基于PC自動設(shè)故的數(shù)控機床維修教學(xué)設(shè)備設(shè)計*

李奇亮

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210015）

根據(jù)機床行業(yè)調(diào)查，數(shù)控人才的市場需求已從初期的數(shù)控操作、數(shù)控編程轉(zhuǎn)向了技術(shù)含量較高的數(shù)控機床調(diào)試、維護與維修。維修力量不足是影響數(shù)控機床利用率和完好率的主要因素，大量機械制造行業(yè)和裝備制造企業(yè)急需大量數(shù)控機床維修人才［1］。所以加大對數(shù)控設(shè)備維護人員的培養(yǎng)、提升學(xué)習(xí)效果是目前職業(yè)院校相關(guān)專業(yè)的使命所在。

在數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護相關(guān)專業(yè)職業(yè)教育實踐過程中，我們主要采用舊機床先拆裝機床主要機械結(jié)構(gòu)及電氣線路、再人為設(shè)故讓學(xué)生排除和虛擬數(shù)控機床故障排除等兩種方法進行教學(xué)，發(fā)現(xiàn)存在以下問題:

（1）人為設(shè)置故障時總能被學(xué)生直接找到故障點（特別是電氣線路的通斷故障），學(xué)生取捷徑就可以“高效率”地找到故障，從而違背了從現(xiàn)象去分析判斷并檢查相關(guān)部位來找故障點的思路;

（2）虛擬數(shù)控機床在裝拆及電氣連接方面實訓(xùn)效果明顯，減輕對實際數(shù)控機床和實驗臺的設(shè)備（特別是高檔設(shè)備）壓力;虛擬數(shù)控機床一人一機有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，具有安全、經(jīng)濟等特點，但其給學(xué)生完全是一種模擬，主要對認知能力的提高，缺乏實際動手能力的培養(yǎng)，一般缺乏故障再現(xiàn)的隨機性。

基于此我們設(shè)計出基于PC隨機設(shè)故的數(shù)控教學(xué)設(shè)備，具有故障的隱蔽性強，真實性好等特點。

1PC與CNC之間通信

計算機和數(shù)控系統(tǒng)一般通過RS－232串行口通信，但RS－232串行口通信有效距離短，且實訓(xùn)設(shè)備在生產(chǎn)車間，現(xiàn)場條件惡劣。本文以FANUC 0iMate TD系統(tǒng)控制的車床為通信對象，采取了抗干擾能力較強的遠程通信方法［2－3］，即利用CNC系統(tǒng)的RS－232通信接口和協(xié)議，通過高通信速率的RS－485接口轉(zhuǎn)換遠程智能通信模塊（圖1），并選用Visual Baisc 6.0軟件開發(fā)上位機管理程序，既解決了一臺PC機和多臺數(shù)控機床進行通信的問題，又為數(shù)控機床裝調(diào)維修工等相關(guān)技能鑒定考試提供硬件支持。

說明:①一個485轉(zhuǎn)232智能模塊可以接多臺機床，在本文中還通過該串口通信實現(xiàn)機床對應(yīng)的單片機控制系統(tǒng)有計劃地控制對應(yīng)的線路通斷電路;②機床端485轉(zhuǎn)232智能模塊的D2±端子可以并聯(lián)，而且上位機通過專用指令可以對每個通信端口的參數(shù)設(shè)置編程，確保了柔性設(shè)置的可行性。

2 設(shè)故系統(tǒng)設(shè)計原理

設(shè)置故障的內(nèi)容主要包括3個方面:數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)錯誤更改或不匹配硬件連接;漏電、缺相以及設(shè)備保護電路自動動作等電氣線路故障;在機械方面，故障設(shè)置主要針對誤差補償不當(dāng)甚至是錯誤造成定位誤差過大的問題。

VB的MSComm通信控件控制屬性較多［4］，在編制通信軟件過程中要遵守FANUC數(shù)控系統(tǒng)的通信協(xié)議，反譯和處理與FANUC數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)的傳輸數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，否則接收到的數(shù)據(jù)將是亂碼。

（1）串口通信設(shè)置［5］

智能通信模塊提供了專用指令用于通信設(shè)置，利用VB軟件通過向該模塊發(fā)送控制指令就可以設(shè)定和實現(xiàn)參數(shù)的讀取和修改，以控制模塊進行正確的數(shù)據(jù)通信。以本文使用I－7520和I－7527通信智能通信模塊為例，$AABN［baud_rate］指令用于設(shè)置COM端口的波特率，其中$是指令前導(dǎo)符;AA表示模塊地址，取值00H～FFH;N表示操作方式:=1是改寫，=0是讀取;［baud_rate］就是通信波特率值，如$00B14800（CrLf）即表示將COM1的波特率更改為4800。

（2）數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)故

上位機直接控制FANUC數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)可以通過以太網(wǎng)使用CNC參數(shù)設(shè)定或伺服GUIDE。本文基于VB程序和CNC之間串口通信對系統(tǒng)參數(shù)進行間接設(shè)置，以考查學(xué)生對部分參數(shù)不正確造成機床故障的判斷能力，提升對該參數(shù)的理解。如本文軟限位系統(tǒng)中，通過設(shè)置PRM3004#5=0，就會出現(xiàn)硬超程報警等。

上述的間接設(shè)置方法是將機床正常情況下參數(shù)備份的文件修改局部，再進行數(shù)據(jù)恢復(fù)，其中關(guān)鍵技術(shù)在于熟悉CNC系統(tǒng)參數(shù)備份的文件結(jié)構(gòu)和外接PC進行數(shù)據(jù)的恢復(fù)操作步驟。

參數(shù)恢復(fù)的關(guān)鍵是:通過傳輸電纜連接PC與數(shù)控系統(tǒng)并使機床處在EDIT狀態(tài);設(shè)定數(shù)控系統(tǒng)和PC匹配的傳輸參數(shù);在數(shù)控系統(tǒng)中，按軟鍵［PARAM］［OPRT］［READ］［EXEC］，等待 PC 將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳入;通過VB程序把修改后的文件發(fā)送到CNC系統(tǒng)。

（3）電氣設(shè)故

為實現(xiàn)自動設(shè)故，本文通過串口芯片MAX232與單片機通信，以控制關(guān)鍵線路的通斷。為此，本文利用Protel DXP制作基于AT89S51線路故障設(shè)置PCB版，其原理如圖2。

正常情況下，單片機引腳P1．3輸出低電平，三極管Q11截止，繼電器線圈沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，保持常開狀態(tài)，起到斷開電流的作用，同時狀態(tài)二極管也點亮;當(dāng)單片機接受到PC需要設(shè)置W71線路故障點命令時，引腳輸出高電平，三極管Q11飽和導(dǎo)通，+5 V電源加到線圈兩端，繼電器吸合，常開觸點閉合，繼電器起到斷開線路的作用，同時狀態(tài)二極管也熄滅。狀態(tài)二極管起到調(diào)試作用，一般隱藏在考核箱內(nèi)。

3 基于VB的設(shè)故軟件設(shè)計

本文設(shè)故軟件采用服務(wù)器/客戶機模型開發(fā)出教師機軟件和客戶端軟件。教師機軟件是整個系統(tǒng)管理和維護的核心，以控制各臺機床考核內(nèi)容、評定學(xué)生成績和學(xué)生信息管理。教師登錄成功后的界面如圖3。

主界面利用 VB的 tabstrip控件制作，在Private Sub Form_Load（）函數(shù)內(nèi)共添加4個Tab對象:指定考題、隨機出題、通信設(shè)置和About。其關(guān)鍵語句是:

Set reftbs=tabstrp．Tabs．Add（，，"指定考題"，1）

reftbs．ToolTipText="Specify the questions!"

學(xué)生機主要完成將檢測到的電氣故障線路號上傳到教師機，在實訓(xùn)階段還可以提示故障判斷思路以及flash動畫演示整個排故過程。

4 結(jié)語

通過對現(xiàn)有的CJK6125i型車床數(shù)控化改造和基于PC的自動設(shè)故系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)了利用一臺計算機遠程對多臺機床隨機設(shè)故、自動評分、成績統(tǒng)計，通過形成性考核方式考核學(xué)生掌握技能的真實水平。實踐證明，不僅較好地解決了遠距離通信、資源合理利用、抗干擾能力的問題，提高了原有舊機床的綜合利用率，而且能滿足數(shù)控機床裝調(diào)和維修教學(xué)和實訓(xùn)，為我院數(shù)控機床裝調(diào)維修工技能鑒定基地創(chuàng)造物質(zhì)條件。

［1］吳金嬌，劉樹青．虛擬數(shù)控機床在數(shù)控維修教學(xué)中的應(yīng)用［J］．中國現(xiàn)代教育裝備，2011（1）:75．

［2］汪木蘭．?dāng)?shù)控原理與系統(tǒng)［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2004．

［3］張瀅，劉寶明，王子豪，等．微機與數(shù)控機床遠程通信軟件開發(fā)［J］．組合機床與自動化加工技術(shù)，2005（5）:34－35．

［4］范逸之．Visual Basic與分布式監(jiān)控系統(tǒng):RS－232/485串行通信［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2002．

［5］曹錦江，汪木蘭，左健民．PC機與FANUC數(shù)控系統(tǒng)遠程通信軟件的開發(fā)［J］．智能控制技術(shù)，2006，35（7）:53 －55．