數(shù)控機床生產(chǎn)效率高、柔性程度好，已在我國機械制造業(yè)得到廣泛應用。目前，數(shù)控機床加工、編程及操作人員已基本滿足企業(yè)需求，但裝調(diào)及維修人員卻相對匱乏。數(shù)控機床裝調(diào)及維修人員需要具備機、電、光一體化的裝調(diào)及維修能力。然而，高職院校和社會職業(yè)培訓機構(gòu)在學生和社會人員培訓過程中使用的數(shù)控機床裝調(diào)實訓臺，裝調(diào)效果雖然明顯但不適合維修培訓。因此，研發(fā)一種數(shù)控機床維修功能裝置嵌入到現(xiàn)有的數(shù)控機床裝調(diào)實訓臺中，對于維修人員的培養(yǎng)至關重要。
1、總體方案
數(shù)控機床故障設置及排除裝置主要解決數(shù)控機床電路故障設置及排除和數(shù)控機床系統(tǒng)參數(shù)設置及排除兩個問題，實現(xiàn)故障設置及排除功能，同時保留學生及其他受訓人員數(shù)控維修技能的練習，又避免對數(shù)控硬件的破壞。其工作原理為：通過上位機（PC機）界面對數(shù)控機床電路及參數(shù)進行故障設置，由RS232接口將信號傳輸至數(shù)控機床故障設置及排除裝置的控制器，控制器接收信號并控制相關中間繼電器工作，從而斷開數(shù)控機床電源電路、系統(tǒng)電路、刀架電路、驅(qū)動電路、主軸電路、冷卻電路及急停電路等來完成數(shù)控機床電路故障設置，學生及其他受訓人員通過現(xiàn)場檢測診斷并找到相應的故障，使用PC機界面故障恢復功能自動排除數(shù)控機床電路故障。數(shù)控機床故障設置及排除裝置如圖1 所示。

圖1 數(shù)控機床故障設置及排除裝置
2、PC機模塊
PC機的串行通信以Microsoft Visual C++ 開發(fā)環(huán)境為平臺，通過調(diào)用Microsoft Visual C++的通信控件（MSComm），綜合運用Windows API通信函數(shù)和Microsoft Visual C++的標準通信函數(shù)等集成資源來實現(xiàn)。雖然Microsoft Visual C++ 資源豐富，但并不能滿足所有通信需求，需要另外編寫通信軟件來實現(xiàn)PC機的串行通信。PC機串行通信軟件流程如圖2所示。

圖2 PC機串行通信軟件流程
由圖2可知，當點擊PC機界面1號鍵后，PC機向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)1；當點擊PC機界面2號鍵后，PC機向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)2；??當點擊PC機界面5號鍵后，PC機向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)5；當點擊PC機界面6號鍵后，PC機向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)6；當點擊PC機界面7號鍵后，PC機向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)7。其中，數(shù)據(jù)1控制電源電路通斷繼電器，數(shù)據(jù)2控制系統(tǒng)電路通斷繼電器??
數(shù)據(jù)5控制主軸電路通斷繼電器，數(shù)據(jù)6控制冷卻電路通斷繼電器，數(shù)據(jù)7控制急停電路通斷繼電器。
3、控制系統(tǒng)硬件電路
控制系統(tǒng)硬件電路由MAX232通信芯片、8051單片機、4N25光電隔離器、75468放大器等組成。其工作原理為：通過MAX232通信芯片接收PC機信號，傳送至8051單片機P3.0、P3.1口線，信號經(jīng)8051單片機處理后，分別傳送至4N25光電隔離器，后經(jīng)75468放大器放大信號后，分別控制KA1～KA7中間繼電器線圈，并由KA1～KA7控制數(shù)控機床相應電路的通斷，從而實現(xiàn)數(shù)控機床故障設置。8501單片機控制系統(tǒng)硬件電路如圖3所示。

a.硬件電路模塊1

b.硬件電路模塊2
圖3 8501單片機控制系統(tǒng)硬件電路

在控制系統(tǒng)硬件電路中，8501單片機到PC機接口通信電路原理如圖4所示。8051單片機采用6MHZ的晶振頻率，把工作在方式2的定時器T1作為周波發(fā)生器，傳輸波特率設為1200，由于串口工作在方式1的原因，串行控制寄存器（SCON）的值設為0x50，電源控制寄存器（PCON）的值設為0 ，定時器方式控制寄存器（TMOD）初值設為0x20，T1初值設為0xe8。

圖4 8501單片機到PC機接口通信電路原理
8501單片機到PC機接口通信軟件流程如圖5所示。由圖5可知，程序開始，對8501單片機串口進行通信初始化（包括對SCON的設置、TMOD及T1的定時初始化、PCON的設置），后接收來至PC機的數(shù)據(jù)1～7，數(shù)據(jù)1～7分別控制相應中間繼電器，程序結(jié)束。

圖5 8501單片機到PC機接口通信軟件流程
4、實驗
數(shù)控機床故障設置及排除裝置設計安裝完成后，對其進行調(diào)試和考核。結(jié)果表明，該裝置性能良好，運行穩(wěn)定。數(shù)控機床故障設置及排除裝置調(diào)試界面和考核界面如圖6～圖7所示。

圖6 數(shù)控機床故障設置及排除裝置調(diào)試界面

圖7 數(shù)控機床故障設置及排除裝置考核界面

5、結(jié)論
在現(xiàn)有的數(shù)控機床裝調(diào)實訓臺中嵌入數(shù)控機床故障設置及排除裝置，可解決數(shù)控機床電路故障設置及排除和數(shù)控機床系統(tǒng)參數(shù)設置及排除兩個問題，實現(xiàn)了故障設置及排除功能。該裝置保留了學生及其他受訓人員在數(shù)控機床故障診斷及排除過程中人為故障診斷及現(xiàn)場恢復的技能訓練，滿足了維修人員的培養(yǎng)需求；又避免了在訓練過程中由于經(jīng)常插拔數(shù)控機床硬件線路，造成數(shù)控機床硬件使用壽命縮短的情況，進而延長使用壽命。