數控機床裝調維修教學實訓設備的研制

陳義華

摘 要：數控機床維修技術是一門知識綜合型非常強的學科。為了讓學生更容易理解和接受數控機床電路技術理論知識，必須讓理論與實踐有機結合。而目前此類實訓設備存在兩點不足：一是學生實訓時線路接線的正確與否，均由教師一條條線路檢查判斷，并且數控機床線路相當復雜，造成教師指導工作量大、評分效率極低。二是故障設置仍采用手動開關設置故障。有的還是由教師人為造成故障，很難有效地防止學生對設備的損壞，造成維護費用，并且不能形成真實的生產維修現場。為了解決背景技術所在的問題和更好地提升學生的學習效率，特開發設計此套實訓考核設備。

關鍵詞：數控機床 維修 教學 實訓設備

一、課題的來源及研制背景

當前，中國經濟正加快向新興工業化道路發展，制造業已成為國民經濟的支柱產業。數控機床因其特有的高效、高精、高柔性制造等優點，在國內的應用越來越普遍，數量越來越多。由于先進數控技術的廣泛使用，導致數控綜合應用型人才嚴重短缺。隨著筆者學校高級技工學校的成功創辦，數控專業開始由單一操作型人才培養逐步提升到高級班的數控技術綜合應用型人才的培養以及數控設備維修專業的開設。

基于以上原因，根據社會的需要并結合學校的專業發展狀況，學校派老師到廣東省國防科技高級技工學校參加數控機床維修培訓，得到了專家們的啟發與指導。為了節約成本，學校充分利用已經淘汰停用的數控機床機械本體，帶領學生設計并制作出適合數控技術發展的數控機床電路智能型實訓考核設備。該實訓設備的設計充分考慮了理論教學和實際應用的需要，采用國內優秀最新版本的廣州數控980TD1數控系統、半閉環伺服驅動、配置6140生產型機床。并且我們參照工廠企業各類數控機床的常見故障、多發故障狀況，充分融入現代職業教育教學新方法：項目教學法、任務驅動法等。

二、設備的結構與組成

其一，本設備采用真實機床作為機床本體。如下頁圖所示，機床本體包括底座、2個進給軸、主軸等5個模塊，并可以進行機床拆裝、學習機械結構、XZ軸伺服電動機控制、主軸變頻器控制，數控系統采用廣州數控980TDB1系統，系統安裝在教學面板的左邊，教學面板上印刷有電氣邊線和測試端子，用于故障維修的學習。

圖 設備圖片

其二，本設備外觀（如上圖所示），柜體長2100mm、高1950mm、厚800mm、正面有電氣圖為1500mm×1000mm的教學面板，開關繼電器、驅動器等器件安裝在面板反面，并進行正常連線，每個器件的旁邊都有相應的接線端子，方便學員進行接線練習，并且在器件圖旁邊有可以測試的信號端子，方便在進行故障維修時測試信號。同時在面板下的箱體里設有PLC故障設置系統，學生通過計算機觸摸屏進行自動設置故障，通過故障現象和測量結果來判斷故障原因，然后通過故障控制計算機來去除故障，使機床正常運行，這種設計非常適合數控機床維修教學和考核。

其三，本數控裝調維修設備的電氣部分分為7個模塊，即主電路和控制電路模塊、主軸由變頻模塊、XZ軸伺服模塊、信號測試和故障設置模塊以及數控系統控制器模塊。

其四，配電面板的連接線主要分為三類。

（1）主回路電線，包括進入配電箱的總電源線，斷路器到接觸器的電源線，斷路器到接觸器的電源線，接觸器到電動機驅動器或變頻器的電源線等，這類導線截面積為2.5～4mm2。

（2）控制回路電線，主要是DC24V的控制電線，從控制面板上的開關按鈕到配電箱內的斷電器和接觸器的電線，還有行程開關的連接電線等，這種電線截面積為0.5mm2。

（3）弱電信號多芯電纜，主要有從CNC系統到電動機驅動器或變頻器的信號電纜，從電動機驅動器到伺服電動機編碼器的信號電纜等。這類電纜一般為26芯或12芯，單芯的截面積為0.3～0.15mm2。

（4）機床系統的屏蔽和接地系統的電線，這部分電線截面積大于1.5mm2，連接時要盡量減小電磁干擾的要求。

三、設備的技術參數

設備的技術參數見表1。

表1

產品型號 單位 參數

工作臺尺寸 mm 400×950

主電動機功率 kW 1.5

主軸轉速 r/min 50～4200

主軸扭矩 Nm 35

進給電動機扭矩（功率） N·m（kW） 6N·m（1.5kW）

X向行程 mm 320

Z向行程 mm 300

X向最大快移速度 m/min 4

Z向最大快移速度 m/min 4

位置精度：定位精度A、

重復定位精度R mm ≤0.04/300≤±0.005

工作臺最大承重質量 kg 100

四、主要零部件一覽表

主要零部件一覽表見表2。

表2

名稱 廠家 型號

電子手輪 HEDSSH海德 ISMM1468Series

滾動絲杠 臺灣 螺距：5mm

數控系統 廣州數控設備有限公司 980TD1

伺服驅動 廣州數控設備有限公司 DA98A

伺服電動機 武漢華大新型電機科技有限公司 110ST-M06020LFB

變頻驅動器 臺灣 AS2-5.5

主軸電動機 上海 380V/5.5kW

行程開關 浙江 JW2-11Z/3

伺服變壓器 無錫富杰電器有限公司 SG-2kVA

控制變壓器 南京新天科技有限公司 JBK1000-1kW

五、本設備的創新點

一是機床各路信號端口在寬大的操作屏上全部外置，學生可以清晰連接機床電氣線路。

二是采用PLC程序能對數控機床電路接線的正確與否進行自動檢測與評分，大大提高了教師的檢查判斷、評分等工作效率，大幅度提高了學生的動手能力及分析解決問題的能力，達到了最佳的實訓效果。

三是采用PLC程序自動隨機設障、自動清障、自動評分的觸摸屏排障系統，可以有效地防止學生對設備的損壞，極大降低實訓設備的維護費用，并且教學效果好、操作安全、成本低。

四是參照工廠數控機床的各類常見故障、多發故障，充分融入現代職業教育教學新方法：項目教學法、任務驅動法等。

五是配置真實的生產型機床，生產、教學兩用，配合自動隨機出故障，形成真實的生產維修現場，直接把學生引入到工廠工作環境。

六是綜合故障的題量大，整機32個故障點，每次考試自動隨機提取3個不同故障點進行組合，能產生4960種不同的綜合故障。

六、設備用途

該設備主要應用于職業學校、技工院校或培訓機構的機電專業、數控專業類培養學生掌握數控機床電氣原理、機械裝調、參數調試及數控故障診斷與維修等實際動手的綜合能力、檢查考核學生的學習情況以及數控機床設備維修專業類的技能鑒定。

參考文獻：

[1]夏燕蘭.數控機床電氣控制[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2]孫漢卿.數控機床維修技術[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3]劉永久.數控機床故障診斷與維修技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

（作者單位：惠州市技師學院）