數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的研制

陳義華

摘 要：數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)是一門(mén)知識(shí)綜合型非常強(qiáng)的學(xué)科。為了讓學(xué)生更容易理解和接受數(shù)控機(jī)床電路技術(shù)理論知識(shí)，必須讓理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。而目前此類實(shí)訓(xùn)設(shè)備存在兩點(diǎn)不足：一是學(xué)生實(shí)訓(xùn)時(shí)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(shù)控機(jī)床線路相當(dāng)復(fù)雜，造成教師指導(dǎo)工作量大、評(píng)分效率極低。二是故障設(shè)置仍采用手動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)置故障。有的還是由教師人為造成故障，很難有效地防止學(xué)生對(duì)設(shè)備的損壞，造成維護(hù)費(fèi)用，并且不能形成真實(shí)的生產(chǎn)維修現(xiàn)場(chǎng)。為了解決背景技術(shù)所在的問(wèn)題和更好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，特開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)此套實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 維修 教學(xué) 實(shí)訓(xùn)設(shè)備

一、課題的來(lái)源及研制背景

當(dāng)前，中國(guó)經(jīng)濟(jì)正加快向新興工業(yè)化道路發(fā)展，制造業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。數(shù)控機(jī)床因其特有的高效、高精、高柔性制造等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越普遍，數(shù)量越來(lái)越多。由于先進(jìn)數(shù)控技術(shù)的廣泛使用，導(dǎo)致數(shù)控綜合應(yīng)用型人才嚴(yán)重短缺。隨著筆者學(xué)校高級(jí)技工學(xué)校的成功創(chuàng)辦，數(shù)控專業(yè)開(kāi)始由單一操作型人才培養(yǎng)逐步提升到高級(jí)班的數(shù)控技術(shù)綜合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)以及數(shù)控設(shè)備維修專業(yè)的開(kāi)設(shè)。

基于以上原因，根據(jù)社會(huì)的需要并結(jié)合學(xué)校的專業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，學(xué)校派老師到廣東省國(guó)防科技高級(jí)技工學(xué)校參加數(shù)控機(jī)床維修培訓(xùn)，得到了專家們的啟發(fā)與指導(dǎo)。為了節(jié)約成本，學(xué)校充分利用已經(jīng)淘汰停用的數(shù)控機(jī)床機(jī)械本體，帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)并制作出適合數(shù)控技術(shù)發(fā)展的數(shù)控機(jī)床電路智能型實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備。該實(shí)訓(xùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)充分考慮了理論教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用的需要，采用國(guó)內(nèi)優(yōu)秀最新版本的廣州數(shù)控980TD1數(shù)控系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)、配置6140生產(chǎn)型機(jī)床。并且我們參照工廠企業(yè)各類數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障、多發(fā)故障狀況，充分融入現(xiàn)代職業(yè)教育教學(xué)新方法：項(xiàng)目教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法等。

二、設(shè)備的結(jié)構(gòu)與組成

其一，本設(shè)備采用真實(shí)機(jī)床作為機(jī)床本體。如下頁(yè)圖所示，機(jī)床本體包括底座、2個(gè)進(jìn)給軸、主軸等5個(gè)模塊，并可以進(jìn)行機(jī)床拆裝、學(xué)習(xí)機(jī)械結(jié)構(gòu)、XZ軸伺服電動(dòng)機(jī)控制、主軸變頻器控制，數(shù)控系統(tǒng)采用廣州數(shù)控980TDB1系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝在教學(xué)面板的左邊，教學(xué)面板上印刷有電氣邊線和測(cè)試端子，用于故障維修的學(xué)習(xí)。

圖 設(shè)備圖片

其二，本設(shè)備外觀（如上圖所示），柜體長(zhǎng)2100mm、高1950mm、厚800mm、正面有電氣圖為1500mm×1000mm的教學(xué)面板，開(kāi)關(guān)繼電器、驅(qū)動(dòng)器等器件安裝在面板反面，并進(jìn)行正常連線，每個(gè)器件的旁邊都有相應(yīng)的接線端子，方便學(xué)員進(jìn)行接線練習(xí)，并且在器件圖旁邊有可以測(cè)試的信號(hào)端子，方便在進(jìn)行故障維修時(shí)測(cè)試信號(hào)。同時(shí)在面板下的箱體里設(shè)有PLC故障設(shè)置系統(tǒng)，學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)觸摸屏進(jìn)行自動(dòng)設(shè)置故障，通過(guò)故障現(xiàn)象和測(cè)量結(jié)果來(lái)判斷故障原因，然后通過(guò)故障控制計(jì)算機(jī)來(lái)去除故障，使機(jī)床正常運(yùn)行，這種設(shè)計(jì)非常適合數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)和考核。

其三，本數(shù)控裝調(diào)維修設(shè)備的電氣部分分為7個(gè)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(hào)測(cè)試和故障設(shè)置模塊以及數(shù)控系統(tǒng)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(jìn)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器或變頻器的電源線等，這類導(dǎo)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(kāi)關(guān)按鈕到配電箱內(nèi)的斷電器和接觸器的電線，還有行程開(kāi)關(guān)的連接電線等，這種電線截面積為0.5mm2。

（3）弱電信號(hào)多芯電纜，主要有從CNC系統(tǒng)到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器或變頻器的信號(hào)電纜，從電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器到伺服電動(dòng)機(jī)編碼器的信號(hào)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(jī)床系統(tǒng)的屏蔽和接地系統(tǒng)的電線，這部分電線截面積大于1.5mm2，連接時(shí)要盡量減小電磁干擾的要求。

三、設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

設(shè)備的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1

產(chǎn)品型號(hào) 單位 參數(shù)

工作臺(tái)尺寸 mm 400×950

主電動(dòng)機(jī)功率 kW 1.5

主軸轉(zhuǎn)速 r/min 50～4200

主軸扭矩 Nm 35

進(jìn)給電動(dòng)機(jī)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(fù)定位精度R mm ≤0.04/300≤±0.005

工作臺(tái)最大承重質(zhì)量 kg 100

四、主要零部件一覽表

主要零部件一覽表見(jiàn)表2。

表2

名稱 廠家 型號(hào)

電子手輪 HEDSSH海德 ISMM1468Series

滾動(dòng)絲杠 臺(tái)灣 螺距：5mm

數(shù)控系統(tǒng) 廣州數(shù)控設(shè)備有限公司 980TD1

伺服驅(qū)動(dòng) 廣州數(shù)控設(shè)備有限公司 DA98A

伺服電動(dòng)機(jī) 武漢華大新型電機(jī)科技有限公司 110ST-M06020LFB

變頻驅(qū)動(dòng)器 臺(tái)灣 AS2-5.5

主軸電動(dòng)機(jī) 上海 380V/5.5kW

行程開(kāi)關(guān) 浙江 JW2-11Z/3

伺服變壓器 無(wú)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(shè)備的創(chuàng)新點(diǎn)

一是機(jī)床各路信號(hào)端口在寬大的操作屏上全部外置，學(xué)生可以清晰連接機(jī)床電氣線路。

二是采用PLC程序能對(duì)數(shù)控機(jī)床電路接線的正確與否進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與評(píng)分，大大提高了教師的檢查判斷、評(píng)分等工作效率，大幅度提高了學(xué)生的動(dòng)手能力及分析解決問(wèn)題的能力，達(dá)到了最佳的實(shí)訓(xùn)效果。

三是采用PLC程序自動(dòng)隨機(jī)設(shè)障、自動(dòng)清障、自動(dòng)評(píng)分的觸摸屏排障系統(tǒng)，可以有效地防止學(xué)生對(duì)設(shè)備的損壞，極大降低實(shí)訓(xùn)設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，并且教學(xué)效果好、操作安全、成本低。

四是參照工廠數(shù)控機(jī)床的各類常見(jiàn)故障、多發(fā)故障，充分融入現(xiàn)代職業(yè)教育教學(xué)新方法：項(xiàng)目教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法等。

五是配置真實(shí)的生產(chǎn)型機(jī)床，生產(chǎn)、教學(xué)兩用，配合自動(dòng)隨機(jī)出故障，形成真實(shí)的生產(chǎn)維修現(xiàn)場(chǎng)，直接把學(xué)生引入到工廠工作環(huán)境。

六是綜合故障的題量大，整機(jī)32個(gè)故障點(diǎn)，每次考試自動(dòng)隨機(jī)提取3個(gè)不同故障點(diǎn)進(jìn)行組合，能產(chǎn)生4960種不同的綜合故障。

六、設(shè)備用途

該設(shè)備主要應(yīng)用于職業(yè)學(xué)校、技工院?；蚺嘤?xùn)機(jī)構(gòu)的機(jī)電專業(yè)、數(shù)控專業(yè)類培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)控機(jī)床電氣原理、機(jī)械裝調(diào)、參數(shù)調(diào)試及數(shù)控故障診斷與維修等實(shí)際動(dòng)手的綜合能力、檢查考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況以及數(shù)控機(jī)床設(shè)備維修專業(yè)類的技能鑒定。

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[3]劉永久.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

（作者單位：惠州市技師學(xué)院）