摘要：數(shù)控維修技術(shù)教學(xué)過程中，數(shù)控機床往往采用人工設(shè)置故障的方法，浪費時間、教學(xué)效率低。為了解決這一問題，在THWSKW-2A教學(xué)儀器上開發(fā)了基于單片機的數(shù)控機床故障模擬裝置，包括開關(guān)電源、單片機、繼電器模塊組以及控制電路。經(jīng)過實踐證明，該裝置操作方便，適用性高，可廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床維修、機電一體化、自動化等專業(yè)教學(xué)領(lǐng)域，開發(fā)的教學(xué)實訓(xùn)項目適合高職院校人才的培養(yǎng)，具有推廣價值。

0引言

數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護專業(yè)課程《數(shù)控機床維修技術(shù)》、《數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用（siemens）》、《數(shù)控系統(tǒng)安裝與調(diào)試》和《數(shù)控機床故障分析與維修》均以THWSKW-2A數(shù)控機床維修技能實訓(xùn)考核裝置為主要教學(xué)儀器。數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護專業(yè)教學(xué)中很大一部分是圍繞此裝置開展的，如線路連接，機床故障排除，系統(tǒng)參數(shù)等。在設(shè)置故障時，通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(shè)置故障時主要存在以下的問題[2-4]：（1）設(shè)置故障的過程中存在一定的危險性，有可能對實訓(xùn)人員及設(shè)備造成損害；（2）設(shè)置故障耗時較長；（3）故障設(shè)置偶爾會由于人為因素設(shè)置不成功。為了解決這些問題，開發(fā)了一種基于單片機的數(shù)控機床故障模擬裝置，可廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床維修、機電一體化、自動化等專業(yè)教學(xué)領(lǐng)域，開發(fā)的教學(xué)實訓(xùn)項目適合高職院校人才的培養(yǎng)，具有推廣價值。

1、故障模擬裝置的總體設(shè)計

為了讓數(shù)控機床故障模擬裝置設(shè)置故障時方便快捷，并且能夠為數(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、繼電器模塊組、控制電路及控制程序組成；首先由開關(guān)電源給單片機及繼電器模塊組供電，單片機經(jīng)編程，控制繼電器模塊組的工作，利用繼電器模塊組的觸點來實現(xiàn)對主電路、控制電路及I/O點信號的通斷控制，來實現(xiàn)對機床中各個部分故障的設(shè)置。開關(guān)電源通過線路與單片機和繼電器模塊組連接，單片機和顯示屏通過J1接口連接，單片機通過J2接口與繼電器模塊組連接，繼電器模塊組與控制電路連接，控制數(shù)控機床上的數(shù)控系統(tǒng)啟停、冷卻泵電機運動、主軸電機正反轉(zhuǎn)、換刀動作、X軸返參運動、Z軸返參運動、三色燈指示、X軸超程硬限位報警、Z軸超程硬限位報警等。

2、故障模擬裝置程序的設(shè)計

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

數(shù)控機床故障設(shè)置裝置的工作原理：由開關(guān)電源給單片機及繼電器模塊組供電，單片機經(jīng)編程，控制繼電器模塊組的工作，利用繼電器模塊組觸點的通斷來實現(xiàn)對主電路、控制電路及PLCI/O點信號的控制，來實現(xiàn)對機床中各個部分故障的設(shè)置。

通過遙控器按鍵的定義來實現(xiàn)數(shù)控機床故障設(shè)置與排除，按鍵的具體定義如表1所示。

3、故障模擬裝置程序的編寫

THWSKW-2A型數(shù)控機床維修技能實訓(xùn)裝置采用Fanuc公司的Fanuc0imate-TC數(shù)控系統(tǒng)，包括：NC系統(tǒng)、主軸裝置、I/O模塊、四方刀架、進給裝置、電源模塊和驅(qū)動裝置組成。根據(jù)數(shù)控機床維修技能實訓(xùn)裝置的控制原理圖，完成不同故障模擬功能程序的編寫。

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

為DC24V→繼電器KA2(KA3)線圈得電→繼電器KA2(KA3)常開觸點閉合→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(zhuǎn)。根據(jù)數(shù)控機床維修技能實訓(xùn)裝置的工作流程，編寫程序?qū)⑵淇刂齐娐窋嚅_，從而實現(xiàn)設(shè)置故障的目的，單片機編寫程序如圖2所示。

圖2單片機程序的編寫過程

4、實驗驗證

數(shù)控機床故障模擬裝置可實現(xiàn)數(shù)控機床故障的自動化設(shè)置，可以安全、準(zhǔn)確、快捷的設(shè)置機床故障，故障點可遙控、可顯示、可更換、可拓展，數(shù)控機床故障設(shè)置裝置隨時可與實訓(xùn)裝置脫離，不影響其正常工作，此技術(shù)可在數(shù)控機床故障診斷與維修相關(guān)實訓(xùn)設(shè)備中推廣，方便在故障維修實訓(xùn)教學(xué)中使用，如圖3所示，為數(shù)控機床故障模擬裝置實驗過程。

圖3數(shù)控機床故障模擬裝置實驗過程