仿真软件在数控维修教学中的应用

数控维修作为一门专业实践性能很强，要求学生具有扎实的理论基础，以及较强的动手能力，而现有的实践教学模式已不能满足数控维修的实践教学要求。本文以西门子802C baseline为例，通过斯沃仿真软件对数控铣床的机械结构、机床电路等进行分析研究，同时与实际机床相结合，进一步提高数控维修课程的实践教学。

【关键词】数控维修 仿真软件 实践教学

随着数控机床的广泛使用，数控机床生产厂家和数控机床使用厂家对数控机床电气、电气安装、故障诊断和维修的技术人才的需求迫在眉睫。而数控机床维修作为一项实践性很强的技能，学习时除了基本的理论知识外，还需要大量的实践操作。而数控机床设备相对比较昂贵，投入较大；另外，教学过程中学生掌握程度不一、在实践调试过程中，经常会发生误操作，而数控机床属于强电装置，操作不当对学生的人身安全、以及数控设备都会产生较大的损害，达不到预期教学目的。将仿真软件切入到数控维修的实践教学，不仅能够提高学生的学习兴趣，还能够为数控机床的实践操作打下良好的基础，避免事故的发生。

1 仿真软件原理及基本组成

斯沃数控维修仿真软件采用OpenGL图形编程技术，可以对数控机床的安装调试，电气连接，以及故障排除等过程进行模拟，学生可以反复在电脑前身临其境地进行操作练习[2]。另外该软件从数控机床电气控制、电气安装、参数调整、故障诊断与维修出发，把握典型数控机床的电气应用特点，可以系统的学到数控机床的电气控制、电气安装、数控系统参数调试、交流伺服电机控制、变频器技术、数控机床维修技术。

2 仿真软件在教学中的应用

2.1 数控机床的结构认识

图2.1所示为仿真软件中数控机床的整体结构图，通过该图我们能够清晰地了解到主轴的结构，主轴电机的安装位置，编码器的位置，刀架的结构，丝杠的形状和位置，润滑系统，以及各个接近开关的位置等等。

同时，对于机床的内部结构，例如主轴的结构或丝杠的总装，我们能够通过隐藏或透视机床的部分结构让学生对数控机床的结构有更深的认识，并为后续实操打下一个坚实的基础。

2.2 电气模块的应用

数控机床采用了数字化信息进行控制的自动控制技术，其主要由电气自动控制、伺服驱动、现代控制、液压、气动等构成，如图2.2所示。

由于数控设备数量有限，以及用电安全的考虑，不能完全有效地开展实际教学。仿真软件提供了各种常用低压电器元件图和电器符号图、电器元件的技术参数、典型数控机床控制线路等。电器元件都做成了真实照片显示，可以极大提高学生的学习兴趣。

学生可利用仿真软件可以根据数控机床的电气图来进行电器元件的布局，布局好以后就可以进行电器元件的装配和接线。然后根据数控机床的电气图进行手工的接线，有数控系统与信号模块的接线，信号模块与低压电器之间的接线，低压电器之间的接线，刀架接线，主轴电机接线，水泵电机接线，各个接近开关的接线，还有机床照明灯、风扇的接线等。

下面以主轴的变频器控制为例介绍电气模块的使用。

图2.3所示为主轴变频器控制的主电路，当隔离开关QS以及断路器QF1合上之后，变频器U/F处于得电状态，当变频器参数设置好之后可以通过变频器手动控制主轴电机的运动。同时，从图中可以看出通过变压器TC将三相380V的电源变换成三相220V的电源，为后续开关电源、伺服驱动器等需要220V电源的元件供电。

在数控机床的主轴控制电路中，采用了弱电控制强电的原理，利用电磁继电器KA1和KA2来控制变频器，继而控制主轴的正反转，如图2.4所示。当CNC中的Q0.0信号导通时，继电器KA1线圈得电，变频器正转控制STF与SD端闭合；当 Q0.1信号导通时继电器KA2线圈得电，变频器反转控制STR与SD端闭合。

在数控机床控制电路所有的继电器全部放置继电器模块XA-350上，要继电器模块XA-350正常工作，必须给其供电如图2.5所示。数控系统CNC要正常工作，必须给CNC供24V直流电源，为了避免电源的不稳定，在电源电路中专门添加了一个给CNC供电的开关电源，如图2.5所示。

数控机床主轴转速是通过变频器来控制的，通过变频器能够实现数控机床的无级变速。而要使变频器要实现这个功能，则必须要对变频器的参数进行设置，如图2.6所示。

在仿真软件中很多种变频器，学生可以很扎实的学习到变频器中一些常用的参数设置，并了解每个参数的作用。当学生输入错误的变频器参数后，变频器将不能够做出正确的动作以及给出出错提示，帮助学生学习。

当线路的接线，以及变频器的参数设置完成之后，则需对数控系统的参数（如回参考点的参数、数控机床轴参数、工作台进给速度的参数、螺距补偿参数等）进行设置，否则机床将不能正常运转。学生可以根据仿真软件提供的数控系统可以进行系统参数的调试练习。

2.3 机床的故障诊断

数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。

仿真软件能够模拟数控机床设置电气故障，学生可以根据故障找出问题所在，并将故障解决掉，如图2.7所示。

在学生训练过程中，学生根据掌握的知识及软件中的检测工具万用表，通过不断的设置各种不同故障，提高动手能力，同时，通过网络可以观察学生是如何排查故障的，从而掌握学生对知识的掌握情况。

3 总结

本文针对数控机床故障诊断课程教学存在的困难，将斯沃数控机床维修仿真软件引入实际教学中，并以其中的机床主轴控制为例，详细介绍了主轴控制的电气原理，根据电气原理进行完成了该实验详细的接线以及参数的调试。通过仿真软件能够真实地展现理论知识[4]，同时，将理论知识与实践相结合，提高学生的动手能力，大大的提高了教学效果。

参考文献

[1]李河水，袁建新，机械数控加工仿真软件的教学应用[J].南方农机，2007（01）：36- 37.

作者单位

江西环境工程职业学院 江西省赣州市 34100