龍俞文

（江西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南昌 330013）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，制造業(yè)不斷壯大，自動化、智能化產(chǎn)品越來越多，眾所周知，“中國制造2025”將使我國一大批的智能工廠、智能車間中傳統(tǒng)的一線操作人員大大減少，而對機械設(shè)備的安裝、調(diào)試、維護、保養(yǎng)、維修人員的需求卻會大大增加，數(shù)控機床作為典型的自動化設(shè)備已廣泛地普及到各行各業(yè)，PMC 是實現(xiàn)機床各種功能控制的主要技術(shù)之一，面對智能化發(fā)展趨勢，提升學(xué)生利用PMC技術(shù)進行機床故障排查和技術(shù)改造能力的緊迫性更加突出[1-3]?！八刮?jǐn)?shù)控PLC仿真軟件”是南京斯沃軟件技術(shù)有限公司的明星產(chǎn)品，該軟件用于中、高職院校教授PLC 編程，利用內(nèi)置的多個PLC 場景模型進行PLC 教學(xué)；目前《機床PMC 技術(shù)》課程多為FANUC數(shù)控系統(tǒng)，斯沃PLC軟件的編程符號、梯形圖編程方式以及內(nèi)置編程器的編輯方式均有別于FANUC數(shù)控系統(tǒng)，軟件與教材的匹配度不高，適用性有待提高，故很少在教學(xué)中采用，缺乏仿真系統(tǒng)介入像機床PMC等邏輯思維要求高、實踐性強且梯形圖程序編制復(fù)雜的課程，其授課效果往往不甚理想[4]，鑒于目前市面上欠缺能較好地用于數(shù)控機床PMC 程序編輯、調(diào)試與功能開發(fā)的教學(xué)及實訓(xùn)用軟件，本文研究FANUC NC GUIDE PRO仿真系統(tǒng)在機床PMC教學(xué)中的應(yīng)用，NC GUIDE PRO仿真系統(tǒng)具有基于實體真實仿真的強大功能，將其引入數(shù)控機床PMC教學(xué)，利用仿真系統(tǒng)操作PMC程序，結(jié)合教師的講解，可實現(xiàn)邊學(xué)邊做、理論與實踐相結(jié)合，從而有利于學(xué)生又好又快地掌握機床PMC技術(shù)，有助于實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

1 FANUC NC GUIDE PRO引入教學(xué)的可行性

日本FANUC公司有兩款專門用于數(shù)控系統(tǒng)仿真和開發(fā)試驗的軟件，分別是FANUC NC Guide Pro和FANUC NC Guide。

NC Guide 面向最終用戶，用于在計算機上學(xué)習(xí)CNC 操作、數(shù)控編程和加工模擬，適用于機床操作與加工培訓(xùn)，無法進行PMC編輯與調(diào)試。

NC Guide Pro 面向機床制造商及開發(fā)人員，自帶有包括0I-D、0I-F 至35I 等10 多種數(shù)控系統(tǒng)，每種系統(tǒng)都可在計算機上進行實體仿真，功能包括NC Guide功能、PMC編輯與調(diào)試、二次開發(fā)以及FANUC FOCAS2 函數(shù)仿真等，圖1 所示為NC GUIDE PRO系統(tǒng)類型示意圖，因此，F(xiàn)ANUC NC Guide Pro滿足并適合數(shù)控機床PMC教學(xué)的各種需求。

圖1 CNC控制系統(tǒng)種類

2 仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 PMC程序和參數(shù)恢復(fù)

PMC 程序和參數(shù)的備份與恢復(fù)是機床管理、維護、維修人員必須掌握的技能[5-6]，可利用仿真系統(tǒng)進行PMC程序和參數(shù)的備份與恢復(fù)練習(xí)。此處以FANUC-0i MF為例，介紹仿真系統(tǒng)進行PMC 程序的恢復(fù)過程，其操作過程如圖2、3 所示，仿真軟件的操作步驟、屏幕界面與真實機床一模一樣。

圖2 PMC程序讀入

圖3 PMC寫入FLASH ROM

利用NC GUIDE PRO仿真系統(tǒng)教學(xué)過程中學(xué)生可直觀形象地看到PMC程序備份和恢復(fù)的各個步驟和操作界面，配合相應(yīng)的講解和注意事項提示，可指導(dǎo)學(xué)生全面掌握這一重要技能。

2.2 故障報警與排查

故障排查是數(shù)控機床維修PMC教學(xué)的一個重難點，也是傳統(tǒng)教學(xué)難以突破教學(xué)效果的癥結(jié)所在。NC GUIDE PRO面向機床廠家，在仿真系統(tǒng)里編輯并調(diào)試好的PMC程序可直接輸入到數(shù)控機床進行使用，教學(xué)中利用NC GUIDE PRO 仿真系統(tǒng)可直觀地觀察到各種故障現(xiàn)象以及進行PMC故障設(shè)置和編制故障報警內(nèi)容等。例如將將一臺實體機床的PMC程序?qū)敕抡嫦到y(tǒng)會發(fā)生急停和外圍設(shè)備報警，急停信號會在屏幕右下方以紅色字“—EMG--”持續(xù)閃爍，外圍報警可在信息界面里查看，圖4所示為急停報警。

仿真系統(tǒng)里學(xué)生可直觀形象地看到急停故障現(xiàn)象及PMC程序的運行狀態(tài)，配合急停原理的講解，可指導(dǎo)學(xué)生全面掌握機床急停故障的排查方法。

圖4 急停報警

圖5所示為外圍設(shè)備氣壓低報警，圖6所示為氣壓低報警梯形圖，由觀察到的故障現(xiàn)象，查看機床PMC運行狀態(tài)，配合機床輔助設(shè)備的電氣原理及功能作用的講解，可指導(dǎo)學(xué)生全面掌握機床外圍設(shè)備報警的故障排查以及掌握編輯故障報警信息等重要技能。

圖5 氣壓低報警

圖6 氣壓低報警梯圖

利用仿真系統(tǒng)設(shè)置故障報警及診斷示范教學(xué)，可有效促使學(xué)生掌握數(shù)控機床外圍設(shè)備的輸入X、輸出Y信號，理解梯形圖與機床動作間的相互關(guān)系，掌握機床電氣原理圖的閱讀與繪制、掌握機床常見故障的診斷方法、故障診斷步驟及相關(guān)注意事項。

2.3 PMC程序編制

數(shù)控機床功能與機床面板操作密不可分，機床調(diào)試與維護人員應(yīng)熟練掌握機床面板程序及利用面板按鍵進行功能開發(fā)，獨立編寫梯形圖程序是一個重要技能和難點，PMC 編程能力在一定程度上可衡量學(xué)生將來能否勝任數(shù)控維修工作。利用仿真系統(tǒng)的PMC編輯與調(diào)試功能有助于這一環(huán)節(jié)教學(xué)實施，編輯和開發(fā)各種機床功能，提升學(xué)生PMC編程能力，例如利用仿真系統(tǒng)編制圖7所示的面板按鍵燈閃爍程序，不僅可以鍛煉學(xué)生的PMC程序編程、編輯能力，也可直觀地看到程序運行效果，某個按鍵1 s接通，1 s斷開交替閃爍。

圖7 閃爍程序

在PMC編程環(huán)節(jié)中利用仿真系統(tǒng)不僅有助于提升學(xué)生的PMC 編輯、調(diào)試與開發(fā)能力，還能有效鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、探索新知識的能力，如可布置和要求學(xué)生去歸納一個完整的機床PMC程序應(yīng)包括哪些內(nèi)容，以及這些功能的梯形圖又是怎樣編寫的，進而可完成對一臺加工中心PMC程序全面的分析和掌握，極大地提升學(xué)生PMC編程能力，這在傳統(tǒng)教學(xué)是無法實現(xiàn)的。

3 應(yīng)用時的注意事項

（1）積極利用FANUC NC GUIDE PRO提升教學(xué)效果

《數(shù)控機床PMC技術(shù)》是數(shù)控技術(shù)專業(yè)和數(shù)控設(shè)備專業(yè)的核心專業(yè)課程。采用傳統(tǒng)教學(xué)理論講解只能讓學(xué)生片面地、靜止式地把握數(shù)控機床的某些典型功能的PMC程序結(jié)構(gòu)、信號組成與工作特點，無法全面完整地學(xué)習(xí)一臺數(shù)控機床完整的PMC 程序，同時剛接觸機床維修的學(xué)生對機床電氣結(jié)構(gòu)、電氣原理沒有完整認(rèn)知，單純地理論講解往往不容易理解機床PMC 程序與機床動作的對應(yīng)關(guān)系，加之梯形圖比較復(fù)雜，往往難以吸引學(xué)生的興趣；實訓(xùn)教學(xué)可讓學(xué)生直觀地了解到機床PMC程序的輸出結(jié)果和機床的動作過程，而對于機床梯形圖編輯與調(diào)試往往受設(shè)備、場地等因素的制約而無法取得預(yù)期教學(xué)效果[7-8]。引入FANUC NC GUIDE PRO 仿真系統(tǒng)后，可在理論講授過程中適時穿插NC GUIDE PRO 軟件，借助其PMC編輯與調(diào)試等功能可讓學(xué)生直接進行PMC編輯、驗證程序結(jié)果，并觀察機床的動作輸出，從而有利于學(xué)生又好又快地掌握機床PMC技術(shù)。此外，在PMC實訓(xùn)時可事先將實訓(xùn)設(shè)備的PMC程序?qū)敕抡嫦到y(tǒng)進行集中學(xué)習(xí)，利用仿真系統(tǒng)進行不同版本的PMC比對學(xué)習(xí)，不僅可以幫助學(xué)生進一步溫習(xí)和掌握PMC編輯、調(diào)試，通過比對梯形圖差異還能激發(fā)學(xué)生的邏輯思維，提升編程能力以及安全意識等，從而進一步提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

（2）積極利用NC GUIDE PRO學(xué)習(xí)FANUC高端數(shù)控系統(tǒng)

目前數(shù)控機床PMC 技術(shù)教材多是FANUC-0I C 或FANUC-0I D 系列，內(nèi)容與市場主流數(shù)控系統(tǒng)有所脫節(jié)，將FANUC NC GUIDE PRO 仿真系統(tǒng)引入教學(xué)中，可利用系統(tǒng)自帶的新型數(shù)控系統(tǒng)進行學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠接觸并掌握當(dāng)前主流系統(tǒng)或高端數(shù)控系統(tǒng)，有助于縮短學(xué)生所學(xué)知識與社會需求間的差距，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

（3）客觀對待仿真系統(tǒng)的不足并合理使用

利用NC GUIDE PRO 進行機床PMC 教學(xué)可以很好地解決教學(xué)過程中的講、練問題，但模擬系統(tǒng)也存在一些不足，如模擬軟件不能真實再現(xiàn)數(shù)控機床機械部件的實際移動過程，因此，PMC 教學(xué)過程中要特別注意講解梯形圖輸出信號與機床動作的對應(yīng)關(guān)系，以免學(xué)生只懂程序邏輯過程卻不了解程序運行時機床對應(yīng)的動作過程；又如仿真系統(tǒng)的對象單一，只面向FANUC數(shù)控系統(tǒng)，還無法兼容西門子、華中數(shù)控系統(tǒng)的梯形圖程序；又如利用仿真系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)故障時有些參數(shù)無效，為此，軟件的模擬學(xué)習(xí)與機床實操要協(xié)調(diào)進行。此外，仿真系統(tǒng)是單機版，建議采用云端教學(xué)模式，減少系統(tǒng)安裝工作量。

4 結(jié)束語

機床PMC 課程引入專業(yè)專注于PMC 編輯與調(diào)試的FANUC NC GUIDE PRO 仿真系統(tǒng)，對解決少或無實訓(xùn)設(shè)備進行PMC 學(xué)習(xí)起到了很好的輔助作用；從實際教學(xué)效果來看，對學(xué)生掌握機床PMC 編輯、調(diào)試及開發(fā)等方面效果十分明顯，對傳統(tǒng)教學(xué)方式起到了很好的補充作用，豐富了信息化教學(xué)的教學(xué)方式和手段，利用NC GUIDE PRO 來進行機床PMC教學(xué)的方法值得肯定和推廣。