基於單片機的數控機床故障模擬裝（zhuāng）置的開發-數控機床市場（chǎng）網

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基於單片機的數控（kòng）機床故障模擬裝置的開發

2017-11-29 來源：天津中德職業技術學院作者：王春光，左維，張建新

摘要：數控維（wéi）修技術教學過程中，數控機床（chuáng）往往采用人工設置故（gù）障的方法，浪費時間、教學效（xiào）率低。為了解決這一問題，在THWSKW-2A教學儀（yí）器（qì）上開（kāi）發了基於單片機的數控機床故障模擬裝置，包括開關（guān）電源、單（dān）片機、繼電器（qì）模塊組以及控製（zhì）電路。經過實踐證明，該裝置操作方便，適用性（xìng）高，可廣泛應用於數（shù）控機床維修、機電一體化、自（zì）動化等專業教學領域，開發的教（jiāo）學實訓項目（mù）適合高職院校人才的培養，具有（yǒu）推廣價值。

關鍵詞：單片（piàn）機；數控機床；故障模擬；機床（chuáng）維修

0 引言

數控設備應用與維（wéi）護專業課程《數控機床維修技術》、《數控係統結（jié）構（gòu）與應用（siemens）》、《數控（kòng）係統安裝與調試》和《數控機床故障分析與維修》均以 THWSKW-2A 數控機床（chuáng）維修技能實訓考核裝置為主要教學儀器。數控設備應用與維護專（zhuān）業教學中很大一（yī）部分是圍繞此裝置開展的，如線路連接，機床故障排除，係統參數等。在設（shè）置故障時，通（tōng）常采用的方法是人為斷路，如壓線皮，挑掉要斷路的電線，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（cún）在一定的危險性，有可能對實訓人（rén）員及設備造成損害；（2）設置（zhì）故障耗時較（jiào）長；（3）故障設置偶爾會由於人為因素設置不成功。為了解決這些問題，開發了（le）一種基於單片機的數控機床故障模擬裝置，可廣（guǎng）泛應用於數控機床維修、機電一體化、自動化等（děng）專業（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，具有推廣價值。

1 、故障（zhàng）模擬裝置的總體設計

為了讓數控（kòng）機床故障模擬裝置設置（zhì）故障時方便快捷，並且能（néng）夠為數（shù）控裝置提供實時性的反饋信號，故障模擬裝置核心是由開關（guān）電源、單片機（jī）、繼電器（qì）模塊組、控（kòng）製電路（lù）及控製程序組成；首先（xiān）由開關電源給單片機及繼電器模塊組（zǔ）供電，單片機經編程，控製繼（jì）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、控製電路及I/O點信號的（de）通斷控製，來實現對機床中各個部分故（gù）障的設置。開關電源通（tōng）過線路與單片機和繼電器模塊（kuài）組（zǔ）連接，單片機和（hé）顯示屏通過J1接（jiē）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（lù）連接，控（kòng）製數控機床上的（de）數控係統啟停、冷卻泵（bèng）電機運動、主軸電機正反轉、換刀動作、X 軸返參運動、Z 軸（zhóu）返參運動、三色燈指示（shì）、X 軸超（chāo）程硬限位報警、Z 軸超程硬（yìng）限位報警等。

2 、故障模擬裝置程序的設計

通過對故障設置裝置（zhì）的遙控（kòng），來（lái）實現THWSKW-2A 型數（shù）控機床維修技能實訓（xùn）裝（zhuāng）置的五大部分：NC啟動、冷卻泵電機、主軸（zhóu）電機、電動刀架、機床返參等故障的設置與排除，且在故障設置中，可以通過液（yè）晶屏顯示直觀看到相應故（gù）障的狀態[5-6]。

數控（kòng）機床故障設置裝置的工作原理：由開（kāi）關電源（yuán）給單（dān）片機及繼電器模塊組供電，單（dān）片機經編程，控製繼電器模塊組的工作，利用繼電器模塊組觸點的通斷來（lái）實現對主電路、控製電路及PLC I/O點信號的控製（zhì），來實現（xiàn）對機床中（zhōng）各個部分故障的設置。

通過遙控器按鍵的（de）定義來實現數控機床故（gù）障設置與排除，按（àn）鍵的具（jù）體定義如表1所示。

3 、故障模擬裝置程序的（de）編寫（xiě）

THWSKW-2A 型數控機床維修技能實訓裝置（zhì）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（mó）塊、四方刀架、進給（gěi）裝置、電源模塊和驅動（dòng）裝（zhuāng）置組成。根據數控機床維修技能實訓裝置的控製原理圖，完成（chéng）不同故障模擬（nǐ）功能程（chéng）序的編寫。

數控機床的工作過程如下，機床通電開機→繼電器（qì）KA1線圈得電（diàn）→繼電器KA1常開觸點（diǎn）閉合→接觸（chù）器KM1線圈得電→接觸器KM1主觸點（diǎn）閉合→變頻器上電→PLC 輸出 Q0.0(Q0.1)

為 DC24V →繼電器 KA2(KA3)線圈（quān）得電→繼電（diàn）器 KA2(KA3)常開觸點閉合（hé）→連接到變頻器的端子STF(STR)和SD→變頻器三相輸出→主軸電機正(反)轉。根據數控（kòng）機床維修技能實訓裝置的工作流程，編（biān）寫程序將其控製電路（lù）斷開，從而實現設置故障的目的，單（dān）片機編寫（xiě）程序（xù）如圖2所示。

圖2 單片機程序的編寫過程

4 、實驗驗證

數控機床故障（zhàng）模擬裝置可實現數控（kòng）機（jī）床故障的自動化設置，可以安（ān）全、準確、快捷的設置機床故障，故障點可遙控、可顯示、可更換、可（kě）拓展，數控機床故障設置裝（zhuāng）置隨時可與實訓裝置（zhì）脫離，不影響其正常工作（zuò），此技術可（kě）在數控機床故（gù）障診斷與維修（xiū）相關實訓設備中推廣（guǎng），方便在故障維修實訓教學（xué）中使用，如圖 3 所（suǒ）示，為數控機床故障模擬裝置實驗過程。

圖3 數控機床（chuáng）故障模擬裝（zhuāng）置實驗過程

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