斯沃數(shù)控機床調試與維修仿真軟件在機電技術應用專業(yè)教學中的應用

宋 濤 司 杰

（浙江信息工程學校，湖州 313000）

0 引言

數(shù)控機床是一種綜合應用計算機技術、自動控制技術、精密測量技術和機床設計理論等先進技術的典型機電一體化產品，在使用過程中難免出現(xiàn)故障，而一些企業(yè)對故障又不能及時進行正確的判斷和排除，嚴重制約了數(shù)控機床的使用率，影響企業(yè)的生產。培養(yǎng)掌握數(shù)控機床故障診斷與維修的技術人員成為許多企業(yè)的當務之急。機電技術應用專業(yè)為適應行業(yè)需求，將《數(shù)控機床故障診斷與維修》列為機電技術應用專業(yè)的專業(yè)主干課程。

《數(shù)控機床故障診斷與維修》課程內容主要包括數(shù)控機床維護維修基礎、數(shù)控機床安裝調試與驗收、數(shù)控機床CNC單元常見故障診斷與維修、數(shù)控機床進給驅動系統(tǒng)常見故障診斷與維修、數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)故障診斷與維修、數(shù)控機床機械部件的維修與調整、數(shù)控機床干擾故障及處理等內容。本課程與其他維修類課程一樣，是一門對實訓技能要求較高的課程。斯沃仿真軟件利用計算機三維虛擬現(xiàn)實技術、將數(shù)控機床結構、電氣元器件布局調試以及故障排查過程等通過微機活靈活現(xiàn)地顯示出來，可以學到數(shù)控機床的電氣安裝、數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)調試、交流伺服參數(shù)調試、變頻器參數(shù)調試、數(shù)控機床故障診斷與維修技術以及PLC編程等專業(yè)技術。同時也可以豐富教師的教學手段、提高學生的學習興趣，增強學生的實際動手能力。

1 斯沃數(shù)控機床調試與維修仿真軟件的教學功能

斯沃仿真軟件包括機械、電氣、PLC仿真、故障設置與診斷、仿真加工五大模塊，具有以下的教學功能。

1.1 數(shù)控機床機械結構學習模塊

數(shù)控機床機械結構學習模塊以數(shù)控銑床為例，介紹了主軸的結構，主軸電機的安裝位置，編碼器的位置，刀架的結構，絲杠的形狀和位置，潤滑系統(tǒng)，各個接近開關的位置等等，了解數(shù)控機床的結構，知道數(shù)控機床應該如何檢測和驗收，能夠按照軟件配備的裝配流程圖進行機械的裝配和拆修，如圖1所示為機床裝配界面。通過對機械結構的學習為電氣模塊的學習做好準備。

1.2 機床電氣學習模塊

圖1 數(shù)控銑床機械裝配界面

機床電氣學習模塊包括維修電工模塊、SIEMENS802CXK713銑床模塊、FANUC 0I MATE MC—XH7125模塊、華中“世紀星”HNC-21 系列數(shù)控裝置模塊等內容。

其中維修電工模塊中有元器件、電路圖的認知，電路的接線實驗，屬于入門學習。三種不同的數(shù)控機床電氣模塊集中了目前國內三類主流數(shù)控系統(tǒng)，每個模塊既可以對非控制電器接線、主軸變頻器單元、交流伺服系統(tǒng)等各部分進行單獨的電氣接線和調試，也可以進行機床整機的電氣接線和調試。

軟件的電器庫里提供了各種常用低壓電器元件圖和電器符號圖、電器元件的技術參數(shù)、各種機床基本控制線路、典型普通機床控制線路、典型數(shù)控機床控制線路等，如圖2所示。電器元件都做成了真實照片顯示，可以極大提高學生的學習興趣。

圖2 元器件的選用、三維模型及技術規(guī)格

學生根據(jù)數(shù)控仿真軟件提供的各種數(shù)控機床的電氣圖來進行電器元件的布局，機床不同、電氣圖不同那它的布局也不一樣，通過仿真學生就可以了解這方面的知識。布局好以后就可以進行電器元件的裝配和接線。根據(jù)數(shù)控機床的電氣圖進行手工的接線，有數(shù)控系統(tǒng)與信號模塊的接線，信號模塊與低壓電器之間的接線，低壓電器之間的接線，刀架接線，主軸電機接線，水泵電機接線，各個接近開關的接線，還有機床照明燈、風扇的接線等。

軟件提供了很多種變頻器，像東元、三菱、富士等一些主流變頻器。學生可以很扎實的學習這些不同品牌變頻器參數(shù)的設置，了解每個參數(shù)的作用。當學生輸入錯誤的變頻器參數(shù)后，變頻器將不能夠做出正確的動作并給出出錯提示，幫助學生學習。交流伺服驅動也要進行參數(shù)的設置，讓學生了解每個參數(shù)的作用，輸入錯誤的參數(shù)會有什么后果。交流伺服驅動器接線比較復雜，從系統(tǒng)到交流伺服驅動、交流伺服驅動到交流伺服電機、交流伺服電機到數(shù)控系統(tǒng)的接線，每根信號線的含義等都有詳細的說明和例子，提高學生的動手能力。

1.3 PLC仿真學習模塊

PLC仿真學習模塊除了具有梯形圖解析、元件編輯、端口與內存變量查看、梯形圖仿真、梯形圖驗證等普通PLC仿真軟件具備的功能外，還內置了多種 PLC 場景模型，采用了基于 OPENGL圖形編程技術的 3D 模型仿真，可以實現(xiàn)動態(tài)旋轉，縮放，平移，全屏以及不同視角切換等顯示功能，如圖3所示。

圖3 梯形圖窗口和與之關聯(lián)的3D仿真窗口

1.4 故障設置與診斷學習模塊

當學生接好線，各種參數(shù)也全部設置好，數(shù)控機床能正確運動以后，老師可以通過網絡在學生的數(shù)控仿真系統(tǒng)中進行電氣元器件、系統(tǒng)參數(shù)置、變頻器參數(shù)、伺服驅動器參數(shù)、電氣接線等各類故障的設置，如圖4所示。讓學生自己利用軟件提供的仿真萬用表等檢查工具來排查故障。不同的數(shù)控系統(tǒng)、不同的變頻器、不同的驅動、不同的電器元件、不同的機床都會有不同的故障。如果學生無法解決問題，老師還可以通過網絡把正確的答案發(fā)給學生。老師也可以通過網絡監(jiān)視學生是如何排查故障的，做到老師和學生的互動。數(shù)控仿真軟件提供的故障都是根據(jù)實際的數(shù)控機床的故障來設置的，做到完全的真實性。老師通過不斷的設置各種不同故障，學生的動手能力很自然的就會得到大幅度提高。

圖4 故障設置界面

1.5 仿真加工學習模塊

仿真軟件還提供了FANUC 0i和SINUMERIK 810/840D兩種典型數(shù)控系統(tǒng)的仿真加工操作學習模塊，完整的介紹了這兩種數(shù)控系統(tǒng)的操作面板上所有按鍵、開關的功能。在仿真加工模式下還可以通過3D仿真窗口觀察到操作數(shù)控系統(tǒng)后機床的動作情況。

2 斯沃數(shù)控機床調試與維修仿真軟件的優(yōu)勢和缺陷

2.1 仿真軟件的優(yōu)勢

①使用仿真軟件使老師的備課更加的便捷。原來要跟學生介紹電路工作原理，需要給學生在課堂上展示電路圖時，在傳統(tǒng)課件制作軟件中繪制電路圖費時比較多，而且有些需要用到的元件圖片還要自己事先準備好，而仿真軟件只需要在元件庫中調用既可，可以大量的節(jié)省課件準備的時間。

②使用仿真軟件可以使教學過程更靈活。在以培養(yǎng)學生的職業(yè)能力為核心的教學理念下，我們不僅要使學生掌握課本上的知識，還應提高學生的綜合素質。在教學過程中，需要根據(jù)學生的實際表現(xiàn)及時調整教學內容。傳統(tǒng)的課件制作軟件，一般編輯狀態(tài)和應用狀態(tài)不是同一個界面，在課堂上臨時修改不太現(xiàn)實。而仿真軟件可以隨時根據(jù)需要來調整電路的元件和結構，從而得到各種不同的效果。

③使用仿真軟件有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維。在真實設備上實訓時由于受到元器件的限制和固定的實驗設備的束縛，學生如果想臨時改變設計思路，可能會產生許多錯誤與不足，致使調試過程費時費力，甚至會引起元器件和設備損壞等問題。而在虛擬仿真軟件中進行，則不用擔心這些問題，而且可以隨時改變元器件的型號參數(shù)等來調整電路，使之更加合乎要求，得到較為理想的結果。使學生更愿意去嘗試。

2.2 仿真軟件的缺陷

①仿真軟件的元件庫不夠開放。目前，市場上的元器件種類繁多，各種設備上所用到的元器件也不同。如能將元件庫開放給用戶使用，使我們能夠添加需要的元件。

②仿真軟件的故障診斷與排查跟實際有一定差距。有不少實際的數(shù)控機床故障現(xiàn)象和檢查方法，無法使用軟件進行仿真。這是仿真軟件需要進一步完善的方向。

3 結束語

在機電技術應用專業(yè)《數(shù)控機床故障診斷與維修》課程教學的初期，使用斯沃仿真軟件進行教學，不僅豐富了教師的教學手段，更有利于學生后續(xù)的實際操作。同時，也不受實訓室實訓設備的限制，即降低了實訓成本又是開闊了學生的眼界。

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