数控机床机械装调实训项目的教学设计

杨慕湘

摘 要：数控技术本身是集机、电、液、气、光于一身的现代机电设备，具有技术密集和知识密集的特点，对机床及时准确地进行诊断与维修是一件很复杂的工作。数控维修人才的培养是一个系统工程。数控机床的机械故障占总故障的30%以上，了解数控机床的结构亦是进行其他故障诊断与维修的基础，因此在进行数控维修人才培养时，数控机床结构及装调维修知识的系统学习是必不可少的一个环节。

关键词：数控机床 机械装调 教学

[FL（K2] 数控机床的机械结构，除基础部件外，还有：主传动系统；进给传动系统；实现工件回转、定位的装置和附件；实现某些动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统和排屑、防护装置；刀架或自动换到装置；特殊功能装置，如刀具破损监控、精度检测和监控装置；为完全自动化控制功能的各种反馈信号及元件等。机床基础件又称机床大件，通常指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等。它是整台机床的基础和框架。机床的其他零件、部件，或固定在基础上，或者工作时在它的导轨上运动。其他机械结构的组成则按机床的功能需要选用，这是数控机床机械结构的基本构成。

我们在规划数控机床机械单元的教学上，坚持“理论先进，注重实践，操作性强，学以致用”的原则精选内容，依据在数控机床管理、维修、改造和培训方面的经验设计而成，能够满足：理论与实践一体化、工作与学习一体化、生产与教学一体化，从而培养学生动手能力、思维能力、创新能力、分析问题和解决问题的能力。

在数控机床机械拆装实训中，如果采用真实机床来进行机械拆装训练，其教学成本高，机床部件重量大，很难开展大范围拆装维修与精度检测教学，而且纯消耗性实习实训学校也难以长期坚持，设施的投入往往赶不上科技的进步，所以为了解决数控机床机械拆装项目实训难的问题，应尽可能选用或制作可拆装训练的实训设备，如图1所示的十字滑台。十字滑台实训设备是提炼了真实机床在拆装过程中的核心技能，即学生主要是拆装传动部件，例如滚珠丝杆、直线导轨、联轴器、伺服电机等，该设备是把这些部件集成到一台十字滑台上进行练习，这样既节约了成本，又训练了核心技能。导轨采用直线导轨，直线导轨安装采用与真实机床安装相同的压块结构进行固定与调节；轴承采用成对的角接触轴承；结构上采用模块化，下装有滑轮，可以自由移动，可以完成机械传动部件中的丝杆、直线导轨、丝杆支架的拆装实训及导轨平行度、直线度、双轴垂直度等精密检测技术的实训，完成机电联调与数控机床机械装配核心技能的训练，可以选配光栅尺模块，完成螺距补偿、反向间隙补偿等实训项目。

下面我们通过一个项目的实施来举例说明机械装调基础项目的实训设计。

一、项目名称：螺距补偿与机械测量

二、任务要求：1.掌握机床垂直度的测量方法；2.掌握螺距补偿参数的设置方法。

三、相关知识：

1.机械测量：垂直度是用以控制北侧要素相对于基准要素的方向成90度的要求，在车床中，如果X轴和Z轴的垂直度，铣床中X轴和Y轴的垂直度，测量方法是：工作台处于中间位置，将方尺（或角尺）置于工作台上，把百分表固定在电机座上，使指示器测头垂直触及角尺（Z轴向），Z轴向移动工作台，调整方尺位置，使方尺的一个边与Z轴轴线平行，再将指示器测头垂直触及角尺另一边（X轴向），X轴向移动工作台，记录指示器读书，其读书最大差值即为工作台X坐标轴方向移动对Z坐标轴方向移动的垂直度。

2.螺距补偿：数控机床的直线轴精度表现在轴进给上主要由三项精度：反向间隙、定位精度和重复定位精度，其中反向间隙、重复定位精度可以通过机械装置的调整来实现，而定位精度在很大程度上取决于直线轴传动链中滚珠丝杠的螺距制造精度。在数控车床生产制造及加工应用中，在调整好机床反向间隙、重复定位精度后，要减小定位误差，用数控系统的螺距误差螺距补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。由于滚珠丝杆副在加工和安装过程中存在误差，因此滚珠丝杆副将回转运动转换为直线运动时存在以下两种误差：①螺距误差，即丝杆导程的实际值与理论值的偏差；②反向间隙，即丝杆和螺母无相对转动时，丝杆和螺母之间的最大窜动。

四、任务实施

1.十字滑台垂直度的检测

所用工具：方尺（300300mm，大理石，0级）、百分表、百分表座。

2.误差补偿

（1）反向间隙补偿

步骤一：设定参数1800。1800.#4（BRK）为0时，切削/快速进给间隙补偿量不分开；为1时切削/快速进给间隙补偿量分开。

步骤二、按如下步骤测量：

①回参考点；②用切削进给使机床移动到测量点；③安装百分表，将刻度对零；④用切削进给使机床沿相同方向移动；⑤用切削进给返回测量点；⑥读取百分表的刻度；⑦按检测单位换算切削进给方式的间隙补偿量，并设定对应参数。

步骤三：设置切削进给方式的间隙量参数1851号参数。

（2）螺距补偿

步骤一：设置滑台的机械坐标系零点，以及正负限位。

步骤二：设置如下参数。

步骤四：输入补偿值，再次测量，观察补偿效果。补偿值可以通过361诊断号进行查看。

上面举例说明的是一个基础项目的设计，只能满足于培养学生的基本技能，如果要达到更高技能的要求，就有必要结合学生进一步学习的需要，在最后的技能实训阶段考虑与企业合作，完成企业的一些生产任务，实现工学结合，产教结合就很有必要了。例如：替企业加工零件、组装调试机床等。有时，还可完成学校的许多工作，例如一、二级维护学校的机床并进行精度检测，安装、检修及保养等。为了培养学生的创新能力，我们希望学生能为企业进行数控改造和小型数控装置或自制教具，这样会涉及到选件的学习内容，也有机械设计与机电联调的学习内容。这种学习成果有时能成为学校的产品，可能会进一步促进校企合作。

不管是那一阶段的实习教学设计，都要注意坚持理论与实践一体化、工作与学习一体化、生产与教学一体化，不能成为单纯的训练，避免只动手不动脑。要鼓励学生主动实训，经常解决问题。

参考文献：

[1]邓三鹏.《数控机床结构与维修》.北京：国防工业出版社，2011.

[2]邓三鹏.《数控机床故障诊断与维修》.北京：机械工业出版社，2011.

[3]李宏胜，朱强.《数控系统维护与维修》.北京：高等教育出版社，2011.[FL）