摘要：數(shù)控維修技術(shù)教學(xué)過程中，數(shù)控機(jī)床往往采用人工設(shè)置故障的方法，浪費(fèi)時(shí)間、教學(xué)效率低。為了解決這一問題，在THWSKW-2A教學(xué)儀器上開發(fā)了基于單片機(jī)的數(shù)控機(jī)床故障模擬裝置，包括開關(guān)電源、單片機(jī)、繼電器模塊組以及控制電路。經(jīng)過實(shí)踐證明，該裝置操作方便，適用性高，可廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床維修、機(jī)電一體化、自動(dòng)化等專業(yè)教學(xué)領(lǐng)域，開發(fā)的教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目適合高職院校人才的培養(yǎng)，具有推廣價(jià)值。

0引言

數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)課程《數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)》、《數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用（siemens）》、《數(shù)控系統(tǒng)安裝與調(diào)試》和《數(shù)控機(jī)床故障分析與維修》均以THWSKW-2A數(shù)控機(jī)床維修技能實(shí)訓(xùn)考核裝置為主要教學(xué)儀器。數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)教學(xué)中很大一部分是圍繞此裝置開展的，如線路連接，機(jī)床故障排除，系統(tǒng)參數(shù)等。在設(shè)置故障時(shí)，通常采用的方法是人為斷路，如壓線皮，挑掉要斷路的電線，以及接空線和更換壞件等[1]。

目前，設(shè)置故障時(shí)主要存在以下的問題[2-4]：（1）設(shè)置故障的過程中存在一定的危險(xiǎn)性，有可能對(duì)實(shí)訓(xùn)人員及設(shè)備造成損害；（2）設(shè)置故障耗時(shí)較長；（3）故障設(shè)置偶爾會(huì)由于人為因素設(shè)置不成功。為了解決這些問題，開發(fā)了一種基于單片機(jī)的數(shù)控機(jī)床故障模擬裝置，可廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床維修、機(jī)電一體化、自動(dòng)化等專業(yè)教學(xué)領(lǐng)域，開發(fā)的教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目適合高職院校人才的培養(yǎng)，具有推廣價(jià)值。

1、故障模擬裝置的總體設(shè)計(jì)

為了讓數(shù)控機(jī)床故障模擬裝置設(shè)置故障時(shí)方便快捷，并且能夠?yàn)閿?shù)控裝置提供實(shí)時(shí)性的反饋信號(hào)，故障模擬裝置核心是由開關(guān)電源、單片機(jī)、繼電器模塊組、控制電路及控制程序組成；首先由開關(guān)電源給單片機(jī)及繼電器模塊組供電，單片機(jī)經(jīng)編程，控制繼電器模塊組的工作，利用繼電器模塊組的觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路、控制電路及I/O點(diǎn)信號(hào)的通斷控制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床中各個(gè)部分故障的設(shè)置。開關(guān)電源通過線路與單片機(jī)和繼電器模塊組連接，單片機(jī)和顯示屏通過J1接口連接，單片機(jī)通過J2接口與繼電器模塊組連接，繼電器模塊組與控制電路連接，控制數(shù)控機(jī)床上的數(shù)控系統(tǒng)啟停、冷卻泵電機(jī)運(yùn)動(dòng)、主軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)、換刀動(dòng)作、X軸返參運(yùn)動(dòng)、Z軸返參運(yùn)動(dòng)、三色燈指示、X軸超程硬限位報(bào)警、Z軸超程硬限位報(bào)警等。

2、故障模擬裝置程序的設(shè)計(jì)

通過對(duì)故障設(shè)置裝置的遙控，來實(shí)現(xiàn)THWSKW-2A型數(shù)控機(jī)床維修技能實(shí)訓(xùn)裝置的五大部分：NC啟動(dòng)、冷卻泵電機(jī)、主軸電機(jī)、電動(dòng)刀架、機(jī)床返參等故障的設(shè)置與排除，且在故障設(shè)置中，可以通過液晶屏顯示直觀看到相應(yīng)故障的狀態(tài)[5-6]。

數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置裝置的工作原理：由開關(guān)電源給單片機(jī)及繼電器模塊組供電，單片機(jī)經(jīng)編程，控制繼電器模塊組的工作，利用繼電器模塊組觸點(diǎn)的通斷來實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路、控制電路及PLCI/O點(diǎn)信號(hào)的控制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床中各個(gè)部分故障的設(shè)置。

通過遙控器按鍵的定義來實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置與排除，按鍵的具體定義如表1所示。

3、故障模擬裝置程序的編寫

THWSKW-2A型數(shù)控機(jī)床維修技能實(shí)訓(xùn)裝置采用Fanuc公司的Fanuc0imate-TC數(shù)控系統(tǒng)，包括：NC系統(tǒng)、主軸裝置、I/O模塊、四方刀架、進(jìn)給裝置、電源模塊和驅(qū)動(dòng)裝置組成。根據(jù)數(shù)控機(jī)床維修技能實(shí)訓(xùn)裝置的控制原理圖，完成不同故障模擬功能程序的編寫。

數(shù)控機(jī)床的工作過程如下，機(jī)床通電開機(jī)→繼電器KA1線圈得電→繼電器KA1常開觸點(diǎn)閉合→接觸器KM1線圈得電→接觸器KM1主觸點(diǎn)閉合→變頻器上電→PLC輸出Q0.0(Q0.1)

為DC24V→繼電器KA2(KA3)線圈得電→繼電器KA2(KA3)常開觸點(diǎn)閉合→連接到變頻器的端子STF(STR)和SD→變頻器三相輸出→主軸電機(jī)正(反)轉(zhuǎn)。根據(jù)數(shù)控機(jī)床維修技能實(shí)訓(xùn)裝置的工作流程，編寫程序?qū)⑵淇刂齐娐窋嚅_，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)置故障的目的，單片機(jī)編寫程序如圖2所示。

圖2單片機(jī)程序的編寫過程

4、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

數(shù)控機(jī)床故障模擬裝置可實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床故障的自動(dòng)化設(shè)置，可以安全、準(zhǔn)確、快捷的設(shè)置機(jī)床故障，故障點(diǎn)可遙控、可顯示、可更換、可拓展，數(shù)控機(jī)床故障設(shè)置裝置隨時(shí)可與實(shí)訓(xùn)裝置脫離，不影響其正常工作，此技術(shù)可在數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修相關(guān)實(shí)訓(xùn)設(shè)備中推廣，方便在故障維修實(shí)訓(xùn)教學(xué)中使用，如圖3所示，為數(shù)控機(jī)床故障模擬裝置實(shí)驗(yàn)過程。

圖3數(shù)控機(jī)床故障模擬裝置實(shí)驗(yàn)過程