楊立平

摘? 要：隨著工業(yè)4.0的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造設(shè)備逐漸被以高檔數(shù)控設(shè)備所替代，機(jī)床的維護(hù)與維修人才出現(xiàn)很大的人才需求。職業(yè)類(lèi)院校專(zhuān)業(yè)設(shè)置需緊貼社會(huì)的崗位需求，近幾年各大院校開(kāi)設(shè)數(shù)控機(jī)床維修與裝調(diào)專(zhuān)業(yè)，培養(yǎng)數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修方面的專(zhuān)業(yè)人才。為合理有效利用數(shù)控車(chē)床，滿(mǎn)足數(shù)控、機(jī)電專(zhuān)業(yè)學(xué)生的教學(xué)需求，提升學(xué)生動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題，從而提出對(duì)數(shù)控維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備改造的幾點(diǎn)思考，使之能夠滿(mǎn)足數(shù)控車(chē)床維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備的要求。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車(chē)床? 面板布局設(shè)計(jì)? 電氣控制改造? 故障點(diǎn)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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? 數(shù)控車(chē)床維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備面板布局設(shè)計(jì)的研究

數(shù)控車(chē)床維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備面板主要包括機(jī)床電氣控制模塊、數(shù)控裝置信號(hào)接口、主軸變頻器控制模塊、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)模塊、PLC控制模塊，將各個(gè)模塊分區(qū)布局，本著結(jié)構(gòu)系統(tǒng)緊湊、美觀簡(jiǎn)潔的原則進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。各模塊名稱(chēng)及功能如下。

1.1 機(jī)床電氣控制模塊

機(jī)床電氣控制模塊包括了數(shù)控機(jī)床上電過(guò)程的電氣控制原理圖與各元器件的型號(hào)與功能，直觀展示數(shù)控系統(tǒng)、主軸變頻器、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)器和照明、排風(fēng)等控制原理。

1.2 數(shù)控裝置模塊

數(shù)控裝置模塊主要為系統(tǒng)信號(hào)的輸入輸出端子。包括了主軸變頻器、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)器、PLC模塊、反饋等系統(tǒng)信號(hào)控制?？蛇M(jìn)行檢測(cè)端子信號(hào)是否正常，并根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)控制原理進(jìn)行通信。

1.3 故障設(shè)置模塊

該模塊為故障設(shè)置區(qū)，采用隱蔽式安裝，教師可通過(guò)故障按鈕的通斷來(lái)設(shè)置機(jī)床故障來(lái)考核學(xué)生維修知識(shí)的掌握程度。

1.4 PLC輸入輸出模塊

將PLC 模塊的輸入輸出端子排列到面板上，并將24V電源連接通斷開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制輸入信號(hào)，觀察輸出端子的變化以及數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài)的變化。

1.5 主軸控制模塊

主軸控制模塊包括了變頻器電壓輸入端子、電壓輸出端子、脈沖信號(hào)端子、速度控制端子等，采用香蕉接線柱布置在面板上，便于學(xué)生檢測(cè)與排除信號(hào)故障。

1.6 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)模塊

主要包括了X、Z伺服驅(qū)動(dòng)器以及各端子接口的布局，并展示伺服驅(qū)動(dòng)器原理圖與各端口的功能。

2? 數(shù)控車(chē)床維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備電氣控制模塊設(shè)計(jì)

2.1 維修實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備主電路方案

實(shí)訓(xùn)設(shè)備強(qiáng)電控制主要有變頻器輸入電壓控制、刀架電機(jī)控制、冷卻電機(jī)控制、伺服驅(qū)動(dòng)器電壓輸入控制、變壓器、穩(wěn)壓電源電壓輸入控制等。電路保護(hù)采用了斷路器、熔斷器、空氣開(kāi)關(guān)的多重保護(hù)，接觸器的三個(gè)主觸點(diǎn)均連接了滅弧器，保護(hù)接觸器不被頻繁通斷而燒壞。

2.2 維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備控制電路設(shè)計(jì)

實(shí)訓(xùn)設(shè)備控制電路設(shè)計(jì)接觸器 KM3、KM4、KM5、KM6線圈通過(guò)繼電器K3、K4、K5、K6分別控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸、冷卻液、刀架電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)主電路的控制。交流接觸器主觸點(diǎn)與線圈采用滅弧器保護(hù)觸點(diǎn)。

3? 故障點(diǎn)設(shè)計(jì)的研究

設(shè)計(jì)故障點(diǎn)的關(guān)鍵要符合實(shí)際應(yīng)用中的普遍性和可行性，通過(guò)調(diào)研企業(yè)車(chē)間中常出現(xiàn)的機(jī)床故障，設(shè)計(jì)以下故障點(diǎn)。

3.1 電氣部分故障點(diǎn)設(shè)置

電氣部分故障設(shè)置為暗設(shè)置，故障開(kāi)關(guān)放在試驗(yàn)臺(tái)背面的電氣柜中，共五個(gè)故障點(diǎn)，分別為變壓器故障、主軸不能運(yùn)行故障、系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)故障、X軸不能運(yùn)行故障、排風(fēng)扇不能運(yùn)行故障。

3.1.1 變壓器故障點(diǎn)設(shè)計(jì)

在變壓器電壓輸入端設(shè)置斷路器QF將電路斷開(kāi)，考察學(xué)生對(duì)變壓器電源輸入電路的檢測(cè)。

3.1.2 系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)故障點(diǎn)設(shè)計(jì)

數(shù)控系統(tǒng)電源由變壓器輸出電壓220V與開(kāi)關(guān)電源連接，在變壓器輸出電壓端設(shè)置斷路器，將電源斷開(kāi)，考察學(xué)生對(duì)數(shù)控系統(tǒng)控制電路的掌握程度。

3.1.3 X軸不能運(yùn)行故障點(diǎn)設(shè)計(jì)

伺服電機(jī)電壓由變壓器提供 AC80 V到伺服驅(qū)動(dòng)器來(lái)轉(zhuǎn)換放大。再由伺服驅(qū)動(dòng)器輸出電壓到 X軸電機(jī)，在伺服驅(qū)動(dòng)器輸入電壓端設(shè)置斷路器，將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，考察學(xué)生對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)控制電路的掌握程度。

3.1.4 冷卻無(wú)法啟動(dòng)故障設(shè)計(jì)

由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)控制中間繼電器線圈，中間繼電器KA控制冷卻電機(jī)接觸器KM，在冷卻電氣控制電路中設(shè)置斷路器，來(lái)設(shè)置冷卻電機(jī)不啟動(dòng)故障，考察學(xué)生對(duì)冷卻電機(jī)控制電路的掌握程度。

3.1.5 主軸不能運(yùn)行故障點(diǎn)設(shè)計(jì)

三相電經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)和接觸器KM連接到主軸變頻器輸入電壓端子，變頻器輸出電壓到主軸電機(jī)，故在主電路中設(shè)置斷路器將電源斷開(kāi)，考察學(xué)生對(duì)主軸電氣控制的掌握程度。

3.2 數(shù)控系統(tǒng)故障點(diǎn)設(shè)置

3.2.1 數(shù)控信號(hào)故障點(diǎn)設(shè)置

每個(gè)信號(hào)可對(duì)應(yīng)系統(tǒng)信號(hào)接口各腳針定義來(lái)查故障，其意義在系統(tǒng)信號(hào)接口部分有說(shuō)明。按下故障按鈕即切斷信號(hào)傳輸，產(chǎn)生故障。故障診斷時(shí)可測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)信號(hào)部分的插孔的信號(hào)值，切勿接錯(cuò)信號(hào)插孔位置，以免引起系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器短路，燒毀機(jī)床部件。

3.2.2 系統(tǒng)參數(shù)故障點(diǎn)設(shè)置

數(shù)控參數(shù)分為系統(tǒng)參數(shù)和用戶(hù)參數(shù)，一般情況系統(tǒng)參數(shù)不允許用戶(hù)修改，用戶(hù)參數(shù)可根據(jù)所加工情況進(jìn)行更改，如軟限位設(shè)置、回參考點(diǎn)參數(shù)設(shè)置、主軸、進(jìn)給軸參數(shù)設(shè)置、加工參數(shù)設(shè)置等，在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。

3.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障點(diǎn)設(shè)置

3.3.1 主軸驅(qū)動(dòng)故障點(diǎn)設(shè)置

主軸變頻器參數(shù)包括主軸轉(zhuǎn)速設(shè)置、主軸轉(zhuǎn)向控制、高速、中速、低速轉(zhuǎn)速設(shè)置、PU模式操作等，可在參數(shù)上設(shè)置故障點(diǎn)，如最高轉(zhuǎn)速設(shè)置為6000r/min，主軸轉(zhuǎn)速無(wú)法達(dá)到所要求的速度，這是因?yàn)樗O(shè)參數(shù)超出要求，檢查參數(shù)找到對(duì)應(yīng)的代碼進(jìn)行更改。

3.3.2 進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)故障點(diǎn)設(shè)置

軟限位參數(shù)設(shè)置可控制進(jìn)給軸的軟件位置限制，通過(guò)設(shè)置軟限位故障點(diǎn)，縮短進(jìn)給軸移動(dòng)行程，當(dāng)?shù)竭_(dá)軟限位時(shí)，進(jìn)給軸軸無(wú)法再繼續(xù)運(yùn)行，并顯示報(bào)警，可通過(guò)查找相應(yīng)的參數(shù)代碼進(jìn)行修改。除此以外，可通過(guò)模擬電壓為伺服驅(qū)動(dòng)器提供模擬信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)行。

3.4 機(jī)械傳動(dòng)故障點(diǎn)設(shè)置

此項(xiàng)目主要包括滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)原理與故障設(shè)置、主軸軸承故障設(shè)置、主軸電機(jī)皮帶故障設(shè)置、四方刀架原理與故障設(shè)置等。

3.4.1 主軸機(jī)械故障

將主軸中間傳動(dòng)裝置皮帶輪松脫。主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但主軸卡盤(pán)未帶動(dòng)。

3.4.2 進(jìn)給軸機(jī)械故障

將進(jìn)給軸X或Z軸中間傳動(dòng)裝置的聯(lián)軸器松動(dòng)。 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出手動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)指令（X或Z軸）時(shí)，機(jī)床工作臺(tái)未發(fā)生移動(dòng)。在數(shù)控系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，檢查相應(yīng)軸的機(jī)械傳動(dòng)裝置，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器緊固裝置松動(dòng)，在維修緊固時(shí)，保證電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸與滾珠絲桿連接同步。 再次發(fā)出進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)指令，傳動(dòng)恢復(fù)正常。

4? 對(duì)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)有功能改造研究

數(shù)控機(jī)床是針對(duì)加工應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的，要讓數(shù)控車(chē)床能夠達(dá)到具備數(shù)控維修實(shí)訓(xùn)臺(tái)的功能，要有針對(duì)性的功能設(shè)計(jì)與模塊布局，具體有：

（1）數(shù)控系統(tǒng)信號(hào)接口的改造，應(yīng)用型數(shù)控車(chē)床的系統(tǒng)信號(hào)接口具有隱蔽性，學(xué)生不能直接對(duì)信號(hào)線進(jìn)行檢測(cè)、辨別，這就要將數(shù)控系統(tǒng)信號(hào)重新分配，使其直觀體現(xiàn)在實(shí)訓(xùn)臺(tái)的面板上，可以方便檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)的通斷。

（2）在數(shù)控機(jī)床中主軸變頻器由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出脈沖來(lái)控制主軸轉(zhuǎn)速，在數(shù)控車(chē)床維修實(shí)訓(xùn)臺(tái)中主軸變頻器不單單控制主軸轉(zhuǎn)速的功能，還要能夠通過(guò)主軸變頻器的 PU模式進(jìn)行外部控制主軸，這就要設(shè)計(jì)模擬數(shù)控系統(tǒng)主軸控制信號(hào)的電壓與脈沖波形，使其具有單獨(dú)控制主軸的功能，讓學(xué)生了解變頻器控制原理與參數(shù)設(shè)置。

5? 結(jié)語(yǔ)

本文主要將強(qiáng)電部分、數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械部分常會(huì)出現(xiàn)的故障點(diǎn)進(jìn)行羅列，并結(jié)合自身的實(shí)際教學(xué)，操作數(shù)控機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)數(shù)控車(chē)床實(shí)訓(xùn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能提出新的設(shè)計(jì)思路，并根據(jù)職業(yè)類(lèi)院校數(shù)控故障診斷與維修的課程標(biāo)準(zhǔn)，完成數(shù)控維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備面板布局設(shè)計(jì)、電氣控制模塊、故障點(diǎn)設(shè)置等研究。保障教學(xué)工作的正常開(kāi)展，進(jìn)一步提升自身數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)的水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 李香菊.數(shù)控機(jī)床的電器故障診斷及維修技術(shù)[J].決策探索（中），2018（10）：64.

[2] 郝龍，劉勝永.FANUC數(shù)控機(jī)床維護(hù)與維修技術(shù)初探[J].設(shè)備管理與維修，2019（14）：91-94.

[3] 魏廣元，艾莉.數(shù)控機(jī)床的電氣維修技術(shù)及發(fā)展方向[J].信息系統(tǒng)工程，2018（3）：116.

[4] 岑華.數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的研究與發(fā)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015，12（9）：52.

[5] 趙藝兵.數(shù)控車(chē)床刀具補(bǔ)償技術(shù)的研究[J].機(jī)電工程，2017，24（11）：67-69.