数控机床维修实训设备改造的探究
时间：2021-02-06 10:04:56 来源：达达文档网 本文已影响 人 
杨立平
摘 要：随着工业4.0的快速发展，传统的制造设备逐渐被以高档数控设备所替代，机床的维护与维修人才出现很大的人才需求。职业类院校专业设置需紧贴社会的岗位需求，近几年各大院校开设数控机床维修与装调专业，培养数控机床故障诊断与维修方面的专业人才。为合理有效利用数控车床，满足数控、机电专业学生的教学需求，提升学生动手能力和解决实际问题，从而提出对数控维修实训设备改造的几点思考，使之能够满足数控车床维修实训设备的要求。
关键词：数控车床 面板布局设计 电气控制改造 故障点设计
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）07（a）-0086-03
Abstract：
With the rapid development of industry 4.0， the traditional manufacturing equipment is gradually replaced by high-grade numerical control equipment. There is a great demand for talents in machine tool maintenance and repair. In recent years， all colleges and universities have set up the major of NC machine tool maintenance and adjustment to cultivate the professional talents in NC machine tool fault diagnosis and maintenance. In order to use CNC lathe reasonably and effectively， meet the teaching needs of students majoring in CNC and mechatronics， improve their practical ability and solve practical problems， this paper puts forward some thoughts on the transformation of CNC maintenance training equipment， so that it can meet the requirements of CNC lathe maintenance training equipment.
Key Words：
CNC lathe; Panel layout; Electrical control transformation; Fault point design
1 数控车床维修實训设备面板布局设计的研究
数控车床维修实训设备面板主要包括机床电气控制模块、数控装置信号接口、主轴变频器控制模块、进给伺服驱动模块、PLC控制模块，将各个模块分区布局，本着结构系统紧凑、美观简洁的原则进行布局设计。各模块名称及功能如下。
1.1 机床电气控制模块
机床电气控制模块包括了数控机床上电过程的电气控制原理图与各元器件的型号与功能，直观展示数控系统、主轴变频器、进给伺服驱动器和照明、排风等控制原理。
1.2 数控装置模块
数控装置模块主要为系统信号的输入输出端子。包括了主轴变频器、进给伺服驱动器、PLC模块、反馈等系统信号控制。可进行检测端子信号是否正常，并根据数控系统控制原理进行通信。
1.3 故障设置模块
该模块为故障设置区，采用隐蔽式安装，教师可通过故障按钮的通断来设置机床故障来考核学生维修知识的掌握程度。
1.4 PLC输入输出模块
将PLC 模块的输入输出端子排列到面板上，并将24V电源连接通断开关，通过开关控制输入信号，观察输出端子的变化以及数控系统内状态的变化。
1.5 主轴控制模块
主轴控制模块包括了变频器电压输入端子、电压输出端子、脉冲信号端子、速度控制端子等，采用香蕉接线柱布置在面板上，便于学生检测与排除信号故障。
1.6 进给驱动模块
主要包括了X、Z伺服驱动器以及各端子接口的布局，并展示伺服驱动器原理图与各端口的功能。
2 数控车床维修实训设备电气控制模块设计
2.1 维修实训实训设备主电路方案
实训设备强电控制主要有变频器输入电压控制、刀架电机控制、冷却电机控制、伺服驱动器电压输入控制、变压器、稳压电源电压输入控制等。电路保护采用了断路器、熔断器、空气开关的多重保护，接触器的三个主触点均连接了灭弧器，保护接触器不被频繁通断而烧坏。
2.2 维修实训设备控制电路设计
实训设备控制电路设计接触器 KM3、KM4、KM5、KM6线圈通过继电器K3、K4、K5、K6分别控制，实现对主轴、冷却液、刀架电机、伺服驱动主电路的控制。交流接触器主触点与线圈采用灭弧器保护触点。
3 故障点设计的研究
设计故障点的关键要符合实际应用中的普遍性和可行性，通过调研企业车间中常出现的机床故障，设计以下故障点。
3.1 电气部分故障点设置
电气部分故障设置为暗设置，故障开关放在试验台背面的电气柜中，共五个故障点，分别为变压器故障、主轴不能运行故障、系统无法启动故障、X轴不能运行故障、排风扇不能运行故障。
3.1.1 变压器故障点设计
在变压器电压输入端设置断路器QF将电路断开，考察学生对变压器电源输入电路的检测。
3.1.2 系统无法启动故障点设计
数控系统电源由变压器输出电压220V与开关电源连接，在变压器输出电压端设置断路器，将电源断开，考察学生对数控系统控制电路的掌握程度。
3.1.3 X轴不能运行故障点设计
伺服电机电压由变压器提供 AC80 V到伺服驱动器来转换放大。再由伺服驱动器输出电压到 X轴电机，在伺服驱动器输入电压端设置断路器，将开关断开，考察学生对伺服驱动控制电路的掌握程度。
3.1.4 冷却无法启动故障设计
由数控系统发出信号控制中间继电器线圈，中间继电器KA控制冷却电机接触器KM，在冷却电气控制电路中设置断路器，来设置冷却电机不启动故障，考察学生对冷却电机控制电路的掌握程度。
3.1.5 主轴不能运行故障点设计
三相电经过空气开关和接触器KM连接到主轴变频器输入电压端子，变频器输出电压到主轴电机，故在主电路中设置断路器将电源断开，考察学生对主轴电气控制的掌握程度。
3.2 数控系统故障点设置
3.2.1 数控信号故障点设置
每个信号可对应系统信号接口各脚针定义来查故障，其意义在系统信号接口部分有说明。按下故障按钮即切断信号传输，产生故障。故障诊断时可测量试验台数控系统信号部分的插孔的信号值，切勿接错信号插孔位置，以免引起系统与驱动器短路，烧毁机床部件。
3.2.2 系统参数故障点设置
数控参数分为系统参数和用户参数，一般情况系统参数不允许用户修改，用户参数可根据所加工情况进行更改，如软限位设置、回参考点参数设置、主轴、进给轴参数设置、加工参数设置等，在老师的指导下进行参数的设置。
3.3 驱动系统故障点设置
3.3.1 主轴驱动故障点设置
主轴变频器参数包括主轴转速设置、主轴转向控制、高速、中速、低速转速设置、PU模式操作等，可在参数上设置故障点，如最高转速设置为6000r/min，主轴转速无法达到所要求的速度，这是因为所设参数超出要求，检查参数找到对应的代码进行更改。
3.3.2 进给轴驱动故障点设置
软限位参数设置可控制进给轴的软件位置限制，通过设置软限位故障点，缩短进给轴移动行程，当到达软限位时，进给轴轴无法再继续运行，并显示报警，可通过查找相应的参数代码进行修改。除此以外，可通过模拟电压为伺服驱动器提供模拟信号，驱动伺服电机运行。
3.4 机械传动故障点设置
此项目主要包括滚珠丝杠螺母副传动原理与故障设置、主轴轴承故障设置、主轴电机皮带故障设置、四方刀架原理与故障设置等。
3.4.1 主轴机械故障
将主轴中间传动装置皮带轮松脱。主轴电机运转正常，但主轴卡盘未带动。
3.4.2 进给轴机械故障
将进给轴X或Z轴中间传动装置的联轴器松动。
数控系统发出手动连续运转指令（X或Z轴）时，机床工作台未发生移动。在数控系统处于复位状态时，检查相应轴的机械传动装置，发现联轴器紧固装置松动，在维修紧固时，保证电动机转子轴与滚珠丝杆连接同步。
再次发出进给轴运动指令，传动恢复正常。
4 对数控机床现有功能改造研究
数控机床是针对加工应用而设计制造的，要让数控车床能够达到具备数控维修实训台的功能，要有针对性的功能设计与模块布局，具体有：
（1）数控系统信号接口的改造，应用型数控车床的系统信号接口具有隐蔽性，学生不能直接对信号线进行检测、辨别，这就要将数控系统信号重新分配，使其直观体现在实训台的面板上，可以方便檢测系统信号的通断。
（2）在数控机床中主轴变频器由数控系统发出脉冲来控制主轴转速，在数控车床维修实训台中主轴变频器不单单控制主轴转速的功能，还要能够通过主轴变频器的 PU模式进行外部控制主轴，这就要设计模拟数控系统主轴控制信号的电压与脉冲波形，使其具有单独控制主轴的功能，让学生了解变频器控制原理与参数设置。
5 结语
本文主要将强电部分、数控系统、驱动系统、机械部分常会出现的故障点进行罗列，并结合自身的实际教学，操作数控机床的经验，对数控车床实训设备实现的功能提出新的设计思路，并根据职业类院校数控故障诊断与维修的课程标准，完成数控维修实训设备面板布局设计、电气控制模块、故障点设置等研究。保障教学工作的正常开展，进一步提升自身数控机床维修技术的水平。
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