摘　要：設計了一種基於機器控製器（MP2310）的數控銑床教學平台，並給出了具體的實現方法，同（tóng）時為數控教學設備開發提供了一種新方法。通過使用此平台，不但可以（yǐ）進行傳（chuán）統的數控加工實訓操作，還可以（yǐ）比較全麵了解數控機床的電氣控製原理和運動程序編寫。
 
       關鍵詞：機器控製器 ; 教學平台 ; 實驗 ; 係統開（kāi）發
 
       0　引言
 
　　  目前，各高校開設的課程多數與實際應用聯係緊密，結合課程的理論知識開設相應（yīng）的實驗操作課程，有益於學生牢（láo）固掌握課程（chéng）理論知識，提高學生的獨立（lì）思考能力和實踐操作能力。但實際情況卻不容樂（lè）觀，實驗室的設備購買時間長，與實際生產應用存在技（jì）術滯後。而頻繁的購買實驗設備無（wú）疑將增加學（xué）校的教（jiāo）學（xué）成本。
 
      此外，目前市場上（shàng）實（shí）驗（yàn）教學設備多為模塊（kuài）化（huà）生產，難以與課程結合，同時學生不能深入了解設（shè）備工作（zuò）原理，而且（qiě）其價格高昂。因此設計與課程內（nèi）容相符，以及與實際生產緊密聯係的實驗設備，將極大（dà）的調動學生學習的積極性，培（péi）養學生的（de）實（shí）際動手能力（lì），實現“自主（zhǔ）學習（xí）、合作互動”的課堂教學模式。機床平台的搭建，能以本校學（xué）生（shēng）的（de）實際情況為契合點，以課程（chéng）內（nèi）容與市場技術發展方向為導（dǎo）向，更好的擴展學（xué）生的思維，培養具有一（yī）定競爭（zhēng）能力的（de）高素（sù）質人才 [1]。鑒於此（cǐ）加工平台的靈活創新，學生可以根據自己想法和創新自主設計加工方案。此外，在實驗指導人員的指導下學生可以加深對數控加工平台（tái）中各個模塊的理解，能更好的幫助學生對理（lǐ）論（lùn）課程中相應知識點的理解和掌握。著實（shí）推（tuī）動當代本科生對所學知識的實際應用，培養有著較強動（dòng）手能力的新世紀（jì）人（rén）才，成為解決大學生就（jiù）業問題，推動國家經濟發展水平的有效助劑。
 
　　我校數控加工技能實訓課程中（zhōng）使用的數控機床設備多由國內（nèi）外著名數（shù）控生產廠家生產，如德國 SIEMENS 公司 SINUMERIK 係列，日本 FANOC，大連數（shù）控及廣州數控等。就目前使用的數控（kòng）機床（chuáng）加工設（shè）備中，存（cún）在以下幾個問題 [2]：
 
　　（1）數控係統比（bǐ）較複雜，操作人員需要具有（yǒu）一定的機械加工知識，並且經過長時間的專業培訓；
　　（2）數控係統的源代碼及模塊接口（kǒu）等開放程度（dù）不高，難以對係統進行二次開發；
　　（3）數控係統價格昂貴；
 
　　 針對以上問題，結合深圳大學本（běn）科實訓實踐的教學要求（qiú），設計出一台適用於機電類和非機電類（lèi）學（xué）生（shēng）使用的數控加工平台。
 
      １　、硬件平台（tái）設計（jì）
 
　　 有別於國外著（zhe）名大型數控（kòng）生產廠家研（yán）製數控（kòng）係統，本自製三軸數控加工平台是基於（yú）人（rén）機界麵（HMI）和 MP2310 機器控製器，尋求搭建一個價格低廉、操作簡單、能滿足（zú）加工常見機械零件的（de）數控（kòng）加工係統。係統工作原理（lǐ）如下圖 1 所示。
 
　　加工平台控製係統采用半閉環進給伺服係統，機床的 X、Y、Z軸（zhóu）和主軸的位置檢測點通過伺服電機編碼（mǎ）器進行。通過檢測伺（sì）服電機旋（xuán）轉（zhuǎn）角度來間接檢測銑床平台的移動量，而不是通過安裝光柵尺等傳（chuán）感器來直接檢測（cè）銑床平台的實際位置。設計的平台係統不包括機械傳動環節，因而平台具有比（bǐ）較穩（wěn）定的控製性能，雖然其（qí）係統的穩定（dìng）性能（néng）不如由步進電機控（kòng）製的（de）開環係統，但其穩定性要比全閉環（huán）係統優異。

                            圖（tú） 1　數控（kòng）係統硬件結構組成框圖
 
 
 
     此（cǐ）外，半閉環係統的位置環（huán）內各組成環節的誤差（chà）可以（yǐ）通過相關的（de）算（suàn）法可得（dé）到一定程度的補償。設計的銑床平台半閉環數控係統結構簡單、調（diào）試方便和精度相對較高，滿足工程（chéng）訓練中心的實訓教學和科（kē）研（yán）加工要求。
 
　 　本項目研究的銑床教學平台的核心器件為（wéi） MP2310 機器控製器，機器（qì）控製器通過對伺（sì）服驅動器發送相關指令控製各運動（dòng）軸（zhóu）伺服電機（jī）精準運行。機器控製器具有位置（zhì）控製功能：定位，外部定位（wèi）、原（yuán）點複歸、多軸（zhóu）插補、恒速進給和恒量進給（gěi）等。同時，機器控製（zhì）器能通過其專用的運動（dòng）語言實現循環、跳轉、條件分支、並（bìng）列執行、選擇執行和（hé）分（fèn）支等控製命令編程 [3]。此外，機器控製器具（jù）有強大的 PLC梯形圖編程功能。利（lì）用其 I/O 模塊能處理操作麵板、機床限位、報警和電磁閥等信號。另外，機器控製器與人機界麵（miàn）能進行有關信息傳遞。
 
     2　、數控銑床教學平台

                                    圖 2　係統的操作（zuò）示意（yì）圖
 
  
     如圖 2 所（suǒ）示，對機電類專（zhuān）業實訓學（xué）生，通過設計的數控銑床教學平台，不但（dàn）可以進行傳統的數控加工實訓操作，還可比較全麵了（le）解數控機床（chuáng）的電氣控製原理。由（yóu）於此數控加工平台所用的機器控（kòng）製器源代碼完全開放，學生可以在老師的指導下進行 PLC 梯形圖和運動語言編程（chéng）。另外，通過運動走刀，還可以加工出（chū）各（gè）種零件。由於學生（shēng）每編寫一條運動（dòng）指令，都能從加（jiā）工零件的刀路上顯示出來，在體現課程實驗（yàn）（訓）效果的（de）同時，還能明了的發現問題，提出相應的改進方法，獲得更多的創新。對（duì）非（fēi）機電類專業實訓學生，由於實訓課時及專業基礎知識的限製（zhì），著重向（xiàng）學生講解如何（hé）操作設備加工零件，包括裝夾工件，分中對刀，操作麵板功能和調出（chū）零件加（jiā）工等知識。相比傳統數控加（jiā）工中心，本自製三軸數控加工平台體積小，操作簡單，初學者容易上手。
 
     3、　教學平台設計與實現
 
　　數控（kòng）加（jiā）工平（píng）台（tái）機械主體部分主要依托工程訓練中心現有的廢舊故障（zhàng）設備——簡易數控銑床。由於需要（yào）更換伺服係統，其各軸的伺服電機連接機械零部件需要根據伺服（fú）電機規（guī）格型號進（jìn）行設計安裝。伺服電機連接零件的正確設計及合理安裝（zhuāng）能有效延長電機的使（shǐ）用（yòng）壽命，同時還能減少因機床電機（jī）機械性振動而產生的加工誤差。教學平台的研究技術（shù）路線如圖 3 所示。

    
                      圖 3　設計技術路線
   
    一條運動指令，都能從加工零件的刀路（lù）上（shàng）顯示出來，在體現課程實驗（訓）效果的同時，還能明了的發現問題，提（tí）出相（xiàng）應的改（gǎi）進方法，獲得更多的（de）創新（xīn）。對非機（jī）電類專業實訓學生，由於實（shí）訓課（kè）時及專業基礎知識的限製，著重向學生講解如何操作設備加（jiā）工零件，包括裝夾工件，分中對刀，操作麵板功能和調出零件加工等知識。相比傳統數控加工中心，本自製三軸數控加工平台體積（jī）小，操作簡（jiǎn）單，初學者容易上手。
 
     3　、教學平台設計與實現
 
　　數控加工平台機械主體（tǐ）部分主要依托工程訓練（liàn）中心現（xiàn）有的廢舊故障設備——簡易數控銑床。由於（yú）需（xū）要更換伺服係統，其各軸的伺服電機連接機械零部件需（xū）要根據伺服電（diàn）機規格型號進行設計（jì）安裝。伺服電（diàn）機連（lián）接零件的正確設計及合理安裝能有效延長電（diàn）機的使用壽命，同（tóng）時還能減（jiǎn）少因機床電機機械性振動（dòng）而產生的加工誤差。教學平台的研究技術路線如圖（tú） 3 所示。
 
　　人機界（jiè）麵作為係統的開關量、參（cān）數輸入及信息顯示的主要設備（bèi），需要設（shè）計組態機床 X、Y、Z 軸伺服（fú）電機的實時位置顯示及執行信息。組態各部（bù）分按鈕開關（guān）包括模式選擇、各軸恒速恒量運行開關、程式自動運行、手動運行、機床輔助開關和調速旋鈕等等。存儲各種（zhǒng）常（cháng）見零件加工信息，刀具信息等方便調用。
  
    數控銑床的電氣係統布（bù）線需要根據（jù）設備的功能需要統籌設計，包括保護（hù）電路設計、故障報警電路設計、伺服故障顯示、冷卻係統、照明等。主電路及（jí）控製電路的線徑設計根據實際設備功率計算，並按有關（guān）電（diàn）氣（qì）標準執行。反複啟動交流高頻強電與信號線分（fèn）槽走線（xiàn），以（yǐ）免幹擾。設計安裝漏電保護器、熱保護器、保（bǎo）險絲（sī）等動作電器。
 
    梯形圖編（biān）程（chéng）。梯形（xíng）圖（tú）程序根據輸入信號進行（háng）順控（順序操作），對輸出信號和運動程（chéng）序進行啟動、暫（zàn）停和停止操作。編寫梯形圖程序對X、Y、Z 及主（zhǔ）軸進行點動運行（JOG）、步進運行（STEP），實現分中對刀（dāo）是各軸的快（kuài）速移動或者步（bù）進運行。
 
　　運動語言（yán）編程。利用軸移動命令（如 MOV、MVS、MCW、ZNR 等）、軸控（kòng）製命 令（MSEE、TIM、END、RET、IF ELSE IEND、WHILEWEND 等）、基本控製命令（如 ABS、INC、POS、PLN、MVM、PLD 等）及運算與順序控製命令（+、—、*、/、SIN、COS、TAN 等）等機器控製器編程（chéng）語言，定量加工出（chū）各種常見（jiàn）的平麵、曲麵、螺紋等。
 
     4　、結束語
 
　　結合深圳大學工程訓練中心科研及實訓教（jiāo）學要求，開發了一套基於安川 MP2310 技術的數控係統。該係統具有如下優點：
 
　　（1）通過（guò）調用人機界麵上的（de）零件圖形，設置（zhì）加（jiā）工參數，即可對待加工（gōng）毛坯件進行分中（zhōng）對刀操作，自動加工出目標零件。解決了那些沒有經過（guò）嚴格（gé）的數控專業培訓，沒具備 Pro/E、UG、Mastercam 等圖形（xíng）處理能力的人員使用數控設備進行加工的瓶頸問題。
 
　　（2）在人機界麵上設置點動（JOG）及步進（STEP）按鍵，實現對各（gè）軸的快速移動（dòng）及分中（zhōng）對刀（dāo）操作控製。相比傳統數控機（jī）床（chuáng）使用（yòng）手輪移動軸對（duì）刀，這種設計方法節約了設備的成本。
 
　　（3）源代碼完全開放，梯形圖（tú）以及運動語言編程簡單易懂，便於對設備進行二次開發。同時機器控製器能同時執行多任務並列（liè）運（yùn）行程序，同（tóng）時控製多軸（16 根）移動，為後期學生進行課題（畢（bì）業）設計提供一（yī）個題材豐富的平台。