本站原创摘 要：数控机床维修技术是一门知识综合型非常强的学科.为了让学生更容易理解和接受数控机床电路技术理论知识,必须让理论与实践有机结合.而目前此类实训设备存在两点不足：一是学生实训时线路接线的正确与否,均由教师一条条线路检查判断,并且数控机床线路相当复杂,造成教师指导工作量大、评分效率极低.二是故障设置仍采用手动开关设置故障.有的还是由教师人为造成故障,很难有效地防止学生对设备的损坏,造成维护费用,并且不能形成真实的生产维修现场.为了解决背景技术所在的问题和更好地提升学生的学习效率,特开发设计此套实训考核设备.
关 键 词：数控机床维修教学实训设备
一、课题的来源及研制背景
当前,中国经济正加快向新兴工业化道路发展,制造业已成为国民经济的支柱产业.数控机床因其特有的高效、高精、高柔性制造等优点,在国内的应用越来越普遍,数量越来越多.由于先进数控技术的广泛使用,导致数控综合应用型人才严重短缺.随着笔者学校高级技工学校的成功创办,数控专业开始由单一操作型人才培养逐步提升到高级班的数控技术综合应用型人才的培养以及数控设备维修专业的开设.
基于以上原因,根据社会的需要并结合学校的专业发展状况,学校派老师到广东省国防科技高级技工学校参加数控机床维修培训,得到了专家们的启发与指导.为了节约成本,学校充分利用已经淘汰停用的数控机床机械本体,带领学生设计并制作出适合数控技术发展的数控机床电路智能型实训考核设备.该实训设备的设计充分考虑了理论教学和实际应用的需要,采用国内优秀最新版本的广州数控980TD1数控系统、半闭环伺服驱动、配置6140生产型机床.并且我们参照工厂企业各类数控机床的常见故障、多发故障状况,充分融入现代职业教育教学新方法：项目教学法、任务驱动法等.
二、设备的结构与组成
其一,本设备采用真实机床作为机床本体.如下页图所示,机床本体包括底座、2个进给轴、主轴等5个模块,并可以进行机床拆装、学习机械结构、XZ轴伺服电动机控制、主轴变频器控制,数控系统采用广州数控980TDB1系统,系统安装在教学面板的左边,教学面板上印刷有电气边线和测试端子,用于故障维修的学习.
图设备图片
其二,本设备外观（如上图所示）,柜体长2100mm、高1950mm、厚800mm、正面有电气图为1500mm×1000mm的教学面板,开关继电器、驱动器等器件安装在面板反面,并进行正常连线,每个器件的旁边都有相应的接线端子,方便学员进行接线练习,并且在器件图旁边有可以测试的信号端子,方便在进行故障维修时测试信号.同时在面板下的箱体里设有PLC故障设置系统,学生通过计算机触摸屏进行自动设置故障,通过故障现象和测量结果来判断故障原因,然后通过故障控制计算机来去除故障,使机床正常运行,这种设计非常适合数控机床维修教学和考核.
其三,本数控装调维修设备的电气部分分为7个模块,即主电路和控制电路模块、主轴由变频模块、XZ轴伺服模块、信号测试和故障设置模块以及数控系统控制器模块.
其四,配电面板的连接线主要分为三类.
（1）主回路电线,包括进入配电箱的总电源线,断路器到接触器的电源线,断路器到接触器的电源线,接触器到电动机驱动器或变频器的电源线等,这类导线截面积为2.5～4mm2.
（2）控制回路电线,主要是DC24V的控制电线,从控制面板上的开关按钮到配电箱内的断电器和接触器的电线,还有行程开关的连接电线等,这种电线截面积为0.5mm2.
（3）弱电信号多芯电缆,主要有从CNC系统到电动机驱动器或变频器的信号电缆,从电动机驱动器到伺服电动机编码器的信号电缆等.这类电缆一般为26芯或12芯,单芯的截面积为0.3～0.15mm2.
（4）机床系统的屏蔽和接地系统的电线,这部分电线截面积大于1.5mm2,连接时要尽量减小电磁干扰的要求.
三、设备的技术参数
设备的技术参数见表1.
表1
产品型号单位参数
工作台尺寸mm400×950
主电动机功率kW1.5
主轴转速r/min50～4200
主轴扭矩Nm35
进给电动机扭矩（功率）Nm（kW）6Nm（1.5kW）
X向行程mm320
Z向行程m
X向最大快移速度m/min4
Z向最大快移速度m/min4
位置精度：定位精度A、
重复定位精度Rmm≤0.04/300≤±0.005
工作台最大承重质量kg100
四、主要零部件一览表
主要零部件一览表见表2.
表2
名称厂家型号
电子手轮HEDSSH海德IM1468Series
滚动丝杠台湾螺距：5mm
数控系统广州数控设备有限公司980TD1
伺服驱动广州数控设备有限公司DA98A
伺服电动机武汉华大新型电机科技有限公司110ST-M06020LFB
变频驱动器台湾AS2-5.5
主轴电动机上海380V/5.5kW
行程开关浙江JW2-11Z/3
伺服变压器无锡富杰电器有限公司SG-2kVA
控制变压器南京新天科技有限公司JBK1000-1kW
五、本设备的创新点
一是机床各路信号端口在宽大的操作屏上全部外置,学生可以清晰连接机床电气线路.
二是采用PLC程序能对数控机床电路接线的正确与否进行自动检测与评分,大大提高了教师的检查判断、评分等工作效率,大幅度提高了学生的动手能力及分析解决问题的能力,达到了最佳的实训效果.
三是采用PLC程序自动随机设障、自动清障、自动评分的触摸屏排障系统,可以有效地防止学生对设备的损坏,极大降低实训设备的维护费用,并且教学效果好、操作安全、成本低.
四是参照工厂数控机床的各类常见故障、多发故障,充分融入现代职业教育教学新方法：项目教学法、任务驱动法等.
五是配置真实的生产型机床,生产、教学两用,配合自动随机出故障,形成真实的生产维修现场,直接把学生引入到工厂工作环境.
六是综合故障的题量大,整机32个故障点,每次考试自动随机提取3个不同故障点进行组合,能产生4960种不同的综合故障.
六、设备用途
该设备主要应用于职业学校、技工院校或培训机构的机电专业、数控专业类培养学生掌握数控机床电气原理、机械装调、参数调试及数控故障诊断与维修等实际动手的综合能力、检查考核学生的学习情况以及数控机床设备维修专业类的技能鉴定.