宋 濤 司 杰

（浙江信息工程學(xué)校，湖州 313000）

0 引言

數(shù)控機(jī)床是一種綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計(jì)理論等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，在使用過程中難免出現(xiàn)故障，而一些企業(yè)對故障又不能及時(shí)進(jìn)行正確的判斷和排除，嚴(yán)重制約了數(shù)控機(jī)床的使用率，影響企業(yè)的生產(chǎn)。培養(yǎng)掌握數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修的技術(shù)人員成為許多企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)為適應(yīng)行業(yè)需求，將《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》列為機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的專業(yè)主干課程。

《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》課程內(nèi)容主要包括數(shù)控機(jī)床維護(hù)維修基礎(chǔ)、數(shù)控機(jī)床安裝調(diào)試與驗(yàn)收、數(shù)控機(jī)床CNC單元常見故障診斷與維修、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見故障診斷與維修、數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷與維修、數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的維修與調(diào)整、數(shù)控機(jī)床干擾故障及處理等內(nèi)容。本課程與其他維修類課程一樣，是一門對實(shí)訓(xùn)技能要求較高的課程。斯沃仿真軟件利用計(jì)算機(jī)三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、將數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、電氣元器件布局調(diào)試以及故障排查過程等通過微機(jī)活靈活現(xiàn)地顯示出來，可以學(xué)到數(shù)控機(jī)床的電氣安裝、數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試、交流伺服參數(shù)調(diào)試、變頻器參數(shù)調(diào)試、數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修技術(shù)以及PLC編程等專業(yè)技術(shù)。同時(shí)也可以豐富教師的教學(xué)手段、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

1 斯沃?jǐn)?shù)控機(jī)床調(diào)試與維修仿真軟件的教學(xué)功能

斯沃仿真軟件包括機(jī)械、電氣、PLC仿真、故障設(shè)置與診斷、仿真加工五大模塊，具有以下的教學(xué)功能。

1.1 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)模塊

數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)模塊以數(shù)控銑床為例，介紹了主軸的結(jié)構(gòu)，主軸電機(jī)的安裝位置，編碼器的位置，刀架的結(jié)構(gòu)，絲杠的形狀和位置，潤滑系統(tǒng)，各個(gè)接近開關(guān)的位置等等，了解數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，知道數(shù)控機(jī)床應(yīng)該如何檢測和驗(yàn)收，能夠按照軟件配備的裝配流程圖進(jìn)行機(jī)械的裝配和拆修，如圖1所示為機(jī)床裝配界面。通過對機(jī)械結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)為電氣模塊的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

1.2 機(jī)床電氣學(xué)習(xí)模塊

圖1 數(shù)控銑床機(jī)械裝配界面

機(jī)床電氣學(xué)習(xí)模塊包括維修電工模塊、SIEMENS802CXK713銑床模塊、FANUC 0I MATE MC—XH7125模塊、華中“世紀(jì)星”HNC-21 系列數(shù)控裝置模塊等內(nèi)容。

其中維修電工模塊中有元器件、電路圖的認(rèn)知，電路的接線實(shí)驗(yàn)，屬于入門學(xué)習(xí)。三種不同的數(shù)控機(jī)床電氣模塊集中了目前國內(nèi)三類主流數(shù)控系統(tǒng)，每個(gè)模塊既可以對非控制電器接線、主軸變頻器單元、交流伺服系統(tǒng)等各部分進(jìn)行單獨(dú)的電氣接線和調(diào)試，也可以進(jìn)行機(jī)床整機(jī)的電氣接線和調(diào)試。

軟件的電器庫里提供了各種常用低壓電器元件圖和電器符號(hào)圖、電器元件的技術(shù)參數(shù)、各種機(jī)床基本控制線路、典型普通機(jī)床控制線路、典型數(shù)控機(jī)床控制線路等，如圖2所示。電器元件都做成了真實(shí)照片顯示，可以極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

圖2 元器件的選用、三維模型及技術(shù)規(guī)格

學(xué)生根據(jù)數(shù)控仿真軟件提供的各種數(shù)控機(jī)床的電氣圖來進(jìn)行電器元件的布局，機(jī)床不同、電氣圖不同那它的布局也不一樣，通過仿真學(xué)生就可以了解這方面的知識(shí)。布局好以后就可以進(jìn)行電器元件的裝配和接線。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的電氣圖進(jìn)行手工的接線，有數(shù)控系統(tǒng)與信號(hào)模塊的接線，信號(hào)模塊與低壓電器之間的接線，低壓電器之間的接線，刀架接線，主軸電機(jī)接線，水泵電機(jī)接線，各個(gè)接近開關(guān)的接線，還有機(jī)床照明燈、風(fēng)扇的接線等。

軟件提供了很多種變頻器，像東元、三菱、富士等一些主流變頻器。學(xué)生可以很扎實(shí)的學(xué)習(xí)這些不同品牌變頻器參數(shù)的設(shè)置，了解每個(gè)參數(shù)的作用。當(dāng)學(xué)生輸入錯(cuò)誤的變頻器參數(shù)后，變頻器將不能夠做出正確的動(dòng)作并給出出錯(cuò)提示，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。交流伺服驅(qū)動(dòng)也要進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，讓學(xué)生了解每個(gè)參數(shù)的作用，輸入錯(cuò)誤的參數(shù)會(huì)有什么后果。交流伺服驅(qū)動(dòng)器接線比較復(fù)雜，從系統(tǒng)到交流伺服驅(qū)動(dòng)、交流伺服驅(qū)動(dòng)到交流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)到數(shù)控系統(tǒng)的接線，每根信號(hào)線的含義等都有詳細(xì)的說明和例子，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

1.3 PLC仿真學(xué)習(xí)模塊

PLC仿真學(xué)習(xí)模塊除了具有梯形圖解析、元件編輯、端口與內(nèi)存變量查看、梯形圖仿真、梯形圖驗(yàn)證等普通PLC仿真軟件具備的功能外，還內(nèi)置了多種 PLC 場景模型，采用了基于 OPENGL圖形編程技術(shù)的 3D 模型仿真，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)，縮放，平移，全屏以及不同視角切換等顯示功能，如圖3所示。

圖3 梯形圖窗口和與之關(guān)聯(lián)的3D仿真窗口

1.4 故障設(shè)置與診斷學(xué)習(xí)模塊

當(dāng)學(xué)生接好線，各種參數(shù)也全部設(shè)置好，數(shù)控機(jī)床能正確運(yùn)動(dòng)以后，老師可以通過網(wǎng)絡(luò)在學(xué)生的數(shù)控仿真系統(tǒng)中進(jìn)行電氣元器件、系統(tǒng)參數(shù)置、變頻器參數(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)、電氣接線等各類故障的設(shè)置，如圖4所示。讓學(xué)生自己利用軟件提供的仿真萬用表等檢查工具來排查故障。不同的數(shù)控系統(tǒng)、不同的變頻器、不同的驅(qū)動(dòng)、不同的電器元件、不同的機(jī)床都會(huì)有不同的故障。如果學(xué)生無法解決問題，老師還可以通過網(wǎng)絡(luò)把正確的答案發(fā)給學(xué)生。老師也可以通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視學(xué)生是如何排查故障的，做到老師和學(xué)生的互動(dòng)。數(shù)控仿真軟件提供的故障都是根據(jù)實(shí)際的數(shù)控機(jī)床的故障來設(shè)置的，做到完全的真實(shí)性。老師通過不斷的設(shè)置各種不同故障，學(xué)生的動(dòng)手能力很自然的就會(huì)得到大幅度提高。

圖4 故障設(shè)置界面

1.5 仿真加工學(xué)習(xí)模塊

仿真軟件還提供了FANUC 0i和SINUMERIK 810/840D兩種典型數(shù)控系統(tǒng)的仿真加工操作學(xué)習(xí)模塊，完整的介紹了這兩種數(shù)控系統(tǒng)的操作面板上所有按鍵、開關(guān)的功能。在仿真加工模式下還可以通過3D仿真窗口觀察到操作數(shù)控系統(tǒng)后機(jī)床的動(dòng)作情況。

2 斯沃?jǐn)?shù)控機(jī)床調(diào)試與維修仿真軟件的優(yōu)勢和缺陷

2.1 仿真軟件的優(yōu)勢

①使用仿真軟件使老師的備課更加的便捷。原來要跟學(xué)生介紹電路工作原理，需要給學(xué)生在課堂上展示電路圖時(shí)，在傳統(tǒng)課件制作軟件中繪制電路圖費(fèi)時(shí)比較多，而且有些需要用到的元件圖片還要自己事先準(zhǔn)備好，而仿真軟件只需要在元件庫中調(diào)用既可，可以大量的節(jié)省課件準(zhǔn)備的時(shí)間。

②使用仿真軟件可以使教學(xué)過程更靈活。在以培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力為核心的教學(xué)理念下，我們不僅要使學(xué)生掌握課本上的知識(shí)，還應(yīng)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。在教學(xué)過程中，需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。傳統(tǒng)的課件制作軟件，一般編輯狀態(tài)和應(yīng)用狀態(tài)不是同一個(gè)界面，在課堂上臨時(shí)修改不太現(xiàn)實(shí)。而仿真軟件可以隨時(shí)根據(jù)需要來調(diào)整電路的元件和結(jié)構(gòu)，從而得到各種不同的效果。

③使用仿真軟件有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維。在真實(shí)設(shè)備上實(shí)訓(xùn)時(shí)由于受到元器件的限制和固定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的束縛，學(xué)生如果想臨時(shí)改變設(shè)計(jì)思路，可能會(huì)產(chǎn)生許多錯(cuò)誤與不足，致使調(diào)試過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至?xí)鹪骷驮O(shè)備損壞等問題。而在虛擬仿真軟件中進(jìn)行，則不用擔(dān)心這些問題，而且可以隨時(shí)改變元器件的型號(hào)參數(shù)等來調(diào)整電路，使之更加合乎要求，得到較為理想的結(jié)果。使學(xué)生更愿意去嘗試。

2.2 仿真軟件的缺陷

①仿真軟件的元件庫不夠開放。目前，市場上的元器件種類繁多，各種設(shè)備上所用到的元器件也不同。如能將元件庫開放給用戶使用，使我們能夠添加需要的元件。

②仿真軟件的故障診斷與排查跟實(shí)際有一定差距。有不少實(shí)際的數(shù)控機(jī)床故障現(xiàn)象和檢查方法，無法使用軟件進(jìn)行仿真。這是仿真軟件需要進(jìn)一步完善的方向。

3 結(jié)束語

在機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》課程教學(xué)的初期，使用斯沃仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，不僅豐富了教師的教學(xué)手段，更有利于學(xué)生后續(xù)的實(shí)際操作。同時(shí)，也不受實(shí)訓(xùn)室實(shí)訓(xùn)設(shè)備的限制，即降低了實(shí)訓(xùn)成本又是開闊了學(xué)生的眼界。

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