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基於單片機（jī）的數控機床故障模擬裝置的開發

2017-11-29 來源：天津中德職業（yè）技術學（xué）院作者：王（wáng）春光，左維，張建新

摘要（yào）：數控維（wéi）修技術教（jiāo）學過程中，數控機床往往采用人工（gōng）設置故障的方法，浪費時間、教學效率低。為了解決這一問題，在THWSKW-2A教學儀器上開發了基於單片機的數控機床故障模擬裝置，包括開關電源、單片機、繼（jì）電器模塊組（zǔ）以（yǐ）及控製電路。經過實踐證明，該裝置操（cāo）作（zuò）方便，適用性高（gāo），可廣泛應（yīng）用於（yú）數控機床維修、機電（diàn）一體化、自動化等專業教學領域，開發的教學實訓項目適合高職院校人才的培養，具有（yǒu）推（tuī）廣價值。

關鍵詞（cí）：單片機；數控機床；故障模擬；機床維修

0 引言

數控設備應用與維護專業課程《數控機床維修技術》、《數控係統結構與應（yīng）用（siemens）》、《數控係統（tǒng）安裝與調試》和（hé）《數控機床（chuáng）故障分析與維（wéi）修》均（jun1）以 THWSKW-2A 數控機床維修技能實訓考核裝置為主（zhǔ）要教學儀器。數控設備應用與維護（hù）專業教（jiāo）學中很大一部分是（shì）圍繞此裝（zhuāng）置開展的，如線路連接，機床故障排除，係統參數等（děng）。在設置故障時，通常采用的方法是人為斷路，如（rú）壓線皮，挑掉要斷路的電（diàn）線，以及接空線和更換壞件等[1]。

目前，設置故障時主要存在以下的問題[2-4]：（1）設置故障的（de）過程中存在一定的危險性，有可（kě）能對實（shí）訓人員及設備造成損害；（2）設置故障（zhàng）耗時較長；（3）故障設置偶（ǒu）爾會由（yóu）於人為（wéi）因素設置不成功。為了解決這些問題，開發了一種基於單片機的數（shù）控機床故（gù）障模（mó）擬裝置，可廣泛應用於（yú）數控機床維修、機電一體化、自動化等專（zhuān）業（yè）教學領域，開發的教學實訓項目適合高職院校人才的培養，具有（yǒu）推廣價值（zhí）。

1 、故障模擬裝置的（de）總體設計

為（wéi）了讓數控機床故障模（mó）擬（nǐ）裝置設置故障時方便快捷，並且能夠為數控裝（zhuāng）置提供實時性的反饋（kuì）信號，故（gù）障模擬裝置核心是由開關電源、單片機、繼電器模塊組、控製（zhì）電路及控製程序組成；首先由開關電源給單片機及繼（jì）電器模塊組供電，單片機經編程，控製繼電器模塊組的工作，利用繼電器模塊組的觸點來實現對主電路（lù）、控製電路及I/O點信號的通斷控製（zhì），來實現對機床中各個部分（fèn）故（gù）障（zhàng）的設置（zhì）。開關電源（yuán）通過線路與單（dān）片機和繼（jì）電器模塊組連（lián）接（jiē），單（dān）片機和顯示屏通過J1接口連接，單片機通過J2接口與繼電器模塊組連接，繼電器模塊組與控製電路連（lián）接，控製數控機床上的數控係統啟停（tíng）、冷卻泵電機運動、主（zhǔ）軸電機正反轉、換刀動作、X 軸返參運動、Z 軸（zhóu）返參運動、三色燈指示、X 軸超程硬限位報警、Z 軸超程硬限位報警等。

2 、故障模擬裝置程序的設計

通過（guò）對故障設置裝置的遙控，來實現THWSKW-2A 型數控機床維修技能實訓裝置的五（wǔ）大部分：NC啟動、冷卻泵電機、主軸電機、電動刀架、機床返參等故障的（de）設置與排除，且（qiě）在故障設置中，可（kě）以通過液晶屏顯示直觀看到相應故障的狀態（tài）[5-6]。

數控機床故障設置裝置的工作原理：由開（kāi）關電源給單片機及繼電器模塊組供電，單片機經（jīng）編程，控製繼電器模塊組的工作，利用繼電器模塊組觸（chù）點的通斷來實現對主電路、控製電路（lù）及PLC I/O點信號的控製，來實現對機床中各個（gè）部分故障的設置。

通過遙控器按鍵的（de）定義來實（shí）現數控機床故障設置與排除，按鍵的具體定義如表1所示。

3 、故（gù）障模擬裝置（zhì）程序的編寫（xiě）

THWSKW-2A 型數控機床（chuáng）維（wéi）修技能實訓裝置采用 Fanuc 公司的 Fanuc 0imate-TC 數控係統，包括：NC 係統、主軸裝置、I/O模塊、四方（fāng）刀架、進給裝置、電源模塊和驅動裝置組成。根據數控機床維修（xiū）技（jì）能實訓裝置的控製原理圖，完成不同故障模擬功能程序的編寫。

數控（kòng）機床的（de）工作過程如下，機床通電開機→繼電（diàn）器KA1線圈得電→繼電器KA1常開觸點閉合→接觸器KM1線圈得（dé）電→接觸（chù）器KM1主觸點閉合→變（biàn）頻器（qì）上電→PLC 輸出（chū） Q0.0(Q0.1)

為 DC24V →繼電（diàn）器 KA2(KA3)線圈得（dé）電→繼電器 KA2(KA3)常開觸點閉合→連接到變頻器的（de）端子STF(STR)和SD→變頻器三相輸出→主軸電機正(反)轉。根據數控機床維修技能實訓裝置的工作流程，編寫程序將其（qí）控製電路斷開，從而實（shí）現設（shè）置故障的目的，單片機編寫程序如圖2所示（shì）。

圖2 單片機程序的編寫（xiě）過程

4 、實驗（yàn）驗證

數控機床故障模擬裝置可實現數控機床故障的自動化（huà）設置（zhì），可以安全、準確、快捷的設置機床故障，故障點可遙控、可顯示（shì）、可（kě）更換、可拓展，數控機床故障設（shè）置裝置（zhì）隨（suí）時可（kě）與實（shí）訓裝置脫離，不影響其正常工作，此技術可在數控機床故障診斷與維修相關實訓設備中推廣，方便在故障維修實訓教學中使用，如圖 3 所示，為數控機床故障模擬裝（zhuāng）置實驗過程。

圖3 數控機床故（gù）障模（mó）擬裝（zhuāng）置實驗（yàn）過程

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