈕梯形圖的編輯，不僅能夠使得他們對于機床控制原理有更進一步的了解，同時也可以讓他們在以后的故障診斷與維修中，借助PMC梯形圖來輔助進行判斷。

這一部分，對于高職學生來說相對難于接受，因此，我只設計了兩個最基本的任務，希望通過這些任務，讓學生掌握軟件故障的基本處理方法：灌參數和梯形圖。同時，讓學生對于PMC監測有一個基本概念，對于其以后在企業的發展大有益處。

隨著數控技術和我國制造業的發展，社會對數控維修人才的要求會越來越高。只有不斷改進教學方法，加強學習，才能適應現代數控機床故障診斷與維修的教學步伐，培養出與時代接軌的合格人才。

【參考文獻】

[1]周蘭.現代數控加工設備.機械工業出版社.

[2]陳少艾.數控系統連接調試與PMC編程.機械工業出版社.