基于PC自動設故的數控機床維修教學設備設計*

李奇亮

（南京鐵道職業技術學院，江蘇南京 210015）

根據機床行業調查，數控人才的市場需求已從初期的數控操作、數控編程轉向了技術含量較高的數控機床調試、維護與維修。維修力量不足是影響數控機床利用率和完好率的主要因素，大量機械制造行業和裝備制造企業急需大量數控機床維修人才［1］。所以加大對數控設備維護人員的培養、提升學習效果是目前職業院校相關專業的使命所在。

在數控設備應用與維護相關專業職業教育實踐過程中，我們主要采用舊機床先拆裝機床主要機械結構及電氣線路、再人為設故讓學生排除和虛擬數控機床故障排除等兩種方法進行教學，發現存在以下問題:

（1）人為設置故障時總能被學生直接找到故障點（特別是電氣線路的通斷故障），學生取捷徑就可以“高效率”地找到故障，從而違背了從現象去分析判斷并檢查相關部位來找故障點的思路;

（2）虛擬數控機床在裝拆及電氣連接方面實訓效果明顯，減輕對實際數控機床和實驗臺的設備（特別是高檔設備）壓力;虛擬數控機床一人一機有利于激發學生的學習熱情，具有安全、經濟等特點，但其給學生完全是一種模擬，主要對認知能力的提高，缺乏實際動手能力的培養，一般缺乏故障再現的隨機性。

基于此我們設計出基于PC隨機設故的數控教學設備，具有故障的隱蔽性強，真實性好等特點。

1PC與CNC之間通信

計算機和數控系統一般通過RS－232串行口通信，但RS－232串行口通信有效距離短，且實訓設備在生產車間，現場條件惡劣。本文以FANUC 0iMate TD系統控制的車床為通信對象，采取了抗干擾能力較強的遠程通信方法［2－3］，即利用CNC系統的RS－232通信接口和協議，通過高通信速率的RS－485接口轉換遠程智能通信模塊（圖1），并選用Visual Baisc 6.0軟件開發上位機管理程序，既解決了一臺PC機和多臺數控機床進行通信的問題，又為數控機床裝調維修工等相關技能鑒定考試提供硬件支持。

說明:①一個485轉232智能模塊可以接多臺機床，在本文中還通過該串口通信實現機床對應的單片機控制系統有計劃地控制對應的線路通斷電路;②機床端485轉232智能模塊的D2±端子可以并聯，而且上位機通過專用指令可以對每個通信端口的參數設置編程，確保了柔性設置的可行性。

2 設故系統設計原理

設置故障的內容主要包括3個方面:數控系統參數錯誤更改或不匹配硬件連接;漏電、缺相以及設備保護電路自動動作等電氣線路故障;在機械方面，故障設置主要針對誤差補償不當甚至是錯誤造成定位誤差過大的問題。

VB的MSComm通信控件控制屬性較多［4］，在編制通信軟件過程中要遵守FANUC數控系統的通信協議，反譯和處理與FANUC數控系統相關的傳輸數據格式轉換，否則接收到的數據將是亂碼。

（1）串口通信設置［5］

智能通信模塊提供了專用指令用于通信設置，利用VB軟件通過向該模塊發送控制指令就可以設定和實現參數的讀取和修改，以控制模塊進行正確的數據通信。以本文使用I－7520和I－7527通信智能通信模塊為例，$AABN［baud_rate］指令用于設置COM端口的波特率，其中$是指令前導符;AA表示模塊地址，取值00H～FFH;N表示操作方式:=1是改寫，=0是讀取;［baud_rate］就是通信波特率值，如$00B14800（CrLf）即表示將COM1的波特率更改為4800。

（2）數控系統參數設故

上位機直接控制FANUC數控系統參數可以通過以太網使用CNC參數設定或伺服GUIDE。本文基于VB程序和CNC之間串口通信對系統參數進行間接設置，以考查學生對部分參數不正確造成機床故障的判斷能力，提升對該參數的理解。如本文軟限位系統中，通過設置PRM3004#5=0，就會出現硬超程報警等。

上述的間接設置方法是將機床正常情況下參數備份的文件修改局部，再進行數據恢復，其中關鍵技術在于熟悉CNC系統參數備份的文件結構和外接PC進行數據的恢復操作步驟。

參數恢復的關鍵是:通過傳輸電纜連接PC與數控系統并使機床處在EDIT狀態;設定數控系統和PC匹配的傳輸參數;在數控系統中，按軟鍵［PARAM］［OPRT］［READ］［EXEC］，等待 PC 將相應數據傳入;通過VB程序把修改后的文件發送到CNC系統。

（3）電氣設故

為實現自動設故，本文通過串口芯片MAX232與單片機通信，以控制關鍵線路的通斷。為此，本文利用Protel DXP制作基于AT89S51線路故障設置PCB版，其原理如圖2。

正常情況下，單片機引腳P1．3輸出低電平，三極管Q11截止，繼電器線圈沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，保持常開狀態，起到斷開電流的作用，同時狀態二極管也點亮;當單片機接受到PC需要設置W71線路故障點命令時，引腳輸出高電平，三極管Q11飽和導通，+5 V電源加到線圈兩端，繼電器吸合，常開觸點閉合，繼電器起到斷開線路的作用，同時狀態二極管也熄滅。狀態二極管起到調試作用，一般隱藏在考核箱內。

3 基于VB的設故軟件設計

本文設故軟件采用服務器/客戶機模型開發出教師機軟件和客戶端軟件。教師機軟件是整個系統管理和維護的核心，以控制各臺機床考核內容、評定學生成績和學生信息管理。教師登錄成功后的界面如圖3。

主界面利用 VB的 tabstrip控件制作，在Private Sub Form_Load（）函數內共添加4個Tab對象:指定考題、隨機出題、通信設置和About。其關鍵語句是:

Set reftbs=tabstrp．Tabs．Add（，，"指定考題"，1）

reftbs．ToolTipText="Specify the questions!"

學生機主要完成將檢測到的電氣故障線路號上傳到教師機，在實訓階段還可以提示故障判斷思路以及flash動畫演示整個排故過程。

4 結語

通過對現有的CJK6125i型車床數控化改造和基于PC的自動設故系統開發，實現了利用一臺計算機遠程對多臺機床隨機設故、自動評分、成績統計，通過形成性考核方式考核學生掌握技能的真實水平。實踐證明，不僅較好地解決了遠距離通信、資源合理利用、抗干擾能力的問題，提高了原有舊機床的綜合利用率，而且能滿足數控機床裝調和維修教學和實訓，為我院數控機床裝調維修工技能鑒定基地創造物質條件。

［1］吳金嬌，劉樹青．虛擬數控機床在數控維修教學中的應用［J］．中國現代教育裝備，2011（1）:75．

［2］汪木蘭．數控原理與系統［M］．北京:機械工業出版社，2004．

［3］張瀅，劉寶明，王子豪，等．微機與數控機床遠程通信軟件開發［J］．組合機床與自動化加工技術，2005（5）:34－35．

［4］范逸之．Visual Basic與分布式監控系統:RS－232/485串行通信［M］．北京:清華大學出版社，2002．

［5］曹錦江，汪木蘭，左健民．PC機與FANUC數控系統遠程通信軟件的開發［J］．智能控制技術，2006，35（7）:53 －55．