工程訓(xùn)練課程體系下開展數(shù)控伺服技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的探索

賴思琦

（西南科技大學(xué)工程技術(shù)中心，四川 綿陽(yáng) 621010）

工程訓(xùn)練是本科生實(shí)踐訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)之一，在培養(yǎng)學(xué)生的技能和專業(yè)知識(shí)中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，在工程訓(xùn)練課程體系下，數(shù)控實(shí)習(xí)項(xiàng)目主要是進(jìn)行加工代碼編程和設(shè)備操作練習(xí)。而對(duì)數(shù)控設(shè)備的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、控制技術(shù)方面涉及較少。然而，隨社會(huì)對(duì)人才需求的發(fā)展，工程訓(xùn)練課程實(shí)踐教學(xué)體系和內(nèi)容也在不斷進(jìn)行發(fā)展和改革。

數(shù)控設(shè)備伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能是控制伺服電機(jī)、絲桿、工作臺(tái)等部件的運(yùn)動(dòng)速度和位移量，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。伺服系統(tǒng)的性能良好，能夠提高數(shù)控機(jī)床的精度和工作效率，確保機(jī)床在工作過程中具備良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。由于數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要性，非常有必要讓學(xué)生了解這類控制技術(shù)，特別對(duì)于機(jī)電類專業(yè)的學(xué)生更是如此。

1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

數(shù)控伺服技術(shù)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)，其設(shè)計(jì)以數(shù)控技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)教學(xué)為主要出發(fā)點(diǎn),充分體現(xiàn)其開放特性,使學(xué)生通過搭建數(shù)控伺服系統(tǒng)模型、伺服參數(shù)設(shè)置、在線實(shí)時(shí)調(diào)試等相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，能夠全面了解數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)典型的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程,具備一定的對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行操縱及調(diào)試、維護(hù)能力。

1.1 數(shù)控機(jī)床三維模型搭建實(shí)驗(yàn)

以典型的數(shù)控加工中心為對(duì)象，建立了數(shù)控機(jī)床的三維幾何模型，通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生清楚地了解數(shù)控機(jī)床部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，了解數(shù)控伺服系統(tǒng)的工作原理，如圖1所示。

圖1 數(shù)控加工中心三維模型

1.2 伺服主軸實(shí)驗(yàn)

以工程訓(xùn)練中心的數(shù)控加工中心為對(duì)象，了解FANUC伺服控制器上主軸的接口應(yīng)用，伺服主軸調(diào)速電氣的設(shè)計(jì)、布線、調(diào)試，以及伺服主軸參數(shù)設(shè)置及優(yōu)化。

1.3 X/Y/Z伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)

了解FANUC 0I－MD數(shù)控系統(tǒng)與交流伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)連接及使用方法，掌握數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)及電機(jī)的應(yīng)用，布線與調(diào)試方法。利用系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定支持功能進(jìn)行各軸伺服參數(shù)的手工設(shè)置。

1.4 在線伺服參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

建立起完整的系統(tǒng)硬件構(gòu)架，完成FSSB、主軸和基本伺服參數(shù)初始化設(shè)置后，系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)正常工作。為了充分發(fā)揮設(shè)備的性能，提高設(shè)備工作的速度和精度，還要根據(jù)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特性和產(chǎn)品工藝要求，對(duì)伺服參數(shù)作進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整。使用FANUC數(shù)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)端口，建立計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的通訊，通過使用SERVO GUIDE伺服調(diào)試軟件對(duì)“電流控制（電流環(huán)）”、“速度控制（速度環(huán)）”、“位置控制（位置環(huán)）”這三個(gè)環(huán)進(jìn)行在線調(diào)整，使用SERVO GUIDE對(duì)從CNC獲得的波形作出分析，以取得和機(jī)械特性相關(guān)的匹配參數(shù)，保證數(shù)控機(jī)床在高響應(yīng)、高剛性下穩(wěn)定工作。

2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施

在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施中，要求在工程訓(xùn)練課程體系下充分發(fā)揮現(xiàn)有的設(shè)備資源和教學(xué)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床操作、機(jī)電控制、設(shè)備調(diào)試各個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)在一起，講解、操作教學(xué)一體化。每個(gè)環(huán)節(jié)都有明確目的和凝練的教學(xué)資源支撐，深化工程訓(xùn)練課程體系下數(shù)控實(shí)習(xí)的深度和廣度，激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。通過對(duì)數(shù)控設(shè)備的 “了解”→“如何使用”→“為什么要這樣使用”→“該如何調(diào)整，讓使用效果更好”這四個(gè)步驟，讓機(jī)電類專業(yè)學(xué)生對(duì)數(shù)控技術(shù)的學(xué)習(xí)，從單純的操作深入到結(jié)構(gòu)組成、控制原理的層次。特別是通過對(duì)數(shù)控伺服技術(shù)的學(xué)習(xí)，對(duì)數(shù)控設(shè)備的設(shè)計(jì)和構(gòu)造有了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，從而對(duì)數(shù)控技術(shù)知識(shí)的掌握達(dá)到較為深入的程度。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的安排如下表。

表1 數(shù)控伺服技術(shù)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)

3 結(jié)束語(yǔ)

從工程訓(xùn)練課程體系的發(fā)展出發(fā)，充分利用實(shí)驗(yàn)室的數(shù)控設(shè)備資源和之前技術(shù)積累，開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，將數(shù)控機(jī)床三維模型建模、專業(yè)伺服軟件訓(xùn)練、數(shù)控綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備相結(jié)合，探索數(shù)控伺服技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不僅提升了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和能力，更進(jìn)一步豐富了工程實(shí)踐課程內(nèi)容，提高了課程的質(zhì)量。

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