数控机床维修实训台的优化设计

在几年的技工学校一线教学中，尤其是一体化教学以后，我发现我校实习条件差，设备老化陈旧、数量严重不足，同时也是目前一般技工学校普遍存在的问题， 在生产实习教学中容易导致理论与实际脱节，实习中只注意训练学生安装接线的技能和工艺，忽视了实际数控机床线路故障排除能力的训练，这样的教学方法存在以下弊病：（1）实际机床线路的运行是机械与电气的联动，单一的配线使学生实际机床的运动形式缺乏了解，不利于学生分析故障原因；（2）在进行实际设备故障排除时思路不清，步骤混乱，容易造成新生的人为故障；（3）这样的教学往往使学生在实习中形成心理压力。而如果直接安排学生到实际的机床上练习, 一方面, 投资比较大, 可行性不高; 另一方面, 也容易发生人身安全和设备损坏的事故; 若把机床电气线路模拟安装在一块线路板上,由教师课前设置故障, 再要求学生排除故障, 恢复线路的正常功能, 这样则又费时又费力, 效率低下, 难以适应教学及考核鉴定的要求。因此, 如果有一种实训设备, 可以通过拨动几个开关或通过电脑设置， 来实现在一个机床电路上快速的设置和恢复故障, 则可大大提高培训、考核的效果。为了能够更好的培养学生的动手能力，急需一些数控维修试验台，但现有试验台的造价还比较高，如果要满足教学需要，要投入相当大的一笔资金，学校不一定负担的起，所以我们需要更灵活和价格更合适的试验台，从而我们想到利用已有的旧的数控机床进行试验台的改造，这样可以满足了教学需要，又降低了成本。

1.数控机床的基本组成

1.1 数控装置

数控装置是数控机床的核心，主要有硬件数控装置和计算机数控装置两种形式，现在多采用计算机数控装置，简称CNC 装置。

1.2 伺服驱动装置

这是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机、进给电机等。

1.3 数控机床的辅助装置

这是指数控机床的一些*的配套部件，用以保证数控机床的运行。

1.4 编程机及其他一些附属设备

现代数控机床不仅可以用CNC 装置上的键盘直接输入零件的加工程序，也可以利用自动编程机，在机外进行零件的加工程序编制，将程序记录在信息载体上(如磁带、纸带、磁盘等)，然后送入数控装置。

1.5 机床主体

机床主体是在数控机床上完成各种切削自动加工的机械部分。包括床身、立柱、立轴、进给机构等一些机械部件。

2.数控机床的模块化改造

模块化应用在产品开发设计上的优点是务须质疑的，由于数控机床技术的不断的发展，数控设备不断的增多。数控铣床、数控车床、数控冲床、数控加工中心、数控磨床以及其他数控特种设备不断的增加和其功能的不断提升。要使得数控机床维修实验平台能满足教学培训的要求，就必须对数控维修实验台进行模块化设计。我们不可能将每一种设备都独立的开发成数控维修实验平台，这样不仅过于浪费开发周期，同时也增加了不必要的成本需求。采用模块化设计的数控维修实验台将会在系统软件设计、控制部件选用以及故障点设置上更加通用化，在相应的设备上可以满足用户不同的特性需求。所以，具有模块化设计的维修平台将更具市场竞争力和发展的潜力。

根据模块设计的特点我们把数控机床维修平台系统分成几个模块来进行分析，模块大体如下：

（1）机床主体，这部分包括机床的机械结构；这部分要依据机床的基本工作形式，是车床就是车床，是镗床的就是镗床，是铣床就是铣床，这部分需要保留原来的基本功能和结构。

（2）电气线路，该部分包含机床的伺服驱动系统、强、弱电控制部分；这一部分是原数控机床基本电路部分，一般也不做改变。

（3）可编程控制部分，这部分是维修平台的外接部分；这部分需要串入数控机床电气线路中，是数控维修实验台实现重要控制的保障。这部分在维修实验平台中使用主要与机床故障点设置数量的多少有关，如果机床故障设置多，那可编程控制器所需的I/O 口数就越多。我们可根据不同设备的基本情况和需求，事先确定好各类机床的故障点数，以达到标准化，如果根据数控车床的基本功能情况可将故障点设置相同， 这样PLC 的选用可分为20 点，40 点等。同时根据机床的种类将PLC 货PMC 的控制程序建立程序库，到使用时只传输相应程序即可。因此，这部分实现模块化设计是可行的，那么我们就可以对其进行HLRESP 改造。

（4）PC 上位机系统部分， 该部分包括系统的软件和系统的故障库。这个部分是整个维修实验平台的控制部分，一切故障的设置、取消都需要控制系统的设置。这部分zui重要的是故障库与时时状态显示，虽然各种数控机床工作情况差别都很大，但数控机床的基本故障很大程度上是比较相同的，有区别的也是很少部分。所以，对于故障库我们基本可以将相似故障类型编入到一个模块中，例如主轴故障类、液压故障类，刀架故障类伺服驱动故障类等，而不用区分是那种机床，等需要安装某种维修平台时只需通过HLRESP 加载不同故障模块就可以

了。所以实现该部分的模块化的设计也是可行的。

3.数控机床维修实训台的具体实现

（1）原有数控机床部分，即用户终端部分，该部分是用于电气维修人员进行技术培训的平台。数控车床故障维修实验台一般是由企业或学校旧机床改造而来。我校用来的实验教学数控机床， 数控系统是FANUC 的，机床部分包括NC 系统和机床机械结构都不能更改，所要改变的是机床的电气输入\ 输出口的控制。

（2）虚线部分是要接入数控车床电气回路中的，这部分是数控维修实验台的教师操作部分。这部分包括上位机的操作系统和下位机的PLC 系统两个主要部分。上位PC 机是整个故障维修实验台的控制管理部分，它拥有良好的人机界面，模块化的故障设置和实时机床状态显示功能等。而下位机PLC 则实现将机床状态和命令传给PC 机和执行造作机构。

所以，数控车床故障维修实验台不仅具有普通机床所具有的车削加工功能，同时还有对机床结构和原理的认知、维修检测排故等优点，是数控电气维修技术培训的理想设备。

4.工作总结

（1）系统采用了模块化设计，利用类蜂巢结构平台实现模块间的连接， 实现了系统的开放性和扩展性。在硬件上通过改变PLC 的配置，在软件上通过修改、增添各种数控机床模块和故障类型模块来适应不同类型及种类的数控机床及其它数控机床的数控维修培训平台的需求，同时可以不断充实和完善系统的功能。

（2）本维修实验平台系统是在对已有的数控机床进行改造，充分利用了原有设备，保留了原机床的功能，投资少，可广泛应用于相关企业和学校，解决企业和学校院校资金匮乏的难题；在保留原机床实际加工能力的同时，增加了维修培训、操作培训的功能，因此该平台具有良好的开发前景。